Kenneth John Nixon, Student no: 9307628H, PhD thesis, Electrical & Information Engineering, Faculty: Engineering & the Built Environment. 2006. / The work presented extends and contributes to research in earthing and lightning protection and focuses on the transient behaviour of a driven rod earth electrode. Although previous work in this area has produced practical guidelines and models that may be used for lightning protection system design and analysis purposes, there has not been an investigation into the commonly encountered scenario of multiple layers of di erent soil types, particularly where high current densities cause ionisation to occur in the surrounding soil. In the research presented, the behaviour of a practical driven rod earth electrode subjected to peak impulse currents of up to 30 KA is analysed. Measurements obtained using a large-scale experiment arrangement are compared against results obtained using a time-domain circuit model simulation. It is shown that a single apparent resistivity value calculated from the steady state resistance equation and the measured steady state resistance can be used as a simpli cation for modelling the lightning current transient behaviour of a driven rod earth electrode in multi-layer soil. This represents a unique and valuable contribution to engineers working in the eld of earthing and lightning protection.

Os pára-raios radioativos foram fabricados no Brasil até 1989, quando a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) suspendeu a concessão de uso de material radioativo nesses artefatos. Desde então, o pára-raios radioativo tem sido substituído por outro, do tipo Franklin, e recolhido como rejeito radioativo. Entretanto, apenas 23 % do total fabricado no país foram entregues à CNEN. Esta situação é preocupante, pois a chance, desses artefatos serem descartados como resíduo comum e chegarem a lixões, é grande, uma vez que, segundo dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), em 2000, 63,6 % dos municípios brasileiros dispunham o resíduo nesses locais. Além disso, o amerício, o radionuclídeo mais empregado, é classificado como sendo um elemento de alta toxicidade, quando ingerido ou inalado. No presente trabalho, foram realizados experimentos de migração de Am-241 em lisímetros, com o objetivo de se avaliar o risco de contaminação provocada por pára-raios radioativos descartados como resíduo comum. Fontes radioativas removidas de pára-raios foram inseridas em lisímetros preenchidos com resíduo orgânico, coletado no restaurante do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN-CNEN/SP, e chorume gerado foi periodicamente analisado para determinar suas características como pH, potencial redox, teor de sólidos e a concentração do material radioativo. O crescimento microbiano também foi avaliado, pelo método de contagem direta do número de unidades formadoras de colônia. A estimativa de risco foi baseada no cálculo de dose para membros do público, sendo a ingestão de água a via mais provável de exposição. O valor obtido foi cerca de 1000 vezes inferior ao limite de dose anual estabelecido, pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP), demonstrando que o risco de contaminação provocado pelo descarte de pára-raios em lixões é baixo. / Radioactive lightning rods were manufactured in Brazil until 1989, when the licenses for using radioactive sources in these products were lifted by the national nuclear authority. Since then, radioactive devices have been replaced by Franklin type one and collected as radioactive waste. However, only 23 percent of the estimated total number of installed rods was delivered to Brazilian Nuclear Commission (Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN). This situation is of concern to us as there is a possibility of the rods being discarded as domestic waste, considering that in Brazil, 63.6 percent of the municipal solid waste is disposed at uncontrolled garbage dump, according to Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) in 2000. In addition, americium, the most common employed radionuclide, is classified as a high toxicity element, when ingested or inhaled. In the present study, it was performed migration experiments of Am-241 by lysimeter system in order to evaluate the risk of contamination caused by radioactive lightning rods disposed as a common solid waste. Sources removed from lightning rods were placed inside lysimeters filled with organic waste, collected at the restaurant of Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN-CNEN/SP, and the generated leachate was periodically analyzed to determine its characteristics such as pH, redox potential, solid content and concentration of the radioactive material. Microbial growth was also evaluated by counting the number of colony forming units. The equivalent dose to members of the public has been calculated considering the ingestion of drinking water, the most probable mode of exposure. The final result was about 145 times below the effective dose limit of 1 mSv.year-1 for members of the public, established by the International Commission on Radiological Protection (ICRP), demonstrating that the risk caused by lightning rods disposed at uncontrolled garbage dump is low.

