As linhas de transmissão são usadas para transmitir energia elétrica por longas distâncias e estão naturalmente expostas a condições climáticas severas e à ocorrência de faltas, especialmente as linhas aéreas. Estatísticas mostram que entre 70% - 90% das faltas em linhas de transmissão aéreas são momentâneas (ou transitórias) e apresentam formação de arco elétrico. O arco elétrico é a principal característica de uma falta de alta impedância e resulta do pobre contato entre um condutor energizado e a superfície envolvida. Esta tese aborda o problema de localização de faltas de alta impedância em linhas de transmissão curtas. Propõese uma nova técnica de localização de faltas de alta impedância baseada na impedância aparente, desenvolvida no domínio da frequência e que utiliza componentes de fase. A estimativa da distância da falta é obtida a partir da solução de um sistema sobredeterminado de equações lineares, obtida pela aplicação do método de mínimos quadrados. A abordagem proposta permite estimar a distância de faltas de alta impedância momentâneas e permanentes, em linhas de transmissão curtas simples e paralelas, transpostas ou não. O desempenho da técnica de localização de faltas proposta é avaliado mediante estudos de casos simulados no Alternative Transients Program (ATP) considerando análises de sensibilidade e comparativa, bem como casos reais de faltas. Os resultados obtidos, considerando faltas de alta impedância simuladas e reais, indicam claramente que a abordagem proposta possui validade como técnica de localização de faltas em linhas de transmissão curtas em decorrência do desempenho demonstrado e, também, por características tais como: formulação simplificada no domínio da frequência, simplicidade e facilidade de implementação em dispositivos reais e aplicabilidade a casos reais. / Transmission lines are used to transmit electric power over long distances and are naturally exposed to severe weather conditions, especially overhead lines. Such conditions are highly favorable to the occurrence of faults. Statistics show that between 70% - 90% of faults on overhead lines are nonpermanent (or transient), and present arcing. Arcing is the main characteristic of a nonlinear high impedance fault and is the result of poor contact between an energized conductor and the ground or a grounded object. This thesis approaches the high impedance fault location on short transmission lines problem. It is proposed an impedancebased nonlinear high impedance fault location formulation developed in frequency domain and phase components. The formulation uses the least square method and synchronized phasors, measured by, for example, digital fault recorders installed at both line terminals. The proposed approach allows to estimate the distance of high impedance momentary and permanent faults on short transposed or untransposed transmission lines. The performance of the proposed fault location approach is evaluated through analysis of simulated cases in the Alternative Transients Program (ATP) considering sensitivity and comparative analyzes, and actual cases of high impedance faults. The results, considering simulations of high impedance faults and actual cases, indicate clearly that the proposed approach is valid as fault location technique in short transmission lines due to the demonstrated performance.

Fluidos Não-newtonianos estão presentes em grande quantidade na natureza e em muitas aplicações industriais. Tais fluidos apresentam uma variedade de comportamentos específicos. Dentre eles podemos citar: elasticidade, plasticidade, viscosidade variando com a taxa de deformação, tixotropia. Esta tese de doutorado apresenta um recente modelo para Fluidos Estruturados Tixotrópicos (de Souza Mendes, 2009), no qual baseasse nas tradicionais equações de balanço de momentum e massa, em uma equação constitutiva de Maxwell-b modificada e uma equação de evolução para o nível de estrutura do material. Na equação constitutiva de Maxwell-b modificada, tempo de relaxação e viscosidade estrutural são funções da estrutura do material. A equação evolutiva para o parâmetro de estruturação prevê efeitos de tixotropia, dependentes do tempo de equilíbrio do material. As equações que constituem o modelo mecânico para Fluidos Estruturados Tixotrópicos são aproximadas numericamente através do Método de Elementos Finitos de Galerkin Mínimos-quadrados (GLS). Tal método adicionou termos dependentes de malha ao método clássico de Galerkin, de forma a aumentar a estabilidade da formulação original, proporcionando compatibilizar os sub-espaços de velocidade e pressão. São investigados escoamentos creeping flow de Fluidos Estruturados Tixotrópicos em dois problemas clássicos de engenharia: em torno de um cilindro confinado entre duas placas e em uma expansão planar abrupta. Parâmetros relevantes ao modelo são variados em faixas pertinentes ao problema físico simulado e os resultados demonstraram uma boa capacidade de previsão. / Non-Newtonian fluids are present in large quantities in nature and in many industrial applications. Such fluids exhibit a variety of specific behaviors. Among them we can mention: elasticity, plasticity, viscosity varying with the strain rate, thixotropy, etc. This thesis presents a new model for thixotropic Structured Fluids (de Souza Mendes, 2009), in which were a basis in traditional balance equations of mass and momentum, the constitutive equation of Maxwell-type and an evolution equation for