Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-04-16T17:06:45Z No. of bitstreams: 1 2017_MiélleSilvaPestana.pdf: 5296578 bytes, checksum: 42ed0dca368e0d27549f10739c56bbba (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-04-25T21:05:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_MiélleSilvaPestana.pdf: 5296578 bytes, checksum: 42ed0dca368e0d27549f10739c56bbba (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-25T21:05:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_MiélleSilvaPestana.pdf: 5296578 bytes, checksum: 42ed0dca368e0d27549f10739c56bbba (MD5) Previous issue date: 2018-04-25 / Linhas de transmissão de energia têm sido construídas utilizando diversos níveis de carga de pré-esticamento. Para estimar a vida remanescente destas linhas, a CIGRE propôs uma metodologia de cálculo que requer não apenas a medição dos níveis reais de vibração do cabo, mas também sua curva Wöhler ou S-N extraída em laboratório sob o mesmo nível de tensão média aplicada no ensaio. No entanto, como estes ensaios são longos e requerem o uso de laboratórios sofisticados, o desenvolvimento de um modelo técnico capaz de estimar a curva S-N do cabo condutor para determinado nível de tensão média é extremamente desejável. Neste sentido, este trabalho consiste na utilização de um modelo de inteligência artificial conhecido como Redes Neurais Artificiais (RNA) para modelar o efeito da tensão média de tração sobre a resistência em fadiga do cabo condutor CAL 1055 MCM. Para isso, foram levantadas as curvas de Wöhler ou S-N de determinada montagem cabo/grampo de suspensão. Foram realizados 27 ensaios de fadiga submetidos a cargas de esticamento referentes à carga média diária de tração, conhecida como EDS (Every Day Stress) de 17%; 20% e 25,6% da carga de ruptura (RTS) do condutor. Os ensaios foram conduzidos de acordo com as recomendações da CIGRE (1985), EPRI (1979) e IEEE (1978), em uma bancada de 46 m de comprimento. As curvas S-N obtidas podem ser utilizadas para construir diagramas de vida constante. No entanto, para isso seria necessário à execução de um grande número de ensaios experimentais, o que encareceria a análise. Assim, uma forma de diminuir custos envolvidos em procedimentos experimentais é utilizar a RNA na construção destes diagramas. Em uma primeira análise deste trabalho, foram utilizados dados disponíveis na literatura para o condutor Ibis (cabo de alumínio com alma de aço) obtidos por Fadel et al., (2012), para fazer uma avaliação preliminar da eficiência da RNA. Em uma segunda investigação, conforme objetivo principal deste trabalho, utilizou-se os dados experimentais do condutor CAL 1055 MCM (cabo liga alumínio) para construir diagramas de vida constante (105, 106, 107ciclos). A partir dos resultados alcançados para ambos os condutores, percebeu-se que a RNA treinada com poucas curvas S-N produziram resultados bastante satisfatórios. / Power transmission lines have been constructed using several levels of stretching loads. To estimate the remaining life of these lines, CIGRÉ proposed a calculation methodology that requires the measurement of actual vibration levels of the conductor and its Wöhler or S-N curve, drawn in the laboratory for equal mean stress levels. As these tests are long and require the use of sophisticated laboratories, the development of a technical model capable of estimating the S-N curve of the conductor cable for a given level of mean stress is extremely desirable. In this sense, this work consists in the use of an artificial intelligence model, called Artificial Neural Networks (ANN), to model the effect of the mean stress on the fatigue resistance of the conductor cable AAAC 1055 MCM. 27 fatigue tests were carried out for different Every Day Stress levels: 17%, 20% and 25% of the conductor rate tensile strength (RTS). The tests were set up in the laboratory on a 46 m span according to CIGRÉ (1985), EPRI (1979) and IEEE (1978) recommendations. The S-N curves obtained in the laboratory can be used to construct the constant life diagrams. Although, it is necessary to have a large number of expensive tests in order to realize a reliable fatigue strength analysis. One possible solution to minimize the high costs of experimental tests is the use of ANN on the construction of constant life diagrams. On the first stage of this work, experimental data of the conductor Ibis (obtained by Fadel et al., 2012) were used for preliminaries analysis of ANN efficiency. In a second investigation, according to the main objective of this work, experimental data of the conductor AAAC 1055 MCM (aluminum alloy cable) was used to construct constant life diagrams (105, 106, 107 cycles). From the results obtained for both conductors, it was noticed that trained ANN with few S-N curves produced quite satisfactory results.