[pt] As simulações de redes elétricas são atualmente fundamentais para o setor elétrico. Uma de suas principais utilidades é permitir a análise de falhas e ocorrências, que eventualmente passariam despercebidas. Existe atualmente, uma grande variedade de algoritmos para realizar simulações de redes lineares, que correspondem à grande maioria dos testes realizados em uma rede elétrica típica, quando submetidos a situações usuais. Contudo, existem consumidores de grande porte que possuem cargas não-lineares com uma grande influência na rede que a alimenta. Sendo assim, torna-se necessário modelar esta carga não-linear para que possa ser inserida no simulador da rede elétrica. Este trabalho propõe um método para a formulação das equações de estado de redes não-lineares de forma sistemática. A formulação do problema é, neste caso, parte fundamental da sua solução, já que atualmente existem, comercialmente, algoritmos capazes de resolver equações diferenciais não-lineares, como as que serão abordadas. Este trabalho apresenta a simulação de uma rede elétrica contendo sub-redes lineares e sub-redes não-lineares, utilizando um modelo de linhas de transmissão a parâmetros distribuídos através de filtros digitais, permitindo a simulação da subrede linear em taxas mais baixas. / [en] Electrical network simulations are currently very important to the electricity sector. A major benefit from simulations is to permit a deeper insight into faulty network situations, that otherwise could eventually pass unnoticed. Currently, there are many algorithms that simulate linear networks, which comprise the majority of the tests done in a typical network, when subject to normal situations. However, there are large consumers, whose loads are nonlinear. These loads represent large influences to their power feeding network. Thus, it becomes necessary to model this nonlinear sub network so it can be inserted into the electrical network simulator. The purpose of this work is to develop a formulation approach for the nonlinear state equations that represents a nonlinear electrical network. The formulation of the network is, in this case, an essential part of the solution, since there are currently algorithms capable of solving nonlinear differential equations, like the ones that will be studied in this work.

[pt] Os algoritmos para a localização de falta encontrados na literatura são baseados em equações algébricas obtidas da malha de falta [4], [16]. Para as faltas monofásicas, a resistência de arco, a resistência de pé de torre e a impedância de sequência zero da linha são incluídas. Essa última impedância, por ser composta de uma soma entre as impedâncias longitudinal e de retorno pela terra (multiplicada por três), pode comprometer a precisão desses algoritmos na indicação do local da falta, pois, a resistividade do solo sob a linha varia frequentemente. Dados reais [25] e de testes laboratoriais [50] têm comprovado isso. Apesar da variação dessa resistividade, nenhum dos algoritmos publicados na literatura questionou a utilização dessa impedância no processo de localização de falta. O objetivo deste trabalho é justamente propor um novo algoritmo capaz de localizar qualquer falta, sem se apoiar nos parâmetros de sequência zero da rede. A principal contribuição deste trabalho está na utilização somente dos circuitos de sequência positiva e/ou negativa para a localização de faltas em sistemas de potência. Por não utilizar qualquer parâmetro de sequência zero, o novo algoritmo aqui proposto é capaz de localizar falta, tanto em linha de transmissão com subestações em derivação ao longo de sua extensão quanto em linha sem essas subestações em derivação. Na primeira, a localização de falta não foi contemplada por qualquer algoritmos publicados na literatura, pois, esses tinham como objetivo, o atendimento somente às linhas sem subestações em derivação ao longo de sua extensão. Por isso, além do ineditismo na forma de localização, este novo algoritmo é aplicável à qualquer configuração de linha, o que representa uma contribuição adicional deste trabalho. Esse novo processo visa a localização de falta em sistemas elétricos, mesmo os fortemente malhados. Por isso, constitui o embrião de uma possível e provável nova filosofia de proteção para relés de distância. / [en] Present fault location algorithms are based on algebraic equations derived from the faulty network [4], [16]. Their common characteristic is to use zero-sequence description to apply Kichoff`s Laws. As a result, the are resistance, the tower footing resistance and the zero-sequence impedance of the line are included in the overall system of equations, describing the network. This last impedance, composed by the longitudinal and by the ground retum impedances scaled by three, frequently compromises the these algorithms accuracy. The reason is the underline ground resistance fluctuation with temperature, rain, etc. a very annoying fact, particularly in understudied remote tropical regions, a common situation in Brazil. In spite of the noticed ground-resistance variations, none of the algorithms published in specific literature has questioned the use of this impedance in the fault location producedures. The aim of this work is to propose a new algorithm capable to locate any fault, requiring no support of the network zero-sequence parameters and/or negative-sequence circuit network models. Avoiding the of zero-sequence parameters permits the new fault location algorithm to be applied not only to isolated transmission lines, but to a variety of network topologies, including transmission lines tapped by local distribution substations, a completely new result. The proposed algorithm not only is less sensitive to local physical conditions, but may be applied to complex transmission line configurations, which represents an additional contribution of this work. The new process includes fault location for transmission lines embeded in extremely meshed power networks it, therefore, constitutes the beginning of a new of distance relay protection philosophy.