the level structure of the material. In the modified constitutive equation of Maxwell-b, relaxation time and structural viscosity are functions of material structure. The structure parameter evolutive equation provides effects of thixotropy, dependent on the equilibration time of the material. The equations which constitute the mechanical model for Structured Thixotropic fluids are approximated numerically using the Galerkin Least-squares Finite Element Method (GLS). Such a method added mesh dependent terms to the classical method of Galerkin in order to increase the stability of the original formulation, providing compatibility between sub-spaces of velocity and pressure. Are investigated Structured Thixotropic Fluids creeping flow in two classical problems in engineering: around a cylinder confined between two plates and in a planar abrupt expansion. Relevant parameters to the model are varied in pertinent ranges to physical problem simulated and the results demonstrated a good predictive capability.

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A detecção de um tipo particular de falta, denominado de alta impedância, tem sido há muito tempo um desafio para a engenharia de proteção. Por outro lado, se a detecção é realizada com sucesso, ações preventivas e de manutenção devem ser tomadas para evitar prejuízos potenciais. Nesse contexto, os métodos de localização de faltas assumem importante papel, pois contribuem para a rápida restauração do sistema. Entretanto, os métodos clássicos, em particular as formulações a um terminal, não consideram modelos realísticos de faltas de alta impedância na sua formulação. Este tipo de falta se caracteriza pelo contato de um condutor energizado com uma superfície de elevada resistência elétrica, em que o comportamento da tensão em função da corrente apresenta uma característica não linear. Desta forma, esta tese propõe uma nova formulação para a localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia elétrica, com medições a um terminal, que considere tal efeito. A formulação é proposta para estimar a distância da falta em linhas de distribuição utilizando o método de estimação por mínimos quadrados, desenvolvendo um modelo no domínio do tempo do sistema elétrico e um modelo de falta de alta impedância composto por diodos antiparalelos. Mediante o modelo do sistema elétrico, é possível estimar a distância da falta, juntamente com os parâmetros da falta de alta impedância, usando sinais provenientes de um terminal, como um problema de otimização. Primeiramente, não considerando o efeito capacitivo das linhas, um modelo linear no domínio do tempo é obtido e um estimador de mínimos quadrados linear é proposto. Posteriormente, considerando o efeito capacitivo das linhas, um modelo não linear no domínio do tempo é obtido e um algoritmo de descida é proposto para a estimação dos parâmetros. Os estudos de caso foram realizados no sistema de 13 barras da IEEE modelado no Alternative Transient Program. Em todas as condições simuladas, os resultados obtidos mostraram um desempenho similar da técnica proposta com ou sem a consideração da capacitância das linhas, sendo assim, por simplicidade, optou-se pela desconsideração da capacitância. Os resultados evidenciaram que a técnica de localização de faltas proposta não mostra diferença no seu desempenho com variações do ângulo de incidência da falta e melhora quando o carregamento do sistema diminui. O erro relacionado à estimativa da distância da falta mostra-se, em geral, superior ao erro cometido ao estimar os parâmetros da falta de alta impedância. Por outro lado, os estudos de caso mostram um grande potencial para aplicar a técnica proposta como um detector e classificador de faltas de alta impedância. / High impedance fault location has always been a challenge for protection engineering. On the other hand, if this task is successfully realized maintenance action could be performed in order to avoid potential injuries. For an effective protection scheme the high impedance fault location should be performed, but a lack of research on this area is noted. This thesis proposes a new analytical formulation for high impedance fault location in power systems. The approach is developed in time domain, considering a high impedance fault model composed by two antiparallel diodes. Using this model, the fault distance and fault parameters are estimated as a minimization problem, allowing the location of the fault using one terminal signals. Firstly, the line capacitance is not considered and a linear model in time domain is obtained. In this case, the linear least square estimator is used for parameter estimation. In a second moment, the line capacitance is considered and a non-linear model in time domain is obtained. Hence, a steepest descent based estimator is proposed in order to estimate the parameters. Studies were carried out with the IEEE 13 bus modeled in the Alternative Transient Program. In view of the test results, the non-consideration of line capacitance resulted in similar accuracy in relation to its consideration. The method also is insensitive to the fault inception instant and the reduction of system load reduces the errors related to the estimations. The error related to fault distance estimation is in general greater than the estimation of the high impedance fault parameters. On the other hand, case studies shows the great potential of the technique as a high impedance fault detector method.

