Realistic modeling of power lines for transient electromagnetic interference studies

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2020.Este trabalho descreve o problema das interferências eletromagnéticas entre linhas de transmissão de energia elétrica em alta tensão e instalações metálicas vizinhas, em condições de regimes permanente e transitório, bem como os principais riscos a que se sujeitam pessoas e as instalações envolvidas. São desenvolvidas ferramentas computacionais com o propósito de realizar simulações realistas de casos de interferências eletromagnéticas, por meio de duas abordagens distintas: o método FDTD e um modelo baseado em teoria de circuitos utilizando o programa ATP (Alternative Transients Program). Uma nova fórmula é proposta para modelar solos multiestratificados em cálculos de impedâncias com caminho de retorno pela terra utilizando as rotinas nativas do ATP. Os códigos são validados por meio de estudos de casos e comparações com resultados obtidos utilizando programas considerados padrão de mercado. Este trabalho é de interesse prático para as indústrias de energia elétrica, óleo, gás, minérios, abastecimento de água e saneamento, por meio do qual se espera contribuir com o desenvolvimento de técnicas avançadas para prever e mitigar riscos às pessoas e ao patrimônio, auxiliando no projeto de instalações mais seguras, com soluções técnica e economicamente viáveis.This work describes the problem of electromagnetic interferences between high voltage power lines and neighboring metallic installations, in steady-state and transient conditions, and the main risks to which people and facilities are exposed to. Computational tools are developed to carry out realistic simulations of electromagnetic interferences, under two different approaches: an FDTD implementation and a circuit- based model using the Alternative Transients Program (ATP). A new formula, fully compatible with the native ATP routines, is proposed to model multilayered soil structures in ground return impedance calculations. All programs are validated through case studies and comparisons with results obtained by using industry-standard software. Of practical interest to the industries of energy, oil \& gas, ore and water distribution/sanitation, this work is expected to contribute with advanced techniques to predict and mitigate risks to which people and installations are subjected, thus assisting in the design of safer facilities, with technically feasible and economical solutions

Modelagem das interferências eletromagnéticas entre linhas de transmissão e tubulações metálicas subterrâneas e análise de impactos

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2017.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

OBSERVE AND QUANTIFY: HOW TO MAKE AN ETHOGRAM

Um Etograma é o conjunto de descrições de comportamentos em seus elementos topográficos e funcionais de uma espécie qualquer. Ele permite a descrição clara de repertórios comportamentais, seu índice e sua ocorrência entre diversos contextos. Partindo do conhecimento da ecologia e da fisiologia do animal, pode-se iniciar uma observação para estabelecer quais são as unidades comportamentais que serão apresentadas e a categorização destas em comportamentos, o que facilita a análise. Embora haja vários trabalhos que utilizam etogramas para o estudo do comportamento, são poucos os que focam na elaboração e aplicação deles. Por isso, o objetivo do presente trabalho é descrever como e por que fazer um etograma, listando seus passos críticos e algumas formas de aplicação. Para tanto, apresentamos sua definição, elementos a serem coletados antes de começar e um sumário de ações para sua validação.Palavras-chave: protocolos; métodos de observação; comportamento; etologia.An Ethogram is the set of descriptions of behaviors in its topographical and functional elements of any species. It allows the accurate description of behavioral repertoires, its contents and their occurrence among different contexts. Starting from the knowledge of the ecology and the physiology of the animal, an observation can be initiated to establish which are the behavioral units that will be presented and the categorization of these in behaviors, which will facilitate the analysis. Although there are several studies that use ethograms for the study of behavior, few of them focus on their elaboration and application. Therefore, the objective of the present work is to describe how and why to make an ethogram, listing its critical steps and some forms of application. To do so, we present its definition, elements to be collected before starting and a summary of actions for its validation.Keywords: protocols; observation methods; behavior; ethology

"Clumpiness" Mixing in Complex Networks

Three measures of clumpiness of complex networks are introduced. The measures quantify how most central nodes of a network are clumped together. The assortativity coefficient defined in a previous study measures a similar characteristic, but accounts only for the clumpiness of the central nodes that are directly connected to each other. The clumpiness coefficient defined in the present paper also takes into account the cases where central nodes are separated by a few links. The definition is based on the node degrees and the distances between pairs of nodes. The clumpiness coefficient together with the assortativity coefficient can define four classes of network. Numerical calculations demonstrate that the classification scheme successfully categorizes 30 real-world networks into the four classes: clumped assortative, clumped disassortative, loose assortative and loose disassortative networks. The clumpiness coefficient also differentiates the Erdos-Renyi model from the Barabasi-Albert model, which the assortativity coefficient could not differentiate. In addition, the bounds of the clumpiness coefficient as well as the relationships between the three measures of clumpiness are discussed.Comment: 47 pages, 11 figure

"Clumpiness" Mixing in Complex Networks

Three measures of clumpiness of complex networks are introduced. The measures quantify how most central nodes of a network are clumped together. The assortativity coefficient defined in a previous study measures a similar characteristic, but accounts only for the clumpiness of the central nodes that are directly connected to each other. The clumpiness coefficient defined in the present paper also takes into account the cases where central nodes are separated by a few links. The definition is based on the node degrees and the distances between pairs of nodes. The clumpiness coefficient together with the assortativity coefficient can define four classes of network. Numerical calculations demonstrate that the classification scheme successfully categorizes 30 real-world networks into the four classes: clumped assortative, clumped disassortative, loose assortative and loose disassortative networks. The clumpiness coefficient also differentiates the Erdos-Renyi model from the Barabasi-Albert model, which the assortativity coefficient could not differentiate. In addition, the bounds of the clumpiness coefficient as well as the relationships between the three measures of clumpiness are discussed.Comment: 47 pages, 11 figure

Collatz conjecture revisited: an elementary generalization

Collatz conjecture states that iterating the map that takes even natural number n to n2{n \over 2} and odd natural number n to 3n + 1, will eventually obtain 1. In this paper a new generalization of the Collatz conjecture is analyzed and some interesting results are obtained. Since Collatz conjecture can be seen as a particular case of the generalization introduced in this articule, several more general conjectures are also presented