Neste trabalho são descritos e avaliados diferentes modelos de linhas aéreas de transmissão, considerando a variação dos parâmetros da linha com a frequência. Em geral os modelos apresentados são baseados no uso da matriz de admitâncias nodais, com algumas análises complementares empregando o método das características. São testados casos de circuito-aberto, curto-circuito, linha em carga e manobras com chaves. Os resultados de cálculo são comparados com as respostas simuladas nos programas ATP e PSCAD. Também são apresentadas as formulações para o cálculo de parâmetros da linha de transmissão, considerando o efeito pelicular e a resistividade do solo São avaliadas as respostas no domínio do tempo para diferentes modelos equivalentes de linha de transmissão, obtidos do modelo polo-resíduo com passividade da matriz de admitâncias nodais, sendo empregados: i) transformação do modelo racional para uma representação em espaço de estados, ii) construção de uma rede elétrica equivalente com resistências, indutores e capacitores e iii) representação por meio de um equivalente de Norton. Também é analisado o equivalente de Norton obtido dos modelos polo-resíduo com passividade de uma linha equivalente dobrada nas condições em curto-circuito e circuito-aberto. Foi analisada a solução de redes elétricas no domínio da frequência usando uma formulação nodal e sem a necessidade de ajustes intermediários da matriz de admitâncias nodais. As respostas de tensão e corrente são antitransformadas para o domínio do tempo por meio de diferentes formulações baseadas na transformada inversa de Fourier, levando em conta os métodos que mitigam erros de truncamento e discretização. As seguintes formulações foram avaliadas: i) transformada modificada de Fourier, ii) transformada inversa rápida de Fourier e iii) transformada inversa de Fourier com integração semianalítica. É também apresentado um modelo para linhas de transmissão em paralelo, baseado no domínio modal usando uma matriz de transformação constante, juntamente com a aplicação do método de ajuste Vector Fitting com o objetivo de modelar com precisão o efeito de acoplamento mútuo entre linhas. / In this work different overhead transmission lines models are described and evaluated, considering the frequency dependence of parameters. In general, the models are based on the nodal admittance matrix, with some complementary analysis using the method of characteristics. Cases of open-circuit, short-circuit, line connected to a load and switching maneuvers are tested. The calculation results are compared with the simulated responses obtained with the ATP and PSCAD. The formulations for the transmission line parameters are also presented, taking into account the skin effect and the ground return. The time-domain responses for different transmission line models are evaluated. These models are obtained from the passive pole-residue model of the nodal admittance matrix. The equivalent models are: i) state-space representation, ii) electrical network composed of resistors, inductors and capacitors, iii) the Norton\'s equivalent. In addition, an evaluation is performed for the Norton\'s equivalent obtained from the pole-residue models for the open-circuit and short-circuit conditions of a folded line equivalent. On the other hand, the network is solved completely in frequency-domain using a nodal formulation, without the fitting of the nodal admittance matrix. The voltage and current responses are transformed back to the time-domain by different formulations based on the inverse Fourier transform, taking into account methods to minimize errors by truncation and discretization. The formulations investigated are: i) modified Fourier transform, ii) fast Fourier transform, iii) inverse Fourier transform with semianalytic integration. The model for parallel transmission lines is also evaluated, based on modal domain using a constant transformation matrix and the application of the vector fitting method, with emphasis on accurate representation of mutual coupling effects.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2017-12-13T16:54:10Z No. of bitstreams: 1 CÉLIO ANÉSIO DA SILVA - TESE (PPGEE) 2014.pdf: 1651226 bytes, checksum: a70dc4864a551f419c02ff41303eaffc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-13T16:54:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CÉLIO ANÉSIO DA SILVA - TESE (PPGEE) 2014.pdf: 1651226 bytes, checksum: a70dc4864a551f419c02ff41303eaffc (MD5) Previous issue date: 2014-05-29 / Capes / Um novo método de obtenção de parâmetros de filtros digitais recursivos (FDR) é apresentado para reduzir o impacto da resposta transitória dos Transformadores de Potencial Capacitivos (TPC) sobre o desempenho dos sistemas de medição, proteção e controle. Assumindo uma topologia predefinida, os parâmetros dos filtros são obtidos a partir da resposta em frequência do TPC de interesse. Diferentemente das técnicas reportadas na literatura, o método se aplica com facilidade a TPC de diferentes classes de tensão e independe