A análise modal experimental tem contribuído de forma decisiva para caracterização e solução de problemas de engenharia, relacionados à vibração estrutural. Uma das áreas fundamentais da análise modal experimental é a identificação de sistemas, cujo objetivo é determinar as propriedades dinâmicas de uma estrutura, descritas através das freqüências naturais, fatores de amortecimento e modos de vibrar do sistema em análise. Neste trabalho é realizado um estudo sobre as técnicas paramétricas de identificação de sistemas no domínio do tempo utilizando o modelo auto-regressivo de média móvel vetorial (ARMAV) e o modelo auto-regressivo vetorial (ARV). Em ambos os modelos, os procedimentos de identificação dos parâmetros auto-regressivos, responsáveis pela dinâmica do sistema, são estimados utilizando a aproximação dos mínimos quadrados. A partir desses coeficientes um modelo em espaço de estado do sistema é construído, a fim de estimar os parâmetros modais do sistema dinâmico. A ordem do modelo ARMAV, necessária para determinar as características dinâmicas do sistema, é estimada através do critério de informação Bayesiana (BIC). Para o caso do procedimento baseado no modelo ARV, onde apenas as respostas do sistema são consideradas no processo de identificação, uma nova técnica é proposta para solucionar o problema da identificação da ordem do modelo dinâmico. Essa técnica, baseada na estabilidade das freqüências naturais estimadas em várias identificações, contribuiu também para automação do procedimento de identificação. O desempenho dos algoritmos de identificação utilizando o modelo ARMAV, e o modelo ARV juntamente com a nova metodologia desenvolvida, é verificado através de aplicações a dados provenientes de simulações numéricas e de um ensaio experimental realizado em uma placa de alumínio. / The experimental modal analysis has contribued in a decisive way to characterization and solution of engineering problems, related to structural vibration. One of the fundamental areas of the experimental modal analysis is the mechanical systems identification, whose objective is to identify the dynamic properties of a structure, described through the natural frequencies, damping ratios and mode shapes of the system in analysis. In this work a study is accomplished on the parametric techniques of systems identification in time domain using the Auto-Regressive Moving Average Vector (ARMAV) and the Auto-Regressive Vector (ARV) models. In these models, the procedures of the auto-regressive parameters identification that describes the dynamics of the system are estimated using the least square approach. Trough these coefficients a model in state space is built, in order to identify the modal parameters of the dynamic system. The order of the ARMAV model, necessary to determine the dynamic characteristics of the system, is estimated through Bayesian Information Criterion (BIC). For the procedure based on the model ARV, where only the system responses are considered in the identification process, a new technique is proposed to solve the identification problem of the order of the dynamic model. This technique, based on the stability of the natural frequencies in several identifications, also contributed to automation of the identification procedure. The performance of these identification algorithms using the ARMAV model, and the ARV model together with the new developed methodology, is verified using data from numerical simulations and from an experimental test accomplished in an aluminum plate.