Atualmente, em virtude do aumento da demanda energética surgem diversas preocupações devido à escassez dos recursos energéticos tradicionais e os impactos ambientais proporcionados pelos mesmos. Neste contexto, para atender a demanda, diversos investimentos têm sido feitos no desenvolvimento de gerações alternativas e renováveis de energia, bem como na interconexão entre países para exportação de energia. Assim, os estudos exigem soluções mais eficazes para transmissão de energia elétrica, como os sistemas de transmissão High Voltage Direct Current (HVDC), uma alternativa aos sistemas de transmissão atuais, que são predominantemente em Corrente Alternada (CA). Dentre as principais vantagens dos sistemas HVDC, destaca-se a possibilidade de transmissão de grandes montantes de energia a longas distâncias com baixas perdas. Desta forma, eles estão susceptíveis às mais diversas condições meteorológicas e geográficas, em regiões isoladas, o que os tornam vulneráveis a descargas atmosféricas, afetando a segurança do sistema. Assim, neste trabalho, foi simulado um sistema HVDC, utilizando conversores Voltage Source Converter (VSC) do tipo modular multinível, do inglês Modular Multilevel Converter (MMC), frente descargas atmosféricas. Foram analisados diversos casos, visando verificar o comportamento dos conversores e validar a eficácia da utilização de para-raios de óxido metálico, comumente chamado de para-raios de óxido de zinco (ZnO), visto que este é um componente geralmente empregado em sistemas CA. O trabalho apresenta uma revisão acerca dos sistemas VSC-based HVDC (VSC-HVDC), tratando principalmente dos conversores MMC. Também foram descritos todos os modelos utilizados nas simulações, as quais foram realizadas através do software PSCAD/EMTDC. Concluiu-se que o correto dimensionamento e locação dos para-raios operam adequadamente em sistemas Corrente Contínua (CC). Um outro fato interresante é que a sobretensão gerada pelo surto atmosférico se propaga para o lado CA ao incidir no lado CC, mas o contrário não ocorre. / Nowadays, due to the increase in energy demand, several concerns arise due to the scarcity of traditional energy resources and the environmental impacts. In this context, to meet the demand, several investments have been made in the development of alternative and renewable generations of energy, as well as in the interconnection among countries for energy exports. Thus, studies require more effective solutions for electric power transmission, such as VSC-HVDC systems, an alternative to current transmission systems, which are predominantly in CA. Among the main advantages of VSC-HVDC systems, we can highlight the possibility of transmitting large amounts of energy over long distances with low losses. In this way, they are susceptible to the most diverse meteorological and geographic conditions, in isolated regions, which make them vulnerable to lightning, affecting the safety of the system. Thus, in this work, an HVDC system was simulated using VSC converters of the multilevel modular type (MMC) in front of lightnings. Several cases were analyzed in order to verify the behavior of the converters and validate the effectiveness of the use of metal oxide arresters, also known as ZnO arresters, since this is a commonly used component in CA systems. The work presents a review about the VSC-HVDC systems, mainly dealing with the MMC converters. We also described all the models used in the simulations, which were performed through the PSCAD/EMTDC software. It was concluded that the correct dimensioning and location of the arresters operate properly in CC systems. Another interresting fact is that the overvoltage generated by the lightning propagates to the AC side when it hits the CC side, but the reverse does not occur.