das características operacionais do sistema. Para tanto, faz-se necessário conhecer a resposta em frequência do TPC em questão, no espectro de frequência de interesse. A validação do método é realizada através de simulações digitais em tempo real via simulador RTDSTM (Real Time Digital Simulator). As análises são baseadas em dados de sistemas elétricos reais e no funcionamento dinâmico dos filtros através da estimação dos fasores das tensões e estudos de localização de falta. A partir dos resultados obtidos, verifica-se que a presença dos FDR reduz significativamente os erros de medição causados pelos TPC quando submetidos a condições transitórias. Portanto, os FDR surgem como uma forma simples e de baixo custo para melhorar o desempenho e a confiabilidade dos sistemas de medição, proteção e controle. / A new method for obtaining recursive digital filter (FDR) parameters is presented in order to reduce the impact of Coupling Capacitor Voltage Transformer (CCVT) transient response on the performance of the measurement, protection and control systems. Assuming a pre-defined topology, the filter parameters are obtained from the CCVT frequency response of interest. Unlike the techniques reported in the literature, the method applies easily to CCVT of different voltage classes and it does not depend on the operating characteristics of the system, therefore, it is necessary to know the frequency response of the CCVT on the frequency spectrum of interest. The method is validated is through digital simulation using the RTDSTM (Real Time Digital Simulator). The analyzes are based on data obtained from electrical systems in service and on the dynamic performance of the filters by estimating the phasors of voltages and fault location studies. It is shown that the presence of FDR significantly reduces measurement errors caused by CCVT when subjected to transient conditions, therefore, the FDR arises as a simple and low cost alternative to improve the performance and reliability of measurement systems, protection and control.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-03-09Bitstream added on 2014-06-13T19:08:07Z : No. of bitstreams: 1 yamanaka_fnr_me_ilha.pdf: 596127 bytes, checksum: 6456b9483b4e3ac56e9f1fded745845f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de um modelo de linha de transmissão bifásica diretamente no domínio do tempo, que leve em consideração o efeito da freqüência sobre seus parâmetros longitudinais, utilizando os conceitos de variáveis de estado. Os parâmetros longitudinais, variáveis em relação à freqüência, serão aproximados por funções racionais, cujos pólos e resíduos deverão ser determinados por meio do algoritmo vector fitting. Em seguida, as funções racionais que descrevem o comportamento dos parâmetros longitudinais serão associadas com um circuito elétrico equivalente, que será inserido em cada um dos circuitos π, constituindo uma grande quantidade de cascata de circuitos π. O modelo será utilizado para a realização de simulações de transitórios resultantes das operações de manobras e chaveamentos que ocorrem em uma linha bifásica com plano de simetria vertical. Os resultados serão comparados com os resultados obtidos com programas computacionais do tipo EMTP (cascata de circuitos π inserida no EMTP). Ao término do projeto teremos a nossa disposição um modelo de linha de transmissão que não necessita do uso de simuladores do tipo EMTP. / The objective of this work is to implement a computational model of two-phase transmission line in time domain taking into account its frequency dependent longitudinal parameters. The line is represented through a cascade of π circuits and the frequency dependence of the longitudinal parameters is approximated by a rational functions that can be associated with an equivalent circuit representation and this equivalent circuit is inserted in each π circuit. After that the cascade is described through state equations. Validating the model, a frequency dependent two-phase line is represented by a cascade of π circuits. The model will be use for typical switching transients in a two-phase transmission line with a vertical symmetrical plan. The simulations were carried out using state space techniques and an EMTP program (in this case, the cascade was inserted in the EMTP program). It is observed that the simulation results obtained with state space representation are in agreement with those results obtained with EMTP.