O conhecimento das características experimentais das faltas de alta impedância é de suma importância para o desenvolvimento de sistemas e equipamentos voltados a detecção eficiente das mesmas em sistemas de distribuição de energia elétrica. Este trabalho apresenta um conjunto de estratégias experimentais que visam orientar passo a passo a realização de ensaios de faltas fase-terra com alta impedância, contemplando-se desde os dispositivos de proteção usados na viabilização dos experimentos até os equipamentos de oscilografias utilizados para registrar as grandezas elétricas advindas dessas situações de faltas. São ainda apresentados os resultados obtidos pelos ensaios realizados de queda de condutor energizado (lado fonte) em solo seco, queda de condutor energizado (lado fonte) em brita seca, queda de condutor energizado sobre a cruzeta e queda de condutor energizado (lado carga) em solo seco. / The knowledge of experimental characteristics of high-impedance fault is of highest importance for developing both systems and equipments addressed to its efficient detection in electric power distribution systems. This work presents a set of practical strategies to guide step by step the accomplishment of experiments involving phase-ground faults with high impedance, being also contemplated from protection devices used in the experiments to oscillograph equipments dedicated to register the electric signals produced in those situations. It is still presented the results produced by fault experiments involving drop of energized cable (source side) in dry soil, drop of energized cable (source side) in dry broken stones, drop of energized cable on crossarm and drop of energized cable (load side) in dry soil.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-05-18Bitstream added on 2014-06-13T18:08:27Z : No. of bitstreams: 1 barros_ac_me_ilha.pdf: 537823 bytes, checksum: 11c161179ae4dad9ba89c41455601030 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este trabalho tem por objetivo apresentar uma metodologia, para detecção e classificação de faltas de curto-circuito, direcionada para os eventos de alta impedância em subestações de energia elétrica. A detecção é executada por um cálculo algébrico simples via observação da diferença absoluta entre o valor eficaz médio estimado e o valor eficaz medido a partir da oscilografia das correntes trifásicas. Caso seja detectada a anomalia de corrente, procede-se a sua classificação baseada na lógica fuzzy. Trata-se de um problema que apresenta maiores dificuldades de identificação e classificação, tendo em vista que tais perturbações são sutis, o que se diferenciam em relação aos eventos caracterizados como de baixa e ou de média impedância. Os distúrbios de alta impedância, muitas vezes, não são detectados pelo sistema proteção. Neste caso, o sistema de proteção consideraos como uma operação em regime permanente, não distinguindo entre uma falta de alta impedância e um aumento/diminuição da corrente elétrica em decorrência das variações da demanda solicitada pelos consumidores. Ressalta-se que a metodologia, aqui proposta, segue os princípios formulados na referência Decanini (2008), com as devidas adaptações ao problema associado às faltas de alta impedância. A metodologia, proposta neste trabalho, usa dados oscilográficos que são processados de modo que a detecção e classificação das faltas possam ser estimadas através de um conjunto de características extraídas dos sinais de correntes. Este conjunto de característica é classificado pela lógica nebulosa e sua saída resulta na indicação do tipo da falta. Deve-se ressaltar que este algoritmo além de ser eficiente na detecção e classificação de faltas de alta impedância, sua eficiência destacase também na localização e detecção de faltas de baixa impedância... / This work presents a methodology to detect and classify short circuit faults principally for high impedance occurrences in electrical power systems. The detection is executed by a simple algebraic calculus observing the absolute difference with the efficient medium estimated value and the efficient value measured from the oscillogram of the three-phase currents. When a current anomaly is detected the classification is based on the fuzzy logic. It is a problem that presents some difficulties in identification and classification, considering that these perturbations are little which are different from the events characterized as low or medium impedance. The high impedance perturbations sometimes are not detected by the protection system. In this case, the protection system considers as one operation in steady state, and do not distinguish with a high impedance fault or an increasing/ decreasing of the electrical current due to the demand variation requested by the users. It is emphasized that the proposed methodology follows the fundamentals according the reference Decanini (2008), with the adaptations to the associated problem to the high impedance faults. The proposed methodology use oscillogram data that are processed in a way that the detection and classification of the faults are estimated by a set of characteristics from the current signals. This set is classified by logic fuzzy and the output results on the type of the fault. It is emphasized that this algorithm besides being efficient is detecting and classifying high impedance faults, is also efficient in localizing and detecting low impedance faults. The necessary data for the diagnosis of the faults were obtained by simulation of a radial feeder model with the ATP software. Results are satisfactory and show the viability of the proposed methodology that is faster for obtaining the solutions and is able to detect... (Complete abstract click electronic access below)

