SANTOS, K. P. Gerador de impulsos de tensão usando um conversor boost em cascata para inspeção de sistemas de aterramento. 2014. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-04-27T12:15:09Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_kpsantos.pdf: 3381650 bytes, checksum: 04f67570baea97ca0cb1ae70db533de4 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-04-27T18:05:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_kpsantos.pdf: 3381650 bytes, checksum: 04f67570baea97ca0cb1ae70db533de4 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-27T18:05:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_kpsantos.pdf: 3381650 bytes, checksum: 04f67570baea97ca0cb1ae70db533de4 (MD5) Previous issue date: 2014-10-03 / This paper presents the study and development of a voltage impulse generator using a cascaded boost converter topology operating in Discontinuous Conduction Mode (DCM) which will be used for the inspection of grounding systems used by electric power companies. The output voltage of the converter is applied to the grounding system which behaves as a load. The signal applied to the ground was measured by the data acquisition system and analyzed by an intelligent algorithms software. The voltage has the characteristics of a double exponential waveform which is a mathematical model used for study of lightning. Furthermore, the impulse generator has the option to produce a square waveform output voltage. Unlike, the traditional impulse generator with spark gaps, which was disadvantages of poor lifetime and the need of external system to operating the same, the developed generator uses only semiconductor devices in its construction. A theoretical study was carried out through qualitative and quantitative analyzes moreover, the switching process and the losses in the converter components were studied. In this work was performed the design of a cascaded boost converter for evaluating grounding systems with approximated 156 W, input voltage of 110 Vac rms and an output peak voltage of approximately 880 VDC, which correspond to the sum each voltage capacitor of the boost converter, when they are connected in series. A prototype with the indicated specifications was implemented and experimentally tested in the laboratory and real conditions using four grounding systems configurations. Tests were performed considering that the grounding impedance is resistive. The obtained experimental and simulation results are used to validate the theoretical analysis and the designed converter / Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um gerador de impulsos de tensão usando a topologia de um conversor boost em cascata operando em Modo de Condução Descontínua (MCD) que será utilizado para inspeção de sistemas de aterramentos usados pelas concessionárias de energia elétrica. A tensão obtida na saída do conversor é aplicada ao sistema de aterramento que se comporta como uma carga. O sinal aplicado ao aterramento é medido pelo sistema de aquisição de dados e analisado pelo software por algoritmos inteligentes. A tensão aplicada tem as características de uma onda tipo dupla exponencial que é um modelo matemático para estudo de descargas atmosféricas. Além disso, o gerador poderá gerar tensões com características de uma onda quadrada. O gerador de impulsos desenvolvido utiliza apenas dispositivos semicondutores na sua construção que apresentam as vantagens de possuir uma longa vida útil, podem operar em altas frequências, são acionados com baixa tensão e possuem uma baixa queda de tensão ao contrário dos tradicionais geradores de impulsos que utilizam os spark gaps para chaveamento que apresentam como desvantagens a baixa vida útil e a necessidade de um sistema externo para funcionamento da mesma. Um estudo teórico foi realizado através das análises qualitativa e quantitativa, além das análises do processo de comutação e das perdas nos componentes do conversor. Neste trabalho foi realizado o projeto do conversor boost em cascata para inspeção de sistemas de aterramento com uma potência aproximada de 156 W, tensão de entrada eficaz de 110 Vca e tensão de pico de aproximadamente 880 Vcc que corresponde à soma da tensão dos capacitores do conversor boost quando estão dispostos em série. Um protótipo com as especificações indicadas foi construído e testado experimentalmente em laboratório e em campo utilizando quatro topologias de sistemas de aterramento. Foram realizados testes considerando que a impedância de aterramento era puramente resistiva. Os resultados de simulação e experimentais obtidos são utilizados para validar a análise teórica e o projeto realizado

Estudos sobre proteção contra os surtos chamados de transitórios rápidos, principalmente os que afetam os sistemas elétricos de potência, exigem que o comportamento dos sistemas de aterramento quando submetidos a esses eventos seja meticulosamente estimado. Isto se deve ao fato de o chamado comportamento dinâmico associado aos sistemas de aterramento, muitas vezes, produzir resultados diferentes do chamado comportamento estático. Em face disso é consenso que, para a realização de tais estudos, é necessário obter um modelo acurado seja do sistema de aterramento como um todo ou dos elementos que o compõe para conseguir uma boa representação nas simulações digitais. Durante as últimas duas décadas muitas tentativas vêem sendo feitas nessa direção. Essas tentativas são baseadas ora em modelos computacionais, os quais são resolvidos numericamente, ora sobre expressões analíticas para as distribuições de tensão e corrente sob simplificações ou condições iniciais especiais. Diversas soluções lidam com as equações de propagação, considerando os parâmetros dos componentes do sistema de aterramento dependentes da freqüência. Outro grupo de métodos baseia-se