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-07-27Bitstream added on 2014-06-13T19:26:19Z : No. of bitstreams: 1 wedy_gf_me_ilha.pdf: 790523 bytes, checksum: 8836dfe828e124530d6a988987704e3f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de um modelo de linha de transmissão bifásica diretamente no domínio do tempo, que leve em consideração o efeito corona e o efeito da freqüência sobre seus parâmetros longitudinais, utilizando os conceitos de variáveis de estado. Os parâmetros longitudinais de uma linha de transmissão dependentes da freqüência serão sintetizados por meio de funções racionais pelo método do Vector Fitting. Em seguida, as funções racionais que descrevem o comportamento dos parâmetros longitudinais serão associadas com um circuito elétrico equivalente, que será inserido em cada um dos circuitos . Para a validação do modelo desenvolvido levando em consideração o efeito da freqüência o mesmo foi comparado com o programa de estudo de transitórios eletromagnético Micotran do tipo EMTP. Utilizando o modelo matemático desenvolvido foi possível inserir através das equações de Gary e de Skilling-Umoto, o efeito corona nas simulações de transitórios eletromagnético. Ao termino do projeto, apresenta-se um modelo matemático de uma linha de transmissão que leva em conta o efeito da freqüência e o efeito corona. Tal modelo não necessita dos programas do tipo EMTP para simulação de transitórios em linhas de transmissão. / The objective of this work is to implement a computational model of two-phase transmission line directly in the time domain, which takes into account the corona effect and the effect of frequency on its longitudinal parameters, using the concepts of state variables. The longitudinal parameters of a frequency dependent transmission line are synthesized by rational functions using the Vector Fitting method. Then, the rational functions that describe the behavior of the longitudinal parameters will be associated with an equivalent electrical circuit, which is inserted in very circuit . Validating the model developed taking into account the effect of frequency, this model was compared to the Micotran program, a EMTP (Electromagnetic Transient Program) type program that is used for transient analyses in electrical networks. Through the developed mathematical model, it enter, through the equations of Gary and Skilling-Umoto, the corona effect in simulations of electromagnetic transients. At the end of the project, it is obtained a mathematical model of a transmission line that takes into account the effect of frequency and the corona effect. This model does not need the EMTP type programs for transient simulations in transmission lines.

This paper presents a proposed the modeling of power transformers for high-frequency electromagnetic transients. The application of this model allows the evaluation of the windings behavior against the voltage surges imposed by the electric power system. Besides the model, the required calculations to determine the concentrated and distributed parameters which define the representative circuit are detailed. The calculations were performed for a 25 MVA power transformer, using the data obtained from a technical audit between both client and manufacturer, known as design review. The representation of the equipment for the simulation is realized through a descriptive language, known as netlist. The impossibility of measuring the voltage along the power transformer windings subjected to voltage surges has motivated the development of the proposed model and computer simulation. Aiming to evaluate the potentialities of the developed model, the simulations for the power transformer were performed focusing on the determination of the lightning impulse transient voltage distribution along the windings and fully evaluating the obtained results. Alterations of the studied transformer s project were also addressed, considering the windings traditionally used by the manufacturers. A qualitative comparison between the responses of both power transformers is also presented. / Este trabalho apresenta uma proposta de modelagem de um transformador de potência para transitórios eletromagnéticos em altas frequências. O emprego deste modelo possibilita avaliar o comportamento dos enrolamentos frente aos surtos de tensão resultantes de transitórios no sistema elétrico de potência. Além do modelo, são detalhados os cálculos necessários para a determinação dos parâmetros distribuídos e concentrados que definirão o circuito representativo do modelo. Os cálculos foram realizados para um transformador de potência de 25 MVA, a partir dos dados obtidos de uma auditoria técnica entre cliente e fabricante, também conhecida como design review. A representação do modelo do equipamento para a simulação é realizada através de uma linguagem descritiva, netlist. A impossibilidade de medições de tensão ao longo dos enrolamentos do transformador, submetidos a surtos de tensão, motivaram o desenvolvimento do modelo proposto e a sua validação via simulação computacional. Com o objetivo de avaliar as potencialidades do modelo desenvolvido realizaram-se simulações enfatizando a determinação da distribuição das tensões transitórias de impulso atmosférico ao longo dos enrolamentos do transformador, sendo estes resultados avaliados detalhadamente. Também foram abordadas alterações no projeto do transformador estudado, considerando enrolamentos tradicionalmente utilizados pelos fabricantes. É apresentada uma comparação qualitativa entre a resposta do transformador projetado e os estudos de modificação de projeto.

