Incertezas de modelo invadem todos os estágios de uma análise de confiabilidade estrutural, desde a determinação das ações e do próprio sistema estrutural, até o processo pelo qual o efeito destas ações é avaliado. Neste trabalho, o enfoque é dado nesse último tópico, mais especificamente na avaliação das incertezas de modelo mecânico em torres metálicas treliçadas de linhas de transmissão (LT), o qual tem permanecido ignorado nas estimativas de confiabilidade até então, em parte devido a sua natureza elusiva. Logo, o problema consiste em avaliar as incertezas na predição da resposta estrutural, uma vez que todos os parâmetros que definem as ações externas e o próprio sistema são claramente definidos. A principal motivação deste trabalho partiu de um estudo conduzido pela CIGRÉ sobre torres metálicas treliçadas de LT submetidas a cargas estáticas, o qual sugere que as incertezas de modelo neste tipo de estrutura são relevantes e não podem ser desprezadas, podendo influenciar significativamente na estimativa da confiabilidade. Neste trabalho, são avaliados diferentes modelos mecânicos de torres de LT sujeitos a ações estáticas, além de modelos de torres e trechos de LT submetidos à ação dinâmica de ruptura de cabo, adotada por ser um carregamento dinâmico “bem definido”. Na análise estática, são estudados desde modelos simplificados de torres autoportantes, adotados na prática usual de projeto, até modelos mais aprimorados. A dispersão nos resultados numéricos entre os modelos é usada para quantificar as incertezas relacionadas ao modelo mecânico, e os resultados disponíveis de ensaios estáticos em protótipos são utilizados para encontrar os modelos cuja resposta mais se aproxima dos valores experimentais. A resposta dinâmica de torres metálicas treliçadas de LT submetidas à ruptura de cabo, é comparada entre vários modelos, com diferentes graus de sofisticação e detalhe. São estudados desde o modelo usual de análise e projeto de torres para este tipo de carregamento, passando por modelos relativamente simples, com uma única torre sujeita a uma carga variável no tempo, simulando o efeito da ruptura de um cabo, até modelos mais complexos de trechos de LT, os quais incluem várias torres, cabos e cadeias de isoladores. Diversas fontes de incerteza são avaliadas, considerando a influência de fatores relevantes tais como: a discretização dos elementos de cabo, as condições de contorno dos elementos de cabo das extremidades, as leis constitutivas dos elementos de barra e de cabo e o amortecimento estrutural. Por fim, são discutidas e apresentadas possíveis maneiras de considerar explicitamente a incerteza de modelo na estimativa da confiabilidade e em códigos de projeto de estruturas de linhas de transmissão. / Model uncertainties pervade all stages of a structural reliability analysis, from the description of loads and the system itself, to the process by which the effect of loads on the system is evaluated. In this study, attention is focused on the last issue, specifically in the evaluation of model uncertainties on transmission lines (TL) latticed steel towers, which has remained largely ignored in previous developments of structural reliability, in part due to its elusive nature. In essence, the problem consists of evaluating the uncertainty in response predictions, once all parameters that define the external actions and the system itself have been unequivocally prescribed. The main motivation of this thesis was a study conducted by CIGRÉ on TL latticed steel towers subjected to static loads, among other exploratory assessments, which suggests that model uncertainty is a relevant factor and cannot be disregarded, could significantly influence the outcome of reliability assessments. Herein, different mechanical models of TL self-supporting towers subjected to static loads are evaluated, besides the models of towers and TL segments submitted to dynamic load due to cable rupture, adopted by being a “well defined” loading. In the static analysis, from simplified models of self-supporting towers, like adopted in usual practice of project, to more refined models are studied. The dispersion in the numeric results among the models, together with the data of static prototype tests, are used to quantify model uncertainties. The dynamic response of latticed TL steel towers subjected to cable rupture is predicted by use of various models with different degrees of sophistication or detailing. The predictions of the various models are compared with the aim of quantifying model uncertainty. Several uncertainty sources are evaluated, considering the influence of relevant factors such as: the discretization of the cable elements, the boundary conditions of the end cable elements, the constitutive laws of cables and tower members and the structural damping. Finally, possible ways to explicitly consider model uncertainty in reliability assessments and in code formulations are discussed.