O conhecimento das características experimentais das faltas de alta impedância é de suma importância para o desenvolvimento de sistemas e equipamentos voltados a detecção eficiente das mesmas em sistemas de distribuição de energia elétrica. Este trabalho apresenta um conjunto de estratégias experimentais que visam orientar passo a passo a realização de ensaios de faltas fase-terra com alta impedância, contemplando-se desde os dispositivos de proteção usados na viabilização dos experimentos até os equipamentos de oscilografias utilizados para registrar as grandezas elétricas advindas dessas situações de faltas. São ainda apresentados os resultados obtidos pelos ensaios realizados de queda de condutor energizado (lado fonte) em solo seco, queda de condutor energizado (lado fonte) em brita seca, queda de condutor energizado sobre a cruzeta e queda de condutor energizado (lado carga) em solo seco. / The knowledge of experimental characteristics of high-impedance fault is of highest importance for developing both systems and equipments addressed to its efficient detection in electric power distribution systems. This work presents a set of practical strategies to guide step by step the accomplishment of experiments involving phase-ground faults with high impedance, being also contemplated from protection devices used in the experiments to oscillograph equipments dedicated to register the electric signals produced in those situations. It is still presented the results produced by fault experiments involving drop of energized cable (source side) in dry soil, drop of energized cable (source side) in dry broken stones, drop of energized cable on crossarm and drop of energized cable (load side) in dry soil.

As Faltas de Alta Impedância (FAI) causadas pelo rompimento de um condutor da rede primária podem trazer risco à segurança pessoal e ao patrimônio. A detecção deste defeito se faz, portanto, necessária. Não há na literatura um método que estabeleça a solução definitiva para este problema. Ainda, os estudos, quando não baseados em sinais reais, utilizam, por vezes, modelos determinísticos ou que não representam por completo as características geradas pelo defeito. Por este motivo, este trabalho propõe um modelo de falta de alta impedância que visa representar, com elevado detalhamento, a natureza do evento. O modelo desenvolvido é parametrizável para que possa representar as características dos sinais de falta e suas variações, inclusive as não determinísticas, as quais se referenciam na literatura, reproduzindo o comportamento típico de uma falta de alta impedância. O programa de simulação computacional empregado para este fim foi o ATPDraw. Para a validação do sinal gerado pelo modelo, além da comparação visual com sinais de falta reais, foi elaborado um algoritmo de detecção de FAI, o qual busca por características do fenômeno já conceituadas na literatura, com o propósito de analisar o sinal da corrente de falta gerado pelo modelo quando inserido em um sistema de distribuição de energia elétrica. Foi observada a progressão temporal do fenômeno, desde o rompimento do condutor até a formação dos arcos voltaicos. Do sinal de falta, em síntese, foram observadas características como: assimetria, variação de assimetria, ocorrência de buildup, presença e variação dos componentes harmônicos e inter-harmônicos. A observação dessa variedade de características é necessária na detecção de FAI e é coerente com o modelo proposto, já que este é o único presente na literatura capaz de reproduzi-las simultaneamente. Dos casos de falta simulados, todos foram detectados pelo algoritmo de detecção, indicando que os sinais de falta de alta impedância produzidos pelo modelo possuem as características que ele foi projetado para gerar. / High Impedance Faults (HIF) caused by primary conductor rupture can pose personal safety risk and danger to property. Detection of this event is, therefore, required. There is no proposed method in the literature that establishes a decisive solution to this problem. Studies, when not based on real signals, sometimes use deterministic models or models that do not entirely represent the event\'s characteristics. For this reason, this research proposes a high impedance fault model that intend to represent, with high level of details, the nature of this event. The developed model is parametrizable so it can represent fault signal characteristic and its variations, reproducing the typical high impedance fault behavior. The software ATPDraw was used for this purpose. For model\'s behavior and signal validation, in addition to visual comparison with real HIF signals, a detection algorithm was developed, which searches for HIF characteristics presented on literature, with the intent of analyzing the fault current signal generated by the model when inserted on an electrical distribution system. The temporal progression of the event was observed from the conductor rupture until electric arc ignition. From the fault current, characteristics such as: asymmetry, asymmetry variation, buildup, presence and variation of harmonic and inter-harmonic frequencies were analyzed. The evaluation of this variety of characteristics is needed for HIF detection and it only makes sense because the proposed model is the only one presented in literature capable of reproducing of all them simultaneously. All detection tests resulted in positive identification, confirming that the proposed HIF model possesses the intended characteristics.

