[pt] O tema abordado neste trabalho é a observação e análise, em regime permanente e dinâmico, da ocorrência de um fenômeno que já foi observado em condições reais de operação do sistema elétrico brasileiro, que é a relação oposta à usual entre a grandeza controlada e a grandeza controladora. Nestes caso, mesmo que haja margem de recursos para manter a tensão controlada, ela não é útil. Por exemplo, uma diminuição na relação de transformação num transformador de tapes variáveis, com intuito de aumentar a tensão controlada acaba por reduzí-la, até que os limites de troca de tapes sejam atingidos ou o sistema entre em colapso. Para demonstrar a existência do problema, foram executadas simulações, em regime permanente e dinâmico, e verificado o efeito do controle de tensão por um transformador com tapes variáveis e por compensadores estáticos de potência reativa, situações corriqueiras de um sistema de potência. Foram demonstradas situações em que foi possível verificar a mudança da região de operação. Para a análise em regime permanente foi utilizado um algoritmo de fluxo de carga, e para a análise dinâmica, uma simulação no domínio do tempo. Nas simulações envolvendo transformadores de tapes variáveis, foi possível verificar a existência o efeito reverso da ação de controle de tensão nas análises estática e dinâmica. Nas simulações utilizando o compensador estático de potência reativa houve divergência entre os resultados das duas análises. / [en] This work presents the observation and analysis, in steady state and dynamic performance, of the phenomenon already observed in real operation conditions of the Brazilian Electric System, which is the opposite relationship between the controlled value and the target value. In this case, even if the resources have margin to keep the voltage controlled, this is not useful. For example, the reduction in the turn ratio on load tap changer transformer, with the aim of increase in the controlled voltage, result in its reduction, until the tap changer limit is reached or the system is led to the collapse. To demonstrate the existence of this problem, steady state and dynamic performance simulations were done, and the voltage control effect by on load tap changer transformer and static var compensator , current situations in a power system. Several situations where is possible verify the operation region changing was demonstrated. For steady state analysis was used a load flow algorithm and, for the dynamic analysis, a time domain simulation. In the simulations with on load tap changer transformer, it was possible to verify the existence of the reverse effect of the voltage control action in the static and dynamic analysis. In the simulations using static var compensator, a divergence was found between the results in the two analyses.

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.

No presente trabalho é apresentada uma nova abordagem para medida de potenciais em altos níveis de tensão que utilizam sensores eletro-ópticos Pockels. Também descreve a aplicação da técnica de interferometria de luz branca em sistemas de alta tensão por fibras ópticas. Neste sistema a informação é codificada no espectro da luz, permitindo assim que a medida seja independente da potência óptica transmitida pelo link de fibras ópticas. Um protótipo foi construído e testado sob excitação de tensão a.c. até 20 kV em 60 Hz mostrando boa resposta e demonstrando a viabilidade deste método. / A new approach to perform measurement of potentials in high voltage levels using electrooptical Pockels sensors is presented here. This work describes an application of the White Light Interferometry technique to a high voltage optical fiber measurement system. In this system the information is encoded in the spectrum of the light, allowing the measurement to be independent of the optical power transmitted by the optical fiber link. A prototype was built and tested under excitation of a.c. voltages up to 20 kV in 60 Hz showing good response and demonstrating the feasibility of this method.