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-04-13T21:32:43Z No. of bitstreams: 1 2017_RemyKalomboBadibanga.pdf: 8873647 bytes, checksum: 070e92f93e52bbbaaedb218a72a95ba3 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-05-08T18:54:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_RemyKalomboBadibanga.pdf: 8873647 bytes, checksum: 070e92f93e52bbbaaedb218a72a95ba3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-08T18:54:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_RemyKalomboBadibanga.pdf: 8873647 bytes, checksum: 070e92f93e52bbbaaedb218a72a95ba3 (MD5) Previous issue date: 2018-05-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / Deste 1960, um grupo instituído pela CIGRÉ (Conseil Intrntional des Grands Réseaux Électriques) propôs o uso do Every Day Stress (EDS) para projeto de linhas de transmissão aéreas. Porém, investigações em campo chamaram atenção para ocorrência de danos devidos à fadiga em condutores, mesmo com o uso de EDS recomendados. Mais recentemente, a CIGRÉ propôs o uso do parâmetro H/w para projeto, com a intenção de generalizar o comportamento em fadiga dos condutores aéreos. O objetivo deste trabalho, então, é conduzir um estudo experimental para avaliar os efeitos do parâmetro catenário (H/w) na vida em fadiga de condutores aéreos. Comparações entre as curvas S-N geradas mostraram que o condutor CAA Tern sustenta um número significativamente maior de ciclos antes da falha por fadiga ocorrer do que o CAL 900 MCM, para os valores de H/w. Enquanto isso, o CA Orchid apresentou uma vida em fadiga localizada entre os dois condutores citados e similar à do ACAR 750 MCM. Os dados experimentais dos testes estáticos se adequaram bem aos valores teóricos estimados. Análises de falha de amostras de quebradas (fios) revelaram, não apenas que as trincas tiveram início nas áreas de escorregamento dos fios de alumínio, mas também, sua morfologia apresentou clara evidência de falhas por fadiga, assim como marcas de praia e trincas secundárias. Adicionalmente, uma análise de falha foi realizada, não só em termos da camada em que ocorreu a quebra do fio e do tipo de superfície de falha, mas também de acordo com a posição relativa à boca do grampo em que as falhas ocorreram dentro do grampo de suspensão. Dados apresentados nesse estudo podem ser utilizados em vários programas de elementos finitos não lineares para melhor entender o comportamento mecânico dos condutores. Ademais, a informação gerada pode ser útil para planejamento de manutenção em linhas de transmissão. Baseada na avaliação do parâmetro H/w apresentada nesse trabalho, foi verificado que o parâmetro representa um claro avanço no projeto de linhas de transmissão contra fadiga devido a vibrações eólicas quando comparado com o anteriormente recomendado Every Day Stress (EDS). Isso é suportado pelo fato de que, quando utilizado o parâmetro H/w, os dados estáticos são consistentes com aqueles previstos pelo uso de equações apropriadas. / Since 1960, a panel instituted by CIGRÉ (Conseil International des Grands Réseaux Électriques) proposed the use of the Every Day Stress (EDS) for overhead conductor design. But field investigations drew attention to the occurrence of fatigue damage of conductors even though the recommended EDS were adhered. More recently, then, CIGRÉ proposed the use of H/w (The ratio between the horizontal tensile load, H, and the conductor weight per unit length, w) parameter for design purpose with the goal of generalising the fatigue behaviour of overhead conductors. The objective of this work, then, was to conduct an experimental study to evaluate the effects of the catenary parameter (H/w) on the fatigue life of overhead conductors. Comparison between the generated S-N curves proved that the ACSR Tern conductor could sustain a significantly higher number of cycles before fatigue failure than the AAAC 900 MCM for different values of H/w. Meanwhile, the AAC Orchid presented a fatigue life which is located between the two conductors cited above and presents a similar fatigue life as the ACAR 750 MCM. The experimental data from static tests agreed quite well with the estimated theoretical values. Failure analysis of the broken samples (wires) revealed not only that cracks initiated in the fretted areas of the aluminium wires, but also that their morphology presented clear evidence of fatigue failure, such as beach marks and secondary cracks. Additionally, a failure analysis was performed, not only in terms of the layer in which the wires broke and the type of fracture surface but also according to the position from the clamp mouth where these failures occurred