Search

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O presente trabalho apresenta uma análise de diferentes metodologias para realizar a redução dos valores da corrente do arco secundário (Isec) em linhas de pouco mais de meio comprimento de onda (MCO+) sob a condição de faltas monofásicas. A redução da amplitude dos arcos secundários é requisito primordial para que se possa viabilizar o uso do religamento monopolar nesses sistemas elétricos. Assim, busca-se que durante a ocorrência de uma falta monofásica, a potência continue sendo transmitida, auxiliando a manter a estabilidade e confiabilidade do sistema de transmissão. Fortes acoplamentos indutivo e capacitivo estão presentes entre as fases da linha de pouco mais de meio comprimento de onda devido ao seu grande comprimento físico. Esses acoplamentos permitem que as fases sãs induzam tensão e corrente na fase aberta em falta, de modo que o arco elétrico formado entre a fase em falta e a terra não se extingue naturalmente. Utilizando simulações no programa MATLAB® e no simulador RTDS® foram avaliadas as características das correntes de arco secundário presentes em uma linha de transmissão de 1000 kV submetida a faltas monofásicas, e estudadas formas de redução da amplitude dessas correntes. O uso de chaves de aterramento rápidas ao longo da linha de transmissão reduz o valor de corrente do arco de forma eficaz, no entanto, para isso, é necessário um elevado número de elementos ao longo de todo comprimento da linha, reduzindo assim a confiabilidade e robustez do sistema. A solução que melhor se adequa ao sistema então, foi o uso de Transformadores de Bloqueio de Sequência Zero (Zero Sequence Blocking Transformer ¿ ZSBT). Com o uso desses transformadores houve uma redução expressiva na amplitude das correntes de arco secundário, a níveis em que sua extinção pode ocorrer naturalmente em uma linha de transmissão de 1000 kV Abstract: This work presents an analysis of different methodologies to perform the reduction of secondary arc currents (Isec) in little more than a half wavelength transmission lines under the condition of single-phase faults. The reduction of the amplitude of the secondary arcs is a primordial requirement to become viable the use of the single-pole auto-reclosing in these electrical systems. Thus, it is ensured that during the occurrence of a single-phase fault, some of the power continues to be transmitted, helping to maintain the stability and reliability of the transmission system. Strong inductive and capacitive couplings are present between the phases of little more than a half wavelength transmission line due to its great physical length. These couplings contribute to induce voltage and current by the operating phases into the phase with the fault, so that the electric arc formed between the phase and the ground does not extinguishes. Using simulations in the MATLAB® program and in the RTDS® simulator were evaluated the secondary arc currents characteristics in a transmission line of 1000 kV subjected to single-phase faults and studied ways to reduce the amplitude of these currents. The use of fast earthing switches along the transmission line effectively reduces the current value of the arc, however, for this, a large number of elements are required along the entire length of the line, what reduce the reliability and robustness of the system. The solution that best fits the system was the use of Zero Sequence Blocking Transformer (ZSBT). With the use of these transformers there was an expressive reduction in the amplitude of secondary arc currents at levels which their extinction can occur naturally in a 1000 kV transmission line Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica FAPESP 2012/03312-0

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta resultados do estudo do conteúdo harmônico e da variação do comprimento de arcos elétricos longos, com comprimento inicial superior a 4 m. Os resultados decorreram da análise de uma grande quantidade de dados obtidos de 647 ensaios realizados em ambiente não confinado em um trecho experimental de linha de transmissão aérea de 500 kV. Diversos níveis de corrente de arco foram abrangidos, desde 15 Aef até 10.000 Aef. O conteúdo harmônico da tensão e da corrente dos arcos foi analisado através da Trans-formada de Fourier Discreta em Tempo Reduzido. Mediante um tratamento estatístico, este conteúdo harmônico possibilitou a consolidação da assinatura harmônica dos arcos estudados. Uma contribuição importante da pesquisa consiste na verificação de que o conteúdo harmônico do arco pode ser utilizado para identificar o momento a partir do qual o arco elétrico se encontra com suas características elétricas estabilizadas. A partir deste instante os parâmetros elétricos do arco podem ser utilizados para obtenção de um modelo matemático. Utilizando-se do conteúdo harmônico e de registros visuais, a variação de comprimento foi obtida para 69 arcos. Esta análise