Os transformadores de potência são alguns dos elementos mais importantes dos sistemas elétricos. A confiabilidade e o bom funcionamento destes equipamentos são vitais para que as companhias de energia forneçam eletricidade com qualidade e segurança. Um dos principais parâmetros que envolvem a normalidade da operação dos transformadores é o estado da isolação interna formada pelo óleo mineral e o papel que cobre as bobinas. Danos nessa isolação resultam na degradação destes dielétricos e, por conseqüência, na diminuição da vida útil dos transformadores. Essa degradação, que advém de processos elétricos, térmicos, ou mesmo mecânicos, geram gases combustíveis cujas quantidades individuais podem indicar o tipo de falha e a gravidade do problema. Desta forma, é importante detectar os principais gases envolvidos. O objetivo deste trabalho é realizar análises e estudos quantitativos da presença de gases inflamáveis dissolvidos no óleo, surgidos através da degradação deste líquido isolante. O cerne deste trabalho está em elaborar ensaios de formação de arco no óleo e, posteriormente, aquecer o fluido para medir a quantidade dos gases combustíveis antes dissolvidos nele. Este estudo visa à melhoria na confiabilidade dos equipamentos projetados para detectar e monitorar o surgimento de gases inflamáveis no interior de transformadores de potência existentes em subestações de companhias de eletricidade. / Power transformers are some of the most important elements of electrical systems. The trustworthiness and the good functioning of this equipment permit power utilities to supply electricity with quality and security. One of the main parameters for transformer\'s operation normality is the state of the internal insulation formed by the mineral oil and the paper that covers the bobbins. Damages in this insulation cause its dielectric degradation and, consequently, the reduction of the equipment useful life. This degradation which originates from electrical, thermal, or even mechanical processes generates chemical products such as gases whose individual amounts may indicate the type of imperfection and gravity of the problem. That\'s why the detection of the main involved gases is important. This work intends to elaborate analyses and studies of the presence of inflammable gases dissolved in oil through the degradation of the insulating liquid. The principal topic of this work is the arc formation elaboration in the oil and later the heating of the oil to measure the amount of gases previously dissolved in it. This study also aims to improve the trustworthiness of the projected equipments in order to detect and monitor the sprouting of existing inflammable gases in the interior of power transformers in substations of power utilities.

A busca no aumento da vida útil dos transformadores de distribuição, redução dos custos de manutenção e mitigação de falhas, leva ao desenvolvimento de novos materiais e critérios de exploração diferenciados desses ativos. Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento de um novo transformador de distribuição compacto e mais eficiente utilizando óleo vegetal isolante totalmente biodegradável. Além de biodegradável, o óleo vegetal utilizado possui menor agressividade ambiental e maior capacidade térmica aumentando, a capacidade de carregamento do transformador sem comprometer a sua vida útil. A fim de atestar essa menor agressividade em relação ao óleo mineral, ensaios foram efetuados em um equipamento que permaneceu 12 anos em operação. O equipamento foi totalmente desmontado para análise e coleta de amostras de papel e óleo vegetal isolante. As análises visam comprovar a menor agressividade em relação ao óleo mineral, apresentadas na revisão bibliográfica. A menor agressividade torna possível a proposição de uma nova filosofia de planejamento de redes de distribuição utilizando uma quantidade menor dos novos transformadores para uma mesma carga, tornando-a mais compacta e eficiente. / The search of increase on the life expectancy of distribution transformers, reducing maintenance costs and mitigation failures, leads to the development of new materials and different operating criteria of these assets. This research presents the development of a new distribution transformer compact and more efficient with insulating in vegetable oil totally biodegradable. In addition to biodegradable, the vegetable oil used has less environmental aggressiveness and greater thermal capacity, increasing the loading capacity of the transformer without compromising its life expectancy. To prove that the vegetable oil is less aggressive than mineral oil, tests were done out in a transformer that worked for 12 years. The equipment was disassembled for analysis and collection of samples of vegetable oil and paper insulation. The analyses aim to prove the lesser aggressiveness compared to mineral oil, presented in the literature review. This situation makes it possible the proposition of a new philosophy of planning of distribution networks using a smaller amount of new transformers for the same load, making it more compact and efficient.

