[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] 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.

[pt] No projeto de estruturas treliçadas esbeltas, um ponto relativamente em aberto é quanto à resposta dinâmica dessas torres sob ação do vento. Já foram observadas várias ocorrências de queda de torres por tais efeitos no Brasil e ultimamente, essas incidências vêm aumentando, trazendo diversos transtornos e prejuízos significativos à sociedade e às empresas concessionárias. Nesse contexto, brotam dois aspectos centrais: a modelagem da estrutura e a discretização da ação do vento. A montagem desses dois cenários é feita com base em um modelo numérico, no SAP2000, de uma torre de 73,75 m de altura da linha de transmissão LT - 103, na Amazônia, e uma torre de TV com 192 m de altura, localizada em Brasília-DF, ambas no Brasil. Para avaliação da excitação do vento, é utilizada a norma brasileira NBR 6123. Em estudo preliminar, propõe-se uma forma de representação simplificada das forças do vento sobre a torre, de modo a serem utilizadas resultantes por módulos, convenientemente distribuídas por seus nós principais, visando-se quer a resposta estática, quer a dinâmica. A torre de TV é ensaiada sob a ação de pulsos isolados do vento de projeto e por sucessões diversas desses pulsos com o intuito de simular rajadas de vento. Investiga-se também, para a ação de ventos normalizados extremos, a resposta linear e não-linear P-Delta do sistema. Em consequência, identificam-se pontos de insuficiência estrutural e, para as ações extremas, ensaiam-se recursos mecânicos para controle dos deslocamentos e esforços máximos produzidos pela ação estática e dinâmica do vento. / [en] The dynamic response of slender latticed tower structures under wind excitation is still an open point in the design of such systems. In Brazil, an expressive number of accidents have been registered, in the last few decades, and a large number of material and financial losses have been equally reported, for both people and industrial plant owners. In the structural analysis scenario, two central points dominate the structural engineer concerns: the modeling of the structure and of the wind action. Two tower models are used, a 73,75m high transmission line trussed structure, LT 103, settled in the Brazilian Amazon Basin and a 193m tall trussed TV tower, built in Brasilia-DF. The wind action on the tower members is computed according to the brazilian recommendation, NBR- 6123. In a preliminary study, a simplified procedure is proposed to evaluate the wind forces on the LT-103 tower sections and to conveniently distribute them on the main tower model nodes (joints). The TV Tower is evaluated under the static and dynamic action of the wind forces, either by isolated pulses or by a train of them to model a wind gust. The tower response is computed under a linear and non-linear P-Delta behavior; some faulting spots are identified in the response reports and a combined vibration control solution is proposed incorporating steel tendons conjugated with multiple tuned mass absorbers. A comparison is also made with the NBR 15307 recommendation and a couple of comments are addressed to those who may intend to apply this regulation to investigate the behavior of slender trussed tower structures.

[pt] Este trabalho discute técnicas para simulação de redes elétricas com ênfase em operação em tempo real. As redes possuem linhas de transmissão como elementos a parâmetros distribuídos, enquanto redes RLC correspondem aos elementos concentrados, se bem que muitos dos resultados não se restringem só a estes tipos de elementos. A modelagem de linhas de transmissão é considerada primeiro, sob o ponto de vista da comparação entre dois modelos da literatura, caracterizando sua adequação para simulação em tempo real. Desta comparação resulta uma combinação de procedimentos como adequada à simulação. Na seqüência, é apresentado um novo algoritmo de integração numérica, baseado na descrição de estado de rede e em filtragem digital multitaxa. O novo algoritmo mostrou que pode reduzir o esforço computacional da simulação da rede, ao mesmo tempo que melhorou a qualidade das mesmas. O próximo objetivo relaciona-se com as oscilações numéricas, causadas pelo uso da Integração Trapezoidal em algumas configurações de rede. Um método de análise, baseado em teoria de rede e processamento digital de sinais é desenvolvido. A Partir dele são identificadas as configurações de redes, passíveis de gerações numéricas na sua contraparte digital. Métodos convencionais de eliminação das oscilações numéricas são analisados, incluindo no método o sistema multitaxa. Em todos os casos o sistema novo apresentou melhores resultados, sendo que seu uso apropriado, pode, por se, eliminar as oscilações numéricas. Alguns casos ilustrativos de redes de sistemas de potência estão incluídos, sendo desenvolvidos em linguagem MATLAB. Eles indicam que a combinação do modelo sugerido para linha de transmissão com o novo método de integração numérica multitaxa, permite a simulação da rede com reduzido esforço computacional e portanto aumentar a possibilidade de simulação de redes complexas em tempo real. / [en] This work discusses techniques for electrical network digital simulation, emphasizing real time operation. The networks contain transmission lines as distributed elements and RLC elements as lumped parameters, although many of the results are not restricted to these elements. Transmission line modeling is considered first, comparing two of the methods found in literature from the real time simulation point of view. The convenience of their use is subject of analysis, leading, later on, to suggest a blend of approaches for real time simulation. In the sequence of the work, it is introduced a new numerical integration algorithm, based on network state space description and multirate digital filtering. The new integration method reduces the simulation computational complexity while simultaneously improving its accuracy. Next, the focus is on numerical oscillations caused by the Trapezoidal Integration approach in some network configurations. It is presented a method to identify electrical network configurations that might generate numerical oscillations in their digital counterparts. The method is a result of both, network and digital signal theory. Conventional and new techniques are applied in order to eliminate the numerical oscillations. The new multirate approach improves convetional techniques results, while properly used eliminates by itself the numerical oscillations. Some power systems network illustrative cases are included, using the new integration method and the proposed digital transmission line model. It is shown that this combination produces improved performance, final accuracy and reduced computational effort, resulting appropriate for real time simulations.