As faltas podem ocorrer em diversos componentes de um sistema elétrico de potência, dentre os quais as linhas de transmissão se destacam como elementos susceptíveis. Devido a suas dimensões físicas, ambiente de operação e interconexão com outros sistemas, a localização exata de uma falta em uma linha de transmissão não é trivial dificultando a tarefa das equipes de manutenção para recomposição do fornecimento de energia. Neste contexto, este trabalho apresenta uma metodologia computacional desenvolvida em ambiente MATLAB® para diagnóstico de faltas em linhas de transmissão baseada na análise de transitórios de alta freqüência nas tensões do sistema. A abordagem desenvolvida neste trabalho inicialmente utiliza a equação de Park para achar a tensão zero, direta e em quadratura e posteriormente detectar a ocorrência da falta através do coeficiente de diferenças. Posteriormente, a teoria de ondas viajantes associada à transformada wavelet contínua são utilizadas objetivando determinar a frequência característica do sinal transitório, a qual é relacionada com o local da falta. Para validar o algoritmo de localização proposto foram realizadas diversas simulações de faltas com o programa ATP (Alternative Transient Program) utilizando dados de uma linha aérea real. A efetividade da abordagem proposta foi avaliada considerando a resistência de falta, o ângulo de incidência da falta e a impedância de curto-circuito do sistema. Os resultados promissores demonstraram a aplicabilidade da formulação proposta para localização faltas em linhas de transmissão aéreas utilizando medições oscilográficas digitais de apenas um terminal. / Faults can occur in several components of an electric power system, among which the transmission line stands out. Due to its physical dimensions, operating environment and interconnection systems, the exact transmission line fault location is non-trivial hindering maintenance crew system restoration. In this context, this work presents a computational methodology developed in MATLAB® environment for fault diagnosis on transmission lines based on voltage high frequency transient analysis. Thus, the approach adopted in this work use firstly the Park equations to find the zero, direct and quadrature voltage and then detect the fault occurrence through the difference coefficient. After, the traveling wave theory associated with continuous wavelet transform application is used for determining the characteristic frequency of the transient signal, which is correlated with the fault location. To validate the proposed fault location algorithm, several fault simulations were executed using ATP software using real overhead line data. The proposed fault location scheme performance was evaluated considering the fault resistance, inception fault angle and short-circuit impedance of the system. The promising results demonstrate the applicability of the proposed formulation for fault location in overhead transmission lines, using one terminal digital oscillographic measurement.

Este trabalho apresenta proposta de modelo matemático para o problema de expansão do sistema de transmissão baseado no fluxo de carga CC considerando a utilização de links CC e FACTS resolvido através de metodologia de solução que considera a primeira e a segunda lei de Kirchhoff em processo enumerativo de branch-and-bound adaptado. A abordagem possui dois pontos em destaque: i) apresenta uma proposta de modelo matemático com possibilidade da utilização direta em problemas de expansão de linhas de transmissão que possuem tanto linhas de transmissão CA, transformadores, links CC e dispositivos FACTS e ii) é um método exato de solução do problema que garante a otimalidade da resposta e traz uma contribuição ao tradicional método branch-and-bound por incluir relaxações adicionais. O método aplicado aos sistemas de 6 barras de Garver e sistema Sul sudeste Brasileiro de 46 barras apresenta respostas adequadas e o modelo matemático testado em um sistema Garver modificado apresenta novas configurações possíveis com redução do custo total do investimento. / This work proposes a mathematical model to the transmission expansion system problem based on the DC power flow model considering the use of DC links and FACTS that is solved using a solution method considering the first and second Kirchhoff’s Law in an enumerative adapted branch-and-bound process. It is possible to highlight two key aspects of the proposed approach: i) presents a mathematical model that can be directly used on expansion transmission systems problems that have AC transmission lines, transformers, DC links and FACTS and ii) is an exact solution method that guarantees the optimum problems’s solutions and contributes to the traditional branch-and-bound method bringing additional relaxations. The solution method applied to Garver’s six-bus network and southeast Brazilian 46 bus network provides correct answers and the mathematical model tested on a modified Garver’s six-bus network presents new possible configurations that enables overall cost reduction to the problem.

Dentre as possíveis causas na falha da transmissão de energia elétrica, o colapso de torres de linhas de transmissão (LTs) é uma problemática amplamente investigada nas últimas décadas, devido principalmente aos inúmeros acidentes registrados nas LTs em todo o mundo. Neste trabalho, o enfoque é dado à análise dinâmica associada à solicitação proveniente da ruptura de cabos, que quando atuante é capaz de desencadear um fenômeno conhecido como efeito cascata. Para a melhor compreensão da resposta das torres metálicas autoportantes e estaiadas submetidas a esse carregamento dinâmico e buscando contribuir para a determinação de critérios de projeto que visem o estabelecimento adequado de rigidez longitudinal às torres de LTs, foram desenvolvidos modelos numéricos no software ANSYS Mechanical/LS-DYNA, considerando a discretização do modelo estrutural no espaço a partir da utilização do Método de Elementos Finitos e a solução do problema dinâmico ao longo do tempo considerando o método de integração direta implícito das equações de movimento, através do método de Newmark. Inicialmente foram desenvolvidas análises estáticas, conforme considerado nos projetos atualmente. Em seguida, foram desenvolvidos dois tipos de análises dinâmicas: uma simplificada com a aplicação da solicitação através de uma função de carregamento ao longo do tempo, e outra simulada através do desligamento de um elemento finito do condutor. Posteriormente, foram realizadas interpretações e comparações desses resultados. O amortecimento estrutural foi considerado segundo a formulação proposta por Rayleigh e a formação da catenária dos cabos segundo as equações teóricas dadas por Irvine e Caughey. Visando não restringir as respostas a apenas um tipo de trecho simulado, foram desenvolvidos nove modelos numéricos com a variação do tipo de torre analisada, a quantidade de torres por trecho, o nível de amortecimento e o tipo de análise. As respostas dinâmicas são apresentadas em termos da solicitação normal nas barras das estruturas, dos cabos condutores e estais, e dos deslocamentos no topo das torres. / Amidst the main causes of electric energy transmission failure, the collapse of transmission towers is a current research topic in the last decades, due mainly to a huge number of accidents occurring in transmission lines worldwide. In this work, a dynamic analysis was performed associated to the loading due to a broken conductor, which gives rise to a phenomenon known as cascade effect. To better understanding the response of lattice selfsupported and guyed towers under this dynamic load, and in an attempt of determination of criteria for establishment of the longitudinal robustness of transmission line towers, numerical models were developed in the software ANSYS Mechanical/LS-DYNA, considering the discretization of the structural model in space using the finite element method; and the solution of the dynamic problem in the time using the direct integration of the equation of motion, through the Newmark’s method. First, static analyses were performed, accordingly to the considerations of design projects carried out nowadays. Afterwards, two kinds of dynamic analyses were executed: a simplified one, with the applications of the loading using a function in the time and another, which was simulated as a deactivation of a conductor’s finite element. After that, these were submitted to interpretation and comparison among their results. The structural damping was considered in accordance with Rayleigh’s formulation and the catenary of the cables following the equations found by Irvine and Caughey (1974). In order to not restrict the response to one kind of simulation, nine numerical models were developed with the variation of: the kind of tower; the number of towers by line section; the damping level and the type of analysis implemented. The dynamic responses are show in terms of: forces in towers bars; conductors and stays; and the displacements in tower tops.

Orientadores: Hugo Enrique Hernandez Figueroa, Gilberto Medeiros Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e da Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T03:16:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_AntonioCarlosTorrezande_M.pdf: 2536341 bytes, checksum: 2f6ebfc74e6b1e0305c7887d30758ce9 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O objetivo deste trabalho é construir uma instrumentação que permita a realização de ressonância de spin eletrônico (ESR) em amostras com baixo número de spins, como, por exemplo, pontos quânticos (QDs) auto-formados de InAs. Para isto, este trabalho se propõe em usar cavidades de microfita (MRs). Apesar do seu baixo fator de qualidade, MRs apresentam um alto fator de preenchimento, parâmetro diretamente relacionado com a sensibilidade. Assim, ao analisar como cada dimensão da cavidade influencia na sensibilidade e tendo em mente os outros requisitos da ESR a serem satisfeitos, a geometria final de uma cavidade em GaAs pode ser determinada. Fora a cavidade, todas as transições presentes no sistema foram avaliadas. Por fim, diversos sistemas de detecção foram testados e comprovaram a funcionalidade do sistema montado, completando a análise de todos os elementos de um espectrômetro de ESR / Abstract: The goal of this work is to build an electron-spin resonance (ESR) spectrometer with enhanced sensitivity in order to allow