Orientador: Jose Pissolato Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-31T17:20:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caixeta_GeraldoPeres_D.pdf: 2409891 bytes, checksum: a8425bfafab58cad646fe61ee714acfa (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo da proteção contra descargas atmosféricas através da simulação computacional do transitório de corrente e do campo eletromagnético resultante. Foi necessário o desenvolvimento de uma nova expressão analítica de cálculo do campo eletromagnético (em coordenadas Cartesianas) devido à generalidade das possíveis configurações de uma estrutura. O processo de simulação é composto de quatro fases seqüenciais, as quais foram incluídas em um mesmo programa de computador, escrito em linguagem Fortran. Na primeira fase, a corrente de retomo de uma descarga atmosférica foi modelada como uma linha de transmissão disposta na vertical, ligando a fonte (nuvem) à terra (ou à uma estrutura de proteção). Na segunda fase, a estrutura de proteção foi modelada como sendo constituída de cabos interconectados em geometrias quaisquer, conectada ao canal do raio e á malha de aterramento. Na terceira fase, a malha de aterramento foi modelada também como sendo constituída de cabos interconectados. Na última fase, foi aplicada a expressão de cálculo do campo eletromagnético resultante do transitório de corrente de todo o processo mencionado. Na simulação da expressão de cálculo do campo, cada segmento dos cabos (ou linhas) foi considerado como um pequeno dipolo e o método das imagens foi adotado. A técnica TLM (Transmission Line Modelling) mostrou ser a melhor opção na simulação do transitório de corrente, uma vez que para cada cabo (considerado como urna linha de transmissão), foi possível adotar essa técnica em apenas uma dimensão. Este artificio não é possível em outras técnicas numéricas, como em diferenças finitas, em elementos finitos ou no método dos momentos, sendo nestes casos, necessária a discretização de todo o espaço, além de incorrer em problemas de condições de contorno. Na simulação do campo eletromagnético, foi adotada a técnica de diferenças finitas na nova expressão desenvolvida. Uma grande vantagem de se poder trabalhar com a expressão analítica, é o fato de não se ter que discretizar todo o espaço em volta do sistema simulado, podendo obter resultados de campos em pontos específicos do sistema de coordenadas Cartesianas / Abstract: This work presents the study of protection against lightning through current transitory coniputational simulation and electromagnetic field results. The development of a new ana1ytical expression of calculation for the electromagnetic field was necessary (in Cartesian coordinates) due to the generality of the possible configurations of a structure. The process of simulation is composed of four phases, which were included in the same computer program, written in the Fortran language. In the first phase, the lightning return current Was modeled as a transmission line arranged in the vertical axis, connecting the source (cloud) to the earth (or to a protection structure). In the second phase, the protection structure was modeled as cables interconnected in any geometry, connected to the lightning channel and then to the ground mesh. In the third phase, the ground mesh Was also modeled as interconnected cables. In the last phase, the electromagnetic field calcuIation expression of the transitory of current of the whole process mentioned Was applied. In the simulation of the expression of the field calculation each segment ofthe cables (or lines) was considered as small dipoles and the image method was adopted. Transmission Line Modeling TLM showed to be the best option in the current transitory simulation, once for each cable (considered as a transmission tine), which pennitted the adoption of that technique in one dimension. This artífice canoot be used in other numeric techniques, for example in the tinite differences method. In tinite elements, or the Moment method, the discretization of alI the space is necessary, although problems of contour conditions occur. In the simulation of the electromagnetic field, the tinite differences were adopted with a new developed expression. The advantage of this solution is to work with the analytical expressions and the fact oí not having to completely discretize the space around the simulated system / Doutorado / Engenharia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