A inovação tecnológica é uma ferramenta muito poderosa utilizada para avançar estrategicamente no mundo competitivo. Esta tendência também é uma realidade nos sistemas de isolamento dos transformadores. Os isolamentos passam então a ser avaliados tanto do ponto de vista econômico, quanto do ambiental e da segurança. Em todo o mundo, são consumidos bilhões de litros de óleo isolante mineral e vegetal que, juntamente com o papel, formam a isolação interna dos equipamentos. Essa isolação ao ser degradada por uma ação térmica, química ou elétrica, não só diminui a vida útil dos equipamentos, mas também aumenta a taxa de falha e acarreta prejuízos e multas severas às concessionárias de energia. Aumenta-se a urgência em explorar o uso de óleos não fósseis, renováveis e biodegradáveis. Os fluídos isolantes vegetais, com capacidade de reduzir incêndios e riscos ambientais, já são uma realidade e alternativa possível em substituição aos óleos isolantes minerais. Como são de uso recente, os estudos sobre os gases dissolvidos nesses óleos ainda são poucos e seu uso como elementos indicadores de faltas causam desconfiança. Assim, o objetivo do trabalho foi o de criar metodologias para produzir em laboratório arcos elétricos e superaquecimento em óleos, capazes de gerar gases dissolvidos. Depois por ensaios térmicos e elétricos, realizaram-se estudos comparativos entre óleo mineral e vegetal com as técnicas disponíveis para monitoramento de faltas em transformadores. / Technological innovation is a very powerful tool used to advance strategically in the competitive world. This trend is also a reality in the insulation systems of transformers. Thus, insulation systems both from an economic, environmental and security viewpoint. Around the world are consumed billions of liters of insulating oil which jointly to paper forms the internal equipments insulation. When this insulation is damaged by thermal, chemical or electrical reaction it reduces the equipment durability, increases its failure rates, and cause great losses and severe fines to Electricity dealers. Consequently, this increases the urgency to explore the use of non-fossil oil, renewable and biodegradable. The vegetable insulating fluids is less-flammable and presents less environmental hazards, so it is a viable alternative to replace the use of mineral insulating oils. However, considering its recent use, studies involving dissolved gases in these oils are still scarce, and its use as shortages indicator, today, cause a deep distrust. Thus, the aim of this study was to create methodologies to produce, in laboratory, electric arcs and overheating in oils capable of generating dissolved gases. After a trial, was carried out a comparative analysis between mineral and vegetable oils, using the techniques available for monitoring transformers failures.

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2018-04-04T12:41:38Z No. of bitstreams: 2 Tese - André Pereira Marques - 2018.pdf: 11271921 bytes, checksum: 086b8deaeaa9f31cd4e5ea975724a254 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-04-04T13:27:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - André Pereira Marques - 2018.pdf: 11271921 bytes, checksum: 086b8deaeaa9f31cd4e5ea975724a254 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-04T13:27:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - André Pereira Marques - 2018.pdf: 11271921 bytes, checksum: 086b8deaeaa9f31cd4e5ea975724a254 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-22 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / The effective application of predictive maintenance techniques for power transformers is essential for the early detection of defects and failures, and in order to trigger scheduled preventive or corrective actions. This precludes the need for urgent and/or emergency interventions, aiming to reduce unscheduled power outages, which are usually more costly and cause great inconvenience to consumers and the electric power system. In this context, this work focuses on the development of an optimized diagnostic methodology for power transformers, by integrating eleven predictive techniques (with 27 quantities). These techniques are analyzed with respect to voltage level, type of electrical connection and age of the transformers – when applicable –, based on the experience of specialists/analysts, on standards and technical guidelines, and on statistical analyses of a database of actual field and laboratory tests. The analyses of the validation of the results are significant and presented through a specialized system, demonstrating their practical application. The novelty of this thesis consists in the development of an original classification method, called Normalized Doubly Weighted Sum (NDWS), and in the detailed description of the predictive techniques that are integrated, their functionalities, the creation of equations, the definition of criteria and parameters, with their weights and scores for the classification of “A” (excellent) to “E” (very poor), and recommended actions aimed at underpinning decision- making, thereby contributing to the body of studies in this field. Hence, it can be concluded that this work offers a comprehensive and efficient tool to aid in the optimized diagnosis of power transformers, insulated with kraft paper and immersed in mineral insulating oil, providing effective diagnostics and maintenance of these devices, and thus increasing the reliability of electric power systems. / A eficiência da aplicação de técnicas preditivas de manutenção em transformadores de potência é fundamental para se detectar defeitos e falhas ainda em estágio incipiente, disparar ações preventivas ou corretivas programadas, e assim evitar intervenções em caráter de urgência e ou emergência, visando a diminuição de interrupções não programadas no