the measurement of samples with a small number of spins such as InAs self-assembled quantum dots (QDs). Here, it is proposed the use of microstrip resonators (MRs) to achieve this goal. Despite of its low quality factor, MRs have a very large filling factor, which boosts the signal-to-noise ratio (SNR) of the system. This way, the final geometry of a MR built on GaAs substrate was determined after fulfilling the requirements from the sensitivity as well as from the ESR. Besides that, all the transitions present in the system were assessed. By the end, some detection systems were tested and proved the working of the system built, completing the analysis of all the elements of a spectrometer / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Gilberto Medeiros Ribeiro e Jose Antonio Brum / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T11:01:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alegre_ThiagoPedroMayer_D.pdf: 15787837 bytes, checksum: a41c0877b93a156734db9d614610e2f4 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Esta tese consistiu na proposição e implementação de um sistema para processamento de informação quântica, focando a instrumentação necessária. Os aspectos físicos da computação, como a energia associada, entropia de Shannon, entre outros conceitos básicos observados na perspectiva de física, foram revistos. Pontos quânticos semicondutores de InAs:GaAs foram eleitos como candidatos para a implementação física do sistema; em particular, focou-se no grau de liberdade de spin do elétron. Conseqüentemente, investigaram-se as propriedades de tensor-g dos elétrons aprisionados em pontos quânticos e o grau de polarização de spin, como função do campo magnético e da temperatura. Naturalmente, as propriedades eletrônicas, como o potencial de confinamento e as transições ópticas, foram caracterizadas e modeladas através da teoria de massa efetiva, assumindo-se um potencial de confinamento lateral parabólico. Dado que o grau de liberdade de spin foi eleito, construiu-se um sistema de medidas de ressonância paramagnética de spins. Optou-se por não se utilizar sistemas comerciais padrão. Em lugar disto, foi projetada uma montagem conectorizada, onde o material semicondutor se encontra dentro de umchip desenhado para concentrar o campo magnético de microonda sobre o dispositivo, campo este necessário para a realização de ressonância paramagnética. O chip consistiu basicamente de uma cavidade de microfita de meia onda. Foi construída também uma cavidade com duas entradas, permitindo o controle arbitrário da polarização aplicada à amostra. Finalmente, a leitura de estados quânticos de spin em centros paramagnéticos é demonstrada através de detecção óptica. A alta sensibilidade desse tipo de detecção permite que um único defeito seja mapeado. A seletividade, tanto do ponto de vista das transições ópticas quanto das transições de spin, é estudada e manipulada, utilizando-se da montagem experimental de cavidades ressonantes. Adicionalmente, perspectivas de experimentos sobre a integração e utilidade do sistema são apresentados / Abstract: This thesis proposes and implements a system for quantum information processing, focusing primarily on the associated instrumentation. The basic physical aspects for computation, such as the associated energy and Shannon's entropy, were revisited. InAs:GaAs quantum dots were elected as the physical system of choice for this implementation; in particular, the spin degree of freedom of the trapped electrons was utilized. Therefore, the electronic properties of the quantum dots, as well the g-tensor and the polarization degree, were investigated as a function of the temperature and magnetic field. It was possible to describe the electronic properties within the effective mass formalism, assuming a parabolic lateral confinement. Since the spin degree of freedom was elected as the basis for the quantum computation, a system for spin paramagnetic resonance was devised. The choice for not using a commercial system was made. Instead, a connectorized setup was designed, permitting the semiconductor material to be within a chip, and additionally allowing for focusing the microwave magnetic field above the device. Basically, this chip consisted of a half-wavelength microstrip cavity. A second microstrip cavity with two input ports was also designed to allow the arbitrary control of microwave polarization delivered to the sample. Finally, the quantum state read-out was demonstrated through an optical technique on Nitrogen-Vacancy complexes in diamond. The high sensitivity of the system allows for single spin detection. The selectivity for the optical and spin transitions was characterized and manipulated, using the resonant cavity experimental setup. As a perspective, experiments exploring integration issues on the system are shown / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-12-19T12:53:20Z No. of bitstreams: 1 raphaelpaulobragapoubel.pdf: 1692665 bytes, checksum: e8fb69a9681a9af78d618fd006ce0ebd (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-12-19T13:07:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 raphaelpaulobragapoubel.pdf: 1692665 bytes, checksum: e8fb69a9681a9af78d618fd006ce0ebd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-19T13:07:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 raphaelpaulobragapoubel.pdf: 1692665 bytes, checksum: e8fb69a9681a9af78d618fd006ce0ebd (MD5) Previous issue date: 2012-02-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um modelo baseado em métodos heurísticos construtivos para solução do planejamento dinâmico de linhas de transmissão. O acoplamento temporal entre as decisões é representado através de uma modificação nas equações do modelo de fluxo de carga CC onde as perdas nas linhas são incluídas. O problema resultante desta formulação é um problema de otimização inteira com variáveis acopladas no período de planejamento representadas por um parâmetro de expansão. O algoritmo proposto resolve o problema de forma contínua e acoplada para decidir sobre o planejamento de cada ano de forma a evitar a explosão combinatória da programação inteira. Para tanto são utilizadas, para as decisões de expansão, as informações dos coeficientes de Lagrange e do parâmetro de expansão. Testes com o sistema da região Sul e Sudeste do Brasil apontam para uma metodologia eficaz e promissora. / This work presents a model to solve the dynamic planning of transmission lines based on heuristics technique. The temporal coupling among decisions is represented by a modification on the equations of the DC load flow model, in which losses in transmission lines are included. This formulation generates an integer optimization problem with coupled variables in the planning period, represented by an expansion parameter. The proposed algorithm solves the problem in a continuous and coupled way, in order to decide the planning of each year, as well as to avoid combinatorial explosion of the integer technique. Information obtained from the Lagrange multiplier and the expansion parameter are used to take decisions. Tests with Brazilian southern and southeastern systems indicate an effective and promising methodology.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2017-12-20T12:53:31Z No. of bitstreams: 1 mathausferreiradasilva.pdf: 22275886 bytes, checksum: 2238ed4aba60d835720fda3dd8bc6e46 (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Corrigir nome membro da banca e colocar acento no Júnior - do co-orientador Membro da banca: Moraes, Carlos Henrique Valério de on 2017-12-21T11:18:47Z (GMT) / Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2017-12-21T12:02:50Z No. of bitstreams: 1 mathausferreiradasilva.pdf: 22275886 bytes, checksum: 2238ed4aba60d835720fda3dd8bc6e46 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-12-22T12:01:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mathausferreiradasilva.pdf: 22275886 bytes, checksum: 2238ed4aba60d835720fda3dd8bc6e46 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-22T12:01:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mathausferreiradasilva.pdf: 22275886 bytes, checksum: 2238ed4aba60d835720fda3dd8bc6e46 (MD5) Previous issue date: 2017-08-28 / Este trabalho tem por objetivo aplicar a técnica do Filtro de Kalman Estendido com ruído colorido a uma aeronave do tipo quadrotor para atenuar a interferência eletro-magnética proveniente de linhas de transmissão de energia de modo a aumentar a confiabilidade e segurança de voos em suas proximidades. Com o intuito de executar missões de monitoramento autônomo, a técnica desenvolvida visa estimar o valor da interferência eletromagnética produzida por linhas de transmissão de energia em alta tensão para que seja possível aplicar a correção necessária. Essa estimação e´ feita a partir do modelo matemático do campo eletromagnético da linha, que leva em consideração a posição, corrente da linha, sistema físico de transmissão, entre outros. Para a avaliação dos resultados, utilizou-se os índices de performance não intrusivos que levam em consideração a integral absoluta do erro (IAE) e a integral do erro quadrático (ISE). Os resultados foram considerados eficientes e aplicáveis com base nos índices de desempenho, permitindo que o quadrotor executasse todas as missões como planejadas, sendo possível ainda a diminuição da distância entre o veículo e a linha de transmissão que, por consequência, permite uma análise mais detalhada e aumenta a qualidade do monitoramento e identificação de avarias ao longo do percurso. / This work aims to apply the Extended Kalman Filter technique with colored noise to a quadrotor-type aircraft to attenuate electromagnetic interference from power trans-mission lines in order to increase the reliability and safety of nearby flights. To perform autonomous monitoring missions, the developed technique aims to estimate the value of the electromagnetic interference produced by high voltage power transmission lines, which makes possible to apply the necessary correction. This estimation is made from the mathematical model of the power line electromagnetic field, which takes into ac-count the position, line current, physical transmission system, among others. In order to evaluate the results, it was used non-intrusive performance indexes that take into account the integrated absolute error (IAE) and the integrated square error (ISE). The results were considered efficient and applicable based on performance indices, allowing the operator to perform all the missions as planned, and the distance between the vehicle and the transmission line can be reduced which, consequently, result in a more detailed analysis and increases the monitoring quality and the faults identification along the route.

Orientadores: José Pissolato Filho, Eduardo Coelho Marques da Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-25T04:23:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monteiro_JoseHumbertoAraujo_D.pdf: 2599049 bytes, checksum: 247f68cef0523b44c3d1e9c69dc48119 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo de linha de transmissão trifásica utilizando uma nova implementação do efeito pelicular, além do estudo da resposta transitória obtida a partir do referido modelo quando surtos de manobra são simulados. A metodologia tradicionalmente utilizada para o cálculo da impedância interna de cabos sólidos cilíndricos faz uso das funções de Bessel, o que a torna complexa. A metodologia descrita por Gatous é tão precisa quanto a metodologia que utiliza as funções de Bessel e possui a vantagem de ser mais simples, visto que a solução final é um somatório cuja precisão depende da frequência estudada. O modelo desenvolvido neste trabalho emprega a metodologia de Gatous em uma linha de transmissão trifásica, cujos modos de propagação independentes são obtidos a partir da aplicação da matriz de Clarke. Para validar a metodologia de Gatous, foram calculadas a resistência e a indutância interna de cabos com raios variados em uma ampla faixa de frequências. Os resultados foram comparados aos obtidos a partir da metodologia tradicional. A metodologia de Gatous reproduziu com precisão a variação da impedância interna com a frequência. Para avaliar o funcionamento do modelo de linha de transmissão trifásico no domínio do tempo, um caso base foi estabelecido. Uma linha de transmissão trifásica de 69kV, circuito simples, foi submetida a chaveamentos de carga em duas situações distintas: chaveamento sendo executado no ponto de cruzamento com o zero da tensão e; chaveamento no ponto de 90° da tensão. Os transitórios de tensão e corrente foram obtidos a partir do modelo elaborado e comparados com os resultantes do software de análise de transitórios ATP. Os resultados alcançados reproduzem com fidelidade o comportamento transiente descrito pelo software supracitado / Abstract: This paper presents the development of a three-phase transmission line model using a new skin effect calculation and its transient response when some switching surges are applied to it. The methodology commonly used to calculate the internal impedance of solid conductors with cylindrical cross sectional area employs Bessel functions, which makes it a hard task to accomplish. Gatous, in his doctoral work, presented a new method to calculate skin effect impedance as accurate as Bessel¿s methodology with advantage of simplicity, whereas that final solution is an algebraic sum whose precision depends of frequency studied. The transmission line model developed in this work utilizes Gatous¿s method for skin effect impedance calculation in a three-phase transmission line, whose independent modes of propagation are obtained from the application of Clarke's matrix. In order to validate the mentioned methodology, internal resistances and inductances of cables with different size radii were calculated for a wide range of frequencies. The results were compared with those obtained through the traditional method, reproducing correctly the variation of the internal impedance with frequency. A base case was established to evaluate the operation of the three-phase transmission line in the time-domain model. A 69kV three-phase transmission line, single circuit, was subjected to switching load in two distinct situations: switching at zero crossing voltage and switching at voltage peak. Voltage and current transients were obtained from the developed model and compared with those derived from transient analysis software ATP. The results faithfully reproduced the transient behavior described by the above software / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Pissolato Filho, Pierre Kaufmann / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T01:41:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duro_MagdaAparecidaSalgueiro_D.pdf: 3861523 bytes, checksum: f5896319d2a3653a7903f977210f3ac1 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A atual dependência da sociedade aos diversos sistemas tecnológicos em funcionamento na Terra traz uma constante preocupação pela sua vulnerabilidade a fatores menos conhecidos. As possíveis falhas no fornecimento de energia elétrica podem ocasionar transtornos de grande impacto às comunidades podendo acarretar perdas financeiras expressivas. Diversos fatores podem ocasionar falhas nas linhas de transmissão, entre eles, os fatores climáticos. Nesse contexto, são pouco conhecidas as influências qualitativas de distintos fatores, destacando-se os efeitos do denominado clima espacial. Há indicações que o clima espacial influencia a alta atmosfera terrestre, com repercussão no clima bem como em sistemas de engenharia em operação na Terra. As redes de transmissão de alta tensão representam um grande circuito elétrico pouco acima do solo sujeito a uma série de sobrecargas temporárias de vários tipos, algumas das quais podem levar a falhas. Algumas destas falhas podem estar relacionadas ao ambiente geofísico. Neste trabalho foi analisada uma base de dados