Neste trabalho é apresentado um novo método de medição de descargas parciais, através de transformadores de corrente de alta frequência, instalados no condutor de aterramento dos equipamentos do sistema elétrico de potência e acoplados a um osciloscópio. Esse novo método de medição tem como grande ganho o fato dos equipamentos não precisarem ser retirados de operação para realização de medição. Pelo fato das transmissoras serem remuneradas pela disponibilidade das funções transmissão, o diagnóstico dos equipamentos em serviço faz com que os custos sejam reduzidos. Foi realizado um levantamento teórico onde foi definida a curva característica esperada como resposta do transformador de corrente a um sinal impulsivo. Foram levantadas curvas características, em laboratório, através de oscilogramas no domínio do tempo, das assinaturas de descargas parciais em equipamentos com isolação a óleo e a gás SF6, de modo a validar o sinal esperado na fundamentação teórica. Essas assinaturas foram utilizadas em medições em campo, que comprovaram a viabilidade da fundamentação teórica e das assinaturas obtidas em laboratório. Adicionalmente foram levantados fatores que podem influenciar nas medições e mostrados sinais que possuam características diferentes daquelas das descargas parciais, de modo a diferencia-los. / This work presents a new method of measuring partial discharges, through high frequency current transformers, installed in the equipment grounding conductor of the electrical power system and coupled to an oscilloscope. This new measurement method has as great gain, the fact that the equipment doesnt need to be removed from service to perform measurement. Because of the transmission being remunerated by the availability of the transmission functions, diagnosis of equipment in service makes the costs been reduced. A theoretical survey where the characteristic curve expected response from the current transformer to an impulsive signal was set has been done. Characteristic curves were raised in the laboratory through oscillograms in the time domain, of signatures of partial discharges in equipment with SF6 gas and oil isolation, in order to validate expected signal discharges in the theoretical foundation. These signatures were used in field measurements, which proved the feasibility of the theoretical foundation and signatures obtained in the laboratory. Further factors were raised that may influence the measurements and shown signs that have different characteristics from those of partial discharges in order to differentiate them.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-06-09T12:23:12Z No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 5340904 bytes, checksum: 74fca2465789ca0f91c3c975abb30248 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T13:31:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 5340904 bytes, checksum: 74fca2465789ca0f91c3c975abb30248 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T13:31:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 5340904 bytes, checksum: 74fca2465789ca0f91c3c975abb30248 (MD5) Previous issue date: 2012-12-03 / Este trabalho apresenta uma proposta para efetuar a compensação dos efeitos causados pela saturação dos núcleos dos Transformadores de Corrente (TC) utilizados em circuitos de proteção, através da correção do valor eficaz da componente alternada da corrente distorcida do secundário. O problema foi dividido em duas etapas: a detecção e a compensação da saturação. Para a etapa de detecção foi desenvolvido um método novo, denominado método da função primeira diferença do filtro de Lanczos, que mostrou-se mais imune a ruídos que os métodos tradicionais existentes na literatura. Na etapa de compensação da saturação, foi utilizado o método de estimação para modelos lineares. Os métodos foram implementados em MATLAB e testados em correntes distorcidas geradas de duas formas distintas: através de um simulador de TC operando na região de saturação desenvolvido em MATLAB e através de simulações realizadas em um simulador digital em tempo real (RTDS). Os resultados preliminares apontam para um algoritmo robusto, independente das características dinâmicas do TC, da corrente de falta e de outros fatores externos. Além disso, o tempo de resposta mostrou-se compatível com a possibilidade de implementação em tempo real, atendendo às necessidades da área de proteção dos Sistemas Elétricos de Potência. / This work presents a proposal to perform a compensation of the effects due to saturation of Current Transformers (CT) cores used in circuit protection, by correcting the root mean square (RMS) value of the alternate component (AC) of the secondary distorted current. The problem was divided into two phases: detection and compensation of saturation. For the step of detection, a new method was developed, called first difference function of Lanczos filter method, which has proved more immune to noise than traditional methods in the literature. In the step of compensation of saturation, was used a estimation method for linear models. The methods were implemented in MATLAB and tested on distorted currents generated in two ways: through a CT simulator operating in the saturation region developed in MATLAB and through simulations in a real time digital simulator (RTDS). Preliminary results indicate a robust algorithm, independent of the dynamic characteristics of TC, fault current and other external factors. Furthermore, the response time was showed compatible with the possibility of real time implementation, attending to the needs of the protection area of Electric Power Systems.