nos princípios do eletromagnetismo. Neste contexto, este trabalho propõe uma modelagem, usando um bipolo elétrico equivalente, para representar um sistema de aterramento em simulações digitais, por meio de programas baseados no SPICE - simulation program with integrated circuits emphasis. Diferente de modelos anteriores, que usaram o bipolo elétrico para simular apenas o comportamento dinâmico de determinadas partes de um sistema de aterramento, nesta modelagem utiliza-se apenas um bipolo elétrico para simular tanto o comportamento dinâmico quanto o estático. Essa modelagem foi desenvolvida ao longo de um estudo teórico-experimental realizado sobre o tema. / Fast transients protection studies, mainly with regard to electric power systems, require accurate estimation of grounding systems behavior under such phenomena. Therefore, the called dynamic behavior of grounding systems leads those studies, most of cases, to different results from the other called static behavior. For this reason, either the whole grounding system or each one of its components need to be accurately modeled to offer a good representation in digital simulations. Researchers have been made many attempts to this direction, during the last two decades. These attempts are based sometimes on computer models, which are solved numerically, sometimes on analytical expressions for voltage and current distributions under simplifications or special initial conditions. Several solutions deal with the propagation equations, considering the parameters frequency dependence of the grounding system elements. Another class of solution methods is based on the electromagnetism principles. Inserted in this context, the present work proposes a model to represent grounding systems as a whole in digital simulations carried out by computer programs based on SPICE - simulation program with integrated circuits emphasis. This task was performed by using only one experiment-based two-port electric circuit model. Unlike previous works, that explored the two-port electric circuit model to simulate only the dynamic behavior of grounding systems, this work shows the possibility to incorporate both dynamic and static behavior to the two-port electric circuit model. This procedure relies on a methodology developed from a theoretic-experimental study.

Estudos sobre proteção contra os surtos chamados de transitórios rápidos, principalmente os que afetam os sistemas elétricos de potência, exigem que o comportamento dos sistemas de aterramento quando submetidos a esses eventos seja meticulosamente estimado. Isto se deve ao fato de o chamado comportamento dinâmico associado aos sistemas de aterramento, muitas vezes, produzir resultados diferentes do chamado comportamento estático. Em face disso é consenso que, para a realização de tais estudos, é necessário obter um modelo acurado seja do sistema de aterramento como um todo ou dos elementos que o compõe para conseguir uma boa representação nas simulações digitais. Durante as últimas duas décadas muitas tentativas vêem sendo feitas nessa direção. Essas tentativas são baseadas ora em modelos computacionais, os quais são resolvidos numericamente, ora sobre expressões analíticas para as distribuições de tensão e corrente sob simplificações ou condições iniciais especiais. Diversas soluções lidam com as equações de propagação, considerando os parâmetros dos componentes do sistema de aterramento dependentes da freqüência. Outro grupo de métodos baseia-se nos princípios do eletromagnetismo. Neste contexto, este trabalho propõe uma modelagem, usando um bipolo elétrico equivalente, para representar um sistema de aterramento em simulações digitais, por meio de programas baseados no SPICE - simulation program with integrated circuits emphasis. Diferente de modelos anteriores, que usaram o bipolo elétrico para simular apenas o comportamento dinâmico de determinadas partes de um sistema de aterramento, nesta modelagem utiliza-se apenas um bipolo elétrico para simular tanto o comportamento dinâmico quanto o estático. Essa modelagem foi desenvolvida ao longo de um estudo teórico-experimental realizado sobre o tema. / Fast transients protection studies, mainly with regard to electric power systems, require accurate estimation of grounding systems behavior under such phenomena. Therefore, the called dynamic behavior of grounding systems leads those studies, most of cases, to different results from the other called static behavior. For this reason, either the whole grounding system or each one of its components need to be accurately modeled to offer a good representation in digital simulations. Researchers have been made many attempts to this direction, during the last two decades. These attempts are based sometimes on computer models, which are solved numerically, sometimes on analytical expressions for voltage and current distributions under simplifications or special initial conditions. Several solutions deal with the propagation equations, considering the parameters frequency dependence of the grounding system elements. Another class of solution methods is based on the electromagnetism principles. Inserted in this context, the present work proposes a model to represent grounding systems as a whole in digital simulations carried out by computer programs based on SPICE - simulation program with integrated circuits emphasis. This task was performed by using only one experiment-based two-port electric circuit model. Unlike previous works, that explored the two-port electric circuit model to simulate only the dynamic behavior of grounding systems, this work shows the possibility to incorporate both dynamic and static behavior to the two-port electric circuit model. This procedure relies on a methodology developed from a theoretic-experimental study.