inside the suspension clamp. Data presented in this study could be used in various non-linear finite-element programs in order to better understand the mechanical behaviour of conductors. Furthermore, the generated information could be helpful for planning the maintenance of power lines. Based on the evaluation of the parameter H/w presented in this work, it emerged that the H/w parameter represents a clear advance in the design of transmission lines against fatigue due to aeolian vibrations when compared to the previously recommended Every Day Stress (EDS). This is supported by the fact that, when using the H/w parameter, the static data are consistent with those predicted using appropriate equations.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raiane Silva (raianesilva@bce.unb.br) on 2017-07-19T19:08:00Z No. of bitstreams: 1 2017_JoaoPedroTabordaLottermann.pdf: 10872092 bytes, checksum: 94581fd1cc11e8175ffee61a0f7b58c8 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-09-15T16:51:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_JoaoPedroTabordaLottermann.pdf: 10872092 bytes, checksum: 94581fd1cc11e8175ffee61a0f7b58c8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-15T16:51:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_JoaoPedroTabordaLottermann.pdf: 10872092 bytes, checksum: 94581fd1cc11e8175ffee61a0f7b58c8 (MD5) Previous issue date: 2017-09-15 / Neste trabalho, é feito um estudo sobre o processo de fabricação nomeado Trefilação, o qual é utilizado na indústria para a concepção de fios, arames e vergalhões com procedimento de deformação à frio durante conformação. O trabalho aqui é dividido em duas etapas, experimental e numérica, apresentando foco na obtenção das propriedades do material (curva de encruamento) através da dureza Brinell e simulação por elementos finitos do procedimento de trefilação real aplicado a uma empresa especializada no ramo. O objetivo é encontrar as propriedades mecânicas dos fios em cada etapa da trefilação a partir das propriedades no vergalhão antes da conformação mecânica. A principal motivação para este trabalho é a compreensão mais aprofundada do processo de trefilação e futura predição das propriedades mecânicas e qualidade do produto medidas em cada etapa. Para obtenção dos dados experimentais com agilidade e buscando comparar casos que envolvam sistemas no regime compressivo, é realizado um ensaio de dureza Brinell, sendo o mesmo modelado através de método dos elementos finitos, realizando rotina de identificação paramétrica e simulação numérica do ensaio de dureza para a determinação da marca da impressão deixada pelo perfurador no corpo de prova. Esses dados encontrados no material em seu estado inicial (vergalhão) são tidos como base para inserção no programa ABAQUS na realização da simulação do processo de trefilação, já os dados nos fios pós fieira 1, 2 e 3 servirão de comparação com os resultados numéricos. Seguindo o modelo matemático viscoplástico para o caso multiaxial, considerando o critério de escoamento de von Mises e endurecimento isotrópico com efeito viscoplástico, foi criado um modelo usando o método de elementos finitos para simular o processo de trefilação, identificando os parâmetros dominantes. Utiliza-se uma modelagem com simetria de rotação em relação ao eixo longitudinal do sistema fio/fieira, considerando-se uma peça de trabalho com forma cilíndrica. Este modelo permite observar, em detalhes, os fenômenos de acumulo de tensões residuais, deformações plásticas equivalente e tensões trativas e compressivas que podem ocorrer durante a trefilação, sendo os resultados utilizados para uma investigação computacional dos parâmetros e suas influências durante o processo. Os efeitos obtidos através de elementos finitos são comparados com os experimentais (pós fieira 1, 2 e 3) através de modelo também proposto neste trabalho. / In this report, a study is made on the manufacturing process named Wire Drawing, which is used in the industry for the design of wire and rebar with cold deformation during conformation. The work here is divided in two stages, experimental and numerical, presenting a focus on obtaining the properties of the material (hardening curve) through Brinell hardness and simulation by finite elements of the real drawing process applied to a company specialized in the field. The objective is to find the mechanical properties of the wires at each step of the wire drawing from properties in the rebar before the mechanical conformation. The main motivation for this report is the more in-depth understanding of the wire drawing process and future prediction of the mechanical properties and product quality measured at each stage. To obtain the experimental data with