[pt] Com o crescimento da demanda de óleo, as empresas de petróleo têm sido forçadas a explorar novas reservas em águas cada vez mais profundas. Em função do alto custo das operações de exploração de petróleo, torna-se necessário o desenvolvimento de tecnologias capazes de aumentar a eficiência e reduzir os custos envolvidos. Neste contexto, a utilização de unidades flutuantes torna-se cada vez mais freqüente em águas profundas. O posicionamento das unidades flutuantes durante as operações de exploração de óleo é garantido pelas linhas de ancoragem, que são estruturas flexíveis compostas, geralmente, por trechos de aço, amarras e/ou cabos sintéticos. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um Algoritmo Genético (AG) para solucionar o problema da disposição das linhas de ancoragem de unidades flutuantes utilizadas nas operações de exploração de petróleo. A distribuição das linhas de ancoragem é um dos fatores que influencia diretamente nos deslocamentos (offsets) sofridos pelas unidades flutuantes quando submetidas às ações ambientais, como ventos, ondas e correntes. Desta forma, o AG busca uma disposição ótima das linhas de ancoragem cujo objetivo final é a minimização dos deslocamentos da unidade flutuante. Os operadores básicos utilizados por este algoritmo são mutação, crossover e seleção. Neste trabalho, foi adotada a técnica steady-state, que só efetua a substituição de um ou dois indivíduos por geração. O cálculo da posição de equilíbrio estático da unidade flutuante é feito aplicando-se a equação da catenária para cada linha de ancoragem com o objetivo de se obterem as forças de restauração na unidade, e empregando-se um processo iterativo para calcular a sua posição final de equilíbrio. / [en] With the increasing demand for oil, oil companies have been forced to exploit new fields in deep waters. Due to the high cost of oil exploitation operations, the development of technologies capable of increasing efficiency and reducing costs is crucial. In this context, the use of floating units in deep waters has become more frequent. The positioning of the floating units during oil exploitation operations is done using mooring lines, which are flexible structures usually made of steel wire, steel chain and/or synthetic cables. This work presents the development of a Genetic Algorithm (GA) procedure to solve the problem of the mooring pattern of floating units used in oil exploitation operations. The distribution of mooring lines is one of the factors that directly influence the displacements (offsets) suffered by floating units when subjected to environmental conditions such as winds, waves and currents. Thus, the GA seeks an optimum distribution of the mooring lines whose final goal is to minimize the units´ displacements. The basic operators used in this algorithm are mutation, crossover and selection. In the present work, the steady- state GA has been implemented, which performs the substitution of only one or two individuals per generation. The computation of the floating unit´s static equilibrium position is accomplished by applying the catenary equilibrium equation to each mooring line in order to obtain the out-of-balance forces on the unit, and by using an iterative process to compute the final unit equilibrium position.

[pt] Descreve-se uma metodologia para planejamento da expansão da capacidade de ponta em sistemas interligados de usinas hidroelétricas. O objetivo é determinar os geradores e linhas de transmissão a serem instalados no sistema existente, de forma a suprir a carga prevista da maneira mais econômica possível, satisfazendo restrições de confiabilidade. A solução é baseada no método de decomposição de Benders, sendo o problema mestre um problema de programação inteira e o subproblema um problema estocástico de fluxo em redes. / [en] This thesis describes a methodology for peak capacity expansion of interconnected hydroelectric generating systems. The objective is to minimize investments in generators and transmission lines, subject to contraints on supply reliability. The solution approach is based on Benders decomposition, in which the master problem is an integer programming problem and the subploblem is a stochastic network flow problem.