Os pára-raios radioativos foram fabricados no Brasil até 1989, quando a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) suspendeu a concessão de uso de material radioativo nesses artefatos. Desde então, o pára-raios radioativo tem sido substituído por outro, do tipo Franklin, e recolhido como rejeito radioativo. Entretanto, apenas 23 % do total fabricado no país foram entregues à CNEN. Esta situação é preocupante, pois a chance, desses artefatos serem descartados como resíduo comum e chegarem a lixões, é grande, uma vez que, segundo dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), em 2000, 63,6 % dos municípios brasileiros dispunham o resíduo nesses locais. Além disso, o amerício, o radionuclídeo mais empregado, é classificado como sendo um elemento de alta toxicidade, quando ingerido ou inalado. No presente trabalho, foram realizados experimentos de migração de Am-241 em lisímetros, com o objetivo de se avaliar o risco de contaminação provocada por pára-raios radioativos descartados como resíduo comum. Fontes radioativas removidas de pára-raios foram inseridas em lisímetros preenchidos com resíduo orgânico, coletado no restaurante do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN-CNEN/SP, e chorume gerado foi periodicamente analisado para determinar suas características como pH, potencial redox, teor de sólidos e a concentração do material radioativo. O crescimento microbiano também foi avaliado, pelo método de contagem direta do número de unidades formadoras de colônia. A estimativa de risco foi baseada no cálculo de dose para membros do público, sendo a ingestão de água a via mais provável de exposição. O valor obtido foi cerca de 1000 vezes inferior ao limite de dose anual estabelecido, pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP), demonstrando que o risco de contaminação provocado pelo descarte de pára-raios em lixões é baixo. / Radioactive lightning rods were manufactured in Brazil until 1989, when the licenses for using radioactive sources in these products were lifted by the national nuclear authority. Since then, radioactive devices have been replaced by Franklin type one and collected as radioactive waste. However, only 23 percent of the estimated total number of installed rods was delivered to Brazilian Nuclear Commission (Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN). This situation is of concern to us as there is a possibility of the rods being discarded as domestic waste, considering that in Brazil, 63.6 percent of the municipal solid waste is disposed at uncontrolled garbage dump, according to Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) in 2000. In addition, americium, the most common employed radionuclide, is classified as a high toxicity element, when ingested or inhaled. In the present study, it was performed migration experiments of Am-241 by lysimeter system in order to evaluate the risk of contamination caused by radioactive lightning rods disposed as a common solid waste. Sources removed from lightning rods were placed inside lysimeters filled with organic waste, collected at the restaurant of Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN-CNEN/SP, and the generated leachate was periodically analyzed to determine its characteristics such as pH, redox potential, solid content and concentration of the radioactive material. Microbial growth was also evaluated by counting the number of colony forming units. The equivalent dose to members of the public has been calculated considering the ingestion of drinking water, the most probable mode of exposure. The final result was about 145 times below the effective dose limit of 1 mSv.year-1 for members of the public, established by the International Commission on Radiological Protection (ICRP), demonstrating that the risk caused by lightning rods disposed at uncontrolled garbage dump is low.

O Sistema ALIS (Atmospheric Limb Imaging System), do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) em São José dos Campos, a bordo do satélite EQUARS (Equatorial Atmosphere Research Satellite), tem como objetivo observar três fenômenos ópticos da atmosfera na direção horizontal (Limb) do satélite em órbita: a aeroluminescência, os relâmpagos e os sprites. Os sprites são fenômenos luminosos verticais que ocorrem na mesosfera e ionosfera inferior de coloração vermelho-alaranjada e o seu estudo é de grande importância devido à influência que exerce sobre o clima terrestre, juntamente com demais fenômenos. O objetivo deste projeto é a criação de um software capaz de identificar relâmpagos e sprites capturados por meio de um CCD e, através desta identificação, decidir quais imagens devem ser guardadas para posterior envio e quais devem ser descartadas. Estudos preliminares demonstram que por meio de técnicas de segmentação de imagem utilizando-se contorno ativo (que poderiam ser empregados em uma posterior análise de formas) e compactação por meio de wavelets é possível reconhecer, localizar e guardar aqueles fenômenos que forem de interesse. / THe Atmospheric Limb Imaging System (ALIS), from Brazilian National Institute for Space Research (INPE), embedded in the Equatorial Atmosphere Research Satellite (EQUARS) aims at searching for three optical phenomena along the Earth’s Limb: airglow, lightning and sprites. Sprites are vertical luminous phenomena that occur in the mesosphere and inferior ionosphere of red-orange coloration. The gathering of knowledge on sprites is of great importance do to their influence over the terrestrial climate, together with the other phenomena. The objective of this project is to create a software tool capable of identifying lightnings and sprites captured by a CCD camera. From this identification the tool can decide which images should be kept for subsequent upload and which should be discarded. Preliminary studies have demonstrated that through image segmentation techniques with active contour (that could be employed in a subsequent shape analysis process) and wavelet-based compression methods it is possible to recognize, locate and preserv those phenomena of interest.