fornecimento de energia elétrica, as quais são comumente mais onerosas e causadoras de grandes transtornos aos consumidores e ao sistema elétrico. Neste sentido, os objetivos deste trabalho baseiam-se em apresentar o desenvolvimento de uma metodologia de diagnóstico otimizado destes equipamentos, mediante a integração de onze técnicas preditivas (com vinte e sete grandezas), analisando-as em relação ao nível de tensão, tipo de ligação elétrica e idade dos transformadores – quando aplicável – e de acordo com o seguinte embasamento: na experiência de especialistas/analistas; em normas e orientações técnicas; e em análises estatísticas de uma base de dados de ensaios reais realizados em campo e em laboratório. As análises com a validação dos resultados são significativas e apresentadas por meio de um sistema especialista, mostrando a sua aplicação prática. O ineditismo desta tese refere-se ao desenvolvimento de um método de classificação original, denominado Soma Duplamente Ponderada Normalizada (SDPN), e à descrição detalhada sobre quais técnicas preditivas são integradas, suas funcionalidades, elaboração de equações, a definição de critérios e de parâmetros, com seus pesos e suas notas para a classificação de “A” (excelente) a “E” (péssimo), e ações recomendadas que auxiliam nas tomadas de decisão, contribuindo com os estudos na área. Portanto, conclui-se que este trabalho possui uma aplicação abrangente e eficiente como ferramenta para o subsídio ao diagnóstico otimizado de transformadores de potência, isolados em papel kraft e imersos em óleo mineral isolante, proporcionando diagnósticos e manutenções efetivas nestes equipamentos e, consequentemente, impactando o aumento da confiabilidade do sistema elétrico.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-07-21T17:52:36Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Tiago Henrique Vivas e Silva - 2017.pdf: 5148275 bytes, checksum: 451ab8d12dacefd5609d711aa1677179 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-07-24T11:16:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Tiago Henrique Vivas e Silva - 2017.pdf: 5148275 bytes, checksum: 451ab8d12dacefd5609d711aa1677179 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-24T11:16:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Tiago Henrique Vivas e Silva - 2017.pdf: 5148275 bytes, checksum: 451ab8d12dacefd5609d711aa1677179 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-05-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work have its main theme on the maintenance in Power Transformers in energy substations. Power Transformers have great importance in power transmission and distribution systems. In addition to being essential to perform the transformation between diferent levels of electrical voltage from generation to consumption, the cost of these equipments represents a considerable part of the investment in the system. A failure in a transformer can compromise the supply of electricity to an entire region of the city, which represents a lack of billing and fines to the power distribution company, as well as the repair costs of the equipment that failed. In this dissertation one of the main techniques used to diagnose power transformers using the Dissolved Gas Analysis (DGA) are discussed, as well as the use of Fuzzy Logic in conjunction with the diferente analysis techniques. The differential of this work is the development of a computational tool that allows the grafical visualization of diagnosis evolution for each equipment over time and provides a final result by a flowchart that considers all diagnosis of the traditional techniques approached with application of Fuzzy Logic. The result obtained is the development of a software that implements the proposed methodology and graphically presents the diagnostics of each equipment present in the company’s database. The software allows the analysis of the current operational state of the equipment and his evolution over time, subsidizing the decision of the maintenance professional regarding maintenance in the equipment. / Este trabalho tem como tema central o planejamento da manutenção em transformadores de potência em subestações. Os transformadores de potência têm uma grande importância nos sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica. Além de serem essenciais para efetuar a transformação entre os diferentes níveis de tensão elétrica ao longo do sistema desde a geração até o consumo, o valor destes equipamentos representa uma parcela considerável do investimento das concessionárias no sistema. Uma falha em um transformador de potência pode comprometer o fornecimento de energia elétrica para uma região inteira da cidade, o que representa falta de faturamento e multas para a concessionária, além dos próprios custos de reparação do equipamento que falhou. Nesta dissertação é abordada uma das principais técnicas utilizadas para diagnósticos de transformadores de potência: a Análise de Gases Dissolvidos (AGD), bem como a utilização da lógica Fuzzy em conjunto com os diferentes métodos de análise desta técnica. O diferencial deste trabalho está no desenvolvimento de uma ferramenta computacional que permite a visualização gráfica da evolução do diagnóstico de cada equipamento ao longo do tempo e fornece um resultado final através de um fluxograma que considera os diagnósticos de todas as técnicas tradicionais abordadas com a aplicação da lógica Fuzzy. O resultado obtido é o desenvolvimento de um software que implementa a metodologia proposta e apresenta, de forma gráfica, os diagnósticos de cada equipamento presente no banco de dados da empresa. O software permite a análise do atual estado operacional do equipamento e a evolução deste diagnóstico ao longo do tempo, subsidiando a tomada de decisão do profissional da manutenção quanto às manutenções no equipamento.

No presente trabalho é apresentada uma nova abordagem para medida de potenciais em altos níveis de tensão que utilizam sensores eletro-ópticos Pockels. Também descreve a aplicação da técnica de interferometria de luz branca em sistemas de alta tensão por fibras ópticas. Neste sistema a informação é codificada no espectro da luz, permitindo assim que a medida seja independente da potência óptica transmitida pelo link de fibras ópticas. Um protótipo foi construído e testado sob excitação de tensão a.c. até 20 kV em 60 Hz mostrando boa resposta e demonstrando a viabilidade deste método. / A new approach to perform measurement of potentials in high voltage levels using electrooptical Pockels sensors is presented here. This work describes an application of the White Light Interferometry technique to a high voltage optical fiber measurement system. In this system the information is encoded in the spectrum of the light, allowing the measurement to be independent of the optical power transmitted by the optical fiber link. A prototype was built and tested under excitation of a.c. voltages up to 20 kV in 60 Hz showing good response and demonstrating the feasibility of this method.

A inovação tecnológica é uma ferramenta muito poderosa utilizada para avançar estrategicamente no mundo competitivo. Esta tendência também é uma realidade nos sistemas de isolamento dos transformadores. Os isolamentos passam então a ser avaliados tanto do ponto de vista econômico, quanto do ambiental e da segurança. Em todo o mundo, são consumidos bilhões de litros de óleo isolante mineral e vegetal que, juntamente com o papel, formam a isolação interna dos equipamentos. Essa isolação ao ser degradada por uma ação térmica, química ou elétrica, não só diminui a vida útil dos equipamentos, mas também aumenta a taxa de falha e acarreta prejuízos e multas severas às concessionárias de energia. Aumenta-se a urgência em explorar o uso de óleos não fósseis, renováveis e biodegradáveis. Os fluídos isolantes vegetais, com capacidade de reduzir incêndios e riscos ambientais, já são uma realidade e alternativa possível em substituição aos óleos isolantes minerais. Como são de uso recente, os estudos sobre os gases dissolvidos nesses óleos ainda são poucos e seu uso como elementos indicadores de faltas causam desconfiança. Assim, o objetivo do trabalho foi o de criar metodologias para produzir em laboratório arcos elétricos e superaquecimento em óleos, capazes de gerar gases dissolvidos. Depois por ensaios térmicos e elétricos, realizaram-se estudos comparativos entre óleo mineral e vegetal com as técnicas disponíveis para monitoramento de faltas em transformadores. / Technological innovation is a very powerful tool used to advance strategically in the competitive world. This trend is also a reality in the insulation systems of transformers. Thus, insulation systems both from an economic, environmental and security viewpoint. Around the world are consumed billions of liters of insulating oil which jointly to paper forms the internal equipments insulation. When this insulation is damaged by thermal, chemical or electrical reaction it reduces the equipment durability, increases its failure rates, and cause great losses and severe fines to Electricity dealers. Consequently, this increases the urgency to explore the use of non-fossil oil, renewable and biodegradable. The vegetable insulating fluids is less-flammable and presents less environmental hazards, so it is a viable alternative to replace the use of mineral insulating oils. However, considering its recent use, studies involving dissolved gases in these oils are still scarce, and its use as shortages indicator, today, cause a deep distrust. Thus, the aim of this study was to create methodologies to produce, in laboratory, electric arcs and overheating in oils capable of generating dissolved gases. After a trial, was carried out a comparative analysis between mineral and vegetable oils, using the techniques available for monitoring transformers failures.