Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-02-27T16:50:13Z No. of bitstreams: 1 2017_AmauriGutierrezMartinsBritto.pdf: 6835076 bytes, checksum: 703a759616cacaf543f15db19619735e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-05-23T14:31:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_AmauriGutierrezMartinsBritto.pdf: 6835076 bytes, checksum: 703a759616cacaf543f15db19619735e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-23T14:31:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_AmauriGutierrezMartinsBritto.pdf: 6835076 bytes, checksum: 703a759616cacaf543f15db19619735e (MD5) Previous issue date: 2018-03-23 / Este trabalho descreve o problema de interferências eletromagnéticas entre linhas de transmissão de energia elétrica em alta tensão e tubulações metálicas, decorrentes dos fenômenos de acoplamento indutivo, condutivo e capacitivo, e os principais riscos a que dão causa, em especial os relacionados à segurança de pessoas e das instalações envolvidas. É desenvolvido um conjunto de ferramentas computacionais destinado à predição dos níveis de tensões e correntes induzidas em um circuito vítima, nos casos de aproximações entre LTs aéreas e tubulações subterrâneas, com as seguintes funcionalidades principais: 1) cálculo dos parâmetros do solo estratificado em camadas horizontais; 2) cálculo das forças eletromotrizes induzidas no metal da tubulação por acoplamento magnético; 3) cálculo das impedâncias no domínio de sequências de LTs sujeitas a interferências; e 4) cálculo das tensões de estresse produzidas pela elevação de potencial do solo (acoplamento condutivo) em um evento de falta. Os programas são validados por meio de estudos de casos e comparações com os resultados de softwares difundidos na indústria ou, nos casos possíveis, com medições diretas de potenciais CA. São estudadas as respostas em tensão de toque, passo e estresse nas tubulações interferidas, bem como são avaliados os efeitos da presença da tubulação metálica sobre os parâmetros elétricos da LT e os impactos provocados nos níveis de curto-circuito e desempenho de dispositivos de localização de faltas. É ressaltada a necessidade de se utilizar métodos computacionais precisos e realistas, zelando pela qualidade das informações coletadas em campo, em especial a resistividade elétrica do solo e o levantamento cadastral de interferências com as instalações em estudo, sob pena de se incorrer em graves erros de projeto, tais como: falhas de dimensionamento de sistemas de aterramento, mitigação, equipamentos e funções de proteção e dispositivos de localização de faltas, ocasionando exposição a riscos de eletrocussão de pessoas e danos ao patrimônio. / This work describes the problem of electromagnetic interference between high voltage power lines and metallic pipelines, caused by inductive, conductive and capacitive coupling mechanisms, and the main risks to which people and facilities are exposed. A set of computational tools is developed to predict induced voltage and current levels on a victim circuit, due to interferences between overhead power lines and underground pipelines. The implementation takes into account the 1) calculation of soil stratification parameters for a horizontally layered model; 2) calculation of induced electromotive forces on the pipeline metal, caused by magnetic coupling; 3) calculation of transmission line sequence parameters under interference conditions; and 4) calculation of stress voltages produced by the ground potential rise (conductive coupling) under fault circumstances. The programs are validated through case studies and comparisons with results taken from software used in industry or, when possible, with direct measurements of AC potentials. Touch, step and stress voltages are studied, as well as the effects of the pipeline proximity on the transmission line parameters and the resulting impacts on short-circuit currents and performance of fault locating devices. This work highlights the importance of employing accurate and realistic computational methods, along with gathering consistent field data, especially soil resistivity measurements and records of geographic locations of nearby interfering structures. Not doing so may cause serious design errors, such as inadequate sizing of power grounding and mitigation systems, protection function and equipment, as well as fault location devices, exposing people and installations to risks.

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.