As descargas atmosféricas estão entre as principais causas de distúrbios nos sistemas elétricos, provocando sobretensões e ocasionando uma parcela significativa das interrupções não programadas. Tais distúrbios são cada vez mais percebidos pelos consumidores, ocasionando desde o mau funcionamento até a queima de aparelhos e equipamentos eletro-eletrônicos residenciais, comerciais e industriais. Antigamente eletromecânicos, tais aparelhos são atualmente, em grande parte, produzidos com componentes semicondutores, o que os torna mais sensíveis a interferências. As descargas atmosféricas também apresentam um agravante de, salvo raras exceções, não serem registradas nos bancos de dados das concessionárias, ao contrário das operações de manobra, faltas e variações de carga na rede de distribuição. Essa situação contribui para os conflitos cada vez mais freqüentes entre consumidores e empresas de energia a respeito dos pedidos de indenização por danos em aparelhos elétricos (PID). Dada a relevância do tema, muitos estudos têm sido realizados ao longo dos últimos anos, sem entretanto esclarecer todos os aspectos necessários para a minimização desses problemas. Neste trabalho são avaliadas as amplitudes e formas de onda das sobretensões transferidas à rede de baixa tensão via transformador quando da ocorrência de surtos no primário. Esses surtos podem ser oriundos de descargas diretas na rede primária ou decorrentes de descargas em suas proximidades. O estudo visa a obtenção de informações tendo em vista a melhoria do desempenho das redes de distribuição e conseqüentemente a minimização dos danos causados aos consumidores. Nas simulações, realizadas através do programa ATP (“Alternative Transients Program"), são consideradas linhas com configurações típicas, bem como modelos de comprovada validade para representação dos isoladores de média e de baixa tensão e do transformador de distribuição. O trabalho analisa a influência, nas sobretensões, de diversos parâmetros, como por exemplo amplitude e forma de onda da corrente da descarga, ponto da incidência da descarga, resistência de terra e presença de dispositivos de proteção contra surtos. Os resultados apresentados constituem-se em importantes subsídios para a definição de critérios de instalação de dispositivos de proteção contra surtos em redes de baixa tensão. / Lightning discharges are among the main causes of disturbances in electrical systems, causing overvoltages and leading to a significant portion of unscheduled interruptions. Such disturbances are increasingly noticed by consumers, causing from malfunction to the burnt-out of electrical-electronic devices and equipment in homes, businesses and industries. Formerly electromechanical, such devices currently are, in their majority, produced with semiconductors, what makes them more sensitive to interferences. Lightning discharges also present the aggravation of not being recorded in power suppliers’ databases, but for seldom exceptions, as opposed to switching operations, failures and charge variations in the distribution network. This situation contributes for the increasingly frequent conflicts among consumers and power companies regarding indemnity claims due to damages to electrical devices. Given the subject’s significance, many studies have been conducted along the past years, not explaining, however, all the aspects required to minimize those problems. On this work, the amplitudes and waveforms of overvoltages on medium and low voltage lines are evaluated upon the incidence of direct discharges on the primary. The voltages transferred to the low voltage side are also evaluated in case of strikes in the vicinity of the line. The study intends to obtain information in order to achieve a performance improvement of distribution networks and, as a consequence, the reduction of damages to consumers to a minimum. In the simulations conducted through ATP (“Alternative Transients Program"), lines with typical configurations are considered and models of proven validity are used to represent the low and medium voltage insulators and the distribution transformer. The work analyses the effect of several parameters on the overvoltages, such as amplitude and waveform of the stroke current, lightning strike point, grounding resistance and existence of surge protective devices. The results presented constitute an important foundation to define the installation criteria of surge protective devices on low voltage networks.