In this study, the method of deciding the water level of the initial tsunami is proposed by using spatial-temporal focusing (Coalescence) theory and waveform inversion reciprocal with Green function. Tsunami and earthquake are so closely bonded that the current tsunami numerical model is dependent on the parameters of the fault and the initial tsunami water level by calculating the theory of half flexibility. But in fact, it is not easy to have the parameters of seabed fault so that the initial tsunami water level is very hard to get a accurate value. On the other hand, although the parameters of fault can be speculated by seismic waves, because ground is uneven medium, therefore, it is still a lot of improvement to get the parameters of fault by using seismic waves. For the tsunami simulation, if you have the value of the initial tsunami water level, the fault parameters can be estimated.Since the propagation of tsunami in the ocean is a linear behavior, the propagating process is affected by the topography of the ocean and the nonlinear effect so minimal that it is to satisfy the linear shallow water equations and the requirement of reversibility;However, in fact, the values of the water level measured by the tide stations on the coast are influenced by the shoaling effect so that the reversibility of linear system can not be directly applied to Coastal areas.Therefore, the overall Inversion procedure on this study consists of two parts; the first one is that the usage of variable coefficient Korteweg-de Vries (vKdV) equation and the Coalescence theory inverses the data gathered by the Coastal tide stations to the water level data where the depth is more than 50m on the linear region, and compares the above results with the stimulation and confirms the accuracy of the inversed waveform;The second one is that according to the reversibility of the linear system the use of least squares and least squares QR- decomposition (LSQR) method reproduce the initial tsunami wave source that compares with the initial tsunami wave source by stimulating and has a very good conformity. The seismic parameters can be easily decided by the above results.

For synthetic aperture imaging, position and orientation deviation is of great concern. Unknown motions of a Synthetic Aperture Sonar (SAS) can blur the reconstructed images and degrade image quality considerably. Considering the high sensitivity of synthetic aperture imaging technique to sonar deviation, this research aims at providing a thorough navigation solution for a free-towed synthetic aperture sonar (SAS) comprising aspects from the design and construction of the navigation card through to data postprocessing to produce position, velocity, and attitude information of the sonar. The sensor configuration of the designed navigation card is low-cost Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS) Magnetic, Angular Rate, and Gravity (MARG) sensors including three angular rate gyroscopes, three dual-axial accelerometers, and a triaxial magnetic hybrid. These MARG sensors are mounted orthogonally on a standard 180mm Eurocard PCB to monitor the motions of the sonar in six degrees of freedom. Sensor calibration algorithms are presented for each individual sensor according to its characteristics to precisely determine sensor parameters. The nonlinear least square method and two-step estimator are particularly used for the calibration of accelerometers and magnetometers. A quaternion-based extended Kalman filter is developed based on a total state space model to fuse the calibrated navigation data. In the model, the frame transformations are described using quaternions instead of other attitude representations. The simulations and experimental results are demonstrated in this thesis to verify the capability of the sensor fusion strategy.