Neste trabalho é apresentado um novo método de medição de descargas parciais, através de transformadores de corrente de alta frequência, instalados no condutor de aterramento dos equipamentos do sistema elétrico de potência e acoplados a um osciloscópio. Esse novo método de medição tem como grande ganho o fato dos equipamentos não precisarem ser retirados de operação para realização de medição. Pelo fato das transmissoras serem remuneradas pela disponibilidade das funções transmissão, o diagnóstico dos equipamentos em serviço faz com que os custos sejam reduzidos. Foi realizado um levantamento teórico onde foi definida a curva característica esperada como resposta do transformador de corrente a um sinal impulsivo. Foram levantadas curvas características, em laboratório, através de oscilogramas no domínio do tempo, das assinaturas de descargas parciais em equipamentos com isolação a óleo e a gás SF6, de modo a validar o sinal esperado na fundamentação teórica. Essas assinaturas foram utilizadas em medições em campo, que comprovaram a viabilidade da fundamentação teórica e das assinaturas obtidas em laboratório. Adicionalmente foram levantados fatores que podem influenciar nas medições e mostrados sinais que possuam características diferentes daquelas das descargas parciais, de modo a diferencia-los. / This work presents a new method of measuring partial discharges, through high frequency current transformers, installed in the equipment grounding conductor of the electrical power system and coupled to an oscilloscope. This new measurement method has as great gain, the fact that the equipment doesnt need to be removed from service to perform measurement. Because of the transmission being remunerated by the availability of the transmission functions, diagnosis of equipment in service makes the costs been reduced. A theoretical survey where the characteristic curve expected response from the current transformer to an impulsive signal was set has been done. Characteristic curves were raised in the laboratory through oscillograms in the time domain, of signatures of partial discharges in equipment with SF6 gas and oil isolation, in order to validate expected signal discharges in the theoretical foundation. These signatures were used in field measurements, which proved the feasibility of the theoretical foundation and signatures obtained in the laboratory. Further factors were raised that may influence the measurements and shown signs that have different characteristics from those of partial discharges in order to differentiate them.

The thesis addresses the conceptual design and implementation of the switched-mode power supply having the adjustable dc voltage output up to 25V and current output up to 15A. The half-bridge topology is used for this supply. Design features and quantities are simulated in PSpice and Micro-Cap simulation tools. The thesis covers the simulation results, assembly data and the results measured on the implemented functional sample.

Historiskt sett så har motorer och pumplösningar sålts utan sensorer. Detta innebär att kunden behöver designa specialbyggda övervakningslösningar, skräddarsydda till de specifika behoven som deras installation har. Detta innebär ofta att pumpförsäljaren går miste om pengar eftersom kunden har möjligheten att lösa sina övervakningsproblem med hjälp av produkter som säljs av andra företag. Eftersom Internet-of-Things har växt till den lukrativa marknaden som den idag är så söker företag möjligheter att använda sig av de teknologiska strategier som denna marknad använder sig av för att öka kundlojalitet och höja kvalitén av deras kundtjänster. Detta arbete har som målsättning att designa ett prototypsystem för att mäta komplex effektförbrukning hos trefas pumpmotorer i vattenlösningar. Målet är att konstruera en enhet som är liten nog att få plats innanför motorns hölje, och därmed få övervakning inbakad i produkten. Som en transitionsprodukt så måste systemet passa in i redan existerande övervakningsramverk som används av företaget, samtidigt som det måste vara kostnadseffektivt, noggrant och leverera alla de olika typerna av mätvärden som kan kan tänkas vara av värde vid komplex effektövervakning.  Projektet som presenteras i denna rapport fungerar som en undersökning och fastställning av den fundamentala designen av mätsystemet. Resultatet av arbetet är en konceptdesign som kan användas i senare steg av en iterativ produktutvecklingsprocess. Rapporten diskuterar teorin om vilka olika sensortyper och andra delar av ett mätsystem som kan vara applikativa för  systemet, och vilka som skulle kunna passa bäst. Resultatet består av ett konceptuellt kretskort och en kvantitativ uppskattning av noggrannheten. Kretskortet med tillhörande kretsscheman representerar en prototyp av mätsystemet i ett format som passar in i motorhöljet för en pump. Noggrannheten bestämdes laborativt baserat på den praktiska implementationen av mätsystemet, målsättningen var att hålla sig under 2.5\% relativ noggrannhet vilket uppnåddes för spänningsmätningen men inte för strömmätningen. / Historically, motors and pump solutions were sold without sensors. Requiring customers to create custom-built monitoring solutions, tailor-made to their specific installation and its needs. This often results in the pump vendor losing money since the customer is free to solve its monitoring problem using products sold by different companies. As Internet-of-Things has grown into the lucrative market it currently is, companies look to use the technological strategies created by IoT to increase customer retention and support quality. This thesis aim is to design a proof of concept system for measuring complex power consumption for three-phase pump motors in water solution installations. The goal is to produce a device small enough to be able to fit inside the motor itself, resulting in monitoring being delivered out-of-the-box. As a transition product, this device needs to be able to fit into already existing monitoring frameworks used by the company, while still being cost-effective, accurate and providing all the metrics already provided by larger external measurement systems. This thesis acts as an investigation into the fundamental design of this system, providing a concept design which can be used in further iterative product development. It discusses the theory of which sensors and other modules can be used for the measurement device, and which might be the best fit. It also presents a conceptual circuit board with accompanying schematic diagrams, representing a measurement system that would fit in the tight volume allowed in the motor housing. Finally, the thesis provides quantitive estimates of the accuracy of the system, derived from laboratorive experiments