agility and seeking to compare cases involving systems in the compressive regime, a Brinell hardness test is performed, being it modeled by finite element method, performing parametric identification routine and numerical simulation of the hardness test for the determination of the imprint mark left by the punch on the specimen. The data found in the material in its initial state (rebar) are taken as the basis for insertion in the ABAQUS program in the realization of the simulation of the wire drawing process, since the data in the die post 1, 2 and 3 will serve as a comparison with the numerical results. Following the viscoplastic mathematical model for the multiaxial case, considering the von Mises flow criterion and isotropic hardening with viscoplastic effect, a model was created using the finite element method to simulate the wire drawing process, identifying the dominant parameters. A model with rotation symmetry is used with respect to the longitudinal axis of the wire/die system, considering a workpiece with a cylindrical shape. This model allows to observe, in detail, the phenomena of accumulation of residual stresses, equivalent plastic deformations and tensile and compressive stresses that can occur during wire drawing, being the results used for a computational investigation of the parameters and their influences during the process. The effects obtained through finite elements are compared with the experimental ones (post 1, 2 and 3) through a model also proposed in this report.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-04-24T17:36:58Z No. of bitstreams: 1 2017_GustavoReinke.pdf: 8656820 bytes, checksum: 98fc7c5fa66be5bb0b7d8a071da172c8 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-04-24T20:45:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_GustavoReinke.pdf: 8656820 bytes, checksum: 98fc7c5fa66be5bb0b7d8a071da172c8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T20:45:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_GustavoReinke.pdf: 8656820 bytes, checksum: 98fc7c5fa66be5bb0b7d8a071da172c8 (MD5) / Foi avaliado neste trabalho o comportamento à fadiga dos cabos condutores “A” e “B”, fabricados com a mesma liga de alumínio 6201 e teoricamente submetidos ao mesmo tratamento térmico, ensaiados em bancada de ensaios de fadiga de cabos e submetidos a condições de carregamentos dinâmicos similares as observadas em linhas de transmissão reais. Nesse sentido foi desenvolvido um programa experimental para a geração das curvas de previsão de vida (S-N) dos cabos em diferentes amplitudes de deslocamento. A partir dos resultados obtidos constatou-se vidas em fadiga inferiores para o cabo condutor “A”, abaixo a curva de segurança proposta por CIGRÈ (CSBL), obtendo-se vidas bem menores – cerca de 3 vezes – quando comparadas com as do cabo condutor “B” e apresentando resultados muito dispersos. Com o objetivo de identificarem-se as possíveis causas das diferenças nos resultados dos ensaios de fadiga dos cabos, foram efetuadas análises detalhadas de falha nas superfícies de fraturas dos fios rompidos e caracterizações mecânicas e microestruturais destes fios. Além disso, foram efetuados alguns tratamentos térmicos com variações de temperatura de solubilização e tempo de envelhecimento em fios do cabo condutor “A”, visando avaliar a influência destes tratamentos na dureza Vickers dos fios. Com base nos resultados obtidos nessas analises, observou-se que as superfícies de fratura dos fios rompidos de ambos os cabos condutores apresentaram características condizentes com processo de falha por fadiga, com nucleação da trinca no ponto de restrição do movimento dos cabos. As amostras fraturadas apresentaram dimples equiaxiais, resultantes de fraturas dúcteis, na direção de maior carregamento. Devido à complexidade dos carregamentos não foi possível, baseando-se nas imagens fractográficas, estabelecer com precisão as causas do comportamento diferenciado dos fios em termos de vida em fadiga. Através das imagens topográficas obtidas por elétrons retroespalhados do Microscópio eletrônico de varredura, observou-se que as amostras do cabo “B” apresentavam precipitados de Al-Fe-Si menores e com distribuição mais homogênea dos que os precipitados encontrados nos fios do cabo “A”. Estas imagens são indicativas de que o tratamento térmico de solubilização realizado nos fios do cabo “A” não foi efetivo para que as partículas de Fe entrassem em solução sólida. Das análises das propriedades mecânicas, pode-se constatar que o fio do cabo “A” apresenta desempenho inferior em termos de dureza, resistência à tração, limite de escoamento e alongamento quando comparado com os fios do cabo “B”. Este desempenho tem forte correlação com possíveis