[pt] Uma análise teórica, comparativa e de sensibilidade é feita com quatro modelos básicos para o efeito corona em linhas de transmissão monofásicas. A análise de ocorrência de choque em linhas de transmissão é também considerada na análise os modelos. Um algoritmo computacional é desenvolvido para estudo de transitórios eletromagnéticos em linhas de transmissão monofásicas. Por fim são analisados casos interessantes do ponto de vista da Engenharia Elétrica. / [en] The corona effect on monophasic transmission lines was subjected to a theoretical comparative sensibility analysis. Four basic models were used. The analysis of shock occurrence in transmission lines was also considered in the analysis of the models. A computational algorithms was developed to study electromagnetic transients on monophasic transmission lines. Finally, interesting cases from the Electrical Engeneering standpoint were analysed.

[pt] Atualmente os sistemas elétricos altamente carregados estão enfrentando um crescente risco de estabilidade de tensão na medida que restrições ambientais e incertezas econômicas limitam o investimento em novas linhas de transmissão. Uma revisão dos problemas ocorridos em vários países indicam claramente que o problema de estabilidade de tensão é real e que o pior ainda está por vir [1]. Portanto existe a necessidade do desenvolvimento de ferramentas analíticas capazes de prever o colapso de tensão em redes complexas. Estas ferramentas devem ser capazes de quantificar com precisão as margens de estabilidade e os limites de transferência de potência, identificando os pontos fracos e as áreas susceptíveis á estabilidade de tensão. Um método para determinação das condições de estabilidade local de tensão é mostrado. A eficiência computacional desta ferramenta analítica é enfatizada em estudos de análise de cotingência. Estudos comparativos mostram a influência do modelo da carga estática, dos equivalentes de redes e da representação dos limites de geração ou absorção de potência reativa a partir da curva de capabilidade da máquina síncrona, no índice que avalia a estabilidade local de tensão. Um estudo sobre o determinante da matriz que serve como índice que avalia a estabilidade local de tensão. Neste trabalho são propostos novos estudos para dar continuidade aos avanços obtidos até o momento. / [en] Nowadays, heavy loaded eletric power systems are facing voltage stability problems due to environmental restrictions and budget cuts. Power systems incidents involving voltage stability clearly show that it is real problem and worse conditions are expected [1]. Therefore, there is a need of developing analytical tools to detect voltage collapse in complex networks. These tools must show, with good accuracy, stability ranges and power transfer limits, identifying weak nodes and susceptible areas to voltage stability. It is show a method to determine local voltage stability conditions and its computational efficiency is emphasized through contingency analysis studies. Comparative studies show the influence of static load model, network equivalent and reactive power generation/absorption limits representation using the synchronous machine capability curve, over the index which evaluates local voltage stability. It is show a study about the determinant which plays as an index to evaluate local voltage stability. Suggestions are made for future research.

[pt] O fluxo de potência probabilístico é considerado uma técnica eficiente na obtenção de índices de segurança, tais como: a probabilidade de sobrecarga nas linhas de transmissão, probabilística de sobretensão em barramentos, etc., os quais são medidas extremamente úteis no planejamento e na operação de sistemas de potência. Este índices são obtidos dada a capacidade de tal algoritmo considerar a natureza probabilística das cargas em uma única solução. Nesta tese, a dependência entre as potências nodais é modelada de forma a considerar fatores ambientais e sociais como também o critério de pré-despacho usado no balanço da potência ativa do sistema. Estes aspectos são então incluídos no fluxo de potência probabilístico e o novo algoritmo é testado com dois sistemas de potência. O novo algoritmo de fluxo de potência probabilístico considerando dependências entre as potências nodais proposto por esta tese pode ser visto como uma técnica bastante realística para avaliar os riscos de insegurança dos sistemas de potência. / [en] Probabilistic load flow can be considered an efficient technique in order to essess security índices, such as: the probability of a line being greater than its thermal rating, probability of a busbar voltage being outside its operational constraints, etc., which are extremely useful measurements in planning and operation of power systems. These indices are schieved due to the capability of such algorithm in recognising the probabilistic nature of generation and load within one solution. In this thesis, the dependence between nodal powers is modelled in order to account environmental and social factors and the unit commitment criteria used to balance the system active power. These aspects are then included in the conventional probabilistic load flow and the new algorithm is tested with two power systems. The new probabilistic load flow algorithm considering dependence between nodal powers proposed by this thesis can be seen as very realistic technique to evaluate system security risks.

[pt] Neste trabalho desenvolve-se uma técnica para determinação da componente longitudinal do campo elétrico gerado por uma densidade superficial de corrente. A metodologia proposta baseia-se na diádica de Green da região em consideração, sendo estudadas regiões interiores em que existe uma solução analítica da equação de onda escalar em coordenadas ortogonais e regiões exteriores, em sistemas de coordenadas esféricas e cilíndricas. Para cada uma das soluções, mostra-se a convergência da expressão obtida para a componente longitudinal do campo elétrico, expressa por uma série ou integrais de funções modais. Baseado na metodologia desenvolvida, elabora-se um modelo de análise para determinação de campos e impedância característica em cabos coaxiais de seção arbitrária. O modelo é aplicado a cabos de seção circular e retangular. A metodologia de determinação de campos por diádicas de Green é ainda aplicada à análise de cabos coaxiais de seção retangular, com estais de fixação do condutor interno, localizados periodicamente. / [en] It is developed a method for the determination of the longitudinal component of the electric field generated by a surface current density in the interior or the exterior regions. The proposed method is based on the dyadic Green´s function of the region under consideration, beeing analysed interior regions, assuming the knowledge of the analytical solution for the scalar wave equation in the orthogonal coordinate systems and external regions, using spherical and cylindrical coordinate systems. For the each solution, it is shown the convergence of the expression obtained for the longitudinal component of the electric field. Based on the developed method, a model of analysis is elaborated to determine the field and the characteristics impedance of coaxial cables of arbitrary cross section. The model is applied to cables with circular and rectangular sections. The dyadic Green´s function method is finally applied to the analysis of coaxial cables with internal metallic struts periodicaly placed.