[pt] No processo de transporte e produção de petróleo e seus derivados em linhas submarinas, o controle da transferência de calor entre o produto quente e o mar frio, é fundamental para a garantia do escoamento. Se a temperatura do produto cair abaixo de determinados valores críticos, problemas como formação de hidratos ou deposição de parafina nas paredes da tubulação podem ocorrer, levando ao bloqueio da linha e interrupção de produção, demandando altos custos. A perda de calor para o ambiente é minimizada, através de isolantes térmicos projetados para operações em regime permanente. Nestes casos, devido às altas velocidades do escoamento axial, o qual é tipicamente turbulento, o processo de transferência de calor dominante é o de convecção forçada. Porém, durante uma operação de manutenção de algum equipamento, a produção pode ser interrompida e o fluido ficando parado no interior da linha, tende a resfriar-se podendo atingir uma temperatura crítica. Durante este resfriamento, na ausência de bombeio, o processo de convecção natural passa a dominar. O presente trabalho analisa o processo de transferência de calor após a parada de bombeio, considerando os efeitos da convecção natural no resfriamento do produto, assim como a influência da capacidade térmica da parede do duto e das camadas de revestimento no transiente térmico. Inicialmente, considera-se que o escoamento axial é rapidamente levado ao repouso e utiliza-se um modelo bidimensional da seção transversal do duto, utilizando três produtos típicos: um óleo leve, um óleo pesado, e um gás. Os campos de velocidade e temperatura são obtidos numericamente utilizando o software FLUENT, considerando a hipótese de Boussinesq para avaliar a convecção natural. A taxa de resfriamento obtida é comparada com a previsão de um modelo unidimensional na direção axial, que utiliza correlações empíricas para avaliar a transferência de calor entre o fluido a parede da tubulação, em função do regime de escoamento. Boa concordância entre as simulações para a seção central da linha é obtida. No entanto, como as variações axiais para o caso do gás são maiores, para este produto, um modelo tridimensional também foi analisado, onde se considerou os efeitos combinados da convecção forçada e natural. Adicionalmente, a hipótese de Boussinesq foi eliminada, e a equação de gás ideal foi considerada. / [en] Heat transfer control is crucial for flow assurance in transport as well as production operations of oil and its derivatives in subsea lines. If the product temperature falls below certain critical values, problems such as hydrate formation or wax deposition in the pipelines walls can occur, inducing line blockage and interruption of production, demanding high costs. The heat loss to the environment is minimized by employing thermal insulation, which are designed for stead state operations. For these cases, due to high axial velocities, the flow is typically turbulent, and the dominant heat transfer mechanism is due to convection forced. However, during maintenance operation of some equipment, the production can be interrupted and the stagnant fluid in the interior of the line tends to cool down and it can reach a critical temperature. During this cooling, in the absence of pumps, the process of natural convection begins to dominate. The present work analyzes the heat transfer process after flow shutdown, considering the effect of the natural convection, as well as the influence in the thermal transient of the thermal capacity of the duct wall and insulation layers. Initially, it is considered that the axial flow is set to rest very quickly and a two-dimensional model of the transversal section of the duct is employed, using three typical products: light oil, heavy oil and pressurized gas. The velocity and temperature filed are obtained using the numerical software FLUENT, considering the hypothesis of Boussinesq to evaluate the natural convection. The cooling rate is compared with the forecast of a unidimensional model in the axial direction based on empirical correlations, function of the flow regime, to evaluate the heat transfer between the fluid and the duct wall. Good agreement is obtained between the solutions of the 2-D model and the pipeline central cross section of the 1-D model. However, as the axial variations for the gas case are significant, for this product, a three-dimensional model also was analyzed, where it was considered the effects of the forced and natural convection. Additionally, the hypothesis of Boussinesq was eliminated, and the ideal gas equation was considered.

[pt] Neste trabalho se estuda a propagação de pulsos elétricos curtos em linhas de transmissão impressas, uniformes e não- uniformes, através de simulação por computador. Como a faixa de freqüências associada a estes pulsos, com duração e picossegundos, extende-se até várias centenas de giga Hertz, a caracterização das linhas de transmissão ao longo das quais os pulsos se propagam exige o rigor dos métodos de onda completa. Com este propósito é utilizada a Abordagem de Domínio Espectral (ADE) para rigorosamente considerar as características dos materiais e a geometria das linhas, na faixa de freqüência requerida, no cálculo das constantes de fase e de atenuação. A resposta a transientes é analisada no domínio do tempo empregando-se a Transformada de Fourier. É observado que a principal causa da distorção dos pulsos é a característica dispersiva das linhas; enquanto as perdas, devido aos materiais ou pelo descasamento de impedância no caso de linhas não-uniformes, só atenuam os sinais, sem deformá- los significativamente. Isto foi observado em linhas microstrips isoladas. Entretanto, em linhas microstrips acopladas um outro mecanismo de distorção que se agrega, e que é o dominante, é a distorção por acoplamento modal. É comprovado também, que a natureza dispersiva das linhas de transmissão pode ser usada, favoravelmente, para reformar pulsos assimétricos. Este último resultado encontra interessantes aplicações em Óptica. / [en] In this work, the propagation of short electrical pulse on uniform and non-uniform planar transmission lines is studied by means of computer simulation. As the frequency band associated with electrical pulses with duration of pico-seconds extends up to several hundreds of giga Hertz, the characterization of the transmission lines along which the pulses propagate requires full waves methods. With this purpose the Spectral Domain Approach (SDA) is used to rigorously consider the effects of the line material and geometry, in the frequency band required, to calculate the phase and attenuation constants. A Fourier Transform is used to analyse the transient response in the time domain. It is observed that the tranmission line dispersion is the main cause for distortion fo the pulses, while the losses - due to the materials or mismatching on non-uniform lines - are mainly responsible for signal attenuation. However, in coupled microstrip lines, distortion due to mode coupling was the dominant distortion mechanism. It is also observed that the dispersive nature of the transmission line can be used with advantage, through carefull choice of geometry and composition, to reshape asymetrical pulses. The results fo this study find applications on quasi-optical circuits and optical circuits short pulse generation.

