Atualmente, a intensidade de campo elétrico, campo magnético e campo eletromagnético é um fator determinante não só para a implantação de novas instalações, mas também, para as instalações existentes no sistema elétrico. Apesar de não existir nenhum estudo conclusivo que comprove a evidência direta entre a exposição a estes campos e os efeitos nocivos na saúde das pessoas, muitos países, inclusive o Brasil, definiram em suas legislações limites básicos à exposição de campos elétrico e magnético provenientes dos sistemas elétricos. Este trabalho tem como objetivo contribuir para análise de campo magnético de linhas subterrâneas de alta tensão existentes ou linhas em fase inicial de projeto, visando atender os limites de exposição vigentes na legislação local. Nele é apresentada a metodologia de cálculo de campo magnético baseada na Lei de Biot-Savart e no princípio da superposição. Estudos analíticos para verificação da influência dos parâmetros de instalação e elétricos de linhas sobre o campo magnético são apresentados para linhas subterrâneas de alta tensão compostas por um e dois circuitos com diferentes tipos de instalação e aterramentos. Comparações entre valores analíticos e valores de medições de campo magnético de linhas subterrâneas de alta tensão existentes em operação também são abordadas neste trabalho. As principais técnicas de mitigação de campo magnético utilizadas em linhas subterrâneas de alta tensão, tais como técnicas de compensação envolvendo laços de cabos e técnicas de blindagens com materiais metálicos externos aos cabos, também são apresentadas. Devido ao campo elétrico externo ao cabo isolado ser praticamente zero, assuntos referentes a este campo não são abordados neste trabalho. Por simplicidade, campo magnético refere-se à densidade de fluxo magnético neste documento. / Nowadays, the intensity of electric field, magnetic field and electromagnetic field is a determining factor, not only for implantation of new installations, but also for existing installations in the power system. Although no exist conclusive study that proves the direct evidence between exposure to these fields and adverse effects on human health, many countries, including Brazil, have defined in their laws basic limits for exposure to electric and magnetic fields produced by the electric system. This work aims to contribute to analysis of magnetic field for both existing high voltage underground lines and lines in initial stage of project, aiming the actual exposure limits of the local legislation. In it, is shown the magnetic field calculation methodology based on the Biot-Savart\'s law and the superposition principle. Analytical studies to verify the influence of installation and electrical parameters of lines on the magnetic field are presented for high voltage underground lines consist of one and two circuits with different types of installation and earthing. Comparisons between analytical and measurement values of magnetic field of existing high voltage underground lines in operation are also addressed in this work. The main mitigation techniques of magnetic field used in high voltage underground lines, such as compensation techniques by loop of cables and shielding by metallic materials, are also presented. Due the electric field outside the insulated cable be practically zero, issues related to the electric field are not addressed in this work. For simplicity, the magnetic field refers to the magnetic flux density in this document.

Este trabalho é um conjunto de conhecimentos sistematizado, alguns já disponíveis através da engenharia e/ou da tecnologia, e outros desenvolvidos durante este trabalho para solução de problemas que freqüentemente se apresentam na modalidade de instalação de linhas de transmissão subterrânea enterradas diretamente no solo. Nas linhas de transmissão diretamente enterrada, a corrente máxima circulante nos condutores depende do salto térmico entre o condutor e a temperatura máxima do solo em um ponto remoto onde os cabos estão instalados. Duas variáveis além da corrente teem um papel de extrema relevância: A resistência elétrica do condutor e blindagens que define as perdas joules geradas pelos condutores e capas metálicas, respectivamente e a resistência térmica externa do solo circunstante ao cabo enterrado. A parte devido às perdas joules já foi exaustivamente estudada e sistematização atual é suficiente para a solução da maioria dos problemas de engenharia, mas a parte do conhecimento da resistência térmica externa tem ainda muitos pontos que ainda não foram totalmente esclarecidos: sejam na modelagem, sejam nos materiais sejam no controle da fenomenologia. O escopo deste trabalho é dar uma contribuição no papel da resistência térmica externa aos cabos enterrados através de uma engenharia simultânea (Elétrica, Mecânica e Civil) assistida por tecnologia de desenvolvimento de materiais (Backfill). / The present work is a set of systematized knowledge, some of them available in the engineering and technological literature and others developed during this work to solve problems which presents in direct buried cables modalities. In direct buried transmission lines the current carrying in the conductors depends on the temperature rise of the conductor in respect of the temperature of remote soil. Two variables beyond the electrical current on the conductor play a paramount role: The electrical resistance of the conductor and sheaths which define the Joules losses upon the conductor and sheath and the thermal resistance between cable and soil. The role of Joule losses has been sufficiently studied providing solutions for large class of engineering problems, but the available knowledge regarding external thermal resistivity has several points under considerations yet: Even in modeling, materials and phenomenology control. The scope of this work is to present a short contribution on the role of external thermal resistance between cables and soil through the simultaneous frame work (Electrical, Mechanical and Civil engineering) and Technological development of materials (Backfill).