Le but principal des travaux dont fait l’objet cette thèse, consiste à estimer le risque de foudroiement d’une structure ou d’un site. Un modèle de protection a donc été développé afin d’évaluer les probabilités d’impact sur chaque partie d’une structure complexe. Ce modèle, qui est une évolution du modèle électrogéométrique servant de référence dans les normes de protection, permet notamment d’identifier « très finement » les zones les plus vulnérables de cette structure, quel que soit le type de coup de foudre. À cet effet, une analyse statistique des données du réseau de détection a également été menée et intégrée au modèle pour tenir compte du type de coup de foudre ou encore du contexte géographique. Dans le but de valider ce modèle, celui-ci a été appliqué au site du Pic du Midi de Bigorre, au sommet duquel un ensemble de diagnostics électriques et optiques a été installé. Ce site en altitude présente une structure relativement complexe de par la présence de divers bâtiments et d’une antenne de télédiffusion. Les mesures expérimentales recueillies sur ce site ont mis en évidence le foudroiement quasi systématique de cette antenne, validant ainsi les résultats fournis par le modèle. Par ailleurs, les différents phénomènes physiques mis en jeu lors du foudroiement d’une structure en altitude ont été étudiés grâce à l’instrumentation développée au sommet du Pic du Midi de Bigorre : sondes de courant, capteurs de champ et réseau de caméras. Les différentes phases d’un coup de foudre ont notamment été analysées à partir des mesures des variations rapides du champ électrique. L’analyse de ces variations à l’échelle de la cellule orageuse a également mis en évidence le fait que des décharges apparaissant à plusieurs dizaines de kilomètres du Pic du Midi peuvent initier un coup de foudre ascendant sur le site. Enfin, à partir de l’allure du courant écoulé lors d’un coup de foudre, déduite des enregistrements vidéo d’une caméra rapide, la polarité et le sens de propagation (descendant ou ascendant) de ces coups de foudre ont pu être associés à leurs caractéristiques temporelles et aux quantités de charges consommées au cours de leurs développements. / The main purpose of this thesis work is to estimate the risk of a structure or a site being struck by lightning. A lightning protection model was developed with the aim to calculate the impact probability on every part of a complex structure. This model is an evolution of the electrogeometric model used as a reference in the lightning protection standards. In particular it allows identifying the most vulnerable areas of the structure, regardless of the type of lightning. To this end, a statistical analysis of the detection network data was also conducted and integrated in the model to take into account the type of flash or the geographical context. In order to validate this model, it was applied to the site of the Pic du Midi de Bigorre, at the top of which several electrical and optical diagnostics were installed. This site in altitude has a relatively complex structure because of the presence of various buildings and a broadcast antenna. The experimental measurements collected on this site show that the broadcast antenna is struck almost systematically which is in line with the results provided by the model. In addition the different physical phenomena involved during a lightning strike on a structure in altitude were studied using the instrumentation developed at the top of the Pic du Midi de Bigorre: current probes, electric field sensors and video cameras. In particular the different phases of a flash were analyzed from the measurements of the electric field variations. The analysis of the latters at the storm cell scale also highlighted the fact that flashes occurring to tens of kilometers from the Pic du Midi can initiate an upward flash on the site. Finally, the lightning current shape was deduced from video recordings of a high-speed camera. Thus the polarity and the propagation direction (upward or downward) of these flashes were associated with their temporal characteristics and with the charges consumed during their development.

Submitted by Maria Beatriz Vieira (mbeatriz.vieira@gmail.com) on 2017-05-29T15:21:29Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_stefane_fonseca_freitas.pdf: 9974670 bytes, checksum: 3ea4d15c96cc9d436e5f1afce583167b (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-05-29T21:23:06Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_stefane_fonseca_freitas.pdf: 9974670 bytes, checksum: 3ea4d15c96cc9d436e5f1afce583167b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-29T21:23:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_stefane_fonseca_freitas.pdf: 9974670 bytes, checksum: 3ea4d15c96cc9d436e5f1afce583167b (MD5) Previous issue date: 2016-03-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / As Descargas Elétricas Atmosféricas (DEA) desde tempos remotos despertam o interesse da humanidade, devido tanto a seu aspecto visual quanto ao poder de destruição atrelado a este fenômeno. Este trabalho tem por finalidade caracterizar as distribuições espaço-temporais das DEA e da precipitação em superfície durante os meses quentes dos anos de 2008 a 2011, na região sudeste do Brasil. Para este período, foi verificada a ocorrência de sistema de monção na América do Sul, a partir da análise dos campos de anomalias dos ventos. Foram utilizados dados de DEA detectadas pela RINDAT e dados de precipitação em superfície provenientes de observações de estações automáticas do INMET. Os campos de ventos foram confeccionados com dados de reanálise do modelo NCEP-DOE. Foram elaborados campos de densidades de descargas, distribuídas em seis categorias de intensidade. Verificou-se que a maior ocorrência de DEA ocorreu sobre regiões metropolitanas, mas na maioria dos meses estudados, as regiões de maior ocorrência de DEA não coincidiram