diferenças nos tratamentos termomecânicos aplicados aos dois cabos condutores, tendo em vista a similaridade na composição química de ambos os fios. Nas medições de dureza dos fios do cabo “A” submetidos a tratamentos térmicos diferenciados, verificou-se que existe uma combinação temperatura de solubilização/tempo de envelhecimento onde ocorre um pico de dureza do fio do cabo “A”, com valor semelhante à dureza do fio do cabo “B”. Este aumento da dureza no fio do cabo “A” demonstra que as propriedades deste fio podem ser melhoradas com tratamentos térmicos adequados que resultem numa liga de alumínio com características microestruturais ideais, com precipitados finos, pequenos, espalhados e coerentes com a matriz. A vida em fadiga inferior do cabo condutor “A” em relação ao condutor “B” ocorreu devido a um tratamento térmico conduzido de forma ineficiente no cabo “A”. Com este tratamento, as partículas endurecedoras da liga – partículas β’’ – não se distribuíram de forma dispersa e homogênea na matriz de alumínio. Estas partículas formaram aglomerados heterogeneamente distribuídos e não contribuíram de forma efetiva no travamento das discordâncias e na manutenção das propriedades mecânicas estáticas e dinâmicas. / Fatigue tests of electric conductors “A” and “B” , manufactured with aluminum alloy 6201 and theoretically with similar heat treatment were carried out using fatigue test apparatus, with test conditions similar to those found at actual transmission lines. An experimental program was carried out aiming S-N curve generation with different displacement amplitude. From obtained results it was identified lower fatigue lives for “A” conductor, below the CIGRE Safe Border Line, with life approximately three times lower when compared to “B” conductor life. Aiming to identify possible sources of fatigue results dissimilarities, detailed failure analysis was performed at broken wire surfaces. Mechanical properties determination and microstrutural evaluation were carried out. Moreover, some heat treatment with variation of solubilization temperature and aging times were accomplished at wires of conductor “A”, aiming to evaluate the influence of heat treatment at wire Vickers hardness. Based on obtained results, fractured surface of broken wires from both conductors showed characteristics related to fatigue failure, with crack nucleation at cables restraining points. Fracture surfaces showed equiaxial dimples, caused by ductile fracture at highest load direction. Considering the loading complexity, it was not possible to determinate causes of different fatigue resistance behavior of wires of the evaluated conductors. Topographic images obtained with backscattered electrons of scanning electron microscope showed smaller precipitates of Al-Fe-Si in samples from conductor “B”, with more homogeneous distribution at aluminum matrix than those obtained at conductor “A” wires. These images are indicative that solubilization heat treatment at wire of conductor “A” was not effective to cause solid solution of Fe particles. From mechanical properties determination, it was clear that wires from conductor “A” had low performance in terms of hardness, tensile strength, yield strength, elongation when compared to wires from conductor “B”. This performance has strong correlation with possible differences on heat treatment applied to both conductors, bearing in mind the similar chemical composition of both conductors. Hardness measurements of wire from “A” conductor, heat treated at different conditions, demonstrated that there was a better combination solubilisation temperature/aging time where a hardness maximum is achieved by wire from “A” conductor, with similar value of hardness from wire “B”. This hardness increase of wire from conductor “A” shows that mechanical properties of this wire can be improved with adequate heat treatment, producing an aluminum alloy with ideal microstructural characteristics, with fine precipitates, small, scattered and coherent with matrix. The lower fatigue life of “A” conductor when compared with conductor “B” was associated to inadequate heat treatment of conductor A. With this heat treatment, hardener particles - β’’- were not distributed homogeneously at aluminum matrix. Those particles formed agglomerates heterogeneously distributed and therefore did not contributed effectively blocking dislocations and showed poor static and dynamic properties.