Este trabalho é um conjunto de conhecimentos sistematizado, alguns já disponíveis através da engenharia e/ou da tecnologia, e outros desenvolvidos durante este trabalho para solução de problemas que freqüentemente se apresentam na modalidade de instalação de linhas de transmissão subterrânea enterradas diretamente no solo. Nas linhas de transmissão diretamente enterrada, a corrente máxima circulante nos condutores depende do salto térmico entre o condutor e a temperatura máxima do solo em um ponto remoto onde os cabos estão instalados. Duas variáveis além da corrente teem um papel de extrema relevância: A resistência elétrica do condutor e blindagens que define as perdas joules geradas pelos condutores e capas metálicas, respectivamente e a resistência térmica externa do solo circunstante ao cabo enterrado. A parte devido às perdas joules já foi exaustivamente estudada e sistematização atual é suficiente para a solução da maioria dos problemas de engenharia, mas a parte do conhecimento da resistência térmica externa tem ainda muitos pontos que ainda não foram totalmente esclarecidos: sejam na modelagem, sejam nos materiais sejam no controle da fenomenologia. O escopo deste trabalho é dar uma contribuição no papel da resistência térmica externa aos cabos enterrados através de uma engenharia simultânea (Elétrica, Mecânica e Civil) assistida por tecnologia de desenvolvimento de materiais (Backfill). / The present work is a set of systematized knowledge, some of them available in the engineering and technological literature and others developed during this work to solve problems which presents in direct buried cables modalities. In direct buried transmission lines the current carrying in the conductors depends on the temperature rise of the conductor in respect of the temperature of remote soil. Two variables beyond the electrical current on the conductor play a paramount role: The electrical resistance of the conductor and sheaths which define the Joules losses upon the conductor and sheath and the thermal resistance between cable and soil. The role of Joule losses has been sufficiently studied providing solutions for large class of engineering problems, but the available knowledge regarding external thermal resistivity has several points under considerations yet: Even in modeling, materials and phenomenology control. The scope of this work is to present a short contribution on the role of external thermal resistance between cables and soil through the simultaneous frame work (Electrical, Mechanical and Civil engineering) and Technological development of materials (Backfill).

Atualmente, a intensidade de campo elétrico, campo magnético e campo eletromagnético é um fator determinante não só para a implantação de novas instalações, mas também, para as instalações existentes no sistema elétrico. Apesar de não existir nenhum estudo conclusivo que comprove a evidência direta entre a exposição a estes campos e os efeitos nocivos na saúde das pessoas, muitos países, inclusive o Brasil, definiram em suas legislações limites básicos à exposição de campos elétrico e magnético provenientes dos sistemas elétricos. Este trabalho tem como objetivo contribuir para análise de campo magnético de linhas subterrâneas de alta tensão existentes ou linhas em fase inicial de projeto, visando atender os limites de exposição vigentes na legislação local. Nele é apresentada a metodologia de cálculo de campo magnético baseada na Lei de Biot-Savart e no princípio da superposição. Estudos analíticos para verificação da influência dos parâmetros de instalação e elétricos de linhas sobre o campo magnético são apresentados para linhas subterrâneas de alta tensão compostas por um e dois circuitos com diferentes tipos de instalação e aterramentos. Comparações entre valores analíticos e valores de medições de campo magnético de linhas subterrâneas de alta tensão existentes em operação também são abordadas neste trabalho. As principais técnicas de mitigação de campo magnético utilizadas em linhas subterrâneas de alta tensão, tais como técnicas de compensação envolvendo laços de cabos e técnicas de blindagens com materiais metálicos externos aos cabos, também são apresentadas. Devido ao campo elétrico externo ao cabo isolado ser praticamente zero, assuntos referentes a este campo não são abordados neste trabalho. Por simplicidade, campo magnético refere-se à densidade de fluxo magnético neste documento. / Nowadays, the intensity of electric field, magnetic field and electromagnetic field is a determining factor, not only for implantation of new installations, but also for existing installations in the power system. Although no exist conclusive study that proves the direct evidence between exposure to these fields and adverse effects on human health, many countries, including Brazil, have defined in their laws basic limits for exposure to electric and magnetic fields produced by the electric system. This work aims to contribute to analysis of magnetic field for both existing high voltage underground lines and lines in initial stage of project, aiming the actual exposure limits of the local legislation. In it, is shown the magnetic field calculation methodology based on the Biot-Savart\'s law and the superposition principle. Analytical studies to verify the influence of installation and electrical parameters of lines on the magnetic field are presented for high voltage underground lines consist of one and two circuits with different types of installation and earthing. Comparisons between analytical and measurement values of magnetic field of existing high voltage underground lines in operation are also addressed in this work. The main mitigation techniques of magnetic field used in high voltage underground lines, such as compensation techniques by loop of cables and shielding by metallic materials, are also presented. Due the electric field outside the insulated cable be practically zero, issues related to the electric field are not addressed in this work. For simplicity, the magnetic field refers to the magnetic flux density in this document.

Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-18T01:45:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Villar_FernandaSpada_M.pdf: 4737992 bytes, checksum: 3ce0cbb4f82fc2a7fd54013a9d3724f1 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho a propagação de transitórios de tensão dentro de uma rede coletora de parques eólicos marítimos foi estudada. Foram analisados especificamente os transitórios de tensão originados durante a energização do parque eólico, e foi modelado o efeito dos múltiplos pontos de reflexão na composição da forma de onda da sobretensão transitória. O momento de energização desperta interesse pois todos os transformadores localizados nos topos das torres, por estarem descarregados, se comportam como um ponto de circuito aberto, refletindo de volta para a rede 100% de qualquer onda de tensão viajante que incide sobre ele. As configurações de rede coletora escolhidas foram as comumente utilizadas em Parques Eólicos Marítimos atualmente pela Europa. Ainda, uma topologia alternativa que emprega a rede de cabos em estrela foi estudada. Para validação dos estudos analíticos e da modelagem desenvolvida foi utilizado o software PSCAD. A análise numérica dos coeficientes de reflexão e refração nos nós da rede coletora e de seu efeito na propagação dos transientes em questão mostrou que o efeito atenuador resultante de refrações consecutivas dentro da rede, no caso do coeficiente de refração menor que 1, tem grande importância, chegando a anular o efeito amplificador da interferência construtiva, decorrente da existência de múltiplos pontos de reflexão / Abstract: In this dissertation, the propagation of voltage transients inside a collection grid of Offshore Wind Parks (composed by cables) is studied. Mainly the transients generated during the WP energizing are analyzed, and the effect of the multiple reflection points in the composition of the overvoltage is modeled. The energizing moment is a special case to study because all the transformers at the towers top, being unloaded, behave like an open circuit and reflect 100% of the incident voltage travelling waves back to the grid. The grid configurations chosen are the commonly used in modern Offshore Wind Parks in Europe. Also an alternative layout, that uses the cables in a star grid, is studied. In order to validate the theory developed, simulations were made using the software PSCAD. The numerical analysis of the reflection and refraction coefficients in every node of the collection grid and its effect in the voltage transient's propagation showed that the attenuation effect, as a result of the consecutive refractions inside the grid in the cases where the refraction coefficient is smaller than 1, is important enough to cancel the amplification effect of the constructive interference, that happens due to the multiple reflection points. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Analisa as perdas técnicas por aquecimento e das condições das instalações elétricas residenciais na cidade de São Paulo. Aborda o aspecto das perdas técnicas das próprias instalações elétricas internas aos domicílios com seus fenômenos físicos e seus reflexos sobre os aspectos de segurança envolvidos, os impactos econômicos decorrentes da contabilização monetária das perdas. Apoia-se em estudos de características de instalações elétricas residenciais existentes, de tabalhos relativos às perdas técnicas de energia elétrica em instalações residenciais e de testes em laboratório de elementos constituintes das instalações para elaboração de análises de viabilidade econômica e de compreensão de interesses envolvidos com setores específicos de projeto, de instalação e de certificação de instalações elétricas residenciais. São, também, mostrados os resultados iniciais de ensaios em linhas elétricas pré-fabricadas nos laboratórios da Seção Técnica de Altas Correntes do IEE-USP. / This work analyses heat losses and household electrical installations conditions in the city of São Paulo. Deals the internal building heat losses with its inherent phenomena and its reflex on safety and, also, evaluates economical impacts due to of monetary accounting of the losses. Based on existent electrical installations characteristics and losses studies and laboratory tests, to carry out analyses on the interests on economical investment and trends on specifics design, installation and accreditation services. Also, are shown primary data obtained for tests carried out on bus bar trunking system at the IEE-USP High Current Laboratories.

