Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-05-13T18:00:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO_MÁRCIO SILVA_Vdigital.pdf: 3332563 bytes, checksum: 1fcb729b6e047958e0e4ea53eafd5423 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-13T18:00:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO_MÁRCIO SILVA_Vdigital.pdf: 3332563 bytes, checksum: 1fcb729b6e047958e0e4ea53eafd5423 (MD5) Previous issue date: 2015-12-18 / Esta dissertação tem como objetivo entender e propor estratégias para a melhoria do desempenho de redes do tipo Monofilar com Retorno pela Terra (MRT) frente a descargas atmosféricas. Para tanto, dedicou-se, primeiramente, a estudar as modelagens, as conceituações necessárias a fim de entender o comportamento que rege as correntes de descargas atmosféricas. Logo, partindo deste ponto, este trabalho se propôs a verificar quais os pontos mais frágeis da rede de distribuição e a implementar sistemas de proteção com novas estratégias, inclusive a utilização do cabo guarda não utilizado nesse tipo de instalação, e posteriormente, avaliar o funcionamento dessas estratégias de proteção por meio de simulações de seus comportamentos ao longo do tempo e a resposta em frequência de um conjunto de vários equipamentos que são partes integrantes da rede MRT. Dois aspectos foram concentrados nesta avaliação: a análise das relações entre estas curvas das grandezas elétricas, confrontando a análise com toda teoria estudada; e a observação do desempenho dinâmico obtido para cada estratégia. Foram feitas comparações entre as diversas possibilidades de solução para entender a necessidade da utilização de Para-raios, cabo guarda e sistemas de aterramento nos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas. / This thesis aims to understand and to propose strategies to improve the performance of monofilar type networks with the Single Wire Earth Return (SWER) against lightning. To this end, It was dedicated, first, to study the modeling, the necessary concepts to understand the behavior that governs the currents of lightning. Thus, starting from this point, this study proposed to check what the weakest points of the distribution network and implement protection systems with new strategies, including the use of guard cable not used in this type of installation, and subsequently to assess the functioning these protection strategies through simulations of their behavior over time and the response in frequency of a set of multiple devices that are parts of the SWER network. Two aspects were concentrated in this assessment: the analysis of the relations between these curves of the electrical greatness, confronting the analysis in all studied theory; and the observation of the dynamic performance obtained for each strategy. Comparisons were made among the various possibilities of solution to understand the necessity of using lightning rod, guard cable and grounding systems in protection systems against lightning.

O crescente número de geradores distribuídos conectados em redes de distribuição de energia elétrica é uma realidade dos sistemas elétricos de todo o mundo. Embora a política atual seja desconectar os geradores distribuídos do sistema elétrico de potência (SEP) caso ocorra uma falha na rede da concessionária, conforme preconizam os principais guias técnicos nacionais e internacionais, o módulo 3 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) mostra-se favorável à operação ilhada, pois afirma que este tipo de operação pode ser realizado em comum acordo entre as centrais geradoras de energia e o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), permitindo alcançar uma maior disponibilidade no fornecimento de energia. No entanto, para que a operação ilhada seja possível e possa ser praticada de forma segura, o ilhamento intencional precisa superar alguns desafios, dentre os quais estão aqueles relacionados ao sistema de proteção da rede de distribuição, tais como: coordenação indevida de dispositivos de proteção, perda da sensibilidade da proteção, abertura inadequada de fusíveis e religamentos automáticos fora de sincronismo. Portanto, este trabalho avalia o impacto da geração distribuída (GD) sobre o sistema de proteção de sobrecorrente de uma rede de distribuição operando ilhada. A ideia principal é dividir a rede em regiões delimitadas pelos dispositivos de proteção existentes, para em seguida, adequá-los à nova situação operacional, certificando se os ajustes propostos atendem ao comportamento síncrono e estável do sistema de geração por meio de uma análise de estabilidade transitória. Propõe-se então um conjunto de procedimentos para tomada de ações que permitam readequar o sistema de proteção de sobrecorrente existente à operação ilhada. Os resultados obtidos demonstram que a inibição do religamento automático e da curva de atuação instantânea acrescida de reajustes nas curvas temporizadas dos relés e religadores, melhoraram a coordenação e seletividade da rede operando ilhada. / The growing number of distributed generators connected to electricity distribution networks is a reality of electrical systems throughout the world. Although the current policy is to disconnect the distributed generators from the electric power system (EPS) in the event of loss of mains, as required by main national and international technical guides, the module 3 of the Procedures for Electric Power Distribution in the