inicial permite que se tenha uma noção da velocidade de alongamento destes arcos em relação ao seu nível de corrente. Permitiu também a obtenção de um gradiente de tensão mais preciso dos arcos, considerando-se tanto o alongamento quanto a estabilidade destes. Por fim, este trabalho tem por objetivo apresentar resultados que forneçam características e informações relevantes à obtenção de um modelo matemático de arco elétrico secundário adequado para o estudo da Manobra de Abertura e Religamento Monopolar. O conteúdo harmônico é identificado como uma ferramenta eficaz para caracterização da estabilidade destes arcos e o alongamento é um dos principais fatores relacionados com a extinção e duração do arco secundário Abstract: This document presents results related to harmonic content and length variation of long electrical arcs in air, with initial length of 4 m. The results are based in the analysis of a data-base containing 647 experiments in non-confined environment of an experimental aerial 500 kV transmission line. The current range analyzed lies between 15 Arms and 10,000 Arms. The harmonic contents of voltage and current of electrical arcs were analyzed by the Short Time Discrete Fourier Transform. Using a statistic treatment this harmonic content allowed to consolidate the harmonic signature of the arcs in study. Furthermore, in the present work it was proposed that the harmonic content of an electrical arc defines the moment when the electric arc has its electrical characteristics stabilized. This instant is crucial to obtain the correct arc electrical parameters that will used to represent the arc. Using the harmonic content and visual data, the variation in length was obtained for 69 arcs. This initial analysis lead to arc elongation velocity regarding the current level and permit-ted to obtaining a more precise arc voltage gradient, considering both elongation as its stability. Finally, this work aims to supply relevant characteristics and information to obtaining a secondary arc model useful to the Single-Phase Autoreclosing Maneuver study. The harmonic content is an efficient way to characterize these arcs and the arc elongation is one of the main factors related to the duration and self-extinction of the secondary arc Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: As linhas de transmissão de meio comprimento de onda são uma alternativa em corrente alternada para a transmissão de energia a muito longa distância devido às suas boas propriedades de transmissão. Contudo, as severas sobretensões decorrentes de faltas críticas nestas linhas ainda precisam de uma solução adequada. A presente pesquisa analisa detalhadamente esse problema e propõe um método de mitigação para as sobretensões. Primeiramente, um estudo do mecanismo de formação das sobretensões mostra que devido ao comprimento longo da linha existem duas regiões nas quais a aplicação de defeitos que envolvem as sequências positiva e negativa geram condições de ressonância à frequência fundamental. Esta perturbação de comportamento similar a uma típica ressonância série produz perfis de sobretensão críticos ao longo de toda a linha, com valores máximos de várias vezes o valor nominal, reduzidos tempos de crescimento e predominantemente de resposta sustentada. Sobretensões de tais características não são observadas em linhas de comprimento convencional e teriam um impacto negativo no sistema de potência, motivo pelo qual se requer de um método de mitigação de atuação rápida. Assim, os requisitos do sistema de mitigação de sobretensões devido a faltas críticas são estabelecidos ao longo da pesquisa e algumas alternativas de mitigação são avaliadas, determinando que as opções baseadas em descarregadores de arco são as mais adequadas devido à redução da sobretensão em magnitude e duração. Esta opção permite remover a condição de ressonância modificando a topologia da rede com um tempo de resposta relativamente rápido. Finalmente, um método baseado em dois descarregadores de arco é avaliado de forma mais detalhada, observando mudanças nas características das sobretensões decorrentes de defeitos críticos. As sobretensões perdem a característica sustentada, passando a ter uma resposta transitória, com importantes reduções nas magnitudes e na extensão da região afetada Abstract: Half-wavelength transmission lines are an alternating current alternative for very long-distance power transmission because of their good transmission properties. However severe overvoltages due to critical faults still need an adequate solution. The present research analyzes this problem in detail and proposes a mitigation method for reducing the overvoltages. First, a study of the mechanism of overvoltage generation shows that because of the long line length there are two regions in which the application of faults involving the positive and negative sequences promotes fundamental frequency resonance. This disturbance, with similar behavior to a typical