Este trabalho apresenta o estado da arte das técnicas mais aplicadas para localização de faltas e modelagem de faltas de alta impedância e propõe a utilização de uma recente técnica baseada na decomposição dos sinais em componentes ortogonais. Este estudo avalia a aplicabilidade da técnica proposta utilizando dados reais de um sistema de distribuição de energia brasileiro, além de apresentar os conceitos teóricos sobre a decomposição em componentes ortogonais. / This work presents the state of the art of the most used techniques for locating and modelling high impedance faults and proposes the use of a recent technique based on the decomposition of the signals in orthogonal components. The objective of this study is to evaluate the application of the proposed technique using real data from a Brazilian distribution network, and presents the theory on orthogonal decomposition.

A ocorrência de faltas em sistemas elétricos de distribuição de energia é algo indesejável, porém, inerente ao mesmo devido a sua topologia normalmente aérea. Entre essas faltas, destacam-se as de alta impedância devido às características de corrente de baixa magnitude que surgem quando de sua ocorrência. No presente trabalho, um método baseado em três módulos é apresentado para a detecção e localização de faltas de alta impedância (FAI). No Módulo 1, é realizado um monitoramento contínuo dos sinais de corrente de forma a detectar a ocorrência de uma descontinuidade que pode estar vinculada a ocorrência de uma FAI. Caso haja essa detecção, o Módulo 2 é ativado de forma a analisar se o evento é realmente uma FAI. Por último, depois de detectada a FAI, o Módulo 3 é inicializado e a localização da falta, estimada. Para possibilitar a análise do método proposto e validar os resultados obtidos, um sistema de distribuição real, em conjunto com todas as etapas do sistema de aquisição de dados, foi modelado no software ATP/EMTP. Essa modelagem foi validada a partir de dados reais obtidos quando da ocorrência em campo de um curto-circuito bifásico. Vale ressaltar que um estudo de caso referente à importância da detecção e localização de um evento relacionado a uma FAI em uma concessionária de energia foi também analisado no início do trabalho de forma a mostrar o possível impacto da localização de FAIs nos indicadores de qualidade de serviço na mesma. Pelos resultados observados, a abordagem como um todo se mostra promissora e passível de aplicação no sistema real simulado e avaliado. / The occurrence of faults in overhead distribution networks is undesirable but common based on its topology. Among these events, High Impedance Faults (HIF) is one of the most important due to the fact that it has a small magnitude current. In this dissertation, a modular three-phase method is presented to enable HIF´s detection and location in a distribution system. In the Module 1, the phase currents are monitored in order to detect a discontinuity that can be associated with a HIF´s occurrence. If the Module 1 detected a discontinuity, the Module 2 is initiated and it analyses if the event can be classified as a HIF. Finally, if the Module 2 returns the event as a HIF, the Module 3 is initiated and the possible location of the HIF is estimated. To enable analysis of the proposed method and to validate the results, a real-based distribution system and the acquisition system of a digital relay were modeled in ATP/EMTP software. In order to validate the model, a simulated twophase fault were compared with the data obtained in a real event occurred in the analyzed distribution system. In order to present the importance of detecting and locating a HIF to a distribution utility, a case study was developed in the beginning of its work. Its importance is based on the improvement of the service quality indicators. Based on the results, the proposed method seems to be promising and applicable in a real distribution system.

A ocorrência de faltas em sistemas elétricos de distribuição de energia é algo indesejável, porém, inerente ao mesmo devido a sua topologia normalmente aérea. Entre essas faltas, destacam-se as de alta impedância devido às características de corrente de baixa magnitude que surgem quando de sua ocorrência. No presente trabalho, um método baseado em três módulos é apresentado para a detecção e localização de faltas de alta impedância (FAI). No Módulo 1, é realizado um monitoramento contínuo dos sinais de corrente de forma a detectar a ocorrência de uma descontinuidade que pode estar vinculada a ocorrência de uma FAI. Caso haja essa detecção, o Módulo 2 é ativado de forma a analisar se o evento é realmente uma FAI. Por último, depois de detectada a FAI, o Módulo 3 é inicializado e a localização da falta, estimada. Para possibilitar a análise do método proposto e validar os resultados obtidos, um sistema de distribuição real, em conjunto com todas as etapas do sistema de aquisição de dados, foi modelado no software ATP/EMTP. Essa modelagem foi validada a partir de dados reais obtidos quando da ocorrência em campo de um curto-circuito bifásico. Vale ressaltar que um estudo de caso referente à importância da detecção e localização de um evento relacionado a uma FAI em uma concessionária de energia foi também analisado no início do trabalho de forma a mostrar o possível impacto da localização de FAIs nos indicadores de qualidade de serviço na mesma. Pelos resultados observados, a abordagem como um todo se mostra promissora e passível de aplicação no sistema real simulado e avaliado. / The occurrence of faults in overhead distribution networks is undesirable but common based on its topology. Among these events, High Impedance Faults (HIF) is one of the most important due to the fact that it has a small magnitude current. In this dissertation, a modular three-phase method is presented to enable HIF´s detection and location in a distribution system. In the Module 1, the phase currents are monitored in order to detect a discontinuity that can be associated with a HIF´s occurrence. If the Module 1 detected a discontinuity, the Module 2 is initiated and it analyses if the event can be classified as a HIF. Finally, if the Module 2 returns the event as a HIF, the Module 3 is initiated and the possible location of the HIF is estimated. To enable analysis of the proposed method and to validate the results, a real-based distribution system and the acquisition system of a digital relay were modeled in ATP/EMTP software. In order to validate the model, a simulated twophase fault were compared with the data obtained in a real event occurred in the analyzed distribution system. In order to present the importance of detecting and locating a HIF to a distribution utility, a case study was developed in the beginning of its work. Its importance is based on the improvement of the service quality indicators. Based on the results, the proposed method seems to be promising and applicable in a real distribution system.

As Faltas de Alta Impedância (FAI) causadas pelo rompimento de um condutor da rede primária podem trazer risco à segurança pessoal e ao patrimônio. A detecção deste defeito se faz, portanto, necessária. Não há na literatura um método que estabeleça a solução definitiva para este problema. Ainda, os estudos, quando não baseados em sinais reais, utilizam, por vezes, modelos determinísticos ou que não representam por completo as características geradas pelo defeito. Por este motivo, este trabalho propõe um modelo de falta de alta impedância que visa representar, com elevado detalhamento, a natureza do evento. O modelo desenvolvido é parametrizável para que possa representar as características dos sinais de falta e suas variações, inclusive as não determinísticas, as quais se referenciam na literatura, reproduzindo o comportamento típico de uma falta de alta impedância. O programa de simulação computacional empregado para este fim foi o ATPDraw. Para a validação do sinal gerado pelo modelo, além da comparação visual com sinais de falta reais, foi elaborado um algoritmo de detecção de FAI, o qual busca por características do fenômeno já conceituadas na literatura, com o propósito de analisar o sinal da corrente de falta gerado pelo modelo quando inserido em um sistema de distribuição de energia elétrica. Foi observada a progressão temporal do fenômeno, desde o rompimento do condutor até a formação dos arcos voltaicos. Do sinal de falta, em síntese, foram observadas características como: assimetria, variação de assimetria, ocorrência de buildup, presença e variação dos componentes harmônicos e inter-harmônicos. A observação dessa variedade de características é necessária na detecção de FAI e é coerente com o modelo proposto, já que este é o único presente na literatura capaz de reproduzi-las simultaneamente. Dos casos de falta simulados, todos foram detectados pelo algoritmo de detecção, indicando que os sinais de falta de alta impedância produzidos pelo modelo possuem as características que ele foi projetado para gerar. / High Impedance Faults (HIF) caused by primary conductor rupture can pose personal safety risk and danger to property. Detection of this event is, therefore, required. There is no proposed method in the literature that establishes a decisive solution to this problem. Studies, when not based on real signals, sometimes use deterministic models or models that do not entirely represent the event\'s characteristics. For this reason, this research proposes a high impedance fault model that intend to represent, with high level of details, the nature of this event. The developed model is parametrizable so it can represent fault signal characteristic and its variations, reproducing the typical high impedance fault behavior. The software ATPDraw was used for this purpose. For model\'s behavior and signal validation, in addition to visual comparison with real HIF signals, a detection algorithm was developed, which searches for HIF characteristics presented on literature, with the intent of analyzing the fault current signal generated by the model when inserted on an electrical distribution system. The temporal progression of the event was observed from the conductor rupture until electric arc ignition. From the fault current, characteristics such as: asymmetry, asymmetry variation, buildup, presence and variation of harmonic and inter-harmonic frequencies were analyzed. The evaluation of this variety of characteristics is needed for HIF detection and it only makes sense because the proposed model is the only one presented in literature capable of reproducing of all them simultaneously. All detection tests resulted in positive identification, confirming that the proposed HIF model possesses the intended characteristics.

Este trabalho apresenta o estado da arte das técnicas mais aplicadas para localização de faltas e modelagem de faltas de alta impedância e propõe a utilização de uma recente técnica baseada na decomposição dos sinais em componentes ortogonais. Este estudo avalia a aplicabilidade da técnica proposta utilizando dados reais de um sistema de distribuição de energia brasileiro, além de apresentar os conceitos teóricos sobre a decomposição em componentes ortogonais. / This work presents the state of the art of the most used techniques for locating and modelling high impedance faults and proposes the use of a recent technique based on the decomposition of the signals in orthogonal components. The objective of this study is to evaluate the application of the proposed technique using real data from a Brazilian distribution network, and presents the theory on orthogonal decomposition.

Os sistemas elétricos de potência modernos apresentam inúmeros desafios em sua operação. Nos sistemas de distribuição de energia elétrica, devido à grande ramificação, presença de extensos ramais monofásicos, à dinâmica das cargas e demais particularidades inerentes, a localização de faltas representa um dos maiores desafios. Das barreiras encontradas, a influência da impedância de falta é uma das maiores, afetando significativamente a aplicação dos métodos tradicionais na localização, visto que a magnitude das correntes de falta é similar à da corrente de carga. Neste sentido, esta tese objetivou desenvolver um sistema inteligente para localização de faltas de alta impedância, o qual foi embasado na aplicação da técnica de decomposição por componentes ortogonais no pré-processamento das variáveis e inferência fuzzy para interpretar as não-linearidades do Sistemas de Distribuição com presença de Geração Distribuída. Os dados para treinamento do sistema inteligente foram obtidos a partir de simulações computacionais de um alimentador real, considerando uma modelagem não-linear da falta de alta impedância. O sistema fuzzy resultante foi capaz de estimar as distâncias de falta com um erro absoluto médio inferior a 500 m e um erro absoluto máximo da ordem de 1,5 km, em um alimentador com cerca de 18 km de extensão. Tais resultados equivalem a um grau de exatidão, para a maior parte das ocorrências, dentro do intervalo de ±10%. / Modern electric power systems present numerous challenges in its operation. Fault location is a major challenge in Power Distribution Systems due to its large branching, presence of single-phase laterals and the dynamic loads. The influence of the fault impedance is one of the largest, significantly affecting the use of traditional methods for its location, since the magnitude of the fault currents is similar to the load current. In this sense, this thesis aimed to develop an intelligent system for location of high impedance faults, which was based on the application of the decomposition technique of orthogonal components in the pre-processing variables and fuzzy inference to interpret the nonlinearities of Power Distribution Systems with the presence of Distributed Generation. The data for training the intelligent system were obtained from computer simulations of an actual feeder, considering a non-linear modeling of the high impedance fault. The resulting fuzzy system was able to estimate distances to fault with an average absolute error of less than 500 m and a maximum absolute error of 1.5 km order, on a feeder about 18 km long. These results are equivalent to a degree of accuracy for the most occurrences within the ± 10% range.