<p>This thesis deals with the electromagnetic compatibility (EMC) problems of distributed electrical networks, especially that caused by lightning to electrified railway. Lightning transients were found to damage important devices that control train movements, causing traffic stoppage and delays. This thesis attempts to develop computational models for identification of parameters influencing the coupling phenomena between those devices and lightning. Some supporting experimental investigations are also carried out. This thesis forms the groundwork on the subject of lightning interaction with the electrified railway networks.</p><p>Lightning induces transient overvoltages in railway conductor systems such as tracks, overhead wires, and underground cables, either due to direct lightning strike to the system or due to the coupling of electromagnetic fields from remote strikes. Models based on multiconductor transmission line theory were developed for calculating the induced voltages and currents. A transmission line return stroke model, that can predict the remote electromagnetic fields comparable to experimental observations, is also developed. </p><p>Earlier works on modeling earth return impedances for transient studies in power distribution systems are not readily applicable for railways for lightning transients, in cases of low earth conductivities found in Sweden and for large variation in conductor heights. For the wires above ground, the ground impedance models were modified for wide range of frequencies, soil conductivities and wide spread of conductor heights. Influences of pole insulator flashovers, pole-footing soil ionizations and interconnections between the conductors on the lightning surge propagation are studied. Wave propagation in buried shielded and unshielded cables with ground return is studied. Simplified, valid and computationally efficient ground impedance expressions for buried and on-ground wires are proposed. A model for the coupling phenomena (transfer impedance) through multiple cable shields with multiconductor core is also proposed. Besides, experimental studies on lightning induced transients entering a railway technical house, failure modes of relay and rectifier units used in the train position/signaling applications for lightning transients are performed. A high frequency circuit model for the booster transformer for lightning interaction studies is developed. The simulation models are being converted to user-friendly software for the practicing engineers of the railway industry.</p>

This thesis deals with the electromagnetic compatibility (EMC) problems of distributed electrical networks, especially that caused by lightning to electrified railway. Lightning transients were found to damage important devices that control train movements, causing traffic stoppage and delays. This thesis attempts to develop computational models for identification of parameters influencing the coupling phenomena between those devices and lightning. Some supporting experimental investigations are also carried out. This thesis forms the groundwork on the subject of lightning interaction with the electrified railway networks. Lightning induces transient overvoltages in railway conductor systems such as tracks, overhead wires, and underground cables, either due to direct lightning strike to the system or due to the coupling of electromagnetic fields from remote strikes. Models based on multiconductor transmission line theory were developed for calculating the induced voltages and currents. A transmission line return stroke model, that can predict the remote electromagnetic fields comparable to experimental observations, is also developed. Earlier works on modeling earth return impedances for transient studies in power distribution systems are not readily applicable for railways for lightning transients, in cases of low earth conductivities found in Sweden and for large variation in conductor heights. For the wires above ground, the ground impedance models were modified for wide range of frequencies, soil conductivities and wide spread of conductor heights. Influences of pole insulator flashovers, pole-footing soil ionizations and interconnections between the conductors on the lightning surge propagation are studied. Wave propagation in buried shielded and unshielded cables with ground return is studied. Simplified, valid and computationally efficient ground impedance expressions for buried and on-ground wires are proposed. A model for the coupling phenomena (transfer impedance) through multiple cable shields with multiconductor core is also proposed. Besides, experimental studies on lightning induced transients entering a railway technical house, failure modes of relay and rectifier units used in the train position/signaling applications for lightning transients are performed. A high frequency circuit model for the booster transformer for lightning interaction studies is developed. The simulation models are being converted to user-friendly software for the practicing engineers of the railway industry.