series resonance, produces critical overvoltage profiles along the entire line, with maximum values of several times the nominal value, high rate of rise and predominantly sustained response. Overvoltages of such characteristics are not observed in lines with typical lengths and would have a negative impact on the power system, which is why a fast mitigation method is required. Thus, the requirements of the system for the mitigation of overvoltages due to critical faults are established by a throughout research and some mitigation alternatives are evaluated. It is identified that the options based on spark gaps are the most adequate due to the reduction of the overvoltage in magnitude and duration. This option allows to remove the resonance condition by modifying the network topology with a relatively fast response time. Finally, a method based on two spark gaps is evaluated in more detail, observing changes in the characteristics of the overvoltages. The overvoltages lose the sustained characteristic, becoming transient in nature, with important reductions in the magnitudes and the extension of the affected region Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica FAPESP 2015/13823-0 CNPQ

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Uma solução bastante utilizada para reduzir a corrente de arco secundário nas linhas aéreas de transmissão em extra-alta-tensão após a ocorrência de faltas monofásicas não permanentes é a inserção de um reator de neutro no arranjo dos reatores dos bancos de compensação reativa em derivação da linha. Muitas vezes estes reatores de neutro não são otimizados, de modo que reatores com valores típicos são especificados nos projetos de linhas de transmissão aéreas, baseados simplesmente no seu nível de tensão, mas sem considerar as especificidades das linhas, como as suas características físicas ou o seu comprimento. A especificação inadequada do reator de neutro pode resultar em correntes de arco secundário elevadas, o que, em última análise, pode reduzir a taxa de sucesso da manobra de religamento monopolar. Além disto, o custo do sistema de compensação pode ser maior do que o necessário. A tese apresenta uma extensa análise de sensibilidade dos principais parâmetros que influenciam no dimensionamento de um tronco de transmissão longo, especificamente do nível de compensação mais adequado e do valor ótimo do reator de neutro. Destaca-se na pesquisa o desenvolvimento de uma representação dos componentes de um sistema de transmissão através de quadripolos trifásicos com o intuito de obter a resposta sustentada durante o desequilíbrio. Através desta representação foi possível identificar a relação entre o reator de neutro ótimo e os parâmetros transversais da linha de transmissão, assim como a influência direta entre o nível de compensação do sistema com o valor do reator de neutro otimizado. Adicionalmente foram identificados comprimentos limites para linhas não compensadas de diferentes níveis de tensão de modo a ainda apresentar alta probabilidade de sucesso para a manobra monopolar. Simulações de faltas monofásicas foram realizadas utilizando dados provenientes de linhas típicas do sistema elétrico brasileiro Abstract: A widely used solution to reduce secondary arc current in the overhead transmission lines in EHV after single-phase non permanents faults is the insertion of a neutral reactor in the arrangement forming part of the shunt reactive compensation of the line. Frequently in Brazilian electrical system, neutral reactors are not optimized, so that reactors with typical values are specified in the project of overhead transmission lines based on their voltage level, but without considering the specifics line parameters, as their physical characteristics or their length. The specification of unsuitable neutral reactor can result in high secondary arc currents, which eventually diminishes the success rate of single-phase automatic reclosure (SPAR) maneuver. Moreover, the cost of the compensation system may be larger than necessary. This paper presents an extensive sensitivity analysis of the main parameters that influence the project of a long transmission trunk, specifically the most appropriate level of compensation and the optimal value of the neutral reactor. It is noteworthy the development of a transmission system components representation using three-phase two-ports networks in order to obtain sustained response during unbalance. Through this analysis it was possible to identify the relationship between the shunt reactor and the optimized neutral parameter and the influence of the compensation level with the neutral reactor optimized value. Additionally the maximum lengths of non-compensated lines that would have high probability of success of SPAR maneuver were identified. Simulations of single-phase faults were performed using data from typical lines of the Brazilian electric system Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica