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LGEP 2011 ID = 873; International audience

ID = 477; International audience

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2021. A resistência de aterramento é um dos principais fatores para a análise da segurança elétrica em subestações de energia. A principal componente da resistência de aterramento é a resistividade do solo no qual os eletrodos de aterramento estão implantados. Desta forma, é de extrema importância o conhecimento desse parâmetro para o dimensionamento correto do sistema de aterramento. Porém, não somente os aspectos geológicos do solo afetam o valor de resistividade medido em campo. Muitas subestações de energia estão localizadas em centros urbanos, onde não há o espaçamento adequado e requerido pelos métodos de medição normalizados, ou estão sujeitas a interferências externas. A resistência de aterramento é um parâmetro mais facilmente obtido devido às técnicas já estudadas na literatura, portanto, neste trabalho são exploradas técnicas para a obtenção da resistividade do solo em função deste parâmetro. O primeiro método é dado por uma técnica robusta de simulação numérica, através do Método dos Elementos Finitos. A partir de comparações realizadas entre os resultados das simulações e valores medidos em campo pelo Método da Queda de Potencial é verificado a acurácia e o bom desempenho do modelo proposto. O segundo método é matemático, nomeado como Fórmula de Ventura, possui sua base de concepção as simulações numéricas realizadas. Ele oferece de forma simples e eficaz o valor da resistividade do solo conforme a geometria e resistência da malha de aterramento. Abstract: Grounding resistance is one of the key factors in the analysis of electrical safety in power substations. The main component of the grounding resistance is the resistivity of the soil in which the grounding electrodes are deployed. Thus, it is extremely important to know this parameter for the correct dimensioning of the grounding system. However, not only the geological aspects of the ground affect the resistivity value measured in the field. Many power substations are located in urban centers, where adequate spacing required by standard measurement methods is not available or are subject to external interference. The grounding resistance is a parameter more easily obtained due to the techniques already studied in the literature, therefore, in this work techniques for obtaining the earth resistivity as a function of this parameter are studied. The first method is given by a robust numerical simulation technique, through the Finite Element Method. From comparisons made between the results of the simulations and values measured in the field by the Fall-of-Potential Method, the accuracy and proper performance of the proposed model is verified. The second method is mathematical, called Ventura's Formula, which has its conception base on the numerical simulations performed. It provides, in a simple and effective way, the earth resistivity value according to the geometry and resistance of the ground grid.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2017 O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo a partir de parâmetros de circuitos elétricos, que proporcione determinar os campos elétricos emitidos por dispositivos eletrônicos. Para tanto, foram desenvolvidas duas metodologias capazes de atender os objetivos propostos. Na primeira metodologia, os parâmetros elétricos dos circuitos integrados (CI´s) são obtidos através dos modelos IBIS (Input Output Buffer Information Specification), e os parâmetros R, L, C das trilhas são extraídos utilizando software baseado no método dos momentos. Já, na segunda metodologia, os parâmetros elétricos dos CI´s e trilhas são obtidos através da conversão dos valores dos parâmetros S para valores de impedância e a teoria do comportamento não ideal de componentes no domínio da frequência. Para ambas as metodologias, o modelo da comutação interna dos circuitos integrados é considerado e um circuito elétrico é obtido. A partir dos circuitos elétricos obtidos, simulações dos sinais no domínio do tempo e da frequência são realizadas através da Transformada de Fourier. Os valores dos campos elétricos gerados pelos dispositivos eletrônicos são calculados através das harmônicas resultantes da análise de Fourier, em software baseado no método dos elementos finitos, onde um plano de teste é instituído para calcular os valores dos campos. No intuito de validar as metodologias desenvolvidas, ambas foram aplicadas para dispositivos eletrônicos com características de fontes emissoras, e medidas foram realizadas através de um osciloscópio digital, ponteira de campo próximo, célula transverso eletromagnética (GTEM) e receptor de campos. Comparando os resultados obtidos através das simulações e medidas, foi possível verificar uma similaridade entre os valores dos campos elétricos emitidos pelos dispositivos eletrônicos, comprovando a eficácia das metodologias propostas. Abstract: The objective of this work is to develop a model based on electrical circuit parameters that can determine the electric fields emitted by electronic devices. Therefore, two methodologies were developed to meet the proposed objectives. In the first methodology, the electrical parameters of integrated circuits (IC) are obtained through the IBIS models (Input Output Buffer Information Specification), and the R, L, C parameters of the tracks are extracted using software based on the method of moments. In the second methodology, the electrical parameters of the IC and tracks are obtained through the conversion of the S parameters to impedance values, and theory of the non-ideal behavior of components in the frequency domain. For both methodologies, the internal switching model of the integrated circuits is considered, and an electric circuit is obtained. From the electrical circuits obtained, simulations of signals in the time and frequency domain are performed through the Fourier Transform. The values of the electric fields emitted by the electronic devices are calculated through the harmonics resulting from the Fourier analysis, using software based on the finite element method, where a test plane is established to calculate the field values. In the attempt to validate the methodologies developed, they were applied to electronic devices with characteristics of emitting sources, and measurements were performed through a digital oscilloscope, near field probe, transverse electromagnetic cell (GTEM) and field receiver. Comparing the results obtained through the simulations and measurements, it was possible to verify a similarity between the values of the electric fields emitted by the electronic devices, proving the effectiveness of the proposed methodologies.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This paper presents a study of the characteristics of magnetic materials. The application of this study is the feeding of an electrodeless fluorescent lamp (EFL). This type of lamp is driven by electromagnetic effects and, because of this, the electrodes are eliminated. Thus, the EFL has longer lifetime associated with low lumen depreciation representing an alternative to lighting systems among other discharge lamps. Because of the EFL magnetic characteristics, the operation frequency of this type of system has to be high in order to reduce the size of inductive elements avoiding the shadowing. Thus, the study of different magnetic materials capable of operating under these circumstances is proposed. Experiments were performed in order to obtain material characteristics such as the magnetization curve and the energy losses, and simulations were used to study characteristics not available through practical means. Four different materials are analyzed, the ferrites N87 (from EPCOS) and IP12E (from THORNTON) and amorphous and nanocrystalline alloys. In the ferrites cases, it was possible to carry out practical experiments and prove that they are able to meet the operating needs of EFL. However, it was not possible to acquire toroids alloys, amorphous or nanocrystalline, with the internal diameter required to accommodate the bulb of the EFL therefore, results of simulations are presented for these cores projects. At the end of the work, comparisons are made between the results obtained. Este trabalho apresenta um estudo das características de materiais magnéticos. A aplicação deste estudo é o acionamento de uma lâmpada fluorescente sem eletrodos (LFSE). O acionamento deste tipo de lâmpada é realizado a partir de efeitos eletromagnéticos, sem a necessidade de eletrodos. Em virtude disso, as LFSE apresentam, dentre as demais lâmpadas de descarga, uma longa vida útil associada a uma baixa depreciação do fluxo luminoso, representando uma alternativa atraente para sistemas de iluminação. Devido as características magnéticas das LFSE, a frequência de operação desse tipo de sistema deve ser elevada, com o objetivo de reduzir o volume dos elementos indutivos, evitando o sombreamento causado pelos mesmos. Com isso, é proposto o estudo de diferentes materiais magnéticos capazes de operar sob estas circunstâncias. Foram realizadas experiências a fim de obter características de materiais, tais como, a curva de magnetização e as perdas de energia, e simulações para estudar características não acessíveis através de meios práticos. Quatro diferentes materiais são analisados, os ferrites N87 (da EPCOS) e IP12E (da THORNTON) e as ligas amorfas e nanocristalinas. No caso dos ferrites foi possível realizar experiências práticas e comprovar que os mesmos são capazes de suprir as necessidades de funcionamento da LFSE. Porém, não foi possível adquirir toroides de ligas, amorfas ou nanocristalinas, com o diâmetro interno necessário para acomodar o bulbo da LFSE, portanto, resultados de simulações são apresentados para os projetos destes núcleos. Ao final do trabalho são realizadas comparações entre os resultados adquiridos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 O presente trabalho relata o estudo da aplicação das técnicas de medição no espaço livre em uma ampla faixa de frequência, que se extende de 30 MHz até 3 GHz, para a caracterização adequada das propriedades dielétricas dos meios materiais. Foi utilizado um sistema de medição portátil que aplica três métodos distintos, à saber: o Método de Transmissão, o Método de Reflexão, o Método de Reflexão Metálica (Metal Back Method), os quais são técnicas não destrutivas e sem contato na caracterização material. Foi realizada uma série de testes, para a verificação do desempenho e da eficácia de cada um dos métodos implementados. Os resultados obtidos em cada método aplicado são apresentados, analisados e comparados a resultados obtidos na literatura técnica. Para o método de transmissão, observou-se uma resposta adequada, principalmente para os