com as regiões onde foram observados os maiores acumulados mensais de chuva. O mês de janeiro de 2010 apresentou o maior número de descargas detectadas em todos os meses estudados. Para o período analisado, foram identificadas características típicas de monção na América do Sul, como o desenvolvimento da Alta da Bolívia, estabelecimento de um cavado no Nordeste Brasileiro e atuação dos jatos de altos níveis. Assim, foi presumível a influência de um regime de monção, com destaque para o período compreendido entre julho de 2009 a janeiro de 2010, onde as mudanças na direção de vento sazonal foram mais claras que os demais períodos. / The lightning since ancient times arouse the interest of humanity, due to both its visual aspect as the power of destruction linked to this phenomenon. The objective of this study is to characterize the spatial and temporal distributions of lightning and surface precipitation during the warm months of the years 2008-2011, in southeastern Brazil. For this period, the occurrence of monsoon system in South America was found from the analysis of the wind anomaly fields. It was used lightning data from RINDAT network and rainfall data from INMET automatic stations. The wind fields were made with data from reanalysis NCEP-DOE model. Lightning densities fields were developed and distributed in six classes of severity. It was found that the higher incidence of lightning occurred on metropolitan areas, but in most months studied, the regions with the highest occurrence of lightning did not coincide with the regions where the highest monthly accumulated rainfall were observed. The month of January 2010 had the highest number of detected lightning in all the months studied. For the analyzed period, typical features were identified monsoon in South America, such as the development of the Bolivian High, establishment of a trough in the Brazilian Northeast and performance of high levels jets. Thus, it was presumed the influence of a monsoon regime, especially the period from July 2009 to January 2010, where the seasonal changes in wind direction were lighter than other periods.

Atualmente, em virtude do aumento da demanda energética surgem diversas preocupações devido à escassez dos recursos energéticos tradicionais e os impactos ambientais proporcionados pelos mesmos. Neste contexto, para atender a demanda, diversos investimentos têm sido feitos no desenvolvimento de gerações alternativas e renováveis de energia, bem como na interconexão entre países para exportação de energia. Assim, os estudos exigem soluções mais eficazes para transmissão de energia elétrica, como os sistemas de transmissão High Voltage Direct Current (HVDC), uma alternativa aos sistemas de transmissão atuais, que são predominantemente em Corrente Alternada (CA). Dentre as principais vantagens dos sistemas HVDC, destaca-se a possibilidade de transmissão de grandes montantes de energia a longas distâncias com baixas perdas. Desta forma, eles estão susceptíveis às mais diversas condições meteorológicas e geográficas, em regiões isoladas, o que os tornam vulneráveis a descargas atmosféricas, afetando a segurança do sistema. Assim, neste trabalho, foi simulado um sistema HVDC, utilizando conversores Voltage Source Converter (VSC) do tipo modular multinível, do inglês Modular Multilevel Converter (MMC), frente descargas atmosféricas. Foram analisados diversos casos, visando verificar o comportamento dos conversores e validar a eficácia da utilização de para-raios de óxido metálico, comumente chamado de para-raios de óxido de zinco (ZnO), visto que este é um componente geralmente empregado em sistemas CA. O trabalho apresenta uma revisão acerca dos sistemas VSC-based HVDC (VSC-HVDC), tratando principalmente dos conversores MMC. Também foram descritos todos os modelos utilizados nas simulações, as quais foram realizadas através do software PSCAD/EMTDC. Concluiu-se que o correto dimensionamento e locação dos para-raios operam adequadamente em sistemas Corrente Contínua (CC). Um outro fato interresante é que a sobretensão gerada pelo surto atmosférico se propaga para o lado CA ao incidir no lado CC, mas o contrário não ocorre. / Nowadays, due to the increase in energy demand, several concerns arise due to the scarcity of traditional energy resources and the environmental impacts. In this context, to meet the demand, several investments have been made in the development of alternative and renewable generations of energy, as well as in the interconnection among countries for energy exports. Thus, studies require more effective solutions for electric power transmission, such as VSC-HVDC systems, an alternative to current transmission systems, which are predominantly in CA. Among the main advantages of VSC-HVDC systems, we can highlight the possibility of transmitting large amounts of energy over long distances with low losses. In this way, they are susceptible to the most diverse meteorological and geographic conditions, in isolated regions, which make them vulnerable to lightning, affecting the safety of the system. Thus, in this work, an HVDC system was simulated using VSC converters of the multilevel modular type (MMC) in front of lightnings. Several cases were analyzed in order to verify the behavior of the converters and validate the effectiveness of the use of metal oxide arresters, also known as ZnO arresters, since this is a commonly used component in CA systems. The work presents a review about the VSC-HVDC systems, mainly dealing with the MMC converters. We also described all the models used in the simulations, which were performed through the PSCAD/EMTDC software. It was concluded that the correct dimensioning and location of the arresters operate properly in CC systems. Another interresting fact is that the overvoltage generated by the lightning propagates to the AC side when it hits the CC side, but the reverse does not occur.

