O presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para avaliar o impacto das diversas técnicas de repotenciação no desempenho de linhas de transmissão em regime permanente, visto que na atual literatura não existe uma análise abrangente que possa ser aplicada em qualquer linha de transmissão carente de repotenciação. A metodologia busca fornecer subsídios para escolha da técnica mais vantajosa para repotenciar uma linha, utilizando de forma extensiva, os fatores de desempenho, e de forma sintetizada, os índices de mérito agregado, que, avaliados individualmente e/ou em conjunto, propiciam informações qualificadas para as conclusões técnicas. Destaca-se que a proposição dos fatores de desempenho e dos índices de mérito são as principais contribuições deste trabalho. Para complementar a metodologia, uma análise de curtos-circuitos foi proposta. Os resultados da utilização da metodologia foram positivos, possibilitando verificar os ganhos de potência na transmissão de energia. Vale destacar a eficiência dos índices de mérito agregado, que identificaram a melhor técnica de repotenciação de forma sintetizada, resguardando a qualidade e enquadramento dos resultados nas normas regulamentadoras. / This work aims at proposing a methodology to assessing the impact of power upgrade techniques on the steady-state performance of transmission lines, since there is not anything similar to this in the technical literature. The proposed methodology aims at providing technical information to subside the choice of the best power line upgrade technique, by the extensive application of the performance factors and of the aggregate merit indices. It must be pointed out that the proposition of the performance factors and of the aggregate merit indices are the main contributions of this work. Additionally, a short circuit analysis was also proposed to assess the power upgrade techniques. The results after the method application were satisfactory and allowed verifying the surplus of power related to each upgrade technique. The contribution of the aggregate merit indices was very important to identifying the most favorable upgrade technique in a simple way, so that all statutory technical limits were not violated.

O presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para avaliar o impacto das diversas técnicas de repotenciação no desempenho de linhas de transmissão em regime permanente, visto que na atual literatura não existe uma análise abrangente que possa ser aplicada em qualquer linha de transmissão carente de repotenciação. A metodologia busca fornecer subsídios para escolha da técnica mais vantajosa para repotenciar uma linha, utilizando de forma extensiva, os fatores de desempenho, e de forma sintetizada, os índices de mérito agregado, que, avaliados individualmente e/ou em conjunto, propiciam informações qualificadas para as conclusões técnicas. Destaca-se que a proposição dos fatores de desempenho e dos índices de mérito são as principais contribuições deste trabalho. Para complementar a metodologia, uma análise de curtos-circuitos foi proposta. Os resultados da utilização da metodologia foram positivos, possibilitando verificar os ganhos de potência na transmissão de energia. Vale destacar a eficiência dos índices de mérito agregado, que identificaram a melhor técnica de repotenciação de forma sintetizada, resguardando a qualidade e enquadramento dos resultados nas normas regulamentadoras. / This work aims at proposing a methodology to assessing the impact of power upgrade techniques on the steady-state performance of transmission lines, since there is not anything similar to this in the technical literature. The proposed methodology aims at providing technical information to subside the choice of the best power line upgrade technique, by the extensive application of the performance factors and of the aggregate merit indices. It must be pointed out that the proposition of the performance factors and of the aggregate merit indices are the main contributions of this work. Additionally, a short circuit analysis was also proposed to assess the power upgrade techniques. The results after the method application were satisfactory and allowed verifying the surplus of power related to each upgrade technique. The contribution of the aggregate merit indices was very important to identifying the most favorable upgrade technique in a simple way, so that all statutory technical limits were not violated.