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-10-17T18:05:22Z No. of bitstreams: 1 2017_ThiagoBarbosadeMiranda.pdf: 3222848 bytes, checksum: b1768afccba836859c987449bd139eb2 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-10-24T16:18:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_ThiagoBarbosadeMiranda.pdf: 3222848 bytes, checksum: b1768afccba836859c987449bd139eb2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-24T16:18:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_ThiagoBarbosadeMiranda.pdf: 3222848 bytes, checksum: b1768afccba836859c987449bd139eb2 (MD5) Previous issue date: 2017-10-24 / Nesse trabalho foi realizada uma comparação do auto amortecimento dos cabos condutores Tern, Orchid e CAL 900, tendo como parâmetro de avaliação a relação H/w. Para tal, foram geradas curvas de auto amortecimento, a partir do Método da Potência, para os três cabos em níveis de H/w de 1820 m, 2144 m e 2725 m, considerando três diferentes frequências de excitação e cinco amplitudes de deslocamento. Foi avaliado a influência da frequência e amplitude de vibração no auto amortecimento de cada cabo condutor, sendo observado um crescimento exponencial da potência dissipada com a variação desses parâmetros. Foi feita uma comparação entre as curvas de potência dissipada dos diferentes cabos, quando submetidos as mesmas condições de vibração e nível de H/w, o cabo condutor Tern obteve o maior auto amortecimento, o CAL 900 obteve valores intermediários e o Orchid teve os menores valores de potência em todos os ensaios. Finalmente, foi realizada uma correlação entre o auto amortecimento e vida em fadiga dos cabos condutores na linha de transmissão quando submetidos as mesmas condições dos ensaios experimentais, nesse estudo o cabo Orchid apresentou o melhor resultado para o caso analisado e o cabo CAL 900 teve um resultado inferior aos demais, apresentando uma estimativa de vida menor que os demais. / In this work, a comparison of the self-damping of the overhead conductors Tern, Orchid and CAL 900 was carried out, using the H/w ratio as an evaluation parameter. Therefore, the self-damping curves were generated using the Power Method for the three cables at H/w levels of 1820 m, 2144 m and 2725 m, and considering three different excitation frequencies at five different displacement amplitudes for each H/w level. The influence of the frequency and amplitude of vibration on the self-damping of each conductor was evaluated. One could observe an exponential growth of the power dissipated with the variation of these parameters. Additionally, a comparison between the power-dissipated curves of the different cables was made considering the same conditions of vibration and H/w level. The Tern conductor cable has a higher self-damping value meanwhile the CAL 900 presents an intermediate value and the Orchid has a lower values for all tests. Finally, a correlation between the self-damping and fatigue life of the cables in the transmission line when subject to the same conditions of the experimental tests were submitted. In this study Orchid cable presented a good result for the analyzed case and the cable CAL 900 has a bad result to the others, presenting a smaller life estimate than the others.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-03-19T21:15:32Z No. of bitstreams: 1 2017_PauloCésardeSousaSantos.pdf: 4521013 bytes, checksum: 2455680b8204521ec01eeb56a1d4cf21 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-03-28T21:36:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_PauloCésardeSousaSantos.pdf: 4521013 bytes, checksum: 2455680b8204521ec01eeb56a1d4cf21 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-28T21:36:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_PauloCésardeSousaSantos.pdf: 4521013 bytes, checksum: 2455680b8204521ec01eeb56a1d4cf21 (MD5) Previous issue date: 2018-03-28 / Os cabos condutores estão sujeitos a carregamentos aleatórios devido à ação dos ventos, o que acelera o seu desgaste mecânico e o leva a romper por fadiga. O objetivo principal deste trabalho é avaliar o tempo adequado de monitoração de um cabo condutor de modo a garantir que a sua estimativa de vida tenha a máxima exatidão. As previsões foram feitas com informações obtidas de testes experimentais realizados no laboratório de cabos da Universidade de Brasília. Foram coletadas informações de sete ensaios diferentes, mas todos tendo como critério de falha a quebra do primeiro fio de alumínio, em particular, do cabo CAA 397,5MCM-IBIS. Realizou-se uma análise computacional utilizando o software Matlabsobreestesensaiosexperimentais,parasegerarnumericamentesinaisaleatóriosque representemaamplitudededeslocamentoparaserealizaraprediçãodevidaemfadigacom uma análise no domínio do tempo, utilizando-se os métodos Rainflow e Palmgren-Miner. Para a geração do sinal aleatório faz-se necessário a coleta de dados de entrada obtidos a partir dos resultados experimentais, são eles: o tempo de duração do sinal, a frequência dominante, a largura de banda e o valor