[pt] Vários aspectos de um sistema elétrico de potência devem ser avaliados em detalhe antes de sua construção e operação. A escolha dos níveis de isolamento utilizadas é editada pelas condições em regime permanente e de sobre tensões que poderão ocorrer no sistema. Naturalmente, as linhas de transmissão veículos de transporte de energia estão intimamente ligadas a este problema. A sua perfeita operação determina níveis de atendimento apropriados aos consumidores. Portanto, é de extrema importância que se conheça o comportamento do isolamento do sistema de transmissão. O presente trabalho tem por objetivo fornecer ao engenheiro condições d analisar a performance de uma linha de transmissão quando submetida a surtos atmosféricos e a surtos de manobra através de dois programas desenvolvidos para o computador digital HP- 2100. / [en] Many aspects of an electric utility power system design must be evaluated in detail prior to construction and operation. The choice of insulation requirements on eletric utility system equipment is dictated both by the steady state conditions as well as by overvoltages which can occur on the system. Transmission lines, which are the way to carry energy, are certainly involved in this problem. Therefore it is very important to know their insulation behavior. The purpose of this work is to give the engineer conditions to analyze transmission lines behavior, by way of two digital programs, one concerning lightining strokes and the other switching surges.

[pt] As fundações dos elementos de apoio de uma linha aérea de transmissão de energia elétrica situam-se ao longo de extensos traçados, onde diferentes condições de apoio para as estruturas são encontradas em razão da variação natural dos horizontes. Tal configuração pode levar alternativamente a se programarem estudos e sondagens especiais em cada local de suporte, fazendo crescer os custos e prazos de projeto, ou ao contrário, reduzindo drasticamente a investigação, com prejuízos evidentes ao planejamento, execução e economia da obra de implantação da linha de transmissão. Dessa maneira, são organizados e propostos procedimentos para avaliação do terreno segundo as suas orografia, hidrografia, geologia e pedologia e do ambiente atmosférico local, cujas manifestações são capazes de impor severas solicitações às torres e, indiretamente, às fundações. É eleita a região da bacia do rio da Prata para constituir o grande cenário do estudo, quer pela abundância de dados e informações disponíveis sobre linhas de transmissão já em carga, ou ainda em construção, nessa região. Assim sendo, desenvolve-se uma metodização para orientar o estudo dessas fundações, considerando o conjunto torre x terreno x fundação e buscando soluções técnicas convenientes e economicamente aceitáveis, atendendo assim ao binário desempenho-custo. Para as torres são considerados os modelos auto-suportados e estaiados, o terreno é variado entre algumas categorias identificadas na região e as fundações são representadas pelas superficiais, em sapatas, e pelas profundas do tipo tubulão. Buscando, ainda, auxiliar no aprimoramento dos projetos de fundações para suportes de linhas de transmissão, é desenvolvido um estudo de confiabilidade estrutural tendo como modelo algumas das fundações pré-selecionadas para a metodização primariamente desenvolvida. São determinadas as probabilidades de falha dessas fundações através do programa FERUM e, a partir do levantamento dos prejuízos financeiros causados pela falha desses elementos, determina-se o risco de falha. Por último, é desenvolvido um estudo paramétrico para avaliar a influência do projeto de fundação, do tipo de solo e da velocidade de vento sobre a probabilidade de falha. / [en] The transmission line tower foundations are executed following extensive paths, where different structural foundation conditions are found, in reason of natural horizontal ground layer variations. Then, one may alternatively to schedule and to execute special and specific studies or, conversely, to substantially reduce the geothecnical investigation, with sensible economical loses in the transmission line design and behavior. In such way, a methodology is proposed to evaluate conveniently the site according to its geology, orography , hydrography and pedology as well to related atmospheric local manifestations, able to submit severe mechanical solicitations to the towers and their foundations. In this way, one proposes a methodology to govern the study of these foundations, considering the tower x site x foundation relations and searching for convenient technical and acceptable economical solutions. Guyed and self-supported models are considered for towers, and the foundations are represented by footings, as the superficial type, and piers, as the deep type. The rio do Prata basin is chosen to constitute the large scenery of the study, because its abundant available data concerned to already operational transmission lines, or still under design and construction ones. Moreover, seeking the improvement of the tower foundation design a study based on structural reliability is developed considering some foundation models selected as mentioned above. Foundation failure probabilities are determined by the FERUM computational program and the risk of failure is obtained from economical damages caused by foundation failures. In the last, a parametric study is developed to evaluate how does the failure probability behave according to variations in the foundation soil, wind velocity and footing dimensions and depth.

[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] 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] 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.