Analisa as perdas técnicas por aquecimento e das condições das instalações elétricas residenciais na cidade de São Paulo. Aborda o aspecto das perdas técnicas das próprias instalações elétricas internas aos domicílios com seus fenômenos físicos e seus reflexos sobre os aspectos de segurança envolvidos, os impactos econômicos decorrentes da contabilização monetária das perdas. Apoia-se em estudos de características de instalações elétricas residenciais existentes, de tabalhos relativos às perdas técnicas de energia elétrica em instalações residenciais e de testes em laboratório de elementos constituintes das instalações para elaboração de análises de viabilidade econômica e de compreensão de interesses envolvidos com setores específicos de projeto, de instalação e de certificação de instalações elétricas residenciais. São, também, mostrados os resultados iniciais de ensaios em linhas elétricas pré-fabricadas nos laboratórios da Seção Técnica de Altas Correntes do IEE-USP. / This work analyses heat losses and household electrical installations conditions in the city of São Paulo. Deals the internal building heat losses with its inherent phenomena and its reflex on safety and, also, evaluates economical impacts due to of monetary accounting of the losses. Based on existent electrical installations characteristics and losses studies and laboratory tests, to carry out analyses on the interests on economical investment and trends on specifics design, installation and accreditation services. Also, are shown primary data obtained for tests carried out on bus bar trunking system at the IEE-USP High Current Laboratories.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Distinct matters related to power quality challenges represent areas of growing interest for the electric engineering community. By considering the subject of power supply with quality and reliability, the continuity of the supply appears as a very important task to be fulfilled. As a matter of fact, the occurrence of failures in components and installations, in special those related to the misoperation of power cables, emerges as a relevant point to be tackled. Within this context arises the insulation degradation due to the known water treeing phenomenon. This effect has been reported as a cause for precocious aging of insolated cables and subsequent impacts upon the dielectric material. Focusing this subject, this thesis aims at presenting a methodology for estimating the actual operational conditions of a given insolated cable by the loss current analysis. The technique here employed is based upon time domain representation and uses the Fourier decomposition for identification of the harmonic contribution of the currents involved from which the methodology provides means to establishing insulation state indicators so as to forecast information about the cable life expectance conditions. / As questões relacionadas com a qualidade de energia elétrica representam, efetivamente, desafios crescentes para o setor de engenharia elétrica. No que tange ao fornecimento de energia com qualidade e confiabilidade, um dos problemas consiste na descontinuidade não programada de suprimento devido à ocorrência de falhas em componentes diversos da instalação, particularmente aqueles relativos a defeitos na isolação nos cabos de potência, responsáveis por parcela significativa das paradas intempestivas de consumidores. Uma das principais causas da degradação da isolação de cabos de potência é o fenômeno conhecido por arborescência que provoca o envelhecimento precoce dos cabos elétricos, podendo ocasionar o rompimento do material dielétrico. Diversos estudos e métodos diagnósticos vêm sendo desenvolvidos para a detecção dessas arborescências objetivando informações sobre o nível de degradação da camada isolante, com vistas à manutenção preventiva e acompanhamento da sua vida útil, predizendo as condições operacionais da isolação dos cabos elétricos. É nesse contexto que se insere a presente tese, a qual está direcionada para o desenvolvimento de uma metodologia para identificação do estado operacional da camada isolante, com base na análise da corrente de fuga. A técnica de modelagem empregada fundamenta-se no domínio do tempo e utiliza a decomposição em séries de FOURIER para identificação da contribuição harmônica dos sinais envolvidos no estudo, a partir dos quais são determinados indicadores de estado que são utilizados para o estabelecimento de diagnósticos da severidade da degradação. / Doutor em Ciências

