Orientador: Andre Koch Torres de Assis / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T04:12:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hernandes_JulioAkashi_D.pdf: 11255919 bytes, checksum: 8c053f16e5fd883058c7336bb38c3acc (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: No Capítulo 1 apresentamos uma introdução sobre os campos elétricos dentro e fora de condutores resistivos com corrente constante. Discutimos também a distribuição de cargas superficiais que mantém a corrente fluindo e sua relação com estes campos elétricos. São apresentados alguns experimentos relacionados com estes campos elétricos fora de condutores com corrente constante. A Parte I deste trabalho trata de condutores retos e compridos. No Capítulo 2 apresentamos o tratamento de um fio cilíndrico longo de seção reta circular conduzindo uma corrente estacionária, já conhecido na literatura. São apresentados alguns dos métodos que seguimos nos tratamentos dos problemas apresentados a seguir. O Capítulo 3 trata da força entre uma casca cilíndrica condutora infinita sem corrente e uma carga pontual próxima (dentro ou fora da casca), cuja solução é inédita na literatura. Esta força de ordem zero (eletrostática) complementa a análise da força de primeira ordem ( ou seja, proporcional à corrente ou à velocidade dos elétrons de condução) no caso do fio cilíndrico longo com corrente constante. No Capítulo 4 tratamos o problema inédito de um fio cilíndrico longo, ainda conduzindo uma corrente estacionária, mas agora com uma bateria colocada no centro. Nosso objetivo aqui é estudar o comportamento dos campos e das cargas superficiais próximas à bateria. O Capítulo 5 apresenta o problema conhecido na literatura de placas retas conduzindo correntes estacionárias. Este problema foi tratado por este mesmo autor durante sua dissertação de mestrado. O comportamento dos campos e das cargas superficiais próximas a uma bateria no problema de condutores em forma de placas é abordado no Capítulo 6. Este também é um problema inédito na literatura, análogo ao problema tratado no Capítulo 4. No Capítulo 7 generalizamos o problema das placas com corrente constante utilizando agora uma fita de largura finita. Para resolver este problema inédito utilizamos coordenadas elíptico-cilíndricas. Com este caso encerramos nosso tratamento de problemas onde os condutores são retos e compridos, conduzindo correntes na direção longitudinal. Na Parte II tratamos de condutores curvos conduzindo correntes constantes na direção azimutal. Estes problemas são importantes porque representam uma classe de circuitos elétricos em que a corrente percorre um caminho fechado finito. O Capítulo 8 apresenta o problema conhecido na literatura de uma casca cilíndrica condutora de comprimento infinito conduzindo uma corrente estacionária na direção azimutal. Há uma bateria em forma de linha, paralela ao eixo da casca. Esta geometria tem solução bastante simples com forma analítica fechada para o potencial, para o campo elétrico e para as cargas superficiais, embora o cilindro tenha comprimento infinito. O Capítulo 9 apresenta o tratamento inédito para uma casca esférica resistiva conduzindo uma corrente estacionária. Neste caso, a bateria tem a forma de um segmento de linha (um meridiano da esfera). O problema mais complexo de um toróide condutor conduzindo uma corrente constante na direção azimutal, também novo na literatura, é apresentado no Capítulo 10. Estes dois problemas, da casca esférica e do toróide, representam duas situações onde não há infinitos na geometria nem na condutividade, sendo que a corrente está confinada em um espaço finito. Mesmo abateria está incluída no sistema, de modo que se obtém naturalmente o comportamento esperado dos campos e das cargas superficiais próximas a ela. Na Parte III fazemos uma discussão sobre os problemas tratados. Demonstramos que para todos os casos analisados existe um campo elétrico fora dos condutores com corrente constante e obtemos sua expressão analítica. Os comportamentos em todos os casos em que a bateria está presente foram encontrados de acordo com o esperado. As comparações que fizemos com experimentos da literatura mostraram que nossos resultados teóricos são razoáveis e coerentes / Abstract: In Chapter 1 we present an introduction about the electric field inside and outside resistive conductors carrying steady currents. We also discuss the distribution of surface charges that maintains the current fiow and its relation with these electric fields. We present some experiments related with these electric fields outside conductors with steady current. Part I of this work deals with long straight conductors. In Chapter 2 we present the treatment of a long cylindrical wire of circular cross section conducting a steady current, already known in the literature. We present some of the methods that we employ in the problems that follow. Chapter 3 deals with the force between an infinite cylindrical conducting shell without current and a point charge close by (inside or outside the shell). This solution is new in the literature. This