Massive deployment of wireless IoT (Internet of Things) devices makes replacement or recharge of batteries expensive and impractical for some applications. Energy harvesting is a promising solution, and various designs are proposed to harvest power from ambient resources including thermal, vibrational, solar, wind, and RF sources. Among these ambient resources, AC powerlines are a stable energy source in an urban environment. Many researchers investigated methods to exploit this stable source of energy to power wireless IoT devices. The proposed circuit aims to harvest energy from AC powerlines with a wide input range of from 10 to 50 A. The proposed system includes a wake-up circuit and is capable of cold-start. A buck-boost converter operating in DCM is adopted for impedance matching, where the impedance is rather independent of the operation conditions. So, the proposed system can be applied to various types of wireless sensor nodes with different internal impedances. Experimental results show that the proposed system achieves an efficiency of 80.99% under the powerline current of 50 A. / M.S. / Nowadays, with the magnificent growth of IoT devices, a reliable, and efficient energy supply system becomes more and more important, because, for some applications, battery replacement is very expensive and sometimes even impossible. At this time, a well-designed self-contained energy harvesting system is a good solution. The energy harvesting system can extend the service life of the IoT devices and reduce the frequency of charging or checking the device. In this work, the proposed circuit aims to harvest energy from the AC power lines, and the harvested power intends to power wireless sensor nodes (WSNs). By utilizing the efficient and self-contained EH system, WSNs can be used to monitor the temperature, pressure, noise level and humidity etc. The proposed energy harvesting circuit was implemented with discrete components on a printed circuit board (PCB). Under a power line current of 50 A @ 50 Hz, the proposed energy harvesting circuit can harvest 156.6 mW, with a peak efficiency of 80.99 %.

Este trabalho apresenta a proposta de um sistema completo de proteção diferencial de transformadores de potência, aplicando-se as técnicas de Redes Neurais Artificiais (RNAs). O esquema proposto busca a classificação do sistema de proteção como um problema de reconhecimento e reconstrução de padrões, representando um método alternativo aos algoritmos convencionais. Vários fatores como, por exemplo, as situações de energização do transformador e a saturação dos transformadores de corrente, podem causar uma má operação do dispositivo de proteção. Com o objetivo de melhoramento na proteção digital de transformadores de potência, desenvolveu-se um sistema de proteção diferencial, incluindo dispositivos com base em RNAs, em substituição à filtragem harmônica de sinais existente no algoritmo convencional. Em complementação, esquemas de reconstrução das ondas distorcidas provenientes da saturação dos TCs são também propostos e adicionados ao algoritmo final de proteção, sendo esses comparados ao algoritmo convencional de proteção diferencial de transformadores. Com a referida adição de ferramentas de inteligência artificial a um algoritmo completo de proteção diferencial de transformadores, obteve-se uma solução bastante precisa e eficiente, capaz de responder em um tempo reduzido, se comparada aos métodos convencionais. / This work proposes a complete differential protection system for power transformers, applying the Artificial Neural Network (ANN) theory. The proposed approach treat the classification of the protection system as a problem of pattern recognition and as an alternative method to the conventional algorithms. Several factors such as, for example, transformer energization and CT saturation can cause an inadequate operation of the protection relay. With the objective of improving the power transformer digital protection, a complete protection system was developed, including an ANN-based device in substitution to harmonic filters, in use in the conventional algorithm. Some approaches concerning the reconstruction of the distorted signals caused by the CTs saturation are also proposed. These routines are added to the final protection algorithm and they are compared to the conventional algorithm for power transformer protection. With the use of artificial intelligence tools in a complete power transformer protection algorithm, one intends to obtain a very precise, fast and efficient solution, if compared to the conventional methods.