testes em frequências acima de 500 MHz, enquanto, para os métodos de reflexão os sistemas de medição portáteis disponíveis, não foram capazes de obter uma resposta adequada, e um instrumental mais complexo, baseado em laboratório torna-se requerido Abstract: The present work reports the study and application of free space measurement techniques in a wide frequency range, which extends from 30 MHz to 3 GHZ, in order to adequately characterize the dielectric properties of material medium. It was used a measurement system that applies three different methods, such as the Transmission Method, the Reflection Method, Metal Back Method, which are nondestructive and non-contact techniques for material characterization. A number of tests have been realized in order to verify the performance and effectiveness of each method. The results of each method applied are presented, analyzed and compared the results obtained in the technical literature. For the transmission method it was observed an appropriate response, especially for tests at frequencies above 500 MHz, while for the methods of reflection portable measurement systems available, were unable to obtain an adequate response, and an instrumental more complex, based on laboratory becomes required.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 A interferência eletromagnética é um problema no que se refere ao desenvolvimento de produtos eletroeletrônicos. O ambiente doméstico, com o avanço da tecnologia, está susceptível às emissões geradas por vários equipamentos, como por exemplo, o controlador eletrônico de temperatura utilizado em chuveiros. Portanto, entende-se necessária a investigação das emissões eletromagnéticas geradas por estes equipamentos. Neste trabalho, será analisada a emissão conduzida através da utilização de um dispositivo separador de ruídos, como ferramenta de diagnóstico dos componentes de ruídos de modo comum e modo diferencial. Após determinar o modo de ruído predominante, fez-se um projeto de filtro de EMI específico para cada equipamento, como técnica corretiva, deixando-o em conformidade com a norma CISPR. Fez-se a validação dos resultados gerados pelo dispositivo separador através de cálculo analítico, conforme a literatura técnica especializada, comparando os dados. Os resultados das medições demonstram que a proposta de utilizar um dispositivo separador de ruídos pode efetivamente identificar o modo de propagação dominante das emissões conduzidas e minimizar os trabalhos e custos ao aplicar o projeto de filtro de EMI Abstract: Electromagnetic interference is a problem with regard to the development of electronic products. The domestic environment, with the advancement of technology, is likely to emissions generated by various devices, such as electronic temperature controller used in showers. Therefore, it is necessary to investigate the emissions generated by these devices. In this paper, we will analyze the conducted emission by using a noise separator device, as a diagnostic tool for common mode noise and differential mode components. After determining the predominant mode noise, an EMI filter was projected for each specific equipment, a corrective technique, to let it in accordance with the standard CISPR. A validation of the results generated by the device tab was performed through analytical calculation, in order to compare the data. Measurement results show that the use of a device noise separator can effectively identify the dominant mode of propagation for conducted emissions and minimize the work and costs to implement the EMI filter project.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 O principal objetivo deste trabalho é contribuir para a melhoria do desempenho das redes aéreas de distribuição frente às ações das descargas atmosféricas. No entanto, a busca por soluções na melhoria do desempenho de uma rede requer o desenvolvimento de cálculos e análises com um significativo número de variáveis e operações matemáticas, resultando num trabalho difícil e moroso mesmo para especialistas. Assim, o primeiro produto deste estudo foi o desenvolvimento de uma metodologia e ferramenta computacional, passível de ser usada facilmente por projetistas, que os auxilie na escolha pelo padrão de rede que apresente o melhor desempenho para cada uma das condições existentes. Ao contrário dos programas utilizados na análise de transitórios em linhas de transmissão, o programa Lightning Faults for Distribution Lines não requer treinamentos especiais ou operadores especializados e os principais dados de saída são estimativas das taxas de interrupção dos circuitos analisados, que podem ser convertidas em análises técnico-econômicas de projetos de redes de distribuição. O segundo produto originou-se da aplicação deste programa em um grande número de casos reais e os resultados apontaram um elevado índice de interrupções devido às descargas atmosféricas diretas nas redes. Porém, as alternativas de redução de desligamentos por descargas diretas em redes não se apresentam tão simples quanto no caso das tensões induzidas onde o aumento do nível de isolamento e o uso de pára-raios reduzem significativamente seus efeitos. Por este motivo, também faz parte deste trabalho, um estudo sobre a influência das descargas diretas nas redes aéreas de distribuição.