Fechar

@PhDThesis{EspinosaSarmiento:2022:MoGeIn,
               author = "Espinosa Sarmiento, Karen Viviana",
                title = "Modeling geomagnetically induced currents in brazilian power 
                         networks using 3-D models to represent the subsurface electrical 
                         conductivity structure",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2022",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2022-08-11",
             keywords = "3-D resistivity model, geomagnetic storms, geoelectric field, 
                         power transmission network, GIC modeling, modelo 3-D de 
                         resistividade el{\'e}trica, tempestades geomagneticas, campos 
                         geoel{\'e}tricos, redes de transmiss{\~a}o de energia, modelagem 
                         de GIC.",
             abstract = "Geomagnetically induced currents (GICs) result from the 
                         interaction of the temporal variation of the geomagnetic field 
                         with the deep electrical resistivity structure of the Earth. These 
                         currents can pose hazards to grounded technological systems during 
                         major disturbances of the geomagnetic field. A current methodology 
                         for simulating GICs in electric power transmission lines during 
                         geomagnetic storms was implemented in this thesis to assess 
                         potential risks of these currents in Brazilian power networks. It 
                         is based on the use of geomagnetic data measured at the surface, 
                         3-D models of the electrical resistivity distribution inside the 
                         Earth and knowledge of transmission line engineering parameters. 
                         The precise resistances of the network components are unknown and 
                         therefore assumptions were made to calculate the GIC fluxes from 
                         the derived geoelectric field. This methodology was used to 
                         simulate GICs during geomagnetic storms in simplified 
                         representations of real power networks in the south-southeast and 
                         north-northeast regions of Brazil, affected by the South Atlantic 
                         Magnetic Anomaly and the Equatorial Electrojet, respectively. In 
                         the south-southeast region, two intense geomagnetic storms in June 
                         and December 2015 were chosen and geoelectric fields were 
                         calculated by convolution of a 3-D resistivity model derived under 
                         the Paran{\'a} basin with geomagnetic variations recorded by 
                         magnetometers from the EMBRACE program. The largest GICs were 
                         modeled in regions of high resistivity concentrated in an isolated 
                         substation at the north end of the network and in a cluster of 
                         substations in its central part where the E-W oriented 
                         transmission lines coincide with the orientation of the estimated 
                         geoelectric field. The maximum magnitude of the modeled GIC was 
                         9.08 A during the main phase of the June storm, estimated at a 
                         northern substation, while the lowest magnitudes were found over 
                         prominent crustal anomalies along the Paran{\'a} basin axis and 
                         bordering the continental margin. In the north-northeast region, 
                         three storms recorded during the operation of a magnetometer array 
                         in 1990-1991 were modeled using a 3-D resistivity model derived 
                         under the Parna{\'{\i}}ba basin. The largest GICs were modeled 
                         in substations of a central branch in the E-W direction of the 
                         transmission network, located on more resistive blocks of the 3-D 
                         model and parallel to the main direction of the estimated 
                         geoelectric currents. The maximum magnitude of the modeled GIC at 
                         these substations was 6.24 A at one of these central grid stations 
                         during an intense storm in November 1990. These simulation results 
                         will be used by the EMBRACE to identify optimal substations for 
                         installing monitoring sensors measuring real GIC values for 
                         validation efforts of the developed methodology. RESUMO: Correntes 
                         induzidas geomagneticamente (GICs) resultam da 
                         intera{\c{c}}{\~a}o da varia{\c{c}}{\~a}o temporal do campo 
                         geomagn{\'e}tico com a estrutura de resistividade el{\'e}trica 
                         profunda da Terra. Essas correntes podem representar perigos para 
                         sistemas tecnol{\'o}gicos de grande porte aterrados durante 
                         grandes dist{\'u}rbios do campo geomagn{\'e}tico. Uma 
                         metodologia atual para simula{\c{c}}{\~a}o de GICs em linhas de 
                         transmiss{\~a}o de energia el{\'e}trica durante tempestades 
                         geomagn{\'e}ticas foi implementada nesta tese para avaliar os 
                         riscos potenciais dessas correntes nas redes el{\'e}tricas 
                         brasileiras. Baseia-se no uso de dados geomagn{\'e}ticos medidos 
                         na superf{\'{\i}}cie, modelos 3-D da distribui{\c{c}}{\~a}o de 
                         resistividade el{\'e}trica no interior da Terra e conhecimento de 
                         par{\^a}metros de engenharia das linhas de transmiss{\~a}o. 
