Made available in DSpace on 2014-06-12T17:34:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2437_1.pdf: 2890138 bytes, checksum: d106bef16c8ef2a7b61dc848b6a2b498 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação trata de aspectos relacionados à aplicação série de Reatores Naturalmente Saturados (RNS) em sistemas de potência, com ênfase em Limitadores de Corrente de Curto Circuito (LCC), seus aspectos gerais e análise de desempenho. Inicialmente, uma análise do estado operativo dos dispositivos de manobras em funcionamento no sistema elétrico nacional é apresentada para destacar a relevância do tema para o setor elétrico. Segue-se uma síntese do estado da arte relacionada com os limitadores para mostrar o efetivo interesse da comunidade cientifica pelo assunto e para posicionar o presente trabalho no contexto mundial. Novas propostas para a utilização em série de RNS são então apresentadas. Arquiteturas com montagens e características inovadoras são descritas e aprofundadas, destacando-se as novidades introduzidas no modelo anteriormente desenvolvido pela GEC (General Electric Company), pioneira nos estudos a respeito deste dispositivo. Uma investigação laboratorial por meio de protótipos em tamanho reduzido de elementos de um sistema elétrico com a aplicação série de RNS funcionando como LCC é apresentada para certificar a eficiência dos arranjos ora propostos, apoiada por simulações no programa computacional EMTP-ATP (Electro-Magnetic Transient Program - Alternative Transient Program). Modelos matemáticos para o estudo de desempenho desses limitadores são estabelecidos e autenticados pelo confronto entre os registros obtidos em laboratório e as respostas fornecidas pelo EMTP-ATP

Submitted by Gustavo Nascimento (gustavo.diniz@ufcg.edu.br) on 2018-02-06T14:28:39Z No. of bitstreams: 1 EDUARDO JORGE CALHEIROS JUNIOR - DISSERTACAO PPGEE 2014.pdf: 3431884 bytes, checksum: 5d6e954510b9e7405666b81ef4f13f30 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-06T14:28:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDUARDO JORGE CALHEIROS JUNIOR - DISSERTACAO PPGEE 2014.pdf: 3431884 bytes, checksum: 5d6e954510b9e7405666b81ef4f13f30 (MD5) Previous issue date: 2014-06 / As análises de adequabilidade de equipamentos são indispensáveis para permitir que as empresas do setor elétrico conheçam as condições em que os mesmos operam, garantindo assim o desempenho dos ativos da empresa e sua disponibilidade no Sistema Interligado Nacional. Dentre os equipamentos analisados, destacam-se os transformadores de potência pelo seu alto custo e a sua importância para o sistema elétrico. Grande parte das falhas em transformadores de potência é de origem dielétrica, relacionadas com a danificação da isolação dos condutores devido às deformações mecânicas ocasionadas pelas altas correntes de curto-circuito passantes nos enrolamentos, reduzindo a vida útil do equipamento. A partir destas considerações, propôs-se avaliar os esforços eletromecânicos internos a alguns transformadores de potência presentes no sistema CHESF, por intermédio de simulações computacionais, quando da ocorrência de curto-circuito trifásico. A metodologia para as simulações consistiu em selecionar os transformadores a serem analisados e coletar as informações técnicas necessárias fornecidas pelos fabricantes. Posteriormente foram determinadas as condições sistêmicas às quais os transformadores estariam submetidos e obtidos os níveis de curto-circuito resultantes, para então efetuar as simulações propriamente ditas. Os resultados das simulações computacionais mostraram os esforços eletromecânicos estimados em quatro transformadores de potência em operação no sistema elétrico da CHESF, resultantes do efeito dinâmico da corrente de curto-circuito trifásico que percorrem os enrolamentos do transformador, considerando diferentes configurações sistêmicas. As conclusões das análises dos resultados indicaram possíveis casos de superações de limites admissíveis e revelou a importância dos aspectos construtivos dos transformadores na sua capacidade de suportar os esforços mecânicos causados por curtos-circuitos. / Analysis of suitability of equipment are indispensable for the electric sector companies meet the conditions in which they operate, thus ensuring the performance of the company's assets and its availability in the National Interconnected System (Sistema Interligado Nacional). The power transformers are included among the analyzed equipment due to its high cost and importance for the electrical system. Most faults in power transformers is of dielectric origin, related to insulation damage due to mechanical deformations, caused by the high short-circuit currents in the windings, reducing the life of the equipment. Then, it was proposed to evaluate the internal electromechanical efforts to some power transformers present in the CHESF system, through computer simulations, in the event of a three-phase short circuit. The methodology for the simulations consisted to select the transformers to parse and collect the necessary technical information provided by the manufacturers. Later, certain systemic conditions in which the transformers would be subjected were defined, it was obtained the resulting short circuit levels and then was performed the simulations themselves. The results of the computer simulations showed the electromechanical efforts estimated at four power transformers in operation in the CHESF electrical system, resulting from the dynamic effect of three-phase short-circuit current that run through the windings of the transformer, considering different systemic configurations. The conclusions of the analysis results indicated possible cases of overruns of permissible limits and reveal the importance of the transformers constructive aspects in their ability to withstand the mechanical stress caused by short circuits.