force of zeroth order (electrostatics) complements the analysis of the first order force (i.e., proportional to the current or to the drifting velocity of the conduction electrons) in the case of the long cylindrical wire with steady current. Chapter 4 deals with the new problem of a long straight wire, still with a steady current, but now with a battery in the middle. Our objective here is to study the behaviour of the fields and of the surface charges near the battery. Chapter 5 presents the known problem of straight plates conducting steady currents. This problem was dealt with by the present author during his Master's Degree. The behaviour of the fields and of the surface charges near the battery in the problem of conductors in the shape of plates is approached in Chapter 6. This is also a new problem in the literature, analogous to the problem treated in Chapter 4. In Chapter 7 we generalize the problem of plates with steady currents utilizing now a strip of finite width. To solve this new problem we utilize elliptic-cylindrical coordinates. With this case we finish our treatment of problems of long and straight conductors, carrying currents in the longitudinal direction. In Part II we treat curved conductors with steady currents in the azimuthal direction. These problems are important because they represent a class of electric circuits in which the current fiows over a closed finite path. Chapter 8 presents the known problem of a conducting cylindrical shell of infinite length carrying a steady current in the azimuthal direction. There is a battery in the shape of aline, parallel to the axis of the shell. This geometry yields a very simple solution with a closed analytical form for the potential, electric field and surface charges, although the cylinder has an infinite length. Chapter 9 presents the new treatment of a resistive spherical shell with a steady current. In this case, the battery has the shape of a segment of line ( a meridian of the sphere). The more complex problem of a conducting toroid with a steady current in the azimuthal direction, also new in the literature, is presented in Chapter 10. These two problems, about the spherical shell and the toroid, represent two situations where there are no infinities in the geometry nor in the conductivity, while the current is confined in a finite space Even the battery is included in the system, so that we obtain naturally the expected behaviour of the fields and of the surface charges near the battery. In Part III we present a discussion of the problems treated here. We demonstrate that for all the analysed cases there is an electric field outside the conductors with steady currents and we obtain their expressions analytically. The behaviours of all cases in which the battery was present were found according to our expectations. The comparisons that we made with experiments of the literature showed that our theoretical results are reasonable and coherent / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Vivaldo Fernando da Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T11:14:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paccini_RodrigodeOliveira_M.pdf: 1988341 bytes, checksum: 7be3a801c003202ec884c8313b60ac5f (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Quando um sistema interligado de corrente alternada sofre variações de carga, sua freqüência pode exibir um comportamento oscilatório. Se este mesmo sistema possuir um elo de corrente contínua em paralelo com as linhas de intercâmbio, esse efeito poderá ser atenuado devido à atuação do controlador de corrente do elo. Esta tese apresenta um estudo que avalia a eficiência de um elo de CC para o amortecimento de oscilações de freqüência de intercâmbio sob condições de pequenas perturbações, operando o sistema com Controle Automático de Geração (CAG). Um modelo de injeção de potência utilizado para representar o elo CC é implementado no Modelo de Sensibilidade de Potência (MSP). Uma das vantagens desse modelo é permitir o desacoplamento da rede em duas partes distintas: o balanço ativo e o balanço reativo, em que as duas podem ser tratadas juntas ou separadamente. Com a escolha desse modelo, tornou-se possível implementar toda a rede no formato de diagrama de blocos. Além disso, as barras de carga do sistema são acessíveis através do diagrama de blocos, o que torna possível variar também a característica da carga. Através dessa representação, tornou-se viável a inserção do elo de CC no diagrama de blocos, pois o mesmo foi modelado como uma injeção de potência nas barras terminais nos balanços ativo e reativo, fechando um novo balanço de potência. As análises no domínio do tempo foram realizadas no programa Matlab Simulink®. Também utilizando este software, um controlador de amortecimento de oscilações de potência (POD-Power Oscillation Damping Controller) foi projetado para a modulação da potência do elo de CC. Os resultados obtidos mostram que o elo de CC possui um grande potencial para a manutenção do amortecimento de oscilações de freqüência de modo inter-área, quando equipados com controladores