[pt] As linhas de transmissão têm um papel fundamental no funcionamento do sistema elétrico, efetuando a ligação entre as usinas geradoras e os centros de carga. Quando o sistema de transmissão atinge sua capacidade limite de transferência de potência torna-se necessário expandir o sistema, quer construindo novas linhas quer aumentando a capacidade das existentes. Entre os fatores que limitam a capacidade de transporte de uma linha destaca-se a sua temperatura limite de operação, estabelecida por questões econômicas e de segurança. Pela sua extensão geográfica, a construção de uma linha de transmissão envolve tanto um custo quanto um impacto ambiental elevados. Por estes motivos a recapacitação de linhas existentes, no sentido de aumentar sua capacidade de transporte, tornou-se um assunto prioritário e uma opção estratégica para expansão do sistema elétrico. Neste trabalho analisa-se o problema da temperatura de operação dos condutores de linhas aéreas de transmissão. Descreve-se a metodologia atualmente utilizada para definir o limite operativo das linhas, destacando-se a possibilidade de aumentar sua capacidade limite pelo conhecimento mais preciso da temperatura de operação dos seus condutores.Descreve-se o desenvolvimento de uma série de dois modelos para previsão da temperatura de operação de condutores, um modelo completo, baseado em previsões das diversas variáveis meteorológicas e um modelo direto de previsão que utiliza as séries de valores de temperatura. No desenvolvimento dos modelos de previsão foram utilizados modelos estocásticos, lineares, de amortecimento exponencial e Box-Jenkins e técnicas de Redes Neurais Artificiais. Apresenta-se uma série de testes de validação, que mostram um desempenho muito bom dos métodos de previsão, e ilustra-se as possibilidades de aplicação dos modelos desenvolvidos. / [en] Transmission lines have a fundamental role in the electric system performance,connecting power sources to load centers. When the transmission system attains it`s transmission capability limit, the system must be expanded, either constructing new lines, or upgrading existing ones. Among the factors that can limit a transmission line transfer capability is the operating temperature limit, established for both economic and safety reasons. Due to its geographic extension the construction of a transmission line involves a big economic as well as environmental cost. For this reasons the upgrade of existing lines, in the sense of increasing it`s transmission capability, has become a priority to electric utilities and a main option for system expansion. In this work the problem of transmission line conductors` operational temperature is analised and the methodology presently used to establish it`s operational limit is described. Two models to forecast transmission line conductors` temperature are developped:a complete model which uses forecasts of the relevant metheorological variables,and a direct model using univariate methods on temperature series. In the development of forecasting models, linear stochastic methods such as exponential smoothing and Box-Jenkins, as well as Artificial Neural Networks techniques were used.Finally model validation is presented, showing very good performance of the proposed forecasting models, and some potential applications are suggested.

