Orientador: José Pissolato Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-18T03:00:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_AndreJinnoGomes_M.pdf: 60896723 bytes, checksum: 8ce23cc18a981b5042b135acfc03ec42 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: As redes de transmissão de energia elétrica estão entre as grandes contribuições que a engenharia ofereceu à civilização moderna. Se tornando aparentes, pelas expressivas linhas de transmissão de alta tensão apoiadas sobre elevadas torres de aço que cruzam o território nacional em todas as direções. No corrente trabalho tem-se por objetivo tratar das alternativas não-convencionais de transmissão de energia elétrica. Comparando o desempenho dessas novas estruturas com o comportamento das estruturas atualmente utilizadas no sistema de transmissão convencional. Para tal são descritos alguns dados da atual configuração do sistema de transmissão nacional. Ademais, breves descrições técnicas serão apresentadas sobre os principais componentes de linhas de transmissão convencionais, tais como: condutores múltiplos, isoladores e anéis anticorona. Tais definições serão introduzidas com o âmbito de proporcionar uma maior familiaridade com o tema em estudo. Uma análise minuciosa é traçada no cálculo dos parâmetros elétricos na frequência, seguido de um estudo dos transitórios eletromagnéticos no domínio do tempo. Causados por sinais de tensão aplicados a entrada das linhas de transmissão / Abstract: The transmission of electric energy is among the great contributions that engineering offered to modern civilization. Becoming apparent, by the expressive lines of high voltage transmission supported on large steel towers that crisscross the country in all directions. In the current work has been aimed at dealing with alternative non-conventional electric power transmission. Comparing the performance of these new structures with the behavior of the structures currently used in conventional transmission system. For such thing are described some of the current configuration of the national transmission system. In addition, brief technical descriptions are presented on the main components of conventional transmission lines, such as multiple conductors, insulators and anti-corona rings. Such definitions will be introduced to the scope of providing a greater familiarity with the subject under study. A detailed analysis is plotted on the calculation of electrical parameters on frequency, followed by a study of electromagnetic transient time domain. Caused by voltage signals applied to the input of the transmission lines / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T10:56:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MestasValero_Patricia_D.pdf: 4018272 bytes, checksum: 38a65b52b68046f67c3791c9b6ea2f7d (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O presente trabalho descreve um novo método de controle adaptativo para chaveamento sincronizado de disjuntores durante a manobra de religamento tripolar de linhas de transmissão com compensação reativa em derivação. O objetivo principal do método desenvolvido é controlar as sobretensões transitórias e reduzir o tempo morto antes do religamento. Diferentes estratégias para controlar sobretensões decorrentes do religamento tripolar são descritas com a finalidade de diferenciar as vantagens do chaveamento sincronizado. Os benefícios potenciais a serem obtidos a partir do religamento tripolar rápido são expostos. O método de controle adaptativo desenvolvido consiste em identificar com antecedência a região ótima para o religamento, permitindo fechar o disjuntor já no primeiro mínimo do batimento da tensão entre os contatos do disjuntor após o tempo morto de atuação da proteção. Após os testes realizados utilizando um programa para simulação de transitórios eletromagnéticos (PSCAD/EMTDC), o método proposto foi implementado em protótipo (controlador). Este protótipo foi testado utilizando o Simulador Digital em Tempo Real (RTDS). As simulações em tempo real demonstraram a eficiência do método no controle das sobretensões e na redução do tempo morto. Finalmente, o método foi avaliado parametricamente para uma série de condições simuladas, incluindo diferentes níveis de compensação reativa em derivação, a influência da compensação série, a influência da transposição da linha de transmissão e os efeitos da variação do comprimento da linha. Além disto, outras simulações foram realizadas para comparar o desempenho dos métodos de controle existentes e do método proposto / Abstract: The present thesis describes a new adaptive control method for synchronous switching of circuit breakers during three-phase reclosing of shunt compensated transmission lines. The main objective of the developed method is to control the overvoltages and to reduce the dead time prior of reclosing. Several strategies to control overvoltages resulting from three-phase reclosing are described in order to differentiate the benefits of the proposed method. The potential benefits obtained from the developed controlled reclosing method are exposed. The proposed algorithm identified, in advance, the optimal region for reclosing of transmission line, allowing closing the circuit breaker at the first minimum voltage beat across circuit breaker, after protection dead time. After off-line testing using electromagnetic transients simulation program (PSCAD/EMTDC), the proposed method was also implemented in physical hardware. This hardware was then tested on a real-time transients simulator (RTDS). The real time simulations demonstrate the method efficiency to control overvoltages and to reduce the dead time. Finally, the method has been parametrically evaluated for a range of simulated conditions, including different shunt compensation levels, influence of series compensation, influence of transmission line transposition, effect of line lengths. In addition, simulations have been conducted to compare the performance of existing control method and the proposed method / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

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 2018-08-24T10:02:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_AndreJinnoGomes_D.pdf: 9708757 bytes, checksum: 84772389fed6b8c0c68adcdd4db7cd9b (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A análise do comportamento dinâmico da torre de transmissão de energia elétrica e torres de telecomunicações é de interesse nos estudos de proteção relacionados com descargas atmosféricas. Normalmente, a impedância de surto da torre no domínio do tempo é usada para caracterizar o comportamento dinâmico da torre. A principal desvantagem na definição de tais impedâncias de surto é a dependência da forma de onda de excitação, e não há consenso sobre a forma de onda de corrente a ser usada. Além disso, não há concordância sobre uma definição única da tensão envolvida. A fim de contornar tais limitações e problemas, o modelo aplicado ao estudo faz uso das análises no dominio da frequência, onde a impedância de surto da torre depende somente da geometria da estrutura e das características eletromagnéticas do meio. Ademais, as limitações associadas com as abordagens simplificadas são enfatizadas no decorrer do presente trabalho. Os resultados apresentados fazem uso de ferramentas computacionais como o código NEC-2 (Numerical Electromagnetic Code) que se baseia na análise numérica da dinâmica do campo eletromagnético. Com a utilização desse código, correntes são geradas e posteriormente utilizadas para o cálculo da impedância de surto da torre. Posteriormente, é gerado um circuito RLC representativo das características da estrutura metálica, obtidas pelo método de vector fitting que aproxima a função impedância de surto da torre por funções racionais. Por fim, o circuito RLC gerado pode ser aplicado nas análises diretamente no domínio do tempo com o uso de programas computacionais como o EMTP (Electromagnetic Transients Program), sem a necessidade do uso de transformadas para alterar o domínio de análise / Abstract: The dynamic analysis of the behavior in power transmission towers and telecommunications towers is of interest in studies related to lightning protection. Normally, the surge impedance of the tower in the time domain is used to characterize the dynamic behavior of the tower. The main disadvantage of these definition of surge impedances is the dependence on the waveform of excitation, and there is no consensus on which current wave to be used. Furthermore, there is no agreement on a single definition of the voltage involved. In order to overcome such limitations and problems, the model applied to the study makes use of the analysis in the frequency domain, where tower¿s surge impedance depends only on the geometry of the structure and electromagnetic characteristics of the medium. Moreover, the limitations associated with the simplified approaches are emphasized in the course of this work. The results presented make the use of computer code as NEC-2 (Numerical Electromagnetic Code) based on the numerical analysis of the electromagnetic field dynamics. Using this code, currents are generated and then used to calculate the surge impedance of the tower. Subsequently, an RLC circuit is generated representating the characteristics of the metal structure, obtained by vector fitting method, that approximates the surge impedance function of the tower by means of rational functions. Finally, the generated RLC circuit can be applied directly in analyzes in the time domain using computer programs such as EMTP (Electromagnetic Transients Program) without the need of using transforms to change domain analysis / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

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