sem precedentes de falhas em linhas de transmissão por um longo período (nove anos) numa grande malha localizada no Estado de São Paulo (sudeste do Brasil). O período estudado (1998-2006) compreende uma significativa fração do ciclo de atividade solar 23. A concessionária responsável (ISA.CTEEP) pela operação das linhas estudadas classifica as falhas em noventa e cinco tipos distintos de causas possíveis, sendo que a maior parte está relacionada às descargas atmosféricas. Este estudo está relacionado aos desligamentos devido às descargas atmosféricas, em duas redes de alta voltagem da companhia, de 138 kV e de 440 kV. No período estudado, estes desligamentos correspondem a 1.957 (42,80%) num total de 4.572 para a linha de 138 kV e de 170 (22,28%) sobre 763 para a linha de 440 kV. Equivale a menos de um a cada dez mil do número total de descargas atmosféricas ocorridas na mesma área, o que demonstra alta resiliência das redes de potência em relação aos raios. Durante a época das chuvas, há uma maior concentração de desligamentos. Para todo o período estudado houve redução de 67% e 77% no número de desligamentos devido às descargas atmosféricas, para as linhas de 138 kV e 440 kV, respectivamente, havendo uma boa correspondência com a redução do número de manchas solares. Nenhuma correlação foi encontrada em relação às atividades geomagnéticas caracterizadas pelo índice planetário (Kp) e pelas grandes tempestades (Dst) tanto em longos quanto em curtos prazos. Uma explicação sugerida associa a diminuição da atividade solar ao aumento da condutividade na atmosfera causada pelo maior fluxo de raios cósmicos. Consequentemente poderá ocorrer uma redução do limiar de voltagem necessário para produzir descargas atmosféricas para provocar desligamentos nas redes de alta voltagem. O circuito elétrico global descrito pelo acoplamento ionosfera-terra (a eletrosfera) exerce um papel importante para explicar a redução dos desligamentos. Com o aumento da condutividade atmosférica as descargas são menos potentes, resultando em menor número de desligamentos com o decréscimo do ciclo solar / Abstract: The current society dependence on the operating technological systems on the Earth brings a permanent concern for their vulnerability to not well known factors. Possible failures in electricity supply can cause inconveniences with large impact to the communities, which may cause significant financial losses. Different factors can cause failures in the transmission networks, including, climate factors. In this context, the influences of various qualitative factors, especially the effects of space weather are not well known. There are indications that space weather affects the upper atmosphere, with repercussions on the climate as well as in engineering systems in operation on Earth. High-voltage transmission networks represent large electrical circuits just above the ground which are subjected to a number of transient overcharges of various kinds, some of which may lead to failures. Some failures might be related to anomalies of the geophysical environment. In the present study we analyze a database consisting in a one unprecedented long series of transmission grid failures (nine years) on high-voltage networks located in São Paulo state (southeastern Brazil). The studied period (1998-2006) includes an important fraction of the solar activity cycle 23. The company responsible by the power grid operator (ISA.CTEEP) classifies causes in ninety-five distinct failure classes to explain the transmission grid shut downs. Most of the failures were attributed to atmospheric discharges. We have studied the failures attributed to atmospheric discharge, in the two power grids of the company, 138 kV and 440 kV. The failures attributed to atmospheric discharge correspond to 1.957 (42.80%) for a total 4.572 at 138 kV and to 170 (22.8%) out of 763 at 440 kV. They correspond to less than one ten thousandth of the actual number of atmospheric discharges recorded in the same area, demonstrating the grid's high resilience to breakdowns due to lightning. A clear concentration of failures in the region's thunderstorm season has been found. A significant 67% and 77% reduction in the number of failure rates has been found for the 138 and 440 kV grids, respectively, for the period studied, in good correspondence with the decay in the sunspot numbers. No obvious correlation was found between power failures and geomagnetic activity, represented by (Kp) the planetary index or major geomagnetic storms (Dst) in the period, either on short or on long time scales. One suggested explanation associates the decrease in solar activity to the increased conductivity in the atmosphere caused by increase cosmic ray flux. Consequently there may be a reduction in the threshold voltage necessary to produce discharge atmospheric to cause failures in high-voltage grids. The global electric circuit described by the ionosphere-ground coupling (the electrosphere), plays an important role in explaining the reduction the failures. With increase in conductivity atmospheric discharges are less potent, resulting in fewer failures with the decreasing solar cycle / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica