Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-05-13T18:00:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO_MÁRCIO SILVA_Vdigital.pdf: 3332563 bytes, checksum: 1fcb729b6e047958e0e4ea53eafd5423 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-13T18:00:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO_MÁRCIO SILVA_Vdigital.pdf: 3332563 bytes, checksum: 1fcb729b6e047958e0e4ea53eafd5423 (MD5) Previous issue date: 2015-12-18 / Esta dissertação tem como objetivo entender e propor estratégias para a melhoria do desempenho de redes do tipo Monofilar com Retorno pela Terra (MRT) frente a descargas atmosféricas. Para tanto, dedicou-se, primeiramente, a estudar as modelagens, as conceituações necessárias a fim de entender o comportamento que rege as correntes de descargas atmosféricas. Logo, partindo deste ponto, este trabalho se propôs a verificar quais os pontos mais frágeis da rede de distribuição e a implementar sistemas de proteção com novas estratégias, inclusive a utilização do cabo guarda não utilizado nesse tipo de instalação, e posteriormente, avaliar o funcionamento dessas estratégias de proteção por meio de simulações de seus comportamentos ao longo do tempo e a resposta em frequência de um conjunto de vários equipamentos que são partes integrantes da rede MRT. Dois aspectos foram concentrados nesta avaliação: a análise das relações entre estas curvas das grandezas elétricas, confrontando a análise com toda teoria estudada; e a observação do desempenho dinâmico obtido para cada estratégia. Foram feitas comparações entre as diversas possibilidades de solução para entender a necessidade da utilização de Para-raios, cabo guarda e sistemas de aterramento nos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas. / This thesis aims to understand and to propose strategies to improve the performance of monofilar type networks with the Single Wire Earth Return (SWER) against lightning. To this end, It was dedicated, first, to study the modeling, the necessary concepts to understand the behavior that governs the currents of lightning. Thus, starting from this point, this study proposed to check what the weakest points of the distribution network and implement protection systems with new strategies, including the use of guard cable not used in this type of installation, and subsequently to assess the functioning these protection strategies through simulations of their behavior over time and the response in frequency of a set of multiple devices that are parts of the SWER network. Two aspects were concentrated in this assessment: the analysis of the relations between these curves of the electrical greatness, confronting the analysis in all studied theory; and the observation of the dynamic performance obtained for each strategy. Comparisons were made among the various possibilities of solution to understand the necessity of using lightning rod, guard cable and grounding systems in protection systems against lightning.

As Faltas de Alta Impedância (FAI) causadas pelo rompimento de um condutor da rede primária podem trazer risco à segurança pessoal e ao patrimônio. A detecção deste defeito se faz, portanto, necessária. Não há na literatura um método que estabeleça a solução definitiva para este problema. Ainda, os estudos, quando não baseados em sinais reais, utilizam, por vezes, modelos determinísticos ou que não representam por completo as características geradas pelo defeito. Por este motivo, este trabalho propõe um modelo de falta de alta impedância que visa representar, com elevado detalhamento, a natureza do evento. O modelo desenvolvido é parametrizável para que possa representar as características dos sinais de falta e suas variações, inclusive as não determinísticas, as quais se referenciam na literatura, reproduzindo o comportamento típico de uma falta de alta impedância. O programa de simulação computacional empregado para este fim foi o ATPDraw. Para a validação do sinal gerado pelo modelo, além da comparação visual com sinais de falta reais, foi elaborado um algoritmo de detecção de FAI, o qual busca por características do fenômeno já conceituadas na literatura, com o propósito de analisar o sinal da corrente de falta gerado pelo modelo quando inserido em um sistema de distribuição de energia elétrica. Foi observada a progressão temporal do fenômeno, desde o rompimento do condutor até a formação dos arcos voltaicos. Do sinal de falta, em síntese, foram observadas características como: assimetria, variação de assimetria, ocorrência de buildup, presença e variação dos componentes harmônicos e inter-harmônicos. A