As linhas de transmissão são usadas para transmitir energia elétrica por longas distâncias e estão naturalmente expostas a condições climáticas severas e à ocorrência de faltas, especialmente as linhas aéreas. Estatísticas mostram que entre 70% - 90% das faltas em linhas de transmissão aéreas são momentâneas (ou transitórias) e apresentam formação de arco elétrico. O arco elétrico é a principal característica de uma falta de alta impedância e resulta do pobre contato entre um condutor energizado e a superfície envolvida. Esta tese aborda o problema de localização de faltas de alta impedância em linhas de transmissão curtas. Propõese uma nova técnica de localização de faltas de alta impedância baseada na impedância aparente, desenvolvida no domínio da frequência e que utiliza componentes de fase. A estimativa da distância da falta é obtida a partir da solução de um sistema sobredeterminado de equações lineares, obtida pela aplicação do método de mínimos quadrados. A abordagem proposta permite estimar a distância de faltas de alta impedância momentâneas e permanentes, em linhas de transmissão curtas simples e paralelas, transpostas ou não. O desempenho da técnica de localização de faltas proposta é avaliado mediante estudos de casos simulados no Alternative Transients Program (ATP) considerando análises de sensibilidade e comparativa, bem como casos reais de faltas. Os resultados obtidos, considerando faltas de alta impedância simuladas e reais, indicam claramente que a abordagem proposta possui validade como técnica de localização de faltas em linhas de transmissão curtas em decorrência do desempenho demonstrado e, também, por características tais como: formulação simplificada no domínio da frequência, simplicidade e facilidade de implementação em dispositivos reais e aplicabilidade a casos reais. / Transmission lines are used to transmit electric power over long distances and are naturally exposed to severe weather conditions, especially overhead lines. Such conditions are highly favorable to the occurrence of faults. Statistics show that between 70% - 90% of faults on overhead lines are nonpermanent (or transient), and present arcing. Arcing is the main characteristic of a nonlinear high impedance fault and is the result of poor contact between an energized conductor and the ground or a grounded object. This thesis approaches the high impedance fault location on short transmission lines problem. It is proposed an impedancebased nonlinear high impedance fault location formulation developed in frequency domain and phase components. The formulation uses the least square method and synchronized phasors, measured by, for example, digital fault recorders installed at both line terminals. The proposed approach allows to estimate the distance of high impedance momentary and permanent faults on short transposed or untransposed transmission lines. The performance of the proposed fault location approach is evaluated through analysis of simulated cases in the Alternative Transients Program (ATP) considering sensitivity and comparative analyzes, and actual cases of high impedance faults. The results, considering simulations of high impedance faults and actual cases, indicate clearly that the proposed approach is valid as fault location technique in short transmission lines due to the demonstrated performance.