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-05-07T20:46:33Z No. of bitstreams: 1 WELLINSÍLVIO COSTA DOS SANTOS – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 10591682 bytes, checksum: 97299060f7fb8f9c7f837b25352da777 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-07T20:46:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WELLINSÍLVIO COSTA DOS SANTOS – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 10591682 bytes, checksum: 97299060f7fb8f9c7f837b25352da777 (MD5) Previous issue date: 2016-08-15 / Capes / Uma técnica baseada em análise de transitórios eletromagnéticos é proposta para identificar faltas de alta impedância (FAI) em redes de distribuição. O algoritmo dispensa conhecimento dos parâmetros dos alimentadores e faz uso da transformada wavelet discreta (TWD) para monitorizar fenômenos transitórios associados a distúrbios no sistema de distribuição. A metodologia proposta é avaliada através de simulações em um programa de transitórios eletromagnéticos (EMTP) em um sistema de 13,8 kV, que foi modelado a partir de dados de uma rede de distribuição brasileira real. Além de FAI, foram simulados outros tipos de distúrbios, tais como faltas de baixa impedância, chaveamentos de novas linhas e bancos de capacitores. Os resultados obtidos demonstraram que o método é capaz de detectar a perturbação logo após o seu início e distingui-la de outros distúrbios, além de proporcionar uma redução significativa da região de localização da FAI. / An electromagnetic transient analysis-based technique is proposed to identify high impedance faults (HIF) in distribution networks. The algorithm dispenses knowledge of the feeder parameters and makes use of discrete wavelet transform (TWD) to monitor transient phenomena associated with disturbances in the distribution system. The proposed methodology is evaluated through simulations in an electromagnetic transient program (EMTP) in a 13.8 kV system, which was modeled from actual Brazilian distribution network data. Besides HIF, other types of disturbances were simulated, such as low impedance fault, and switching of lines and capacitor banks. Obtained results have shown that the method is able to detect the disturbance soon after its inception and distinguish it from other disorders, as well as providing a significant reduction in the region of its location for maintenance crews.

Orientador: Sérgio Kurokawa / Resumo: Sabe-se que existe um modelo de linha bifásica a parâmetros discretos e constantes, desenvolvido diretamente no domínio do tempo. Porém, o fato de considerar os parâmetros longitudinais para uma frequência fixa, faz com que as respostas de corrente e de tensão apresentem um comportamento aproximado. Para melhorar a qualidade das formas de onda, deve-se levar em consideração o efeito da frequência sobre os parâmetros longitudinais. Nesta dissertação foi densenvolvido um modelo de linha de transmissão bifásica a parâmetros discretos, diretamente no domínio do tempo, que leva em consideração o efeito da frequência. A sintetização do mesmo, tanto para as fases quanto para o acoplamento magnético, é representada por meio de uma associação série e paralela de resistores e indutores, onde a quantidade de blocos RL deve ser a necessária para obter o melhor ajuste da resposta em frequência dos parâmetros longitudinais próprios e mútuos. No modelo proposto, as quedas de tensão nas fases produzidas pelo acoplamento magnético, foram calculadas por meio de uma extensão do modelo de Schulze. As equações de corrente e de tensão ao longo da cascata de circuitos π da linha bifásica foram escritas na forma de equação de estado. Tal equação é resolvida utilizando o método de Heun. No processo de validação do modelo proposto, o modelo clássico modal foi utilizado como modelo de referência, tanto para linhas bifásicas que possuem plano de simetria vertical quanto para linhas bifásicas que não pos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: It is know that exist a lumped and constant parameters two-phase line model, desenveloped directly in time domain. However, the fact to considerer the longitudinal parameters for a fixed frequency, it does what current and voltage responses present an approximated behavior. To improve the quality of the waveforms must be taked into consideration the frequency effect on the longitudinal parameters. In this dissertation was desenveloped a lumped parameters two-phase transmission line model, directly in time domain, that takes into consideration the frequency effect. The synthesis of the same, both for the phases and for the magnetic coupling, is represented by a series and parallel association of resistors and inductors, where the quantity of RL-blocks must be the necessary to obtain the best adjustment of the frequency response of the own and mutual longitudinal parameters. In the proposed model, the voltage drops in the phases produced by the magnetic coupling, were calculated by an extension of Schulze’s Model. Current and voltage equations along the cascade of π-circuits of the two-phase line were written in the form of state equation. Such equation is solutioned using Heun’s Method. In the validation process of the proposed model, the classical modal model was used as reference model, both for two-phase lines that possess vertical symmetry plane and for two-phase lines that do not possess vertical symmetry plane. / Mestre

Submitted by MIGUEL ANGEL ESPINOZA CRUZ null (maecuni2006i@gmail.com) on 2018-02-25T13:46:23Z No. of bitstreams: 1 Dissertação.pdf: 5516624 bytes, checksum: a926e8b18f63107cea2ad701b1023b13 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-02-26T13:14:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 espinozacruz_ma_me_ilha.pdf: 5516624 bytes, checksum: a926e8b18f63107cea2ad701b1023b13 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-26T13:14:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 espinozacruz_ma_me_ilha.pdf: 5516624 bytes, checksum: a926e8b18f63107cea2ad701b1023b13 (MD5) Previous issue date: 2018-02-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Sabe-se que existe um modelo de linha bifásica a parâmetros discretos e constantes, desenvolvido diretamente no domínio do tempo. Porém, o fato de considerar os parâmetros longitudinais para uma frequência fixa, faz com que as respostas de corrente e de tensão apresentem um comportamento aproximado. Para melhorar a qualidade das formas de onda, deve-se levar em consideração o efeito da frequência sobre os parâmetros longitudinais. Nesta dissertação foi densenvolvido um modelo de linha de transmissão bifásica a parâmetros discretos, diretamente no domínio do tempo, que leva em consideração o efeito da frequência. A sintetização do mesmo, tanto para as fases quanto para o acoplamento magnético, é representada por meio de uma associação série e paralela de resistores e indutores, onde a quantidade de blocos RL deve ser a necessária para obter o melhor ajuste da resposta em frequência dos parâmetros longitudinais próprios e mútuos. No modelo proposto, as quedas de tensão nas fases produzidas pelo acoplamento magnético, foram calculadas por meio de uma extensão do modelo de Schulze. As equações de corrente e de tensão ao longo da cascata de circuitos π da linha bifásica foram escritas na forma de equação de estado. Tal equação é resolvida utilizando o método de Heun. No processo de validação do modelo proposto, o modelo clássico modal foi utilizado como modelo de referência, tanto para linhas bifásicas que possuem plano de simetria vertical quanto para linhas bifásicas que não possuem plano de simetria vertical. / It is know that exist a lumped and constant parameters two-phase line model, desenveloped directly in time domain. However, the fact to considerer the longitudinal parameters for a fixed frequency, it does what current and voltage responses present an approximated behavior. To improve the quality of the waveforms must be taked into consideration the frequency effect on the longitudinal parameters. In this dissertation was desenveloped a lumped parameters two-phase transmission line model, directly in time domain, that takes into consideration the frequency effect. The synthesis of the same, both for the phases and for the magnetic coupling, is represented by a series and parallel association of resistors and inductors, where the quantity of RL-blocks must be the necessary to obtain the best adjustment of the frequency response of the own and mutual longitudinal parameters. In the proposed model, the voltage drops in the phases produced by the magnetic coupling, were calculated by an extension of Schulze’s Model. Current and voltage equations along the cascade of π-circuits of the two-phase line were written in the form of state equation. Such equation is solutioned using Heun’s Method. In the validation process of the proposed model, the classical modal model was used as reference model, both for two-phase lines that possess vertical symmetry plane and for two-phase lines that do not possess vertical symmetry plane.