O desempenho de uma linha de transmissão de energia está diretamente ligado ao número médio anual de descargas que nela incidem, o qual depende da densidade média de descargas ao solo na região e também do grau de exposição da linha. Modelos com diferentes graus de complexidade são encontrados na literatura para a estimativa da área de atração de estruturas a descargas atmosféricas. Entretanto, além das grandes simplificações sobre a física das descargas nas quais a maioria desses modelos se baseia, até recentemente não era possível considerar a configuração tridimensional das estruturas. Essa é uma limitação importante, pois detalhes do objeto afetam o campo elétrico e, consequentemente, o processo de formação do líder ascendente. Nesse contexto, o modelo desenvolvido em 2006 por Becerra e Cooray - SLIM (\"self-consistently interception model\") utiliza os conceitos mais recentes da física das descargas para a análise dos processos de formação e propagação do líder. Ao contrário dos demais modelos, o SLIM possibilita que se leve em conta a geometria tridimensional da estrutura. O modelo foi validado com base em comparações entre valores de campo elétrico para estabilização do líder em função da altura calculados e medidos em experimentos utilizando a técnica de descargas provocadas por foguetes, tendo-se obtido excelente concordância entre os resultados. Este trabalho destaca os aspectos mais importantes do SLIM e apresenta uma análise comparativa do mesmo com outros modelos bastante conhecidos, como o Modelo Eletrogeométrico, o Modelo de Eriksson e o Modelo de Rizk, além do procedimento simplificado recomendado pelo Guia IEEE Std. 1243. A análise é feita em termos da distância e do raio de atração, do número de descargas incidentes em uma linha de transmissão e do desempenho da mesma frente a descargas atmosféricas, discriminando as taxas de falhas causadas por falha de blindagem e por \"backflashover\". / In general, about 20 % to 60 % of the electric power service interruptions of distribution lines are attributed to lightning. For transmission lines, a typical figure is 70 %. The appraisal of the lightning performance of a power line is related to its mean flash collection rate, which depends on the mean ground flash density of the region and on the line exposure to direct lightning strokes. Models of different degrees of complexity are found in the literature for the estimation of lightning striking distances of objects and structures. However, besides the oversimplifications of the physical nature of the lightning discharge on which most of the models are based, till recently the tridimensional structure configuration could not be considered. This is an important limitation, as edges and other details of the object affect the electric field and, consequently, the upward leader initiation. Within this context, the self-consistently interception model (SLIM) proposed in 2006 by Becerra and Cooray is state-of-the-art leader inception and propagation leader model based on the physics of leader discharges which, unlike the other existing models, enables the tridimensional geometry of the structure to be taken into account. For the validation of the model, data obtained in rocket-triggered lightning experiments were used and an excellent agreement was found between measured and calculated leader stabilization electric fields as a function of the height of the rocket. This work describes the most important aspects of the new model and presents a comparative analysis of SLIM and other well-known model such as the Electrogeometric Model (EGM), Erikssons Model, and Rizks Model, as well as the simplified procedure recommended by IEEE Std. 1243. The analysis is done in terms of the striking distance, attractive radius, and the flash collection rate of a transmission line, as well as on its lightning performance, discriminating between the failure rates caused by shielding failure and backflashover.