Orientador: Prof. Dr.Antônio Garrido Gallego / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2017. / Atentando-se à diversificação da matriz energética, expansão da oferta de energia e a aproximação do fim da vida útil de usinas nucleares, como Angra I, planejado para 2025, este trabalho apresenta um estudo de repotenciação de usinas nucleares PWR (Pressurized Water Reactor). A estratégia de repotenciação utilizada baseou-se na combinação da usina nuclear com turbinas a gás, compondo um arranjo similar aos ciclos combinados tradicionais, mas que utiliza energia nuclear e do gás natural paralelamente. A conexão entre as duas fontes ocorre por meio de caldeiras de recuperação, que utilizam os gases de exaustão das turbinas a gás para geração de vapor, que é utilizado na usina nuclear, o que possibilita a redução da potência térmica do reator. Efetuaram-se análises de energia nos ciclos propostos e constatou-se que os ciclos podem atingir eficiências energéticas entre 44% e 46%, no caso de ciclos que ultrapassam a potência nominal da antiga usina nuclear, e eficiências energéticas por volta de 39% no caso de ciclos com potência limitada à da antiga usina nuclear. Também foi possível avaliar qualitativamente as configurações que exigiriam menores modificações na usina nuclear. Foi realizada análise econômica onde estimou-se o custo de geração de energia elétrica dos ciclos propostos, obtendo 69,5 US$/MWh, que foi menor que o custo de uma nova usina a gás natural (80,8 US$/MWh) e uma nova usina nuclear (110,9 US$/MWh). Entretanto, os ciclos de repotenciação apresentaram custo de energia maior do que a possibilidade de extensão da vida útil de usinas nucleares por meio de investimentos em trocas de equipamentos e programas de manutenção (36,2 US$/MWh - Extensão das operações LTO ¿ do inglês: Long Term Operation). / Considering the diversification of the energy matrix, expansion of the energy supply and the approximation of the end of life of nuclear power plants, such as Angra I, planned for 2025, this work presents a repowering study of PWR (Pressurized Water Reactor). The repowering strategy was based on combination of the nuclear power plant with gas turbines, composing an arrangement like traditional combined cycles, but utilizing nuclear and natural gas in parallel. The connection between the two sources occurs through recovery boilers, which use the exhaust gases from gas turbines for steam generation, which is used in the nuclear power plant, which allows the reduction of the reactor thermal power. Energy analyzes were carried out in the proposed cycles and it was found that the cycles can achieve energy efficiencies between 44% and 46% in the case of cycles exceeding the nominal power of the former nuclear power plant, and energy efficiencies around 39% in the case of cycles with power limited to that of the old nuclear power plant. It was also possible to qualitatively evaluate the configurations that would require minor modifications at the nuclear power plant. An economic analysis was carried out to estimate the cost of generating electricity from the proposed cycles, obtaining 69.5 US$/MWh, which was lower than the cost of a new natural gas plant (80.8 US$/MWh) and a new nuclear power plant (110.9 US$/MWh). However, the repowering cycles had a higher energy cost than the possibility of extending the life of nuclear power plants through investments in equipment exchanges and maintenance programs (36.2 US$/MWh, LTO - Long Term Operation).

Como parte de um projeto de pesquisa e desenvolvimento (P&D) mais amplo, que está sendo desenvolvido pela Escola de Engenharia de São Carlos - USP e Companhia Paulista de Força Luz (CPFL), com previsão de conclusão para 2010, este trabalho tem por objetivo apresentar os principais procedimentos para a realização da repotenciação de linhas de subtransmissão de 34,5 KV para 69 KV. Para atingir esse objetivo, é realizada inicialmente uma apreciação do estágio atual dos estudos sobre o tema, abordando inclusive outros métodos além daquele que será objeto específico desse estudo. Em seguida, discutem-se tópicos relevantes dos métodos apresentados de forma que, esse estudo, além de cumprir o já mencionado objetivo específico de apresentar soluções para aumentar a capacidade de transmissão de uma determinada linha, mantendo a sua faixa de servidão, indicará parâmetros válidos para a realização de outros projetos da mesma natureza. Sequencialmente são apresentadas as etapas desenvolvidas para a operacionalização da repotenciação de uma linha, a começar pela escolha da mais adequada, a seleção do método a ser utilizado, levando-se em consideração tanto a alteração do limite térmico da linha quanto à elevação de sua tensão operativa e os aspectos ambientais que envolvem a repotenciação. Finalmente, fazendo uso dos softwares ATP, através da interface gráfica ATPDraw (empregado para as XIV simulações de transitórios eletromagnéticos) e do Flux®, para as simulações dos campos elétricos em torno dos isoladores, realizou-se um conjunto de simulações computacionais pertinentes para um bom conhecimento do funcionamento da linha de subtransmissão a ser repotenciada na classe de interesse. Todas as etapas e as conclusões preliminares sobre o assunto delineado serão apresentadas neste documento. / As part of a wider research and development project, which is being developed between Escola de Engenharia de São Paulo USP and Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL), scheduled to be finished in 2010, this work aims to present the main procedures to perform a repowering on subtransmission lines from 34.5 KV to 69 KV. To achieve this purpose, an assessment of the current studies about the subject is carried out, including an approach of other methods besides the one which is going to be the specific object of this study. After this, relevant points about the main methods are discussed in such a way that this study, in addition to serve its specific purpose, that is to present solutions in order to increase the transmission capacity of a determined line, keeping its right-of-way, can also point out valuable parameters which can be used to develop other projects of similar nature. Sequentially, the steps followed to operationalize the line repowering are presented, starting with the choice of the most suitable line, the selection of the method to be used, and taking into consideration both the change in the line thermal limit and the elevation on its operating voltage and also the environmental aspects involving repowering. At last, making use of ATP software throughout ATPDraw graphical interface (which is used to simulate electromagnetic transients) and Flux®, that simulates electrical fields around insulators, it is carried out a set of computational XVI simulations which are relevant to a good knowledge of the line subtransmission running. All the steps and preliminary conclusions about the subject are going to be outlined on this document.