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2012. RESUMO: Esta pesquisa aborda a conformidade entre medidas de campos eletromagnéticos radiados e os dados oriundos de simulação de um software comercial para uma fonte chaveada desenvolvida especialmente para este trabalho. Um conversor estático abaixador tipo buck foi desenvolvido e analisado a fim de ser testado conforme as normas vigentes de compatibilidade eletromagnética. Características não ideais do mesmo foram investigadas a fim de prover uma melhor base de informações e, por conseguinte, melhores resultados de simulação. Por fim, estes foram comparados com os valores medidos experimentalmente, possibilitando uma avaliação dos softwares utilizados. Os resultados obtidos foram satisfatórios com um erro médio de ±7% no espectro de frequência medido. ABSTRACT: This research aims to evaluate the conformity between measurements of electromagnetic radiated fields and data arising from simulation of a commercial software for a switching power supply designed specifically for this study. A static control power buck converter was developed and analyzed in order to be tested according to current regulations on electromagnetic compatibility. Non ideal characteristics thereof were investigated in order to provide a better basis of information and therefore better simulation results. Finally, they were compared with those measured experimentally providing an assessment of the software used. The results were satisfactory with an average error of ± 7% in the measured frequency spectrum.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 A presente tese versa sobre a avaliação do ambiente eletromagnético em estabelecimentos assistenciais de saúde (EAS), no intuito de promover uma adequada gestão da compatibilidade eletromagnética (EMC) em áreas clínicas de grande inserção tecnológica (ex. hospitais). O trabalho foca em uma abordagem coordenada entre diferentes técnicas de investigação científica, dentre as quais se destacam as técnicas de medição, de simulação numérica e de otimização. Na parte de medição, são apresentados e discutidos em detalhes os métodos e protocolos utilizados para o levantamento e a caracterização completa da propagação de ondas em hospitais. Estas medições são voltadas para três objetivos diferentes, tais como diagnosticar o panorama eletromagnético estabelecido em ambientes clínicos, mensurar as emissões eletromagnéticas originadas individualmente para cada equipamento eletromédico em operação nestes ambientes e, por fim, caracterizar os parâmetros constitutivos das estruturas arquitetônicas que compõem estes ambientes. A partir destas informações elementares é desenvolvida uma modelagem numérica efetiva da propagação de ondas e dos acoplamentos eletromagnéticos estabelecidos no EAS. Na parte de simulação computacional, a ferramenta numérica empregada nesta pesquisa é baseada no método da modelagem por linhas de transmissão (TLM). Todos os processos de modelagem numérica para os equipamentos médicos, para as fontes eletromagnéticas externas, e para as estruturas arquitetônicas presentes no EAS, são sistematicamente apresentados e discutidos. Finalmente, os modelos desenvolvidos são inseridos em uma série de processos de otimização voltados à gestão da EMC em hospitais. O método da Krigagem é aplicado para desenvolver processos de otimização espacial, enquanto o método dos Algoritmos Genéticos é utilizado para desenvolver processos de otimização geométrica. Os resultados obtidos permitem obter a sinergia entre todos os métodos aplicados, de modo a potencializar as suas principais vantagens e suprimir as suas limitações. The current thesis deals with the assessment of electromagnetic environments in health care facilities (HCF), in order to promote an adequate management program for electromagnetic compatibility (EMC) in clinical areas with a large number of technologies (e.g. hospitals). This work surveys a coordinated approach using different techniques of scientific investigation, such as measurement techniques, numerical simulation, and optimization process. Regarding measurement techniques, it is presented a deep overview about the methods and protocols employed to provide a complete evaluation of wave propagation in hospitals. As a rule, these measurements are related to three main goals, such as to diagnose the electromagnetic profile established in clinical environments, to measure electromagnetic emissions originated from each electrometrical equipment within this area, and also to characterize the constitutive parameters of architectural structures composing the building. Based on that information, it is developed an effective numerical modeling of wave propagation and electromagnetic couplings established in the HCF. As far as computational simulation is concerned, the numerical tool engaged in this research is based on the Transmission Line Modeling Method (TLM). The complete development of numerical modeling for medical equipment, external electromagnetic sources, and also the architectural structures in the EAS, are systematically presented and discussed. Finally, all numerical models developed in this work are employed in a number of optimization processes regarding EMC management in hospitals. The Kriging method is mainly applied to develop spatial optimization process, whereas the Genetic Algorithms method is used to develop geometric optimization assessments. The achieved results allow to obtain synergy between all methods applied, in order to explore the potential of most important advantages and suppress its limitations.