As linhas de transmissão são usadas para transmitir energia elétrica por longas distâncias e estão naturalmente expostas a condições climáticas severas e à ocorrência de faltas, especialmente as linhas aéreas. Estatísticas mostram que entre 70% - 90% das faltas em linhas de transmissão aéreas são momentâneas (ou transitórias) e apresentam formação de arco elétrico. O arco elétrico é a principal característica de uma falta de alta impedância e resulta do pobre contato entre um condutor energizado e a superfície envolvida. Esta tese aborda o problema de localização de faltas de alta impedância em linhas de transmissão curtas. Propõese uma nova técnica de localização de faltas de alta impedância baseada na impedância aparente, desenvolvida no domínio da frequência e que utiliza componentes de fase. A estimativa da distância da falta é obtida a partir da solução de um sistema sobredeterminado de equações lineares, obtida pela aplicação do método de mínimos quadrados. A abordagem proposta permite estimar a distância de faltas de alta impedância momentâneas e permanentes, em linhas de transmissão curtas simples e paralelas, transpostas ou não. O desempenho da técnica de localização de faltas proposta é avaliado mediante estudos de casos simulados no Alternative Transients Program (ATP) considerando análises de sensibilidade e comparativa, bem como casos reais de faltas. Os resultados obtidos, considerando faltas de alta impedância simuladas e reais, indicam claramente que a abordagem proposta possui validade como técnica de localização de faltas em linhas de transmissão curtas em decorrência do desempenho demonstrado e, também, por características tais como: formulação simplificada no domínio da frequência, simplicidade e facilidade de implementação em dispositivos reais e aplicabilidade a casos reais. / Transmission lines are used to transmit electric power over long distances and are naturally exposed to severe weather conditions, especially overhead lines. Such conditions are highly favorable to the occurrence of faults. Statistics show that between 70% - 90% of faults on overhead lines are nonpermanent (or transient), and present arcing. Arcing is the main characteristic of a nonlinear high impedance fault and is the result of poor contact between an energized conductor and the ground or a grounded object. This thesis approaches the high impedance fault location on short transmission lines problem. It is proposed an impedancebased nonlinear high impedance fault location formulation developed in frequency domain and phase components. The formulation uses the least square method and synchronized phasors, measured by, for example, digital fault recorders installed at both line terminals. The proposed approach allows to estimate the distance of high impedance momentary and permanent faults on short transposed or untransposed transmission lines. The performance of the proposed fault location approach is evaluated through analysis of simulated cases in the Alternative Transients Program (ATP) considering sensitivity and comparative analyzes, and actual cases of high impedance faults. The results, considering simulations of high impedance faults and actual cases, indicate clearly that the proposed approach is valid as fault location technique in short transmission lines due to the demonstrated performance.

O trabalho tem como objetivo avaliar e propor a utilização de soluções tecnológicas que permitam a redução dos riscos causados por arcos elétricos nas instalações de uma unidade industrial com sistema isolado de geração elétrica. Por ser extremamente danosa à segurança das pessoas que interagem com uma instalação elétrica e por causar danos significativos aos equipamentos e instalações, a energia incidente, proveniente de um arco elétrico, deve ser mensurada em conformidade com as normas existentes e os riscos devem ser controlados e mitigados, de maneira a não comprometer a integridade física das pessoas e das instalações. Dessa forma, o presente trabalho propõe alterações no sistema de proteção e a inserção de dispositivos dedicados à identificação de arcos elétricos no interior de painéis da unidade em questão, contribuindo significativamente para a redução da energia incidente liberada na ocorrência de um arco elétrico. Essa redução da energia incidente é conseguida devido à redução do tempo para eliminação da falta, necessitando, dessa forma, de dispositivos e relés de proteção voltados exclusivamente para a proteção contra arco elétrico. / This dissertation aims to evaluate and propose the use of technological solutions that enable the reduction of risks caused by arc flash on the premises of an industrial unit with insulated system of electricity generation. It may be extremely damaging to the safety of people who interact with electrical installations and could cause significant damage to the equipment and facilities, the incident energy from an arc flash should be measured in accordance with existing standards, their risks must be controlled and attenuated, in order not to compromise the physical integrity of people and facilities. That way, this paper proposes changes into the system of protection and the insertion of devices dedicated to the identification of arc flashes inside panels of the unit concerned, contributing significantly to the reduction of incident energy released in the event of an arc flash. This reduction is obtained by lowering the time for the elimination of absence, requiring, therefore, devices and protective relays devoted exclusively to protect against electric arc.