Este trabalho visa apresentar uma análise metodológica para viabilizar a realização da repotenciação, elevando a classe de tensão de linhas de distribuição de 34,5 kV para a classe de subtransmissão de 69 kV. Foi realizado um levantamento de casos de repotenciação de linhas de transmissão, inclusive para a alternativa de elevação da tensão de operação da linha. Foram analisados modelos matemáticos apropriados para a representação da linha frente a transitórios eletromagnéticos como curtos-circuitos e descargas atmosféricas e ainda, um estudo sobre o procedimento a ser realizado dispondo-se de um software baseado na teoria de elementos finitos para a verificação do nível básico de isolamento das estruturas pertencentes à linha. Assim, a linha piloto foi representada no software ATP, utilizando-se a interface ATPDraw, e foi submetida a diversos transitórios eletromagnéticos. A partir dos valores de tensão observados nesses distúrbios, iniciaram-se novas simulações computacionais por meio do software FLUX®, que é baseado na teoria dos elementos finitos, para avaliar o comportamento do campo elétrico nas diferentes estruturas da linha, considerando a cruzeta de madeira e os isoladores cerâmicos. Dessa forma, esse estudo, avalia as simulações computacionais realizadas e aponta quais as estruturas da linha estão aptas a operar na classe de tensão de 69 kV, ou ainda, quais alterações permitirão que estruturas menos seguras possam operar neste novo nível de tensão. Todas as etapas e as conclusões finais sobre o assunto delineado são apresentadas neste documento. / This work presents a methodological analysis to make repowering distribution line possible, raising the voltage level from 34.5 kV to 69 kV (sub transmission level). A literature review of transmission line upgrading was accomplished, including the alternative of raising the line operating voltage. Proper mathematical models were analyzed for the line representation facing electromagnetic transients such as short circuits and lightning. In addition, a software based on finite elements theory for the verification of the basic insulation level of the structures (poles and crossarms) belonging to the line was utilized. Thus, a pilot line was modeled in the ATP software, using the ATPDraw interface, and it was subjected to various electromagnetic transients. From the voltage values observed in these disturbances, new computer simulations were carried out using FLUX®, a finite elements theory based software capable of evaluating the electrical field behavior in different structures of the line, considering wooden crossarms and ceramic insulators. In this context, the present study analyze the computer simulations and points out which line structures are able to operate in the 69 kV voltage level, or even indicates which alterations will enable the less secure structures to operate in this new voltage level. All the stages and final conclusions about the outlined subject are presented in this document.