Electric National System (PRODIST) shows itself in favor of islanded operation, it states that this type of operation can be carried out in agreement between power generation plants and the National Electric System Operator (ONS), allowing achieve larger availability in energy supply. However, to make the islanded operation possible and safe, the intentional islanding must overcome some challenges, among which are those related to the protection system of the distribution network, such as improper coordination of protective devices, loss of protection sensitivity, inadequate opening of fuses and automatic reclosing out of synchronism. Therefore, this work evaluates the impact of distributed generation (DG) on the overcurrent protection system of a distribution network operating islanded. The main idea is to divide the network into regions bounded by existing protection devices, to then adapt them to the new operational situation, making sure that the proposed adjustments meet the synchronous and stable behavior of the generation system by means of a transient stability analysis. Thus, a set of procedures is proposed to indicate actions that allow readjusting the existing overcurrent protection system to the islanded operation. The results demonstrate that the inhibition of automatic restart and of the instantaneous operating curve plus adjustments in time delay curves of relays and reclosers, improved the coordination and selectivity of the network operating islanded.

O crescente número de geradores distribuídos conectados em redes de distribuição de energia elétrica é uma realidade dos sistemas elétricos de todo o mundo. Embora a política atual seja desconectar os geradores distribuídos do sistema elétrico de potência (SEP) caso ocorra uma falha na rede da concessionária, conforme preconizam os principais guias técnicos nacionais e internacionais, o módulo 3 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) mostra-se favorável à operação ilhada, pois afirma que este tipo de operação pode ser realizado em comum acordo entre as centrais geradoras de energia e o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), permitindo alcançar uma maior disponibilidade no fornecimento de energia. No entanto, para que a operação ilhada seja possível e possa ser praticada de forma segura, o ilhamento intencional precisa superar alguns desafios, dentre os quais estão aqueles relacionados ao sistema de proteção da rede de distribuição, tais como: coordenação indevida de dispositivos de proteção, perda da sensibilidade da proteção, abertura inadequada de fusíveis e religamentos automáticos fora de sincronismo. Portanto, este trabalho avalia o impacto da geração distribuída (GD) sobre o sistema de proteção de sobrecorrente de uma rede de distribuição operando ilhada. A ideia principal é dividir a rede em regiões delimitadas pelos dispositivos de proteção existentes, para em seguida, adequá-los à nova situação operacional, certificando se os ajustes propostos atendem ao comportamento síncrono e estável do sistema de geração por meio de uma análise de estabilidade transitória. Propõe-se então um conjunto de procedimentos para tomada de ações que permitam readequar o sistema de proteção de sobrecorrente existente à operação ilhada. Os resultados obtidos demonstram que a inibição do religamento automático e da curva de atuação instantânea acrescida de reajustes nas curvas temporizadas dos relés e religadores, melhoraram a coordenação e seletividade da rede operando ilhada. / The growing number of distributed generators connected to electricity distribution networks is a reality of electrical systems throughout the world. Although the current policy is to disconnect the distributed generators from the electric power system (EPS) in the event of loss of mains, as required by main national and international technical guides, the module 3 of the Procedures for Electric Power Distribution in the Electric National System (PRODIST) shows itself in favor of islanded operation, it states that this type of operation can be carried out in agreement between power generation plants and the National Electric System Operator (ONS), allowing achieve larger availability in energy supply. However, to make the islanded operation possible and safe, the intentional islanding must overcome some challenges, among which are those related to the protection system of the distribution network, such as improper coordination of protective devices, loss of protection sensitivity, inadequate opening of fuses and automatic reclosing out of synchronism. Therefore, this work evaluates the impact of distributed generation (DG) on the overcurrent protection system of a distribution network operating islanded. The main idea is to divide the network into regions bounded by existing protection devices, to then adapt them to the new operational situation, making sure that the proposed adjustments meet the synchronous and stable behavior of the generation system by means of a transient stability analysis. Thus, a set of procedures is proposed to indicate actions that allow readjusting the existing overcurrent protection system to the islanded operation. The results demonstrate that the inhibition of automatic restart and of the instantaneous operating curve plus adjustments in time delay curves of relays and reclosers, improved the coordination and selectivity of the network operating islanded.