A detecção de um tipo particular de falta, denominado de alta impedância, tem sido há muito tempo um desafio para a engenharia de proteção. Por outro lado, se a detecção é realizada com sucesso, ações preventivas e de manutenção devem ser tomadas para evitar prejuízos potenciais. Nesse contexto, os métodos de localização de faltas assumem importante papel, pois contribuem para a rápida restauração do sistema. Entretanto, os métodos clássicos, em particular as formulações a um terminal, não consideram modelos realísticos de faltas de alta impedância na sua formulação. Este tipo de falta se caracteriza pelo contato de um condutor energizado com uma superfície de elevada resistência elétrica, em que o comportamento da tensão em função da corrente apresenta uma característica não linear. Desta forma, esta tese propõe uma nova formulação para a localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia elétrica, com medições a um terminal, que considere tal efeito. A formulação é proposta para estimar a distância da falta em linhas de distribuição utilizando o método de estimação por mínimos quadrados, desenvolvendo um modelo no domínio do tempo do sistema elétrico e um modelo de falta de alta impedância composto por diodos antiparalelos. Mediante o modelo do sistema elétrico, é possível estimar a distância da falta, juntamente com os parâmetros da falta de alta impedância, usando sinais provenientes de um terminal, como um problema de otimização. Primeiramente, não considerando o efeito capacitivo das linhas, um modelo linear no domínio do tempo é obtido e um estimador de mínimos quadrados linear é proposto. Posteriormente, considerando o efeito capacitivo das linhas, um modelo não linear no domínio do tempo é obtido e um algoritmo de descida é proposto para a estimação dos parâmetros. Os estudos de caso foram realizados no sistema de 13 barras da IEEE modelado no Alternative Transient Program. Em todas as condições simuladas, os resultados obtidos mostraram um desempenho similar da técnica proposta com ou sem a consideração da capacitância das linhas, sendo assim, por simplicidade, optou-se pela desconsideração da capacitância. Os resultados evidenciaram que a técnica de localização de faltas proposta não mostra diferença no seu desempenho com variações do ângulo de incidência da falta e melhora quando o carregamento do sistema diminui. O erro relacionado à estimativa da distância da falta mostra-se, em geral, superior ao erro cometido ao estimar os parâmetros da falta de alta impedância. Por outro lado, os estudos de caso mostram um grande potencial para aplicar a técnica proposta como um detector e classificador de faltas de alta impedância. / High impedance fault location has always been a challenge for protection engineering. On the other hand, if this task is successfully realized maintenance action could be performed in order to avoid potential injuries. For an effective protection scheme the high impedance fault location should be performed, but a lack of research on this area is noted. This thesis proposes a new analytical formulation for high impedance fault location in power systems. The approach is developed in time domain, considering a high impedance fault model composed by two antiparallel diodes. Using this model, the fault distance and fault parameters are estimated as a minimization problem, allowing the location of the fault using one terminal signals. Firstly, the line capacitance is not considered and a linear model in time domain is obtained. In this case, the linear least square estimator is used for parameter estimation. In a second moment, the line capacitance is considered and a non-linear model in time domain is obtained. Hence, a steepest descent based estimator is proposed in order to estimate the parameters. Studies were carried out with the IEEE 13 bus modeled in the Alternative Transient Program. In view of the test results, the non-consideration of line capacitance resulted in similar accuracy in relation to its consideration. The method also is insensitive to the fault inception instant and the reduction of system load reduces the errors related to the estimations. The error related to fault distance estimation is in general greater than the estimation of the high impedance fault parameters. On the other hand, case studies shows the great potential of the technique as a high impedance fault detector method.

A detecção de um tipo particular de falta, denominado de alta impedância, tem sido há muito tempo um desafio para a engenharia de proteção. Por outro lado, se a detecção é realizada com sucesso, ações preventivas e de manutenção devem ser tomadas para evitar prejuízos potenciais. Nesse contexto, os métodos de localização de faltas assumem importante papel, pois contribuem para a rápida restauração do sistema. Entretanto, os métodos clássicos, em particular as formulações a um terminal, não consideram modelos realísticos de faltas de alta impedância na sua formulação. Este tipo de falta se caracteriza pelo contato de um condutor energizado com uma superfície de elevada resistência elétrica, em que o comportamento da tensão em função da corrente apresenta uma característica não linear. Desta forma, esta tese propõe uma nova formulação para a localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia elétrica, com medições a um terminal, que considere tal efeito. A formulação é proposta para estimar a