[pt] Linhas de transmissão de energia são estruturas importantes em um sistema de energia elétrica. Devido à elevada energia transportada por essas redes, falhas em linhas de transmissão podem ter reflexos severos no fornecimento aos consumidores, não raro levando a apagões em áreas geograficamente extensas. Entre as possíveis origens de falhas está o rompimento dos cabos elétricos pela fadiga provocada pela vibração eólica. As grandes extensões territoriais percorridas pelas linhas de transmissão e a variedade de climas, relevos, vegetação e condições meteorológicas aos quais estão submetidas dificultam qualquer trabalho de previsão da ação do vento. A medição da vibração permite detectar de antemão a aproximação da falha, porém os instrumentos convencionais dependem de transdutores elétricos os quais, além de exigirem uma fonte de energia (normalmente não disponível junto a linhas de transmissão) para seu funcionamento, sofrem influência dos intensos campos elétricos e magnéticos existentes em torno dos cabos de energia. A imunidade das fibras ópticas a campos elétricos e magnéticos e a possibilidade de uso de sinal de entrada de baixa potência oferecem uma alternativa para a criação de instrumentos de medição usando a técnica das redes de Bragg. A presente dissertação contribui com o desenvolvimento de um acelerômetro biaxial a redes de Bragg para medição de vibração em cabos de linhas de transmissão de energia. Além dos aspectos teóricos e práticos envolvidos, são discutidos os resultados de ensaios de calibração de elevada exatidão e outros ensaios especiais que fundamentaram a avaliação metrológica e o estabelecemento da eficácia do referido instrumento. / [en] Overhead transmission lines play an important role on electric systems. Due to the high energy carried through those networks, failures on overhead lines can bring severe constraints on consumers supply, occasionally taking the form of blackouts in large geographic regions. Among the reasons of such failures is the breaking of electric cables caused by the fatigue originated from cyclic bending due to aeolian vibration. The large areas covered by overhead lines and the variety of climate, relief, vegetation and meteorological conditions under which they have to operate make it difficult to foresee the impact of wind Vibration measurements would allow anticipating the failure but conventional instruments depend upon electric transducers which, besides demanding a local source of energy (usually unavailable near overhead lines), suffer the influence of the high electric and magnetic fields around the energized cables. Optical fibers immunity against environments subjected to electrical and magnetic fields and the possibility of using low energy input signals offer the alternative of creating measuring instruments using Bragg gratings technique. This Master dissertation contributes with the development of a fiber Bragg grating biaxial accelerometer for measuring the vibration of overhead transmission line cables. Besides the theoretical and practical aspects related to the subject, the results of high precision calibration tests are discussed, together with other special tests which set the basis of the metrological evaluation and the establishment of the efficacy of the instrument.