Nesta pesquisa foram realizados levantamentos geofísicos utilizando os métodos eletromagnético indutivo - EMI (equipamento EM38) e GPR - Ground Penetrating Radar, visando localizar redes de interferências, tais como, tubulações metálicas, cabos elétricos e conduítes de plástico instalados nas linhas 6 e 7 do Sítio Controlado de Geofísica Rasa do IAG/USP. Os dados EMI foram afetados pelo drift instrumental devido à variação de temperatura. A sua correção foi efetiva por meio do uso de uma função quadrática, realçando os alvos mais profundos. A aquisição em distância permitiu detectar alvos metálicos no subsolo com boa precisão e a aquisição em tempo permitiu fazer um mapeamento regional de alvos metálicos no subsolo. Os melhores resultados foram obtidos com a aquisição em distância, com os sensores posicionados a 10 cm de altura, devido às anomalias ficarem mais nítidas, onde a influência da condutividade do background foi reduzida. Os perfis GPR 2D obtidos com a antena de 400 MHz permitiram detectar os alvos até 1 m de profundidade e com a antena de 200 MHz foi possível detectar quase todos os alvos metálicos e não-metálicos instalados nas linhas estudas do SCGR. Para o GPR quase-3D, na forma de depth slices, foram importantes para estimar as dimensões dos alvos e melhorar a visualização dos resultados. Os resultados obtidos com os métodos EMI e GPR são complementares, sendo ambos recomendados no mapeamento de interferências no subsolo, tendo aplicações diretas nas áreas de planejamento urbano e infra-estrutura nos grandes centros urbanos. / This research was conducted geophysical surveys using inductive electromagnetic - IEM (EM38 equipment) and GPR - Ground Penetrating Radar methods, to locate network interference, such as metal pipes, electric cables and plastic conduit installed in lines 6 and 7 of test site of the IAG/USP (SCGR). IEM data were affected by instrumental drift due to temperature variation. The correction was effective through the use of a quadratic function, highlighting the deeper targets. The acquisition targets identified in the distance underground metal with good accuracy and acquisition time allowed to make a survey of regional targets metal underground. The best results were obtained with the acquisition in distance with the sensors placed at 10 cm in height, due to deficiencies become more clear, where the influence of the background conductivity was reduced. The 2D GPR profiles obtained with the antenna of 400 MHz to detect the target by 1 m depth and the antenna of 200 MHz was possible to detect almost all metal targets and non-metallic lines installed in the study SCGR. GPR to the quasi-3D in the form of depth slices, were important for estimating the size of the targets and improve the visualization of results. The results obtained with the IEM and GPR methods are complementary, and both are recommended in mapping interference underground, with direct applications in the areas of urban planning and infrastructure in urban centers.

Nesta pesquisa foram realizados levantamentos geofísicos utilizando os métodos eletromagnético indutivo - EMI (equipamento EM38) e GPR - Ground Penetrating Radar, visando localizar redes de interferências, tais como, tubulações metálicas, cabos elétricos e conduítes de plástico instalados nas linhas 6 e 7 do Sítio Controlado de Geofísica Rasa do IAG/USP. Os dados EMI foram afetados pelo drift instrumental devido à variação de temperatura. A sua correção foi efetiva por meio do uso de uma função quadrática, realçando os alvos mais profundos. A aquisição em distância permitiu detectar alvos metálicos no subsolo com boa precisão e a aquisição em tempo permitiu fazer um mapeamento regional de alvos metálicos no subsolo. Os melhores resultados foram obtidos com a aquisição em distância, com os sensores posicionados a 10 cm de altura, devido às anomalias ficarem mais nítidas, onde a influência da condutividade do background foi reduzida. Os perfis GPR 2D obtidos com a antena de 400 MHz permitiram detectar os alvos até 1 m de profundidade e com a antena de 200 MHz foi possível detectar quase todos os alvos metálicos e não-metálicos instalados nas linhas estudas do SCGR. Para o GPR quase-3D, na forma de depth slices, foram importantes para estimar as dimensões dos alvos e melhorar a visualização dos resultados. Os resultados obtidos com os métodos EMI e GPR são complementares, sendo ambos recomendados no mapeamento de interferências no subsolo, tendo aplicações diretas nas áreas de planejamento urbano e infra-estrutura nos grandes centros urbanos. / This research was conducted geophysical surveys using inductive electromagnetic - IEM (EM38 equipment) and GPR - Ground Penetrating Radar methods, to locate network interference, such as metal pipes, electric cables and plastic conduit installed in lines 6 and 7 of test site of the IAG/USP (SCGR). IEM data were affected by instrumental drift due to temperature variation. The correction was effective through the use of a quadratic function, highlighting the deeper targets. The acquisition targets identified in the distance underground metal with good accuracy and acquisition time allowed to make a survey of regional targets metal underground. The best results were obtained with the acquisition in distance with the sensors placed at 10 cm in height, due to deficiencies become more clear, where the influence of the background conductivity was reduced. The 2D GPR profiles obtained with the antenna of 400 MHz to detect the target by 1 m depth and the antenna of 200 MHz was possible to detect almost all metal targets and non-metallic lines installed in the study SCGR. GPR to the quasi-3D in the form of depth slices, were important for estimating the size of the targets and improve the visualization of results. The results obtained with the IEM and GPR methods are complementary, and both are recommended in mapping interference underground, with direct applications in the areas of urban planning and infrastructure in urban centers.