Submitted by Felipe Vasconcellos (felipe.vasconcellos@ufba.br) on 2017-07-22T11:41:08Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FELIPE MENDES DE VASCONCELLOS.pdf: 2905482 bytes, checksum: 58b22675f48f126a124d6445ff5b32e2 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-07-26T13:31:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FELIPE MENDES DE VASCONCELLOS.pdf: 2905482 bytes, checksum: 58b22675f48f126a124d6445ff5b32e2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-26T13:31:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FELIPE MENDES DE VASCONCELLOS.pdf: 2905482 bytes, checksum: 58b22675f48f126a124d6445ff5b32e2 (MD5) / As descargas atmosféricas são responsáveis pelas principais solicitações dos sistemas de aterramento e pela maior parte dos desligamentos não programados das linhas de transmissão. O conhecimento aprofundado do comportamento eletromagnético transitório do aterramento sob essas condições tem importância vital na determinação de práticas eficazes de proteção de sistemas elétricos contra as descargas atmosféricas. Tal comportamento pode ser estimado por meio de simulações computacionais compostas por modelos matemáticos que representem de forma consistente a resposta física do aterramento. Este trabalho discorre sobre a modelagem de linhas de transmissão para análises e simulações no domínio do tempo de transitórios eletromagnéticos resultantes de descargas atmosféricas incidentes. São apreciados e apresentados os principais mecanismos associados à formação das descargas atmosféricas, os aspectos relevantes à incidência de descargas em linhas de transmissão e os seus mecanismos de propagação em relação ao ponto de incidência. Em seguida, são apresentados e analisados modelos da corrente de descarga atmosférica, torres de transmissão, linhas de transmissão e dos sistemas de aterramento disponíveis para uso no programa computacional Alternative Transients Program (ATP). A partir destes modelos, foram concebidas simulações computacionais que reproduzem o fenômeno eletromagnético em questão. A sua aplicação a configurações básicas de aterramento permitiu análises diversas. Nestas análises, avalia-se a eficiência dos sistemas de aterramento sob algumas condições, que incluem diferentes configurações, valores de resistividade do solo e onda de corrente injetada. A ferramenta desenvolvida pode auxiliar valorosamente no estudo, análise e projeto de sistemas de aterramento, especialmente quando é apreciado o desempenho e comportamento dos mesmos frente a descargas atmosféricas. Para todos os testes realizados, a resposta do modelo esteve de acordo com o comportamento esperado.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2016-12-16T12:38:56Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael da Silva Ferraz - 2016.pdf: 8992095 bytes, checksum: 11544acef63b20e945753d7b895bb5ae (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-12-16T16:57:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael da Silva Ferraz - 2016.pdf: 8992095 bytes, checksum: 11544acef63b20e945753d7b895bb5ae (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-16T16:57:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael da Silva Ferraz - 2016.pdf: 8992095 bytes, checksum: 11544acef63b20e945753d7b895bb5ae (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-11-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work presents the project and the implementation of a device that is capable of measuring the electrical effects, especially the impedance, in grounding meshes when subjected to atmospherical discharges. An analysis on the influence of the atmospheric discharges in electrical protection systems is performed and also a comparison between current and voltage impulsive circuits. The device is built of electronic circuits controlled by a microcontroller, with the possibility of parameter adjusting for shaping the generated impulse wave. The device was conceived such that it can be used for tests of soil impedance measurement and for verification of the behavior of electrical grounding systems under high frequencies. The results are presented for tests in different types of systems and there was satisfactory performance for the developed equipment when compared with a commercial