Os projetos de redes hidráulicas dimensionam a capacidade de vazão e pressão para atender a uma demanda e prever a resistência necessária para garantir a estabilidade da instalação. Os esforços solicitantes não deverão ultrapassar as resistências estruturais, mantendo-se um coeficiente de segurança que garanta a estabilidade, mesmo nos casos de falhas operacionais. Deve-se proceder à simulação hidráulica tanto para o regime permanente quanto para o regime transitório. Na fase operacional haverão situações transitórias ocasionadas por manobras intencionais ou falhas não previstas que provocarão mudanças do regime permanente para o regime transitório, cuja variação de carga é diretamente proporcional à velocidade de propagação da onda ou celeridade e, dependendo da intensidade do transitório hidráulico, haverá a necessidade de instalar dispositivos de proteção de redes. A concepção dos dispositivos de proteção baseia-se na dissipação do fenômeno transitório por meios de descargas, amortecimento em câmaras de ar comprimido e por reservatórios intermediários que absorvem e suprem os picos de pressão e vazão no início da perturbação, de tal forma que a onda de pressão seja controlada. A celeridade, por sua vez, é função das características do meio fluido, do material da tubulação e da geometria. Ao provocar uma mudança na compressibilidade do meio fluido, tem-se redução no coeficiente de compressibilidade volumétrico da mistura fluida que vai ocasionar uma redução na velocidade de propagação da onda ou celeridade, amortecendo o impacto da variação de carga para níveis que possam ser absorvidos pela instalação. Esta dissertação aborda um dispositivo de redução da velocidade de propagação ou celeridade que pode ser usado como proteção de redes hidráulicas ou atenuador de celeridade, que junto com outros dispositivos e associados em série, distribuídos ao longo da tubulação, podem absorver os excessos de pressão e vazão gerados pelos transitórios e manter os esforços solicitantes inferiores à resistência oferecida pela instalação. / The projects of hydraulic networks define the capacity of outflow and pressure to meet a demand and to achieve the necessary resistance to guarantee the installation stability. The applied loading must not exceed structural resistance, there remaining a safety coefficient which guarantees the stability even in case of operational failure. The hydraulic simulation must be performed both for permanent and transitory regime. In the operational phase, there will be transitory situations caused by intentional maneuvers or unpredicted failures which will cause changes from permanent to transitory regime, with changes in load directly proportional to the propagation speed of the wave or celerity and, depending on the intensity of the hydraulic transient, it will be necessary to provide devices for the network protection. The conception of protection devices is based on the transient phenomena dissipation by means of discharges, shock absorption in air compressed chambers and though intermediate reservoirs, which absorb and supply the outflow and pressure peaks in the beginning of the disturbance. This dissertation approaches a device so that the pressure wave is controlled. The celerity, in its turn, is a function of the fluid characteristics, the network material and geometry. Provoking a change in the mean fluid compressibility there is a reduction in the volumetric compressibility coefficient and also in the specific mass of the mixture, which will cause a reduction in the speed of propagation of the wave or celerity, cushioning the impact of the pressure head variation to a level that can be absorbed by the installation. Therefore, the reduction in the speed of propagation or celerity canbe used is as a protection device for hydraulic nets, or celerity attenuation, which together with other devices, associated in series and distributed along the duct may absorb the excess of pressure and outflow generated by the transitory and keep the applied loading inferior to the resistance supplied by the installation.

