Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T07:56:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 288158.pdf: 8481128 bytes, checksum: 0817ee102e78295b2add8c52a71a5587 (MD5) / Este trabalho tem o objetivo de fazer o mapeamento do risco térmico em linhas aéreas de transmissão com base em dados de modelo numérico atmosférico. O mapeamento foi realizado para a região Sul do Brasil com uma resolução de 10km x10km em 123 x143 pontos de grade, e em intervalos de uma hora para o período de 1998 a 2007. Para isso, foram utilizados os dados de reanálise do National Centers for Environmental Prediction, regionalizados pelo modelo atmosférico Advanced Regional Prediction System. Este trabalho, limitou-se a utilizar os resultados desse modelo e não propriamente executar a sua simulação numérica. No entanto, foi realizado a validação desse dados simulados através de uma comparação com os dados observados de estações meteorológicas localizados em dez aeroportos da região sul da América do Sul. Uma etapa fundamental deste trabalho foi o desenvolvimento de um algoritmo para calcular a temperatura do condutor, conforme a metodologia sugerida pela International Council on Large Electric System. Esta metodologia possui uma formulação baseada no balanço de energia no condutor e, embora seja relativamente simples, foi necessário aprimorar o algoritmo para que se calculasse de forma rápida toda a base de dados de dez anos e 123 x143 pontos de grade. O processamento desses dados possibilitou o cálculo do risco térmico em todos os pontos de grade referente aos dez anos de dados simulados. Desta maneira, foi possível elaborar os mapas de risco térmico e, assim, identificar as regiões mais críticas das linhas de transmissão relacionados ao sobreaquecimento dos cabos condutores. As áreas com baixo risco térmico foram encontradas na região da Serra Geral de Santa Catarina com valores abaixo de 1% e as áreas com riscos térmicos mais elevados, como nas regiões do Vale do Taquari-RS, Vale do Itajaí- SC, Vale do Rio Iguaçu-PR e Vale do Rio Uruguai-SC, com valores em torno de 4%. Além do mapa de risco térmico, foi elaborados os mapas das variáveis climáticas, da corrente elétrica, da temperatura do condutor, para diferentes cenários e para períodos sazonais. Embora este mapa seja satisfatório para uma primeira análise de mesoescala, ainda é necessária uma análise de microescala e um monitoramento em campo para que ele se torne seguro e confiável na operação do sistema elétrico nacional. O investimento na melhoria desta metodologia pode trazer benefícios na operação e planejamento das linhas de transmissão como o aumento da capacidade operativa das linhas de transmissão em regiões de baixo risco térmico, redução de custos de manutenção nas regiões de alto risco térmico e determinação de melhores rotas na construção de novas linhas de transmissão. / This work aims to make the mapping of thermal risk on power transmission lines based on atmospheric model data. The map was developed to southern Brazil at a resolution of 10km x 10km on a grid of 123x143, and at intervals of one hour for a period from 1998 to 2007. For this, this work used the reanalysis data from National Centers for Environmental Prediction, which were downscaling by Advanced Regional Prediction System atmospheric model. The atmospheric numeric model was not executed here, but it was only used the results of this model. However, it was performed a validation of simulated data by comparison with observed data from weather stations located in ten airports in southern of South America. An important step in this work was to develop an algorithm to calculate the conductor´s temperature according to the methodology suggested by the International Council on Large Electric System. This methodology is based on heat balance equation of the conductor, and even though the formulation is relatively simple, it was required to improve the algorithm to process the entire database of ten years and a grid of 123x143. From these output, it was possible to calculate the thermal risk on all grid for a period of ten years. After that procedures, the thermal risk map was developed, and critical areas regarding to conductor overheating can be identified on power transmission lines. Low thermal risk area was found at Serra Geral de Santa Catarina with values below 1 %, and high thermal risk areas were found Valley of Taquari-RS, Valley of Itajaí-SC, Valley of Iguaçu River-PR and Valley of Uruguay River-SC, with values around 4 %. In addition, it was developed maps of climate variables, current carrying and temperature of the conductor, thermal risk from different scenarios and seasonal periods. Although this map is reasonable for a mesoscale analysis, it is required a micro-siting analysis and real time monitoring system to become safety and reliable in operation of the transmission system. The investment in improving this methodology can contribute in planning and operation of transmission lines, such as increasing the operational capacity of transmission lines in low thermal risk areas, reduction of maintenance costs in high thermal risk areas and designing the better routes for new transmission lines.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:15:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325015.pdf: 2319151 bytes, checksum: 38979d972736445d0bc307ee29ac9d7a (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho tem como objetivo apresentar um sistema capaz de medir de forma direta a temperatura e a inclinação dos condutores de uma linha de transmissão e enviar esses dados por uma via sem fio. O sistema é capaz de operar sob a influência dos campos eletromagnéticos radiados por uma linha de transmissão de 230 kV e ainda prover alimentação para os circuitos eletrônicos relacionados de forma autônoma, sem dependência de baterias ou luz solar. Para isso foi desenvolvido um equipamento que é climpado ao redor do condutor de interesse de forma a prover apoio mecânico aos sensores e possibilitar que o mesmo possa obter a energia elétrica para seu funcionamento por meio da indução magnética. No escopo do monitoramento das grandezas envolvidas na operação das linhas de transmissão, esse dispositivo fornece informações necessárias a fim de se otimizar a capacidade de transmissão de uma linha, permitindo que a mesma opere em condições de corrente além das nominais especificadas em projeto, quando as condições climáticas ao longo da linha forem favoráveis. O ponto de vista conservador sob o qual são concebidos projetos de linhas de transmissão estipula valores de ampacidade que em determinadas situações poderiam ser maiores sem colocar em risco os condutores e a segurança da operação. O conhecimento da temperatura e inclinação do cabo em tempo real permite que a corrente possa ser aumentada sem sobreaquecimento dos cabos condutores e consequente aproximação do solo além do permitido. Embora os resultados obtidos com o sistema desenvolvido sejam satisfatórios, é desejável que este sensor trabalhe associado a outros pares ao longo de uma linha a fim de se obter maior amostragem dos pontos medidos visando confiabilidade em seu uso, considerando que variações microclimáticas ao longo da linha podem acarretar em pontos críticos de risco térmico que devem prioritariamente ser levados em consideração durante a operação da linha. O sistema ainda permite a adição de outros sensores de monitoramento meteorológico.<br> / Abstract : This work aims to present a system capable of measuring temperature and inclination of the conductors of a power transmission line directly and send this data by wireless. The system is capable of operating under the influence of electromagnetic fields inherent to a transmission line of 230 kV and provides power to the corresponding electronic circuitry autonomously, without the need of batteries or sunlight. For this we developed a device that is clamped around the conductor of interest in order to provide mechanical support to the sensors and allow it to get electricity for its operation by magnetic induction. In the context of monitoring the measurements involved in the operation of the transmission lines, this device provides necessary information in order to optimize the transmission capacity of a line, allowing it to operate over the nominal current condition specified in its design, when climate conditions along the line are favorable. The conservative point of view under which design of transmission lines are made stipulates ampacity values, which in certain situations could be larger without endangering wires and operation safety. The monitoring of temperature and inclination of the cable in real time allows an increase of the electric current without overheating it and the resulting cable to ground clearance reduction beyond safety limits. Although the results obtained with the developed system are satisfactory, it is desirable to work in conjunction with other sensor pairs along a line in order to obtain more measuring points on it, rendering the data more representative for its use, since microclimatic variations along the line can result in critical points of thermal risk that should be taken into consideration during the operation of the line. The system also allows the addition of other sensors for weather monitoring.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-03-28Bitstream added on 2014-06-13T20:49:17Z : No. of bitstreams: 1 silvafilho_eb_me_ilha.pdf: 1002165 bytes, checksum: 7b47e608bd37c2b8a03cccc84f847230 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho analisa a aplicação em linhas de transmissão do método dos elementos de contorno para cálculo de potencial e campo elétrico, com um enfoque em eletrostática. O método dos elementos de contorno baseia-se numa formulação integral que elimina a discretização do domínio, restando apenas o contorno, permitindo o cálculo do potencial e do campo elétrico no contorno e na região estudada. O trabalho configura-se como uma revisão sobre eletrostática, ressaltando as equações de Laplace e Poisson, que serão utilizadas para encontrar as equações integrais do contorno. Há também vários tópicos relacionados ao campo elétrico de linhas de transmissão, bem como, ás normas brasileiras e recomendações internacionais que devem ser utilizadas no projeto de linhas de transmissão. O método dos elementos de contorno utiliza tais equações integrais para encontrar o potencial e o campo no contorno, e após conhecidos o potencial e o campo no contorno, pode-se aplicar o método em todo o domínio, obtendo o potencial e o campo. Para isso, apenas o contorno do domínio de interesse deve ser discretizado, o que trás uma enorme vantagem sobre os métodos que utilizam formulação diferencial. Neste trabalho, serão descritas as principais características do código computacional desenvolvido e suas sub-rotinas mais importantes. Para validar o programa, os resultados serão comparados com aqueles calculados por um procedimento analítico, sendo mostrada a eficiência da discretização do solo. São apresentados os resultados obtidos da análise do campo elétrico gerado por algumas silhuetas de linhas de transmissão. Os valores do campo elétrico gerado por estruturas compactas são comparados com estruturas convencionais e estruturas reduzidas (semi-compactas), também serão comparados os valores do gradiente de potencial na superfície dos condutores e suas capacitâncias equivalentes. / This paper analyses the application in transmission lines of the Boundary Element Method (BEM) of the calculation of potential and electric field, with a focus on electrostatic. The Boundary Element Method is based on an integral formulation that eliminates the discretisation of the domain, remaining only the contour, allowing the calculation of the potential and the electric field in the contour and in the region studied. The work is configured as revision on electrostatic, underscoring the equations of Laplace and Poisson, which will be used to find the integral equations of the contour. There are also several topics related to the electric field of transmission lines, as well as to the standards Brazilian and international recommendations to be used in the design of transmission lines. The Boundary Element Method uses such integral equations for finding the potential and electric field in the contour, and after having known the potential and electric field in the contour, the BEM can be applied in the whole domain, and getting the potential and electric field. Therefore, only the contours of the domain of interest should just be discretized, which backward an enormous advantage on the methods that use formulation differential. This paper will describe the main characteristics of computer code developed and their sub-routines more important. To validate the program, the results will be compared with those calculated by an analytic procedure, being shown the efficiency of discretisation of the soil. The results obtained from analysis of the electric field generated by some silhouettes of transmission lines are presented. The values of the electric field generated by compact structures are compared with conventional structures and reduced structures, also will be compared the values of the gradient of potential on the surface of the conductors and their equivalents capacitances.