Previsão de ignição de incêndio florestal induzida por condutor dinâmico balançando sob ventos fortes

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3998 (2023) Citar este artigo

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Durante eventos de ventos fortes com condições climáticas secas, os sistemas de energia elétrica podem ser a causa de incêndios florestais catastróficos. Em particular, o contacto condutor-vegetação foi reconhecido como a principal causa de ignição de incêndios florestais relacionados com serviços públicos. Há uma necessidade urgente de uma análise precisa do risco de incêndios florestais para apoiar a tomada de decisões operacionais, tais como a gestão da vegetação ou cortes preventivos de energia. Este trabalho estuda o mecanismo de ignição causado pelo balanço do condutor de transmissão em direção à vegetação próxima e resultando em flashover. Especificamente, o estado limite estudado é definido como o condutor invadindo a área de vegetação mínima prescrita. As características estocásticas da resposta de deslocamento dinâmico de uma linha de transmissão multi-span são derivadas através de análise espectral eficiente no domínio da frequência. A probabilidade de invasão em um local especificado é estimada resolvendo um problema clássico de primeira excursão. Esses problemas são frequentemente resolvidos usando modelos equivalentes estáticos. No entanto, os resultados mostram que a contribuição do impacto aleatório do vento para o deslocamento dinâmico do condutor é apreciável sob ventos fortes e turbulentos. Negligenciar esta componente aleatória e dinâmica pode levar a uma estimativa errada do risco de ignição. A duração prevista do evento de vento forte é um parâmetro importante para determinar o risco de ignição. Além disso, a probabilidade de invasão é considerada altamente sensível ao desmatamento da vegetação e à intensidade do vento, o que destaca a necessidade de dados de alta resolução para estas quantidades. A metodologia proposta oferece um caminho potencial para a previsão precisa e eficiente da probabilidade de ignição, o que é um passo importante na análise de risco de incêndios florestais.

Os incêndios florestais, também conhecidos como incêndios florestais, podem ocorrer quando há condições climáticas desfavoráveis ​​(baixa umidade, alta temperatura, ventos fortes, etc.) combinados com combustível de vegetação seca. Nas últimas décadas, os incêndios florestais tornaram-se uma grave ameaça em todo o mundo, como no sul da Europa, na América do Norte e no sudeste da Austrália1,2,3. Os incêndios florestais em diferentes regiões apresentam características regionais, uma vez que as condições locais afetam as causas típicas de ignição, o comportamento do fogo, etc. Nos Estados Unidos, os incêndios florestais são um perigo particularmente importante na Califórnia, que tem sofrido frequentes incêndios florestais devastadores. O Departamento de Silvicultura e Proteção contra Incêndios da Califórnia (CAL FIRE) relatou uma média anual de 3.217 incidentes de incêndios florestais e 624.728 acres queimados na Califórnia durante 2016 ~ 20204. Embora os incêndios florestais possam ser desencadeados por uma ampla variedade de causas (por exemplo, relâmpagos, incêndios criminosos, fumo, etc.), as linhas eléctricas demonstraram ser a única fonte de ignição que não diminui5. As estatísticas mostraram que dos 20 incêndios florestais mais destrutivos na Califórnia, pelo menos cinco foram iniciados a partir de sistemas de energia, incluindo o Camp Fire de 2018, que destruiu 18.804 estruturas e ceifou 85 vidas6. Na verdade, os incidentes provocados pelo sistema de energia têm maior probabilidade de evoluir para grandes incêndios florestais, devido à sua relação especial com condições meteorológicas extremas. Uma rede de energia, composta por numerosos componentes e equipamentos, pode sofrer um aumento acentuado de falhas/falhas sob ventos fortes7,8. Com a contribuição do ar quente e seco, vários mecanismos de ignição podem ser acionados e incêndios podem ser iniciados onde houver presença de combustíveis combustíveis. Além disso, os ventos fortes podem facilitar muito a propagação do fogo, ao mesmo tempo que dificultam os esforços de combate a incêndios. O vento é o fator climático determinante para a ignição da linha de energia. Isto foi indicado pela ocorrência conjunta de incêndios florestais relacionados com linhas de energia e ventos extremos sazonais na Califórnia9,10. Esses ventos foehn (conhecidos como ventos Diablo ou ventos Santa Ana) são caracterizados por intensidade e rajadas notáveis.