                         Valores precisos das resist{\^e}ncias dos componentes da rede 
                         n{\~a}o s{\~a}o conhecidos e, portanto, foram feitas 
                         suposi{\c{c}}{\~o}es para calcular os fluxos GIC a partir do 
                         campo geoel{\'e}trico obtido. Essa metodologia foi utilizada para 
                         simular GICs durante tempestades geomagn{\'e}ticas em 
                         representa{\c{c}}{\~o}es simplificadas de redes el{\'e}tricas 
                         reais nas regi{\~o}es sul-sudeste e norte-nordeste do Brasil, 
                         afetadas respectivamente pela Anomalia Magn{\'e}tica do 
                         Atl{\^a}ntico Sul e pelo eletrojato equatorial. Na regi{\~a}o 
                         sul-sudeste, foram escolhidas duas tempestades geomagn{\'e}ticas 
                         intensas ocorridas em junho e dezembro de 2015 e os campos 
                         geoel{\'e}tricos foram calculados por convolu{\c{c}}{\~a}o de 
                         um modelo de resistividade 3-D derivado sob a bacia do Paran{\'a} 
                         com varia{\c{c}}{\~o}es geomagn{\'e}ticas registradas por 
                         magnet{\^o}metros do programa EMBRACE. As maiores GICs foram 
                         modeladas em regi{\~o}es de alta resistividade concentradas em 
                         uma subesta{\c{c}}{\~a}o isolada na extremidade norte da rede e 
                         em um aglomerado de subesta{\c{c}}{\~o}es em sua parte central 
                         onde as linhas de transmiss{\~a}o orientadas na 
                         dire{\c{c}}{\~a}o E-W coincidem com a orienta{\c{c}}{\~a}o do 
                         campo geoel{\'e}trico estimado. A magnitude m{\'a}xima da GIC 
                         modelada foi de 9,08 A durante a fase principal da tempestade de 
                         junho, estimada em uma subesta{\c{c}}{\~a}o da regi{\~a}o 
                         norte, enquanto as magnitudes mais baixas foram encontradas sobre 
                         anomalias crustais proeminentes ao longo do eixo central da bacia 
                         do Paran{\'a} e margeando a margem continental. Na regi{\~a}o 
                         norte-nordeste, tr{\^e}s tempestades registradas durante a 
                         opera{\c{c}}{\~a}o de uma malha de magnet{\^o}metros em 
                         1990-1991 foram modeladas usando um modelo de resistividade 3-D 
                         derivado sob a bacia do Parna{\'{\i}}ba. As maiores GICs foram 
                         modeladas em subesta{\c{c}}{\~o}es de um ramal central com 
                         sentido E-W na rede de transmiss{\~a}o, localizado em blocos mais 
                         resistivos do modelo 3-D e paralelo ao sentido principal das 
                         correntes geoel{\'e}tricas estimadas. A magnitude m{\'a}xima da 
                         GIC estimada nessas subesta{\c{c}}{\~o}es foi 6,24 A em uma 
                         dessas esta{\c{c}}{\~o}es centrais da rede, durante uma intensa 
                         tempestade em novembro de 1990. Esses resultados de 
                         simula{\c{c}}{\~a}o ser{\~a}o usados pelo EMBRACE para 
                         identificar as subesta{\c{c}}{\~o}es ideais para 
                         instala{\c{c}}{\~a}o de sensores de monitoramento medindo 
                         valores reais de GIC visando esfor{\c{c}}os de 
                         valida{\c{c}}{\~a}o da metodologia desenvolvida.",
            committee = "Wrasse, Cristiano Max (presidente) and Padilha, Antonio Lopes 
                         (orientador) and Alves, L{\'{\i}}via Ribeiro (orientadora) and 
                         Schultz, Adam (orientador) and Dutra, Severino Luiz Guimaraes and 
                         Fontes, Sergio Luiz and Bologna, Mauricio de Souza",
         englishtitle = "Modelagem de correntes geomagneticamente induzidas em redes de 
                         transmiss{\~a}o de energia el{\'e}trica no Brasil usando modelos 
                         3-D para representar a estrutura de condutividade el{\'e}trica em 
                         subsuperf{\'{\i}}cie",
             language = "en",
                pages = "136",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34T/47JAE7S",
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        urlaccessdate = "02 maio 2024"
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