observação dessa variedade de características é necessária na detecção de FAI e é coerente com o modelo proposto, já que este é o único presente na literatura capaz de reproduzi-las simultaneamente. Dos casos de falta simulados, todos foram detectados pelo algoritmo de detecção, indicando que os sinais de falta de alta impedância produzidos pelo modelo possuem as características que ele foi projetado para gerar. / High Impedance Faults (HIF) caused by primary conductor rupture can pose personal safety risk and danger to property. Detection of this event is, therefore, required. There is no proposed method in the literature that establishes a decisive solution to this problem. Studies, when not based on real signals, sometimes use deterministic models or models that do not entirely represent the event\'s characteristics. For this reason, this research proposes a high impedance fault model that intend to represent, with high level of details, the nature of this event. The developed model is parametrizable so it can represent fault signal characteristic and its variations, reproducing the typical high impedance fault behavior. The software ATPDraw was used for this purpose. For model\'s behavior and signal validation, in addition to visual comparison with real HIF signals, a detection algorithm was developed, which searches for HIF characteristics presented on literature, with the intent of analyzing the fault current signal generated by the model when inserted on an electrical distribution system. The temporal progression of the event was observed from the conductor rupture until electric arc ignition. From the fault current, characteristics such as: asymmetry, asymmetry variation, buildup, presence and variation of harmonic and inter-harmonic frequencies were analyzed. The evaluation of this variety of characteristics is needed for HIF detection and it only makes sense because the proposed model is the only one presented in literature capable of reproducing of all them simultaneously. All detection tests resulted in positive identification, confirming that the proposed HIF model possesses the intended characteristics.

As Faltas de Alta Impedância (FAI) causadas pelo rompimento de um condutor da rede primária podem trazer risco à segurança pessoal e ao patrimônio. A detecção deste defeito se faz, portanto, necessária. Não há na literatura um método que estabeleça a solução definitiva para este problema. Ainda, os estudos, quando não baseados em sinais reais, utilizam, por vezes, modelos determinísticos ou que não representam por completo as características geradas pelo defeito. Por este motivo, este trabalho propõe um modelo de falta de alta impedância que visa representar, com elevado detalhamento, a natureza do evento. O modelo desenvolvido é parametrizável para que possa representar as características dos sinais de falta e suas variações, inclusive as não determinísticas, as quais se referenciam na literatura, reproduzindo o comportamento típico de uma falta de alta impedância. O programa de simulação computacional empregado para este fim foi o ATPDraw. Para a validação do sinal gerado pelo modelo, além da comparação visual com sinais de falta reais, foi elaborado um algoritmo de detecção de FAI, o qual busca por características do fenômeno já conceituadas na literatura, com o propósito de analisar o sinal da corrente de falta gerado pelo modelo quando inserido em um sistema de distribuição de energia elétrica. Foi observada a progressão temporal do fenômeno, desde o rompimento do condutor até a formação dos arcos voltaicos. Do sinal de falta, em síntese, foram observadas características como: assimetria, variação de assimetria, ocorrência de buildup, presença e variação dos componentes harmônicos e inter-harmônicos. A observação dessa variedade de características é necessária na detecção de FAI e é coerente com o modelo proposto, já que este é o único presente na literatura capaz de reproduzi-las simultaneamente. Dos casos de falta simulados, todos foram detectados pelo algoritmo de detecção, indicando que os sinais de falta de alta impedância produzidos pelo modelo possuem as características que ele foi projetado para gerar. / High Impedance Faults (HIF) caused by primary conductor rupture can pose personal safety risk and danger to property. Detection of this event is, therefore, required. There is no proposed method in the literature that establishes a decisive solution to this problem. Studies, when not based on real signals, sometimes use deterministic models or models that do not entirely represent the event\'s