[pt] O primeiro material supercondutor de alta temperatura foi descoberto em 1986. Desde então foram sintetizados mais de 150 novos supercondutores (cupratos, bismutatos, boretos e fulerenos) com temperatura crítica superior à temperatura de 23,3 K, a temperatura crítica mais alta entre os materiais supercondutores de baixa temperatura. Muitos destes novos materiais supercondutores têm provocado interesse acadêmico, sendo utilizados, por exemplo, para a compreensão do fenômeno de supercondutividade a alta temperatura. No entanto, há famílias supercondutoras que possuem propriedades atraentes para o desenvolvimento de novas tecnologias voltadas particularmente para sistemas elétricos de potência, medicina e transporte (veículo Maglev). Dois supercondutores da família BSCCO, Bi2Sr2CaCu2O8+x (Bi-2212) e Bi2Sr2Ca2Cu3O10+x (Bi-2223), estão entre os mais pesquisados para aplicação em escala industrial no setor elétrico. Uma projeção do mercado de dispositivos para o setor elétrico, à base de supercondutores de alta temperatura, aponta que este mercado deve movimentar em torno de 47 bilhões de dólares em 2020, tendo como destaques, com quase 90% deste mercado, limitadores de corrente de curtocircuito, transformadores e SMES (Sistema Magnético Supercondutor de Armazenagem de Energia). A presente tese se propôs a contribuir para o desenvolvimento de uma nova tecnologia de produção de limitadores de corrente de curto-circuito (LCC) à base da fase supercondutora Bi-2212. Esta tecnologia baseia-se na produção de formas maciças (blocos) da fase Bi-2212, para a confecção de LCC, através da fusão parcial e solidificação peritéticas desta fase. Este método difere substancialmente do método de fusão completa, usualmente empregado para a obtenção destes blocos. Para o desenvolvimento e o aperfeiçoamento desta nova tecnologia foi necessário estudar a fusão e a solidificação peritéticas da fase Bi- 2212. Com este intuito, para acompanhar esses dois processos foram utilizadas técnicas de observação in situ, assim como análise de amostras temperadas. As propriedades supercondutoras foram estudadas por meio das caracterizações eletromagnéticas. Com base nestes estudos foi desenvolvido um ciclo térmico que proporciona uma densidade de corrente crítica da fase Bi-2212 na forma maciça superior a 1000A/cm2, em corrente direta, a 77K e sem campo magnético externo. Este valor confirma a viabilidade do método para a produção de material para LCC. / [en] High temperature superconductivity was discovered in 1986. Since then more than 150 new superconductors (cuprates, bismuthates, borides and fullerite) with critical temperature higher then 23,3K (the highest critical temperature for low temperature superconductors) have been synthesized. Many of them rise interest from the scientific viewpoint and are suitable for investigations focusing the phenomena of high temperature superconductivity. However, some superconducting families display properties that are attractive for applications in electrical power systems, medicine and transport. Two superconductors from the BSCCO family, Bi2Sr2CaCu2O8+x (Bi-2212) e Bi2Sr2Ca2Cu3O10+x (Bi-2223), are among the most studied for application in electrical power systems at industrial scale. One prognostic for the market of superconducting electrical devices points out that this market will represent more than 47 billion dollars in the year 2020. More than 90% of this market will be dominated by devices such as: fault current limiters (FCL), transformers and superconducting magnetic energy storage systems (SMES). The present thesis aims to contribute for the development of a new technology for production of fault current limiters, based on the Bi-2212 phase, the partial melt method. This method involves peritectic fusion and solidification of the Bi-2212 phase and is substantially different from the complete melt processing usually used for production of Bi- 2212 blocks. The peritectic fusion and solidification of the Bi-2212 phase were investigated by quenching and in situ techniques. Superconducting properties were also studied by electromagnetic measurements. Based on these studies, a thermal cycle was established which results in a critical current density in bulk form, of the Bi-2212 phase, superior to 1000A/cm2, in direct current, at 77K and zero field. This value confirms the potential of the method to produce material for FCL.

Foram desenvolvidos sistemas de medidas visando a caracterização de células solares de sílico monocristalino. Para isso, foram determinadas as características I x V no escuro para diferentes níveis de iluminação. Curvas de resposta espectral e capacitância em função da tensão inversa aplicada foram também obtidas. Foi feita uma avaliação do comportamento dessas células em função da temperatura e realizadas medidas de profundidade de junção utilizando-se três métodos distintos. Os principais parâmetros, que determinam o desempenho dessas células, foram obtidos boa concordância com a teoria e com os resultados apresentados na literatura. / Systems of measurements were developed for the characterization of single crystal silicon solar cells. For that, the curves I x V were measured in the dark and for different intensity of illumination. Curves of spectral response and of capacitance as a function of the reciprocal of the voltage were also measured. The behavior of the cells as a function of temperature was analysed and also measurements of junction depth were made by three different methods. Values for the parameters that characterize the cells were obtained, showing a good agreement with theoretical values and also with already reported values.

Foram desenvolvidos sistemas de medidas visando a caracterização de células solares de sílico monocristalino. Para isso, foram determinadas as características I x V no escuro para diferentes níveis de iluminação. Curvas de resposta espectral e capacitância em função da tensão inversa aplicada foram também obtidas. Foi feita uma avaliação do comportamento dessas células em função da temperatura e realizadas medidas de profundidade de junção utilizando-se três métodos distintos. Os principais parâmetros, que determinam o desempenho dessas células, foram obtidos boa concordância com a teoria e com os resultados apresentados na literatura. / Systems of measurements were developed for the characterization of single crystal silicon solar cells. For that, the curves I x V were measured in the dark and for different intensity of illumination. Curves of spectral response and of capacitance as a function of the reciprocal of the voltage were also measured. The behavior of the cells as a function of temperature was analysed and also measurements of junction depth were made by three different methods. Values for the parameters that characterize the cells were obtained, showing a good agreement with theoretical values and also with already reported values.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Power transformers are essential and a large part of the asset cost structure of the electrical power system. When they present any defect or failure, it will be required high costs to repair or replace them, due their commercial costs and by the capability loss to transmit power during a period of time. Generally, transformer failure can occur as a result of the weakness insulation caused by the electrochemical processes involving the cooling liquid (oil), by vibrations due the electromagnetic forces in normal operation, i.e., steady state, and also by winding deformation as the result of short-circuits. It is expected that a transformer will experience and survive a number of short circuits during its service life. But one such event will cause some slight winding movement, which can gradually increasing and the ability of the transformer to withstand further electromechanical forces will be then reduced. It is therefore very important to check the mechanical condition of transformers periodically, particularly for older units, to provide an early warning of an impending catastrophic failure. Thus a specialist technique is required for the monitoring and assessment of mechanical condition of winding transformer. Despite designers and manufacturers, as well as the operation and maintenance technicians of power supply companies worry about this subject, new methodologies and tools to assess the strength effects as the result of short circuits in transformers are still necessaries. So, this work proposes to know the strength characteristics caused by the radial and axial forces in winding transformers. In this context, it will be presented different strengths that can occur in winding transformer, identifying the principal failures as the result of these stresses. Besides, it will be developed an analytical method to evaluate the forces and stresses in winding three phase transformer under a three phase short circuit. Finally, the analytical method results will be compared with a computer simulation based in time domain using the software FEMM, which applies the finite element method. / Transformadores de potência são equipamentos essenciais aos sistemas elétricos e também um de seus componentes de maior preço. Quando estes equipamentos se danificam ou apresentam algum tipo de falha, o seu reparo ou até mesmo sua substituição demanda altíssimos custos financeiros, tanto pelo alto valor comercial destes equipamentos como pela perda temporária da capacidade de transmissão de energia elétrica. Muitas falhas destes equipamentos devem-se à redução da suportabilidade da isolação dos seus condutores/enrolamentos causado pelos fenômenos eletroquímicos do líquido de resfriamento (óleo), pelas vibrações produzidas pelas forças eletromecânicas durante a sua operação normal, ou seja, em regime permanente, e também pelas deformações dos enrolamentos causadas pelas altas correntes de curto-circuito. Espera-se, no entanto, que um transformador suporte um determinado número de curtos-circuitos durante seu tempo de operação. No entanto, verifica-se que cada evento poderá provocar pequenos deslocamentos relativos nos enrolamentos, os quais podem aumentar cumulativamente, reduzindo desta forma a capacidade do transformador de suportar novos esforços eletromecânicos. Neste contexto, torna-se importante a verificação periódica das suas condições mecânicas, principalmente nas unidades com muito tempo de operação, de forma a se obter subsídios para impedir falhas catastróficas. O emprego de técnicas especiais é requerido para o monitoramento e avaliação das condições mecânicas do enrolamento de um transformador. Apesar de este assunto ser uma preocupação constante dos projetistas e fabricantes de transformadores, bem como dos profissionais de manutenção e operação das empresas de energia elétrica, há certa carência de metodologias e ferramentas consistentes para se avaliar os efeitos dos esforços mecânicos decorrentes das elevadas correntes transitórias sobre estes equipamentos. Nessa perspectiva, este trabalho tem por meta o entendimento das características dos esforços mecânicos causados pelas forças radiais e axiais nos enrolamentos dos transformadores. Para tanto, esta dissertação mostrará os diferentes tipos de esforços eletromecânicos passíveis de ocorrer nos enrolamentos de um transformador, identificando os principais tipos de falhas provocadas por essas solicitações. Em seguida, será desenvolvida uma metodologia analítica para estimar as forças e estresses nos enrolamentos de um transformador trifásico submetidos a um curto-circuito trifásico. Assim, os valores obtidos pela metodologia analítica serão confrontados com resultados de uma simulação computacional no domínio do tempo utilizando-se o programa FEMM baseado na técnica de elementos finitos. / Mestre em Ciências