device / Este trabalho apresenta o projeto e a implementação do dispositivo capaz de medir os efeitos elétricos, em especial, as impedâncias, em malha de aterramento, sujeito a descargas atmosféricas. Analisa-se as influências das descargas atmosféricas nos sistemas de proteção elétricos e desenvolve-se análise comparativa dos circuitos impulsivos de corrente e de tensão. Constrói-se o dispositivo que consiste de circuitos eletrônicos controlados por microcontrolador, com possibilidade de ajuste de parâmetros da onda gerada. O dispositivo produzido é utilizado para medição da impedância do solo e verificação do comportamento de sistemas de aterramento elétrico em baixas e altas frequências. São apresentados os resultados dos testes em diferentes tipos de sistemas, demonstrando o satisfatório desempenho quando comparado com instrumento comercial.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-03-28T12:22:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_SistemaAquisicaoDados.pdf: 3177228 bytes, checksum: 3408b379c597bb67d4cb3bf470a0812a (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-28T13:36:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_SistemaAquisicaoDados.pdf: 3177228 bytes, checksum: 3408b379c597bb67d4cb3bf470a0812a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-28T13:36:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_SistemaAquisicaoDados.pdf: 3177228 bytes, checksum: 3408b379c597bb67d4cb3bf470a0812a (MD5) Previous issue date: 2015-11-18 / O bom desempenho do sistema de aterramento de subestações e de usinas geradoras é uma condição essencial para que tais plantas possam operar dentro dos padrões de qualidade estabelecidos. Portanto, um sistema de monitoramento contínuo da malha de aterramento é uma ferramenta importante para auxiliar as equipes técnicas na identificação de falhas que afetem a operação dos Sistemas Elétricos de Potência. Alguns dos métodos tradicionais de medição nas malhas de aterramento necessitam do desligamento das instalações. No entanto, os contratos de concessão preveem penalidades por indisponibilidade da Geração e Transmissão, de modo que a adoção de procedimentos de avaliação constante do sistema de aterramento, sem o desligamento das instalações é essencial. Atendendo a essas especificações, esta Dissertação apresenta o desenvolvimento de um sistema embarcado de aquisição de sinais de tensão e corrente em pontos selecionados da malha de aterramento. Outro componente do sistema proposto é um software capaz de gerenciar a rede formada pelos diversos instrumentos de medição, organizar as informações coletadas em uma base de dados e produzir relatórios de acompanhamento das condições de operação da malha de aterramento. Um aspecto importante do sistema é a adoção da tecnologia de redes sem fio para comunicação entre um computador servidor e o conjunto de instrumentos de medição. Os resultados obtidos experimentalmente reforçam a contribuição do sistema desenvolvido e encorajam novos esforços de aperfeiçoamento. / The good performance of grounding system in substations and generating plants is an essential condition for their operation according with established quality standards. Therefore a continuous monitoring system for grounding grid is an important tool to aid technical teams to identify failed zones that depreciate the Power Systems operation. Some traditional measuring methods in grounding grids need the power system shutdown. However the concession contracts allow penalties for the unavailability of generation and transmission facilities. Therefore the constant adoption of grounding grid evaluation without the plant shutdown is important. Having these specifications as target this Dissertation presents an embedded system development for voltage and current measurement. Another proposed system component is the software to manage the measuring network and organize the collected information in a database to produce grounding system operation reports. An important aspect of the system is the adoption of wireless network technology to data transfer between each measuring instrument and a web server installed in the power plant operation center. The experimentally obtained results reinforce the system contribution and encourage new developments.