[pt] A transmissão de energia elétrica através de linhas de transmissão aéreas encontra um grau de dificuldade muito grande na constituição de novas faixas de passagem e licenciamento de obras, devido, principalmente, à questão ambiental. Por outro lado, a crescente demanda de energia do sistema elétrico leva o sistema de transmissão a uma progressiva elevação do carregamento de seus componentes, incluindo linhas de transmissão. Desta forma, é fundamental o desenvolvimento de técnicas que permitam aumentar a capacidade de transporte de energia a baixo custo com as instalações existentes e a recapacitação de linhas existentes aparece como uma alternativa a ser analisada nos estudos da expansão do sistema de transmissão. O objetivo deste trabalho é apresentar alternativas de técnicas de recapacitação de linha de transmissão, segundo a ótica de dimensionamento elétrico e da determinação das distâncias mínimas de coordenação de isolamento necessárias na torre, visando maximizar a energia transportada por área ocupada pela faixa da linha de transmissão e com isso, reduzir a necessidade de negociação de novas faixas de passagem com os órgãos de licenciamento e a comunidade, diminuindo o impacto sobre o ambiente e dando maior agilidade na ampliação da capacidade de transporte da malha existente. Busca-se, além disso, identificar, para diferentes níveis de tensão, as possíveis alternativas de recapacitação aplicáveis à linha de transmissão. / [en] The construction of new overhead transmission lines is, nowadays, a difficult activity to achieve, as new right-of- ways are not easily being permitted, due to environmental restrictions. On the other hand, the increase of electrical energy demand leads the transmission system to over load its components, including transmission lines. Therefore, it is extremely important to develop techniques in order to raise energy transmission capacity in low costs using the existent components. Capability increase in existent transmission lines is an alternative to be analyzed in transmission system expansion studies. This dissertation presents techniques to increase capability in existent transmission lines, according to electrical dimensioning and minimum distances needed in towers evaluated in insulation coordination studies. The aim is to maximize the transport capacity of an existent transmission line, reducing the need of negotiating new right-of-ways permit. This study also identifies, for different voltage levels, te available alternatives of a technique to increase the transmission line capability.

[pt] Esta tese é o resultado de uma pesquisa sobre a formação de vínculos, ligações inevitáveis que se tecem e desfazem tantas vezes por entre seres e coisas ao longo da vida. A premissa da pesquisa é investigar as linhas que nascem e dançam nos contatos, as faíscas fortes que geram conexão e as vibrações viróticas que permeiam o compartilhamento de experiências. Para tal, apoia-se totalmente na interdisciplinaridade, fazendo dos vínculos entre escolas distintas um vetor do trabalho. Apesar de não delimitar um objeto específico, foi selecionada uma série de imagens que nos auxiliam no alcance das ideias. São recortes e fragmentos de textos, cartas, entrevistas de autores, filmes e variadas produções artísticas, compondo um mosaico de sensações. Funcionam como disparadores de reflexões que ajudam a esculpir novas teorias, como o estado de criação de vínculo, e nos abrem caminhos distintos para pensar sobre a força e a potência que tem a geração de vínculos na imaginação coletivo-afetiva e de novos modos de existir e se relacionar – seja consigo mesmo, com o outro ou com o entorno. A tese, portanto, faz do próprio tema um método de investigação e escrita. / [en] This dissertation stems from an investigation of the forging of bonds, unavoidable connections that are woven and unmade so many times between beings and things throughout life. The premise of this research is to enquire into the lines that are born and dance from contact, the strong sparks that generate connection and the viral vibrations that permeate the sharing of experiences. To this end, it relies entirely on interdisciplinarity, making the links between different schools a vector of work. Despite not delimiting a specific object, a series of images were selected that help us to reach such ideas. These are clippings and fragments of texts, letters, interviews with authors, films and various artistic productions, composing a mosaic of sensations. They work as reflection triggers that help to sculpt new theories and open up different ways for us to think about the strength and potency carried by the generation of bonds in the collective-affective imagination and new ways of existing and relating - whether with oneself, the other or the surroundings.

[pt] Com o progressivo crescimento das tensões de operação dos sistemas elétricos de transmissão de potência. O método convencional de coordenação de isolamento vai-se tornar ineficiente e, devido a esta circunstância, fez-se necessária a criação do método probabilístico de coordenação de isolamento para surtos de manobra. No presente trabalho é apresentado o já acima citado método probabilístico, um programa de computador que tem por objetivo o cálculo do risco de falha do isolamento de uma linha de transmissão e, ainda, uma análise de sensibilidade do custo de uma linha de 800 KV com os diversos parâmetros que vão influir nesse custo. O presente trabalho vai-se afigurar bastante prático devido ao fato de ele apresentar o que se faz, atualmente, em termos de coordenação de isolamento de linha bem como de subestação / [en] The progressive growth of power system operating voltages imposes several constraints to the application of the conventional approach to insulation coordination. As a consequence a statistical approach to the problem was developed concerning switching surges. This paper explains the method mentioned above and introduces a computer program that calculates the risk of failure for the insulation of a transmission line. A sesitivity cost analysis of a 800 KV transmission line, as well as the various parameters involved, is also presented. Emphasis is given to the practical aspects of this work, for it presents the modern techniques used nowadays in solving the problems of power station and transmision line insulation coordination.