characteristics. For this reason, this research proposes a high impedance fault model that intend to represent, with high level of details, the nature of this event. The developed model is parametrizable so it can represent fault signal characteristic and its variations, reproducing the typical high impedance fault behavior. The software ATPDraw was used for this purpose. For model\'s behavior and signal validation, in addition to visual comparison with real HIF signals, a detection algorithm was developed, which searches for HIF characteristics presented on literature, with the intent of analyzing the fault current signal generated by the model when inserted on an electrical distribution system. The temporal progression of the event was observed from the conductor rupture until electric arc ignition. From the fault current, characteristics such as: asymmetry, asymmetry variation, buildup, presence and variation of harmonic and inter-harmonic frequencies were analyzed. The evaluation of this variety of characteristics is needed for HIF detection and it only makes sense because the proposed model is the only one presented in literature capable of reproducing of all them simultaneously. All detection tests resulted in positive identification, confirming that the proposed HIF model possesses the intended characteristics.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς εναέριων γραμμών και υπόγειων καλωδίων μεταφοράς υψηλής τάσης έναντι κεραυνών. Για την εξυπηρέτηση του σκοπού αυτού, γίνεται προσομοίωση ενός υβριδικού δικτύου, αποτελούμενου τόσο από εναέριες γραμμές μεταφοράς όσο και από υπόγεια καλώδια, και μελέτη των μεταβατικών υπερτάσεων που εμφανίζονται σε αυτό λόγω κεραυνικών πληγμάτων σε έναν από τους αγωγούς προστασίας του τερματικού πυλώνα, όπου πραγματοποιείται η διασύνδεση εναέριας γραμμής-υπόγειου καλωδίου. Στο πρώτο κεφάλαιο παρατίθενται κάποια θεωρητικά στοιχεία σχετικά με τις ατμοσφαιρικές υπερτάσεις. Αναλύονται τα είδη των κεραυνών, οι βασικές παράμετροι και τα κύρια χαρακτηριστικά τους. Επιπλέον, περιγράφονται οι επιπτώσεις από κεραυνικά πλήγματα και ο τρόπος εύρεσης της συχνότητας με την οποία συμβαίνουν κεραυνοί ανά περιοχή. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας και αναπτύσσονται τα βασικά στοιχεία των εναέριων γραμμών και των υπόγειων καλωδίων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, πραγματοποιείται μία σύγκριση αυτών των δύο τρόπων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, παρουσιάζοντας τα θετικά και αρνητικά στοιχεία καθενός από αυτούς. Στο τρίτο κεφάλαιο εξετάζονται τα είδη σφαλμάτων και τα αίτια δημιουργίας αυτών στις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, δίνονται κάποια βασικά χαρακτηριστικά για την κυματομορφή του κεραυνικού ρεύματος. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύεται η μόνωση και η προστασία τόσο των εναέριων γραμμών όσο και των υπόγειων καλωδίων έναντι κεραυνικών πληγμάτων. Εξετάζονται ακόμα οι μηχανισμοί που εγείρουν υπερτάσεις στη γραμμή μεταφοράς. Έπειτα, για τον καθορισμό της θέσης των αγωγών προστασίας της γραμμής, περιγράφονται οι μέθοδοι της μέγιστης γωνίας αλλά και η ηλεκτρογεωμετρική μέθοδος. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναπτύσσονται τα επιμέρους στοιχεία του υπολογιστικού προγράμματος ATP-EMTP, το οποίο θα αποτελέσει το μέσο εξομοίωσης για την παρούσα εργασία. Αναφέρονται τα σημεία υπεροχής και η καταλληλότητά του για τέτοιου είδους αναλύσεις και παρουσιάζονται τα επιμέρους υποπρογράμματα από τα οποία αποτελείται. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στο ATPDraw, το οποίο είναι το κύριο όργανο της εξομοίωσης. Στο έκτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά το υβριδικό δίκτυο μεταφοράς υψηλής τάσης που χρησιμοποιείται στην εξομοίωση και αναλύονται τα στοιχεία που το αποτελούν, δηλαδή οι εναέριες γραμμές και τα υπόγεια καλώδια. Επιπλέον, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων και οι γραφικές παραστάσεις των υπερτάσεων στα διάφορα σημεία του κυκλώματος, εξαιτίας κεραυνικών πληγμάτων, των οποίων το εύρος αυξάνει σε κάθε εξομοίωση. Στη συνέχεια ελέγχεται η επικινδυνότητα των υπερτάσεων που εγείρονται για τα διάφορα μεγέθη κεραυνικού ρεύματος και εάν ο εξοπλισμός σε διαφορετικά σημεία του δικτύου αντέχει τις υπερτάσεις αυτές ή καταστρέφεται. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι επικίνδυνες υπερτάσεις παρατηρούνται σε τμήματα της εναέριας γραμμής μεταφοράς πλησίον του σημείου κεραυνικού πλήγματος. Αντίθετα, το υπόγειο τμήμα του δικτύου αποδεικνύεται πιο ανθεκτικό, καθώς δεν εγείρονται επικίνδυνες υπερτάσεις ακόμα και για πολύ υψηλό κεραυνικό ρεύμα. / The purpose of this diploma thesis is the study of the behavior of overhead transmission lines and underground transmission cables against lightning. In favor of this purpose, a simulation of a hybrid transmission network takes place, which is composed of both overhead lines and underground cables, in order to examine transient overvoltages. These overvoltages are raised due to a lightning that strikes the shield wire of the terminal tower, where the interconnection of overhead line to underground cable takes place. Chapter one presents the basic theory concerning atmospheric discharges. It describes the different types of lightning strikes, their parameters and basic characteristics. Furthermore, it analyzes the consequences of lightning and how to find the frequency that a lightning takes place in an area. At the second chapter there is an introduction in the systems of electric energy and a presentation of the basic characteristics of overhead lines and underground cables. In addition, there is a comparison between those two means of electricity transmission. Chapter three examines the types of errors and the causes of them at the electricity transmission lines. Moreover, it gives the basic parameters of the lightning current waveform. Chapter four analyzes the insulation and protection of both overhead lines and underground cables against lightning. It also examines the mechanisms that raise overvoltages at the transmission lines. Afterwards, there are described two methods on how to define the place of shield wires at a transmission line. Chapter five describes the ATP-EMTP simulation program, which is a specific software to simulate power systems. Its superiority for research like the present one is high lined and special emphasis is given to ATPDraw which is the main tool for the simulation. At chapter six there is a detailed analysis of the hybrid network used in this simulation and of its basic components, which are the overhead lines and the underground cables. Furthermore, there is a presentation of the results of the simulation and the graphs of the overvoltages at different spots of the network, due to lightning strikes. Afterwards, there is an evaluation of the risk of overvoltages that are raised for different lightning current sizes and if the equipment at different spots of the network sustains these overvoltages or it is destroyed. From the results, it is concluded that dangerous overvoltages are raised at sections of the overhead line near the lightning strike. On the contrary, the underground section of the network appears to be more resistant, as there are not raised dangerous overvoltages, even when the lightning current was too high.

Como parte de um projeto de pesquisa e desenvolvimento (P&D) mais amplo, que está sendo desenvolvido pela Escola de Engenharia de São Carlos - USP e Companhia Paulista de Força Luz (CPFL), com previsão de conclusão para 2010, este trabalho tem por objetivo apresentar os principais procedimentos para a realização da repotenciação de linhas de subtransmissão de 34,5 KV para 69 KV. Para atingir esse objetivo, é realizada inicialmente uma apreciação do estágio atual dos estudos sobre o tema, abordando inclusive outros métodos além daquele que será objeto específico desse estudo. Em seguida, discutem-se tópicos relevantes dos métodos apresentados de forma que, esse estudo, além de cumprir o já mencionado objetivo específico de apresentar soluções para aumentar a capacidade de transmissão de uma determinada linha, mantendo a sua faixa de servidão, indicará parâmetros válidos para a realização de outros projetos da mesma natureza. Sequencialmente são apresentadas as etapas desenvolvidas para a operacionalização da repotenciação de uma linha, a começar pela escolha da mais adequada, a seleção do método a ser utilizado, levando-se em consideração tanto a alteração do limite térmico da linha quanto à elevação de sua tensão operativa e os aspectos ambientais que envolvem a repotenciação. Finalmente, fazendo uso dos softwares ATP, através da interface gráfica ATPDraw (empregado para as XIV simulações de transitórios eletromagnéticos) e do Flux®, para as simulações dos campos elétricos em torno dos isoladores, realizou-se um conjunto de simulações computacionais pertinentes para um bom conhecimento do funcionamento da linha de subtransmissão a ser repotenciada na classe de interesse. Todas as etapas e as conclusões preliminares sobre o assunto delineado serão apresentadas neste documento. / As part of a wider research and development project, which is being developed