Este trabalho tem como objetivo apresentar um algoritmo de proteção diferencial de geradores baseado em Redes Neurais Artificiais (RNAs), que seja robusto e confiável em situações onde os algoritmos padrões podem apresentar dificuldades, como no caso, da saturação de TCs. O algoritmo desenvolvido é constituído por dois módulos principais: a) um módulo de detecção da saturação dos transformadores de corrente (TCs) empregados na proteção diferencial de geradores e; b) um módulo de correção das formas de onda distorcidas devido à saturação dos TCs. Os módulos utilizam RNAs para detectar e corrigir situações onde haja saturação dos TCs, a fim de evitar a má operação da proteção diferencial. O algoritmo foi desenvolvido em ambiente Matlab e validado com base nos dados da modelagem e simulações de um sistema elétrico utilizando o software Alternative Transients Program (ATP). / This work has as objective to present an algorithm for differential protection of generators based on Artificial Neural Networks (ANN), which is robust and reliable in situations where standard algorithms fail, as in the case of Current Transformer (CT) saturation. The algorithm developed consists of two main modules: a) a module to detect saturation of CTs used in differential protection of generators and; b) module to correct distorted waveforms due to CT saturation. The modules use ANNs to detect and correct situations where there is saturation of CTs in order to avoid misoperation of the differential protection. The algorithm was developed using Matlab software and validated based on data modeling and simulations of a power system using the Alternative Transients Program (ATP) software.

Este trabalho apresenta um procedimento completo de simulação da proteção digital diferencial aplicada a transformadores de potência, visando o emprego deste à avaliação do comportamento de relés comercialmente disponíveis. Foi escolhido o software ATP (Alternative Transients Program) como ferramenta para a simulação de distintas situações sobre um sistema diferencial de proteção aplicado a um transformador de 25 MVA. Dentre as ocorrências evidenciadas, destacam-se: situações de faltas internas, faltas externas, situações de energização e energização com falta interna do transformador, condição de sobreexcitação e de saturação de TC (Transformador de Corrente). Cabe comentar que das simulações a real caracterização sobre o relé em teste, fez-se necessário todo um pré-processamento e análise da informação que será convenientemente abordada e justificada no trabalho apresentado, denotando-se um procedimento comum de teste a ser adotado a esta filosofia de proteção. A metodologia e esquema prático adotado trazem uma contribuição importante para a análise laboratorial de modelagens e simulações aplicadas a relés de proteção presentes no mercado e contribui de maneira substancial para os estudos teóricos de possíveis soluções para limitações eventualmente encontradas / This dissertation presents a complete procedure of simulation of digital differential protection applied to power transformers, focusing on its use to evaluate of the behavior of commercially available relays. Software ATP (Alternative Transients Program) was chosen as a tool for the simulation of distinct situations in a differential protection system applied to a 25 MVA three-phase transformer. Amongst the evidenced occurrences internal and external fault conditions, energization with or without internal fault of a three-phase transformer, overexcitation and CT (Current Transformer) saturation conditions were distinguished. It should be mentioned that from simulations to the characterization the real situations on the relay in test, a pre-processing and analysis of the information were necessary, and will be justified in the present study, denoting a common test procedure to be adopted to this philosophy of protection

Este trabalho tem como objetivo apresentar um algoritmo de proteção diferencial de geradores baseado em Redes Neurais Artificiais (RNAs), que seja robusto e confiável em situações onde os algoritmos padrões podem apresentar dificuldades, como no caso, da saturação de TCs. O algoritmo desenvolvido é constituído por dois módulos principais: a) um módulo de detecção da saturação dos transformadores de corrente (TCs) empregados na proteção diferencial de geradores e; b) um módulo de correção das formas de onda distorcidas devido à saturação dos TCs. Os módulos utilizam RNAs para detectar e corrigir situações onde haja saturação dos TCs, a fim de evitar a má operação da proteção diferencial. O algoritmo foi desenvolvido em ambiente Matlab e validado com base nos dados da modelagem e simulações de um sistema elétrico utilizando o software Alternative Transients Program (ATP). / This work has as objective to present an algorithm for differential protection of generators based on Artificial Neural Networks (ANN), which is robust and reliable in situations where standard algorithms fail, as in the case of Current Transformer (CT) saturation. The algorithm developed consists of two main modules: a) a module to detect saturation of CTs used in differential protection of generators and; b) module to correct distorted waveforms due to CT saturation. The modules use ANNs to detect and correct situations where there is saturation of CTs in order to avoid misoperation of the differential protection. The algorithm was developed using Matlab software and validated based on data modeling and simulations of a power system using the Alternative Transients Program (ATP) software.