Como parte de um projeto de pesquisa e desenvolvimento (P&D) mais amplo, que está sendo desenvolvido pela Escola de Engenharia de São Carlos - USP e Companhia Paulista de Força Luz (CPFL), com previsão de conclusão para 2010, este trabalho tem por objetivo apresentar os principais procedimentos para a realização da repotenciação de linhas de subtransmissão de 34,5 KV para 69 KV. Para atingir esse objetivo, é realizada inicialmente uma apreciação do estágio atual dos estudos sobre o tema, abordando inclusive outros métodos além daquele que será objeto específico desse estudo. Em seguida, discutem-se tópicos relevantes dos métodos apresentados de forma que, esse estudo, além de cumprir o já mencionado objetivo específico de apresentar soluções para aumentar a capacidade de transmissão de uma determinada linha, mantendo a sua faixa de servidão, indicará parâmetros válidos para a realização de outros projetos da mesma natureza. Sequencialmente são apresentadas as etapas desenvolvidas para a operacionalização da repotenciação de uma linha, a começar pela escolha da mais adequada, a seleção do método a ser utilizado, levando-se em consideração tanto a alteração do limite térmico da linha quanto à elevação de sua tensão operativa e os aspectos ambientais que envolvem a repotenciação. Finalmente, fazendo uso dos softwares ATP, através da interface gráfica ATPDraw (empregado para as XIV simulações de transitórios eletromagnéticos) e do Flux®, para as simulações dos campos elétricos em torno dos isoladores, realizou-se um conjunto de simulações computacionais pertinentes para um bom conhecimento do funcionamento da linha de subtransmissão a ser repotenciada na classe de interesse. Todas as etapas e as conclusões preliminares sobre o assunto delineado serão apresentadas neste documento. / As part of a wider research and development project, which is being developed between Escola de Engenharia de São Paulo USP and Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL), scheduled to be finished in 2010, this work aims to present the main procedures to perform a repowering on subtransmission lines from 34.5 KV to 69 KV. To achieve this purpose, an assessment of the current studies about the subject is carried out, including an approach of other methods besides the one which is going to be the specific object of this study. After this, relevant points about the main methods are discussed in such a way that this study, in addition to serve its specific purpose, that is to present solutions in order to increase the transmission capacity of a determined line, keeping its right-of-way, can also point out valuable parameters which can be used to develop other projects of similar nature. Sequentially, the steps followed to operationalize the line repowering are presented, starting with the choice of the most suitable line, the selection of the method to be used, and taking into consideration both the change in the line thermal limit and the elevation on its operating voltage and also the environmental aspects involving repowering. At last, making use of ATP software throughout ATPDraw graphical interface (which is used to simulate electromagnetic transients) and Flux®, that simulates electrical fields around insulators, it is carried out a set of computational XVI simulations which are relevant to a good knowledge of the line subtransmission running. All the steps and preliminary conclusions about the subject are going to be outlined on this document.

Este trabalho visa apresentar uma análise metodológica para viabilizar a realização da repotenciação, elevando a classe de tensão de linhas de distribuição de 34,5 kV para a classe de subtransmissão de 69 kV. Foi realizado um levantamento de casos de repotenciação de linhas de transmissão, inclusive para a alternativa de elevação da tensão de operação da linha. Foram analisados modelos matemáticos apropriados para a representação da linha frente a transitórios eletromagnéticos como curtos-circuitos e descargas atmosféricas e ainda, um estudo sobre o procedimento a ser realizado dispondo-se de um software baseado na teoria de elementos finitos para a verificação do nível básico de isolamento das estruturas pertencentes à linha. Assim, a linha piloto foi representada no software ATP, utilizando-se a interface ATPDraw, e foi submetida a diversos transitórios eletromagnéticos. A partir dos valores de tensão observados nesses distúrbios, iniciaram-se novas simulações computacionais por meio do software FLUX®, que é baseado na teoria dos elementos finitos, para avaliar o comportamento do campo elétrico nas diferentes estruturas da linha, considerando a cruzeta de madeira e os isoladores cerâmicos. Dessa forma, esse estudo, avalia as simulações computacionais realizadas e aponta quais as estruturas da linha estão aptas a operar na classe de tensão de 69 kV, ou ainda, quais alterações permitirão que estruturas menos seguras possam operar neste novo nível de tensão. Todas as etapas e as conclusões finais sobre o assunto delineado são apresentadas neste documento. / This work presents a methodological analysis to make repowering distribution line possible, raising the voltage level from 34.5 kV to 69 kV (sub transmission level). A literature review of transmission line upgrading was accomplished, including the alternative of raising the line operating voltage. Proper mathematical models were analyzed for the line representation facing electromagnetic transients such as short circuits and lightning. In addition, a software based on finite elements theory for the verification of the basic insulation level of the structures (poles and crossarms) belonging to the line was utilized. Thus, a pilot line was modeled in the ATP software, using the ATPDraw interface, and it was subjected to various electromagnetic transients. From the voltage values observed in these disturbances, new computer simulations were carried out using FLUX®, a finite elements theory based software capable of evaluating the electrical field behavior in different structures of the line, considering wooden crossarms and ceramic insulators. In this context, the present study analyze the computer simulations and points out which line structures are able to operate in the 69 kV voltage level, or even indicates which alterations will enable the less secure structures to operate in this new voltage level. All the stages and final conclusions about the outlined subject are presented in this document.