between Escola de Engenharia de São Paulo USP and Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL), scheduled to be finished in 2010, this work aims to present the main procedures to perform a repowering on subtransmission lines from 34.5 KV to 69 KV. To achieve this purpose, an assessment of the current studies about the subject is carried out, including an approach of other methods besides the one which is going to be the specific object of this study. After this, relevant points about the main methods are discussed in such a way that this study, in addition to serve its specific purpose, that is to present solutions in order to increase the transmission capacity of a determined line, keeping its right-of-way, can also point out valuable parameters which can be used to develop other projects of similar nature. Sequentially, the steps followed to operationalize the line repowering are presented, starting with the choice of the most suitable line, the selection of the method to be used, and taking into consideration both the change in the line thermal limit and the elevation on its operating voltage and also the environmental aspects involving repowering. At last, making use of ATP software throughout ATPDraw graphical interface (which is used to simulate electromagnetic transients) and Flux®, that simulates electrical fields around insulators, it is carried out a set of computational XVI simulations which are relevant to a good knowledge of the line subtransmission running. All the steps and preliminary conclusions about the subject are going to be outlined on this document.

Este trabalho visa apresentar uma análise metodológica para viabilizar a realização da repotenciação, elevando a classe de tensão de linhas de distribuição de 34,5 kV para a classe de subtransmissão de 69 kV. Foi realizado um levantamento de casos de repotenciação de linhas de transmissão, inclusive para a alternativa de elevação da tensão de operação da linha. Foram analisados modelos matemáticos apropriados para a representação da linha frente a transitórios eletromagnéticos como curtos-circuitos e descargas atmosféricas e ainda, um estudo sobre o procedimento a ser realizado dispondo-se de um software baseado na teoria de elementos finitos para a verificação do nível básico de isolamento das estruturas pertencentes à linha. Assim, a linha piloto foi representada no software ATP, utilizando-se a interface ATPDraw, e foi submetida a diversos transitórios eletromagnéticos. A partir dos valores de tensão observados nesses distúrbios, iniciaram-se novas simulações computacionais por meio do software FLUX®, que é baseado na teoria dos elementos finitos, para avaliar o comportamento do campo elétrico nas diferentes estruturas da linha, considerando a cruzeta de madeira e os isoladores cerâmicos. Dessa forma, esse estudo, avalia as simulações computacionais realizadas e aponta quais as estruturas da linha estão aptas a operar na classe de tensão de 69 kV, ou ainda, quais alterações permitirão que estruturas menos seguras possam operar neste novo nível de tensão. Todas as etapas e as conclusões finais sobre o assunto delineado são apresentadas neste documento. / This work presents a methodological analysis to make repowering distribution line possible, raising the voltage level from 34.5 kV to 69 kV (sub transmission level). A literature review of transmission line upgrading was accomplished, including the alternative of raising the line operating voltage. Proper mathematical models were analyzed for the line representation facing electromagnetic transients such as short circuits and lightning. In addition, a software based on finite elements theory for the verification of the basic insulation level of the structures (poles and crossarms) belonging to the line was utilized. Thus, a pilot line was modeled in the ATP software, using the ATPDraw interface, and it was subjected to various electromagnetic transients. From the voltage values observed in these disturbances, new computer simulations were carried out using FLUX®, a finite elements theory based software capable of evaluating the electrical field behavior in different structures of the line, considering wooden crossarms and ceramic insulators. In this context, the present study analyze the computer simulations and points out which line structures are able to operate in the 69 kV voltage level, or even indicates which alterations will enable the less secure structures to operate in this new voltage level. All the stages and final conclusions about the outlined subject are presented in this document.