RMS. Uma grande vantagem do estudo é a possibilidade de se diminuir a quantidade de dados gravados para se realizar a previsão de vida à fadiga / Overhead conductors are subjected to random loads due to the wind actions which accelerate their mechanical wear and there after cause fatigue. The main objective of this work is to evaluate the monitoring time of a conductor in order to guarantee that its life estimate has the maximum accuracy. The predictions were made using information obtained from experimental tests carried out in the cable laboratory at the University of Brasília. Data from seven different tests, made on an ACSR 397.5 MCM-IBIS were collected.The failure criteria considered was the first aluminum wire to break for all tests. A computational analysis was performed using the Matlab software and the experimental data to numerically generate random signals that represent the displacement amplitude to perform the fatiguelife prediction by mean of the time domain analysis, such as Rainflow and Palmgren-Miner methods.To generate the random signal, it is necessary to collect input data obtained from the experimental results: time of signal duration, dominant frequency,bandwidthandtheRMSvalue.Agreatadvantageofthisstudyisthepossibility of reducing the amount of data recorded to perform the life expectancy to the fatigue.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2018. / Uma das fontes mais comuns de vibração em cabos condutores de transmissão de energia elétrica é a excitação eólica. Como o vento é constante, ele pode levar à fadiga do cabo, diminuindo assim o seu tempo de vida. Geralmente, linhas de transmissões aéreas são projetadas com grande rigor quanto às cargas estáticas. No entanto, para cargas dinâmicas - como incidências de vento - o mesmo rigor não é aplicado. Isso pode levar à falha dos condutores, causando enormes prejuízos econômicos e sociais. Uma das formas de aumentar o tempo de vida é diminuir as vibrações do cabo através de dispositivos chamados de Absorvedores Dinâmicos de Vibração - ADV. O objetivo desse trabalho é investigar o posicionamento de um ADV sob um critério baseado na energia total de vibração do cabo, dando suporte para a redução de amplitudes de vibração em linhas de transmissão existentes, evitando a paralização do fornecimento de energia elétrica para determinadas regiões. Primeiramente, apresenta-se um modelo que descreve o comportamento dinâmico do cabo e, realiza-se uma avaliação de suas frequências e modos naturais de vibração. Os resultados numéricos obtidos nessas etapas foram compatíveis com aqueles analíticos. Em seguida, utilizando elementos finitos, o comportamento do cabo é simulado sem forçamento externo, com forçamento e sem ADV e com forçamento e ADV acoplado. O desempenho do ADV é avaliado através da energia total do sistema e os melhores posicionamentos para o ADV são estabelecidos e comparados com o posicionamento sugerido pela CIGRÉ. Os resultados das simulações mostraram que o posicionamento do ADV de acordo com o método proposto ficaram próximos dos valores calculados pela norma para todas as frequências avaliadas. / One of the most usual types of vibration in overhead lines of electrical energy transmission is the aeolian excitations. As the wind is constant, it can lead to cable fatigue, and so decreasing its lifetime. Generally, overhead lines are designed with great accuracy regarding static loads. However, for dynamic loads - as wind incidences - the same accuracy is not applied. This can lead to conductors fail, causing huge economic and social damages. One way to increase the lifetime is decreasing the cable vibrations through mechanisms called Dynamic Vibration Absorbers - DVA. The aim of this work is investigating the performance of a DVA under a criterion based in the total energy of vibration on the cable, to serve as support for the reduction of the vibration amplitudes in the existing overhead lines, avoiding the blackout in some regions. Firstly, it is presented a model which describes the dynamic behavior of the cable and, it is evaluated the natural frequencies and modes. The numerical results obtained was consistent with the analytical ones. Then, using finite element methods - FEM - the cable is simulated without loading, with loading and without DVA and with loading and DVA coupled. The DVA performance is evaluated through the total energy of the system and the better positioning for the DVA are established and compared with the positioning suggested by CIGRÉ. The results of simulations showed the DVA positioning according to the proposed method was close to the CIGRE curves for all the evaluated frequencies.

[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.