distância da falta em linhas de distribuição utilizando o método de estimação por mínimos quadrados, desenvolvendo um modelo no domínio do tempo do sistema elétrico e um modelo de falta de alta impedância composto por diodos antiparalelos. Mediante o modelo do sistema elétrico, é possível estimar a distância da falta, juntamente com os parâmetros da falta de alta impedância, usando sinais provenientes de um terminal, como um problema de otimização. Primeiramente, não considerando o efeito capacitivo das linhas, um modelo linear no domínio do tempo é obtido e um estimador de mínimos quadrados linear é proposto. Posteriormente, considerando o efeito capacitivo das linhas, um modelo não linear no domínio do tempo é obtido e um algoritmo de descida é proposto para a estimação dos parâmetros. Os estudos de caso foram realizados no sistema de 13 barras da IEEE modelado no Alternative Transient Program. Em todas as condições simuladas, os resultados obtidos mostraram um desempenho similar da técnica proposta com ou sem a consideração da capacitância das linhas, sendo assim, por simplicidade, optou-se pela desconsideração da capacitância. Os resultados evidenciaram que a técnica de localização de faltas proposta não mostra diferença no seu desempenho com variações do ângulo de incidência da falta e melhora quando o carregamento do sistema diminui. O erro relacionado à estimativa da distância da falta mostra-se, em geral, superior ao erro cometido ao estimar os parâmetros da falta de alta impedância. Por outro lado, os estudos de caso mostram um grande potencial para aplicar a técnica proposta como um detector e classificador de faltas de alta impedância. / High impedance fault location has always been a challenge for protection engineering. On the other hand, if this task is successfully realized maintenance action could be performed in order to avoid potential injuries. For an effective protection scheme the high impedance fault location should be performed, but a lack of research on this area is noted. This thesis proposes a new analytical formulation for high impedance fault location in power systems. The approach is developed in time domain, considering a high impedance fault model composed by two antiparallel diodes. Using this model, the fault distance and fault parameters are estimated as a minimization problem, allowing the location of the fault using one terminal signals. Firstly, the line capacitance is not considered and a linear model in time domain is obtained. In this case, the linear least square estimator is used for parameter estimation. In a second moment, the line capacitance is considered and a non-linear model in time domain is obtained. Hence, a steepest descent based estimator is proposed in order to estimate the parameters. Studies were carried out with the IEEE 13 bus modeled in the Alternative Transient Program. In view of the test results, the non-consideration of line capacitance resulted in similar accuracy in relation to its consideration. The method also is insensitive to the fault inception instant and the reduction of system load reduces the errors related to the estimations. The error related to fault distance estimation is in general greater than the estimation of the high impedance fault parameters. On the other hand, case studies shows the great potential of the technique as a high impedance fault detector method.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2017-10-02T16:50:28Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao - Wellington Vieira Ferreira - 2017.pdf: 6954589 bytes, checksum: 5abbfbaabae1b612e006f3f6cb213cf1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Rejected by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com), reason: Não estamos usando a expressão "Profissional" na citação Errado: FERREIRA, Wellington Vieira. Regressão linear simples aplicado na física experimental do ensino médio. 2017. 92 f. Dissertação ( Mestrado Profissional em Matemática em Rede Nacional) - Universidade Federal de Goiás, Jataí, 2017. Certo: FERREIRA, Wellington Vieira. Regressão linear simples aplicado na física experimental do ensino médio. 2017. 92 f. Dissertação ( Mestrado em Matemática em Rede Nacional) - Universidade Federal de Goiás, Jataí, 2017. on 2017-10-03T13:18:55Z (GMT) / Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2017-10-03T16:07:15Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao - Wellington Vieira Ferreira - 2017.pdf: 6954589 bytes, checksum: 5abbfbaabae1b612e006f3f6cb213cf1 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-10-04T12:05:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao - Wellington Vieira Ferreira - 2017.pdf: 6954589 bytes, checksum: 5abbfbaabae1b612e006f3f6cb213cf1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-04T12:05:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao - Wellington Vieira Ferreira - 2017.pdf: 6954589 bytes, checksum: 5abbfbaabae1b612e006f3f6cb213cf1 (MD5) Previous issue date: 2017-09-05 / In this work we approached an interdisciplinary proposal between mathematics and physics, from the mathematical modeling of some basic physics experiments, using the Least Square Method and QtiPlot software. / Neste trabalho abordamos uma proposta interdisciplinar entre a Matemática e a Física, a partir da modelagem matemática de alguns experimentos de física básica, utilizando o Método dos Mínimos Quadrados e o software QtiPlot.