Como parte de um projeto de pesquisa e desenvolvimento (P&D) mais amplo, que está sendo desenvolvido pela Escola de Engenharia de São Carlos - USP e Companhia Paulista de Força Luz (CPFL), com previsão de conclusão para 2010, este trabalho tem por objetivo apresentar os principais procedimentos para a realização da repotenciação de linhas de subtransmissão de 34,5 KV para 69 KV. Para atingir esse objetivo, é realizada inicialmente uma apreciação do estágio atual dos estudos sobre o tema, abordando inclusive outros métodos além daquele que será objeto específico desse estudo. Em seguida, discutem-se tópicos relevantes dos métodos apresentados de forma que, esse estudo, além de cumprir o já mencionado objetivo específico de apresentar soluções para aumentar a capacidade de transmissão de uma determinada linha, mantendo a sua faixa de servidão, indicará parâmetros válidos para a realização de outros projetos da mesma natureza. Sequencialmente são apresentadas as etapas desenvolvidas para a operacionalização da repotenciação de uma linha, a começar pela escolha da mais adequada, a seleção do método a ser utilizado, levando-se em consideração tanto a alteração do limite térmico da linha quanto à elevação de sua tensão operativa e os aspectos ambientais que envolvem a repotenciação. Finalmente, fazendo uso dos softwares ATP, através da interface gráfica ATPDraw (empregado para as XIV simulações de transitórios eletromagnéticos) e do Flux®, para as simulações dos campos elétricos em torno dos isoladores, realizou-se um conjunto de simulações computacionais pertinentes para um bom conhecimento do funcionamento da linha de subtransmissão a ser repotenciada na classe de interesse. Todas as etapas e as conclusões preliminares sobre o assunto delineado serão apresentadas neste documento. / As part of a wider research and development project, which is being developed between Escola de Engenharia de São Paulo USP and Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL), scheduled to be finished in 2010, this work aims to present the main procedures to perform a repowering on subtransmission lines from 34.5 KV to 69 KV. To achieve this purpose, an assessment of the current studies about the subject is carried out, including an approach of other methods besides the one which is going to be the specific object of this study. After this, relevant points about the main methods are discussed in such a way that this study, in addition to serve its specific purpose, that is to present solutions in order to increase the transmission capacity of a determined line, keeping its right-of-way, can also point out valuable parameters which can be used to develop other projects of similar nature. Sequentially, the steps followed to operationalize the line repowering are presented, starting with the choice of the most suitable line, the selection of the method to be used, and taking into consideration both the change in the line thermal limit and the elevation on its operating voltage and also the environmental aspects involving repowering. At last, making use of ATP software throughout ATPDraw graphical interface (which is used to simulate electromagnetic transients) and Flux®, that simulates electrical fields around insulators, it is carried out a set of computational XVI simulations which are relevant to a good knowledge of the line subtransmission running. All the steps and preliminary conclusions about the subject are going to be outlined on this document.

Este trabalho visa apresentar uma análise metodológica para viabilizar a realização da repotenciação, elevando a classe de tensão de linhas de distribuição de 34,5 kV para a classe de subtransmissão de 69 kV. Foi realizado um levantamento de casos de repotenciação de linhas de transmissão, inclusive para a alternativa de elevação da tensão de operação da linha. Foram analisados modelos matemáticos apropriados para a representação da linha frente a transitórios eletromagnéticos como curtos-circuitos e descargas atmosféricas e ainda, um estudo sobre o procedimento a ser realizado dispondo-se de um software baseado na teoria de elementos finitos para a verificação do nível básico de isolamento das estruturas pertencentes à linha. Assim, a linha piloto foi representada no software ATP, utilizando-se a interface ATPDraw, e foi submetida a diversos transitórios eletromagnéticos. A partir dos valores de tensão observados nesses distúrbios, iniciaram-se novas simulações computacionais por meio do software FLUX®, que é baseado na teoria dos elementos finitos, para avaliar o comportamento do campo elétrico nas diferentes estruturas da linha, considerando a cruzeta de madeira e os isoladores cerâmicos. Dessa forma, esse estudo, avalia as simulações computacionais realizadas e aponta quais as estruturas da linha estão aptas a operar na classe de tensão de 69 kV, ou ainda, quais alterações permitirão que estruturas menos seguras possam operar neste novo nível de tensão. Todas as etapas e as conclusões finais sobre o assunto delineado são apresentadas neste documento. / This work presents a methodological analysis to make repowering distribution line possible, raising the voltage level from 34.5 kV to 69 kV (sub transmission level). A literature review of transmission line upgrading was accomplished, including the alternative of raising the line operating voltage. Proper mathematical models were analyzed for the line representation facing electromagnetic transients such as short circuits and lightning. In addition, a software based on finite elements theory for the verification of the basic insulation level of the structures (poles and crossarms) belonging to the line was utilized. Thus, a pilot line was modeled in the ATP software, using the ATPDraw interface, and it was subjected to various electromagnetic transients. From the voltage values observed in these disturbances, new computer simulations were carried out using FLUX®, a finite elements theory based software capable of evaluating the electrical field behavior in different structures of the line, considering wooden crossarms and ceramic insulators. In this context, the present study analyze the computer simulations and points out which line structures are able to operate in the 69 kV voltage level, or even indicates which alterations will enable the less secure structures to operate in this new voltage level. All the stages and final conclusions about the outlined subject are presented in this document.

Computer aided calculations are booming nowadays and thanks to more powerfull computers and sofistikated simulators we are able to modelling more and more complex problems in much more engineering domains. Also in power engineering are are simulators used more frequntly. They are used for or checking transmission lines and in testing different kinds of working states including fails.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The search for solutions to the different power quality problems, in special the ones related to the voltage level compliance to the standard values has produced, up to now, an extensive range of commercial products using different techniques. Despite this recognition, the challenge for alternative strategies, presenting low cost and low maintenance properties, are very attractive and this subject is still motivating research worldwide. In this context, this dissertation is focused on the proposal of a voltage regulating device, here referred as CET (Electromagnetic Voltage Compensator), which presents an innovative design to obtain the process of voltage regulation. The main idea is based on the voltage injection, been as an additive or subtractive way, through a physical arrangement, presenting as a full electromagnetic power device. Aiming operative dynamic properties, the proposal in question, as far as their operational design concerns, is based on electronic switching and control device. The proposal outlined here will encounter emphasizes to the CET physical structure, the control unit composition and the evaluation of the electric complex performance under different voltage deviations occurrences. The studies are presented and then discussed, using the results provided by the computational simulation carried out in the time domain simulator ATP throughout its classical feature the MODELS language. / A busca por soluções para os distintos problemas da qualidade da energia elétrica, com destaque às variações das tensões de suprimento, conta, na atualidade, com uma extensa gama de produtos visando, sobretudo, a regulação dinâmica da tensão de suprimento. Não obstante tal reconhecimento, os desafios por estratégias alternativas por compensadores com propriedades operacionais e econômicas mais atrativas continuam motivando pesquisas em todo o mundo. Neste contexto, a presente dissertação encontra-se focada numa proposta de controle de um dispositivo regulador de tensão, aqui denominado por CET (Compensador Eletromagnético de Tensão), que se apresenta com uma concepção inovadora no que tange ao processo da regulação da tensão. A ideia central apoia-se na injeção série de reforços de tensão, aditiva ou subtrativa, através de um arranjo físico totalmente eletromagnético quanto às suas unidades de potência. Objetivando propriedades operativas dinâmicas, a proposta em pauta, no que tange a sua concepção operativa, fundamenta-se em chaveamentos eletrônicos controlados. À luz destes fatos, o trabalho vai de encontro a esta filosofia e ressalta a estrutura física do dispositivo, a composição da unidade de controle e avalia o desempenho do dispositivo sob condições associadas com a ocorrência de desvios de tensão. Quanto aos estudos feitos e discutidos, estes se encontram alicerçados em investigações computacionais conduzidas através da plataforma ATP e recursos oferecidos pela linguagem MODELS. / Mestre em Ciências