POD. / Abstract: When an interconnected alternate-current power system suffers variations of loads, its frequency can exhibit an oscillatory behavior. If this system possesses a direct-current link in parallel with the inter-tie lines, this effect could be decreased, due to the link current controller action. This work presents a study that evaluates the efficiency of DC link for the damping of interarea frequency oscillations under small disturbances, operating the system with automatic generation control (AGC). A DC power injection model is implemented in the Power Sensitivity Model (PSM). One of the advantages of this model is to allow the detach of the network in two distinct parts: the active and reactive balances, where the two can be dealt together or separately. With the choice of this model, it's possible to implement the complete network in the block diagram format. Moreover, the network load bus are accessible through the block diagram, which this are possible to vary the load characteristic. Through this representation, the insertion of DC link in the block diagram became viable, therefore it was modeled as a power injection in the terminals bus in the active and reactive balances, closing a new power balance. The time domain analysis is carried out the software Matlab Simulink®. Also using this software, a POD controller (Power Oscillation Damping Controller) was designed for the DC power modulation. The results show that DC link comprises a great potential for the maintenance of frequency oscillations damping in interarea mode, when coupled to POD controllers. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] Existe uma perspectiva crescente da utilização de alta tensão em corrente contínua (ATCC). Assim, com base em informações da literatura sobre ensaios elétricos em equipamentos para ATCC e em exigências quanto à confiabilidade de procedimentos metrológicos, nesta dissertação, propõe-se o monitoramento e análise de um parâmetro (ripple) de forma que se possa garantir a rastreabilidade de sistemas de medição de referência (SMR). Os SMRs permitem apenas uma análise quantitativa da tensão de calibração, sendo preciso avaliar e garantir que a incerteza não seja influenciada por ripples de até 3 por cento, mas torna-se necessário também fazer uma avaliação qualitativa. No caso de ensaios em ATCC, o uso de diferentes fontes e retificadores provoca ripple em diferentes níveis, influenciando na qualidade da tensão fornecida e possivelmente em outros parâmetros relevantes descritos na norma ABNT NBR IEC 60060-1:2013. Nesse contexto, o objetivo desta dissertação foi o aperfeiçoamento e validação, com o rascunho da norma IEC 61083-4, de um algoritmo de medição previamente desenvolvido em LabVIEW que se comunique com um multímetro de 8 (1 sobre 2) dígitos e estime todos os parâmetros normalizados. Estabeleceu-se, ainda, os procedimentos necessários para calibração em ATCC e a análise da influência do ripple a partir dos parâmetros definidos pela norma. Para validar a metodologia proposta nesta dissertação foram feitos ensaios com diferentes arranjos, cuja finalidade foi comparar, estatisticamente, as incertezas de medição da calibração com diferentes níveis de ripple no SMR. Finalmente, os resultados obtidos indicam que o ripple não influencia na calibração. / [en] There is a growing prospect of using high voltage in direct current (HVDC). Thus, based on information from the literature on dielectric tests in equipment for HVDC and requirements regarding the reliability of metrological procedures, this dissertation aims at monitoring and analyzing a specific parameter (ripple) in a way that can guarantee the traceability of reference systems. The reference systems allow only a quantitative analysis of the calibration voltage, being necessary to evaluate and ensure that the measurement uncertainty is not influenced by ripples of up to 3 percent, but it is also necessary to make a qualitative assessment. In the case of HVDC tests, the use of different power supplies and rectifiers causes ripple at different levels, influencing the quality of the supplied voltage and possibly other relevant parameters for the ABNT NBR IEC 60060-1:2013 standard. In this context, the objective of this dissertation was the improvement and validation, with the draft of the IEC 61083-4 standard, of a signal acquisition and processing algorithm developed in LabVIEW that communicates with an 8 (1 over 2) digit multimeter and estimates all the normalized parameters. It is also intended to establish the procedures introduced for HVDC calibration and an analysis of the ripple influence from the parameters defined by the standard. To validate the methodology proposed in this dissertation, tests were made with different arrangements, with universal and purely resistive dividers, and different ripple levels, in the laboratory, statistically comparing the calibration measurement uncertainties with different ripple levels in the traceability of reference systems. Finally, the results indicate that the ripple does not influence the calibration.