[pt] Muitos drones subaquáticos (DSs) modernos usados no monitoramento militar e ambiental operam no oceano e são concebidos como transceptores intermediários entre sua estação base (EB) e redes de sensores sem fio subaquáticas (RSSFSs). Devido a salinidade e consequentemente a condutividade da água do mar, DSs não podem usar transmissões de rádio frequência (RF) convencionais, tanto para alimentar quanto para se comunicar com os nós sensores (NSs). Tentando superar essas limitações, sistemas de transmissão indutiva de energia (TIE) têm sido apontados como uma alternativa para RSSFSs assistidas por DSs confiáveis. TIE apresenta perdas menores do que técnicas de campo distante em meios complexos, mas é extremamente limitada em termos de distância de operação. Baseado nisso, a presente tese visa uma solução mais integrada para sistemas de monitoramento assistidos por DSs baseado em sistemas de TIE usando lentes e refletores de metamaterial (MTM) dedicados a aprimorar ambas a eficiência na transmissão de energia e a razão sinal-ruído dos dados transmitidos. Um novo modelo do canal magnético, baseado no modelo de linhas de transmissão magnéticas virtuais, incorporando os ganhos dos MTMs e as perdas da água do mar, também é apresentado de modo a facilitar a futura sistematização das RSSFSs. / [en] Most modern underwater drones (UDs) employed in military and environmental monitoring operate in the ocean and are conceived as intermediary transceivers between their base station (BS) and underwater wireless sensor networks (UWSNs). Due to the salinity and consequently the conductivity of seawater, UDs cannot use conventional radiofrequency (RF) transmissions, either for powering or communicating with the sensor nodes (SNs). Trying to overcome these limitations, inductive power transmission (IPT) systems have been pointed out as an alternative for reliable UD-assisted UWSNs. IPT presents lower losses than far-field-based techniques in complex media but is extremely limited in terms of operating distance. Based on that, the present thesis aims an all-integrated solution for UD-assisted monitoring systems based on IPT systems using metamaterial (MTM) lenses and reflectors dedicated to improving both the power transfer efficiency and the signal-noise ratio of the transmitted data. A new model of the magnetic channel, based on the virtual magnetic transmission line model, incorporating the MTM gains and the seawater losses, is also presented in order to facilitate the future systematization of UWSNs.

[pt] Nos últimos anos, tem aumentado o interesse no uso da transmissão de energia sem fio por acoplamento indutivo em muitas aplicações. Uma das maiores limitações dessa tecnologia é a distância de operação reduzida. Alguns trabalhos recentes sugerem usar materiais artificiais conhecidos como metamateriais para aprimorar a eficiência da transferência de potência ao longo da distância. Devido às suas propriedades eletromagnéticas únicas, tais como permeabilidade magnética negativa, metamateriais podem ser usados para amplificar as ondas evanescentes do campo próximo. No presente trabalho, é estudado o uso de metamateriais eletromagnéticos para aumentar o acoplamento indutivo por meio da amplificação do campo próximo. São apresentados cálculos analíticos e simulações dos metamateriais propostos. O melhoramento da eficiência na transferência de potência é apoiado por evidências experimentais. / [en] Over recent years, the interest in using inductive wireless power transmission for many applications has grown. One of the major limitations of this technology is the reduced operating distance. Some recent works have suggested using artificial materials known as metamaterials to improve the power transfer efficiency over distance. Due to their unique electromagnetic properties, such as negative permeability, metamaterials can be used to enhance the evanescent waves of the near field. In the present work, the usage of an electromagnetic metamaterial to increase the inductive coupling by means of enhanced evanescent waves is studied. Analytical calculations and numerical simulations of the proposed metamaterial are presented. The improvement of the power transfer efficiency is supported by empirical evidences.

[pt] O crescente interesse na utilização das redes de distribuição de energia elétrica como uma alternativa para o fornecimento de serviços de telecomunicações, tem motivado a pesquisa e o desenvolvimento de sistemas capazes de superar as características hostis deste ambiente como canal de comunicação. Com esta finalidade, este trabalho procura estimar o comportamento da rede PLC através da modelagem da função de transferência do canal, para a faixa de freqüência de 300 kHz a 30 MHz, por meio de um conjunto de parâmetros, os quais podem ser deduzidos da medição da resposta em freqüência. Dois modelos são apresentados para descrever a resposta em freqüência complexa de típicos canais power line, cobrindo todos os efeitos que os caracterizam, tais como o efeito de propagação por multipercursos causado pelas inúmeras reflexões nas junções da rede e o desvanecimento seletivo em freqüência. Os experimentos revelam que estes modelos apresentam todas as características principais da rede PLC podendo representar ferramentas úteis e efetivas na prática, oferecendo a possibilidade de realizar pesquisas para diferentes topologias de rede, a fim de estudar seu impacto no sistema de comunicação pela rede de energia elétrica. Além disso, propõem-se modelos de ajuste da função de transferência do canal a dados empíricos pelo método dos mínimos quadrados. / [en] The crescent interest on the utilization of the low voltage power distribution grid as an alternative to provide services of telecommunication has motivated the systems development able to surpass the hostile characteristics of this environment as a communication channel. Therefore, this work seek to estimate the behavior of PLC network (Power Line Communication) through the modelling of the channel transfer function, to the range of 300 kHz to 30 MHz, by means of a set of parameters, which can be derived from the measure of the frequency response. Two models are presented to describe the complex frequency response of power line channels, covering all effects that define them, for example, the multipaths propagation generated by uncountable reflections on the network connections and selective fading in the frequency. The results of experiments show that these models present the most important characteristics of PLC network, representing useful and effective tools in the practice, offering the possibility to do researches to different network topologies, in order to study the impact of these effects on the PLC system. Moreover, they`re proposed channel transfer function adjustment models through empiric data and the least square method.