Os projetos de redes hidráulicas dimensionam a capacidade de vazão e pressão para atender a uma demanda e prever a resistência necessária para garantir a estabilidade da instalação. Os esforços solicitantes não deverão ultrapassar as resistências estruturais, mantendo-se um coeficiente de segurança que garanta a estabilidade, mesmo nos casos de falhas operacionais. Deve-se proceder à simulação hidráulica tanto para o regime permanente quanto para o regime transitório. Na fase operacional haverão situações transitórias ocasionadas por manobras intencionais ou falhas não previstas que provocarão mudanças do regime permanente para o regime transitório, cuja variação de carga é diretamente proporcional à velocidade de propagação da onda ou celeridade e, dependendo da intensidade do transitório hidráulico, haverá a necessidade de instalar dispositivos de proteção de redes. A concepção dos dispositivos de proteção baseia-se na dissipação do fenômeno transitório por meios de descargas, amortecimento em câmaras de ar comprimido e por reservatórios intermediários que absorvem e suprem os picos de pressão e vazão no início da perturbação, de tal forma que a onda de pressão seja controlada. A celeridade, por sua vez, é função das características do meio fluido, do material da tubulação e da geometria. Ao provocar uma mudança na compressibilidade do meio fluido, tem-se redução no coeficiente de compressibilidade volumétrico da mistura fluida que vai ocasionar uma redução na velocidade de propagação da onda ou celeridade, amortecendo o impacto da variação de carga para níveis que possam ser absorvidos pela instalação. Esta dissertação aborda um dispositivo de redução da velocidade de propagação ou celeridade que pode ser usado como proteção de redes hidráulicas ou atenuador de celeridade, que junto com outros dispositivos e associados em série, distribuídos ao longo da tubulação, podem absorver os excessos de pressão e vazão gerados pelos transitórios e manter os esforços solicitantes inferiores à resistência oferecida pela instalação. / The projects of hydraulic networks define the capacity of outflow and pressure to meet a demand and to achieve the necessary resistance to guarantee the installation stability. The applied loading must not exceed structural resistance, there remaining a safety coefficient which guarantees the stability even in case of operational failure. The hydraulic simulation must be performed both for permanent and transitory regime. In the operational phase, there will be transitory situations caused by intentional maneuvers or unpredicted failures which will cause changes from permanent to transitory regime, with changes in load directly proportional to the propagation speed of the wave or celerity and, depending on the intensity of the hydraulic transient, it will be necessary to provide devices for the network protection. The conception of protection devices is based on the transient phenomena dissipation by means of discharges, shock absorption in air compressed chambers and though intermediate reservoirs, which absorb and supply the outflow and pressure peaks in the beginning of the disturbance. This dissertation approaches a device so that the pressure wave is controlled. The celerity, in its turn, is a function of the fluid characteristics, the network material and geometry. Provoking a change in the mean fluid compressibility there is a reduction in the volumetric compressibility coefficient and also in the specific mass of the mixture, which will cause a reduction in the speed of propagation of the wave or celerity, cushioning the impact of the pressure head variation to a level that can be absorbed by the installation. Therefore, the reduction in the speed of propagation or celerity canbe used is as a protection device for hydraulic nets, or celerity attenuation, which together with other devices, associated in series and distributed along the duct may absorb the excess of pressure and outflow generated by the transitory and keep the applied loading inferior to the resistance supplied by the installation.