O trabalho apresenta uma metodologia aplicável à coordenação de dispositivos de proteção contra surtos em sistemas de corrente alternada de baixa tensão. Esta tem como base a adequação dos níveis de isolamento e imunidade dos equipamentos elétricos e eletrônicos e de energia absorvida pelos dispositivos de proteção. A principal motivação está relacionada aos critérios de segurança e confiabilidade requeridos por instalações nucleares, em que a coordenação da proteção contra surtos assume um importante papel. Uma metodologia interativa é implementada visando otimizar o processo de análise e especificação dos dispositivos de proteção, considerando a adoção de métodos analíticos e numéricos. Modelos de equipamentos elétricos e eletrônicos, quando submetidos a surtos de tensão e corrente, além dos dispositivos de proteção contra surtos, são implementados no simulador de transitórios eletromagnéticos - ATP. Destacam-se nestes estudos, as análises de configurações e arranjos do sistema elétrico, assim como seus parâmetros, a influência destes na configuração ou arranjo ótimo dos dispositivos de proteção, além do atendimento aos requisitos das normas aplicáveis. / The work presents a methodology regarding to low-voltage surge protective device coordination. This is based on adequacy of the isolation and immunity level of electrical and electronic equipment and the energy absorbed by the protective devices. The main motivation is related to the required nuclear plant reliability and safety criteria, in whose the surge protection coordination can assume an important role. An interactive methodology is carried out to optimize the analysis and the protection device specification, considering the adoption of analytical and numerical methods. Electrical and electronic equipment models, when submitted to voltage and current surges, in addition to surge protective devices, are implemented in the electromagnetic transient simulator - ATP. In these studies, the analysis of electrical system configurations and arrangements, as well as their parameters, and their influence on the configuration or optimum protective device arrangement, besides compliance with the requirements of applicable standards are highlighted.

Com o déficit de energia que atualmente preocupa o setor elétrico brasileiro, ameaçando os consumidores com a possibilidade de novos racionamentos, surge a perspectiva de aumento de produção de energia, através da criação de usinas eólicas para suprir essa demanda. Entretanto, esta forma de geração, sabidamente, provoca distorções na qualidade de energia fornecida, principalmente quanto à geração de harmônicas, que acabam por interferir diretamente nas cargas podendo provocar danos a equipamentos e instalações. Por esse motivo, este trabalho visa analisar a contribuição desse tipo de geração no sistema elétrico e discutir, com base em estudos experimentais realizados em modelos de aerogeradores e diretamente em unidades geradoras instaladas em plantas de geração eólica, as perturbações harmônicas geradas pelo controle de tensão e frequência do sistema. A metodologia utilizada será a de medição das distorções harmônicas, através de analisadores de qualidade de energia, instalados primeiramente em modelos laboratoriais dos principais tipos de aerogeradores existentes no mercado, medindo as perturbações em diversas situações de carga, obedecendo ao estabelecido na norma NBR-IEC- 61400-21/2010 Medição e Avaliação da Qualidade de Energia de Aerogeradores Conectados a Rede. / With the energy deficit that currently worries the Brazilian electric sector, threatening consumers with the possibility of further rationing comes the prospect of increased energy production through the creation of wind farms to meet this demand. However, this form of generation is known to distort the quality of power supplied, especially as the generation of harmonics, which ultimately interfere directly in the loads can cause damage to equipment and facilities. Therefore, this study aims to analyze the contribution of this type of generation on the electrical system and discuss, based on experimental studies in directly generating units installed in wind generation plants, disturbances generated by harmonic voltage and frequency control system. The methodology will be the measurement of harmonic distortion through power quality analyzers, installed primarily in laboratory models of the main types of wind turbines on the market, measuring disturbances in various loading conditions, obeying the established standard NBR-IEC-61400-21/2010 - Measurement and Evaluation of Power Quality of Wind Turbines Connected Network.

O trabalho apresenta uma metodologia aplicável à coordenação de dispositivos de proteção contra surtos em sistemas de corrente alternada de baixa tensão. Esta tem como base a adequação dos níveis de isolamento e imunidade dos equipamentos elétricos e eletrônicos e de energia absorvida pelos dispositivos de proteção. A principal motivação está relacionada aos critérios de segurança e confiabilidade requeridos por instalações nucleares, em que a coordenação da proteção contra surtos assume um importante papel. Uma metodologia interativa é implementada visando otimizar o processo de análise e especificação dos dispositivos de proteção, considerando a adoção de métodos analíticos e numéricos. Modelos de equipamentos elétricos e eletrônicos, quando submetidos a surtos de tensão e corrente, além dos dispositivos de proteção contra surtos, são implementados no simulador de transitórios eletromagnéticos - ATP. Destacam-se nestes estudos, as análises de configurações e arranjos do sistema elétrico, assim como seus parâmetros, a influência destes na configuração ou arranjo ótimo dos dispositivos de proteção, além do atendimento aos requisitos das normas aplicáveis. / The work presents a methodology regarding to low-voltage surge protective device coordination. This is based on adequacy of the isolation and immunity level of electrical and electronic equipment and the energy absorbed by the protective devices. The main motivation is related to the required nuclear plant reliability and safety criteria, in whose the surge protection coordination can assume an important role. An interactive methodology is carried out to optimize the analysis and the protection device specification, considering the adoption of analytical and numerical methods. Electrical and electronic equipment models, when submitted to voltage and current surges, in addition to surge protective devices, are implemented in the electromagnetic transient simulator - ATP. In these studies, the analysis of electrical system configurations and arrangements, as well as their parameters, and their influence on the configuration or optimum protective device arrangement, besides compliance with the requirements of applicable standards are highlighted.

O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia de cálculo da distribuição de correntes e dos campos eletromagnéticos e tensões induzidas associadas em estruturas atingidas diretamente por descargas atmosféricas que, agregada à filosofia geral de compatibilidade eletromagnética (CEM), constitua uma abordagem inovadora e abrangente quando comparada às recomendações de proteção contra descargas atmosféricas atuais. Propõe-se, portanto, desenvolver uma metodologia que: · Constitua uma ferramenta de auxílio nas tomadas de decisões, aplicável desde a etapa de definição da arquitetura da estrutura e do leiaute dos equipamentos até a definição final da configuração do sistema de proteção contra descargas atmosféricas (S.P.C.D.A); · Possibilite a implementação de uma filosofia de proteção dos equipamentos e sistemas elétricos e eletrônicos contra descargas atmosféricas na qual se integre as recomendações tradicionais às necessidades atuais relacionadas à área de compatibilidade eletromagnética; · Seja abrangente e com grau de precisão satisfatório, quando comparadas com as recomendações atuais, com possibilidade de exploração dos valores das grandezas elétricas envolvidas no domínio do espaço e do tempo, e · Apresente simplicidade na implementação em computadores pessoais. / The main purpose of this work is to present a suitable method for calculating the current distribution, the electric and magnetic field, and the induced voltage on electric circuits regarding a structure directly struck by lightning. Moreover, when the method is used together with the electromagnetic compatibility (EMC) requirements, it can provide the designer with a new and helpful methodology meeting the recent aspects or the state of the art on lightning protection systems (L.P.S). Thus, a methodology is proposed, which provides the L.P.S. design team with: · The availability to take technical decisions in all steps of the project, from the definition of the architecture of the structure to the definition of the best layout of L.P.S.; · Recommendations to achieve the EMC of the electric and electronic system, in addition to the traditional ones; · Reliable numerical results concerning simulations in the space and time-domain, and · Simple implementation in personal computers.

O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia de cálculo da distribuição de correntes e dos campos eletromagnéticos e tensões induzidas associadas em estruturas atingidas diretamente por descargas atmosféricas que, agregada à filosofia geral de compatibilidade eletromagnética (CEM), constitua uma abordagem inovadora e abrangente quando comparada às recomendações de proteção contra descargas atmosféricas atuais. Propõe-se, portanto, desenvolver uma metodologia que: · Constitua uma ferramenta de auxílio nas tomadas de decisões, aplicável desde a etapa de definição da arquitetura da estrutura e do leiaute dos equipamentos até a definição final da configuração do sistema de proteção contra descargas atmosféricas (S.P.C.D.A); · Possibilite a implementação de uma filosofia de proteção dos equipamentos e sistemas elétricos e eletrônicos contra descargas atmosféricas na qual se integre as recomendações tradicionais às necessidades atuais relacionadas à área de compatibilidade eletromagnética; · Seja abrangente e com grau de precisão satisfatório, quando comparadas com as recomendações atuais, com possibilidade de exploração dos valores das grandezas elétricas envolvidas no domínio do espaço e do tempo, e · Apresente simplicidade na implementação em computadores pessoais. / The main purpose of this work is to present a suitable method for calculating the current distribution, the electric and magnetic field, and the induced voltage on electric circuits regarding a structure directly struck by lightning. Moreover, when the method is used together with the electromagnetic compatibility (EMC) requirements, it can provide the designer with a new and helpful methodology meeting the recent aspects or the state of the art on lightning protection systems (L.P.S). Thus, a methodology is proposed, which provides the L.P.S. design team with: · The availability to take technical decisions in all steps of the project, from the definition of the architecture of the structure to the definition of the best layout of L.P.S.; · Recommendations to achieve the EMC of the electric and electronic system, in addition to the traditional ones; · Reliable numerical results concerning simulations in the space and time-domain, and · Simple implementation in personal computers.

Com o déficit de energia que atualmente preocupa o setor elétrico brasileiro, ameaçando os consumidores com a possibilidade de novos racionamentos, surge a perspectiva de aumento de produção de energia, através da criação de usinas eólicas para suprir essa demanda. Entretanto, esta forma de geração, sabidamente, provoca distorções na qualidade de energia fornecida, principalmente quanto à geração de harmônicas, que acabam por interferir diretamente nas cargas podendo provocar danos a equipamentos e instalações. Por esse motivo, este trabalho visa analisar a contribuição desse tipo de geração no sistema elétrico e discutir, com base em estudos experimentais realizados em modelos de aerogeradores e diretamente em unidades geradoras instaladas em plantas de geração eólica, as perturbações harmônicas geradas pelo controle de tensão e frequência do sistema. A metodologia utilizada será a de medição das distorções harmônicas, através de analisadores de qualidade de energia, instalados primeiramente em modelos laboratoriais dos principais tipos de aerogeradores existentes no mercado, medindo as perturbações em diversas situações de carga, obedecendo ao estabelecido na norma NBR-IEC- 61400-21/2010 Medição e Avaliação da Qualidade de Energia de Aerogeradores Conectados a Rede. / With the energy deficit that currently worries the Brazilian electric sector, threatening consumers with the possibility of further rationing comes the prospect of increased energy production through the creation of wind farms to meet this demand. However, this form of generation is known to distort the quality of power supplied, especially as the generation of harmonics, which ultimately interfere directly in the loads can cause damage to equipment and facilities. Therefore, this study aims to analyze the contribution of this type of generation on the electrical system and discuss, based on experimental studies in directly generating units installed in wind generation plants, disturbances generated by harmonic voltage and frequency control system. The methodology will be the measurement of harmonic distortion through power quality analyzers, installed primarily in laboratory models of the main types of wind turbines on the market, measuring disturbances in various loading conditions, obeying the established standard NBR-IEC-61400-21/2010 - Measurement and Evaluation of Power Quality of Wind Turbines Connected Network.

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Bender Perotoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Este trabalho consiste na exploração dos problemas e aplicações eletromagnéticas na área de conexão da eletrônica em altas taxas de velocidade de dados. Referências bibliográficas como as equações de Maxwell e suas derivações, técnicas de implementação de conectividades, simplificações como: linhas (striplines), microlinhas (microstrip), placas de circuito impresso empilhadas (stackup) serão abordadas. Também são encontradas bases teóricas como aterramento (grounding) e blindagem (shielding), para aplicações com cabos do tipo coaxial e pares de dados. Os efeitos estudados são reflexão e acoplamentos (crosstalk). Há uma comparação dos resultados em um sistema exemplo com cabo de rede ethernet e conectores para acoplamento e medição, entre simulações computacionais (CST ¿ Computer Simulation Technology , mais exatamente no módulo MWS ¿ Micro Wave Studio), e medições com um VNA (Vector Network Analyzer). / This study covers the electromagnetic evaluation and applications on electronic connections area at high speed data rates. References to Maxwell equations and its derivations concerning high frequency effects, connectivity implementation techniques and simplifications like: striplines, microstrip, stackup of PCBs layers are addressed. Theoretical bases are laid, to applications with coax cables and twisted pairs and their respective grounding and shielding. The effects studied are reflection and crosstalk. There are results for an example - a launcher and Ethernet cable with the connector. The results are shown in simulation (CST, module MWS ¿ Micro Wave Studio), and measurements using a VNA (Vector Network Analyzer).

Orientador: Jose Pissolato Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T22:10:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zago_Fernando_D.pdf: 3563533 bytes, checksum: 6e24082f3d66f620688c4145ed029895 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Alguns dos principais danos causados por descargas atmosféricas são de origem indireta, ou seja, originam-se dos campos eletromagnéticos provenientes deste tipo de fenômeno natural resultando em problemas de compatibilidade eletromagnética ou em desafios para os projetistas de sistemas de proteção de surtos e de blindagens contra este tipo de interferência. Este trabalho trata de um destes efeitos indiretos, tensões induzidas em linhas aéreas por descargas atmosféricas próximas, utilizando-se das mais recentes pesquisas na área de campos eletromagnéticos provenientes deste tipo de fenômeno natural. Através de uma rigorosa formulação matemática do canal da descarga atmosférica, assim como, dos campos eletromagnéticos provenientes dele, no caso de conexão direta com o solo ou com um objeto elevado (torre ou prédio aterrados), e da consideração de diferentes expressões para o cálculo do raio de atração dos objetos elevados, foi possível realizar um estudo comparativo dos efeitos da urbanização nas proximidades de uma linha aérea com relação ao aumento ou diminuição dos níveis de tensões e correntes induzidas quando da ocorrência de descargas atmosféricas próximas. Estes efeitos foram analisados através de simulações computacionais considerando variações em diversos parâmetros associados à urbanização, tais como: quantidade de objetos elevados, altura média dos objetos elevados, modelo de raio de atração e densidade de ocupação ou de urbanização. A partir da pesquisa realizada durante este trabalho e do programa computacional desenvolvido, são propostas metodologias para se avaliar as modificações nos padrões de ocorrência dos níveis de tensões induzidas de origem atmosférica em linhas aéreas localizadas em diferentes cenários de ocupação urbana ou nas proximidades de objetos elevados como, por exemplo, torres de telecomunicações. / Abstract: Some of the worst damage caused by lightning is indirect, that is, it is caused by electromagnetic fields radiated from this kind of natural phenomenon resulting in electromagnetic compatibility problems or in challenges for designers of surge protection systems and shields against these interferences. This work considers one of these indirect effects, induced voltages on overhead lines by nearby atmospheric lightning discharges, using some of the most recent research in the area of electromagnetic fields generated by these natural phenomena. Starting from a rigorous mathematical formulation for a lightning channel, as well as for the electromagnetic fields generated by them, for the case of lightning striking the soil directly or an elevated grounded object, it was possible to carry out a comparative study of the urbanization effects close to an overhead line with respect to the increase or decrease of the induced voltages and currents when nearby lightning discharges occur. These effects were analyzed using computational simulations considering variations in some parameters associated with urbanization, such as: number of elevated objects, elevated objects average height, different models for the calculation of attractive radius and occupation or urbanization density. Taking into account the research and the computational program developed in this work, methodologies to evaluate the modifications on the occurrence patterns of lightning induced voltages on overhead lines localized at different urban occupation landscapes or at the vicinity of elevated objects like telecommunication towers, were proposed. / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Nos últimos 20 anos, o inversor de frequência PWM passou a ser largamente utilizado. Dentre as razões principais de sua ampla difusão, cita-se a introdução do IGBT que, devido à sua capacidade de comutação rápida, possibilitou a redução de perdas, tamanho e custo dos conversores, ao mesmo tempo em que permitiu o uso do motor de indução em aplicações que demandam alto desempenho dinâmico. Porém, esta mesma característica que trouxe tais benefícios, contribuiu para acentuar os efeitos relacionados a fenômenos eletromagnéticos, devido à rápida transição que produz sinais em alta frequência, responsáveis por tornar os sistemas de acionamentos potenciais fontes de interferência eletromagnética. Os principais fenômenos desta natureza são a tensão de onda refletida, associada a ruídos de modo diferencial, e a corrente de modo comum. De maneira geral, a corrente de modo comum tem maior potencial de contribuição para a emissão radiada que a de modo diferencial e, em sistemas de acionamento, constitui a principal fonte de interferência eletromagnética. Esta não é resultado apenas da rápida comutação dos IGBTs, mas, também, da configuração do sistema, que propicia o surgimento das tensões de modo comum. Este trabalho visa estudar alternativas que minimizem, naturalmente, estas tensões através de sua configuração, reduzindo-se a necessidade de novos componentes, como filtros passivos ou circuitos ativos. Ressalta-se, assim, que o primeiro passo consistiu-se na compreensão do problema de geração da tensão de modo comum. Visando atingir os propósitos anteriormente mencionados, foi idealizado um inversor, composto de duas pontes chaveando em oposição, chamado de duplo-trifásico. A partir de simulações, avaliou-se seu potencial e definiu-se sua implementação, a partir de dois inversores idênticos. Testou-se o protótipo contra um terceiro módulo de mesmo tipo, em iguais condições. A comparação dos resultados indicou que a configuração proposta pode ser eficiente no controle do ruído de modo comum, obtendo-se valores de redução de 86%. Nota-se que o comportamento observado via o protótipo, permite um melhor entendimento dos fenômenos relativos à circulação da corrente de modo comum. Desta forma, à luz da pesquisa realizada, nota-se que, conceitualmente, a solução proposta se destaca das demais apresentadas na literatura pela sua exequibilidade e simplicidade. / Over the last 20 years, the PWM frequency inverter has become widely used. Among the main reasons for its widespread distribution is the introduction of the IGBT, due to its ability for fast switching allowing the reduction of losses, size and cost of the converters, and the use of the induction motor in applications that demand high dynamic performance. However, this same characteristic that brought such benefits, stressed the effects related to electromagnetic phenomena, due to the fast transition that produces high frequency signals, responsible for turning drive systems, potential sources of electromagnetic interference. The main phenomena of this nature are the reflected wave overvoltage, associated with differential mode noise, and the common mode current. In general, the common mode current has greater potential of contribution to the emission of radiated interference than the differential mode current and is the main source of electromagnetic interference in drive systems. The common mode current is not just the result of the fast transitions of IGBTs, but also of the system configuration, which produces common mode voltages. This work aims to study alternatives that minimize, naturally, those voltages through its configuration, reducing the need for additional components, such as passive filters or active circuits. It is pointed, that the first step consisted in the understanding of the problem of the common mode voltage generation. In order to address this objective, an inverter composed of two bridges, switching in opposition, called double-three-phase was designed. Its potential for noise mitigation, as well, its implementation, with two identical inverters was evaluated by simulations. The prototype was tested against a third module of the same type, under the same conditions. The comparison of the results indicated that the proposed configuration can be efficient in the common mode noise control, with 86% reduction. The behavior observed through the prototype allows a better understanding of the phenomena involving common mode current. Thus, in the light of the research, we note that, conceptually, the proposed solution stands out for its practicality and simplicity, from the others presented in the literature.