Reatores PWR empregam, como combustível nuclear, pastilhas de UO2 acondicionadas em tubos de ligas de zircônio, chamados de encamisamento. Na sua fabricação são gerados cavacos de usinagem que não podem ser descartados, pois a reciclagem deste material é estratégica quanto aos aspectos de tecnologia nuclear, econômicos e ambientais. As ligas nucleares têm altíssimo custo e não são produzidas no Brasil, sendo importadas para a fabricação do combustível nuclear. Neste trabalho são abordados dois métodos para reciclar os cavacos de Zircaloy. No primeiro, os cavacos foram fundidos utilizando um forno elétrico a arco para obter lingotes. O segundo usa a técnica da metalurgia do pó, onde os cavacos foram submetidos à hidretação e o pó resultante foi moído e isostaticamente prensado e, a seguir, sinterizado a vácuo. A composição química, as fases presentes e a dureza no material foram determinadas. Os lingotes foram tratados termicamente e laminados, sendo que as microestruturas foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura. Os resultados para ambos os métodos mostraram que a composição do Zircaloy reciclado cumpre as especificações químicas e apresentaram microestrutura adequada para uso nuclear. Os bons resultados do método de metalurgia do pó sugerem a possibilidade de produzir pequenas peças, como as tampas do encamisamento - end-caps, usando a sinterização no formato quase final (near net shape). / PWR reactors employ, as nuclear fuel, UO2 pellets with Zircaloy clad. In the fabrication of fuel element parts, machining chips from the alloys are generated. As the Zircaloy chips cannot be discarded as ordinary metallic waste, the recycling of this material is important for the Brazilian Nuclear Policy, which targets the reprocess of Zircaloy residues for economic and environmental aspects. This work presents two methods developed in order to recycle Zircaloy chips. In one of the methods, Zircaloy machining chips were refused using an electric-arc furnace to obtain small laboratory ingots. The second one uses powder metallurgy techniques, where the chips were submitted to hydriding process and the resulting material was milled, isostatically pressed and vacuum sintered. The ingots were heat-treated by vacuum annealing. The microstructures resulting from both processing methods were characterized using optical and scanning electron microscopies. Chemical composition, crystal phases and hardness were also determined. The results showed that the composition of recycled Zircaloy comply with the chemical specifications and presented adequate microstructure for nuclear use. The good results of the powder metallurgy method suggest the possibility of producing small parts, like cladding end-caps, using near net shape sintering.

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 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.

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.

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.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-17T13:51:49Z No. of bitstreams: 1 HENRIQUE NUNES DE SANTANA – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 2930914 bytes, checksum: a4c0e297d62f2854c085762512fb6f16 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-17T13:51:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HENRIQUE NUNES DE SANTANA – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 2930914 bytes, checksum: a4c0e297d62f2854c085762512fb6f16 (MD5) Previous issue date: 2017-08-18 / Capes / Neste trabalho, é avaliada aplicabilidade de sensores de acoplamento capacitivo na detecção dos sinais emitidos por arcos elétricos em contatos de disjuntores. Adicionalmente, é investigada a possibilidade de correlacionar estes sinais com nível de degradação dos contatos de arco. A aplicabilidade dos sensores é avaliada por meio da comparação dos sinais detectados pelos mesmos, com os sinais detectados por uma antena direcional em banda larga, tanto no domínio do tempo quanto no domínio da frequência. Para a análise da correlação entre o nível de degradação dos contatos de arco e os sinais detectados, atributos de estatística descritiva da duração e da energia dos sinais foram avaliados. A análise dos resultados evidenciou que os sensores de acoplamento capacitivo são capazes de detectar os sinais emitidos pelos arcos elétricos. Também foi evidenciado que a sensibilidade de detecção dos sensores depende da posição na qual foram instalados ao longo do polo analisado. No caso dos disjuntores utilizados neste trabalho, a melhor posição para a instalação dos sensores foi a posição mais próxima do terminal inferior do polo. A flexibilidade e o valor da constante dielétrica devem ser avaliados no momento da escolha do material empregado na confecção dos sensores, uma vez que sensores pouco flexíveis podem sofrer danos ao serem instalados no polo do disjuntor e, constantes dielétricas elevadas podem prejudicar os ganhos dos respectivos sensores. A correlação entre os sinais dos arcos elétricos detectados pelos sensores e o nível de degradação dos contatos de arco é possível, quando os atributos estatísticos da média, desvio padrão, curtose e mediana obtidos da energia dos referidos sinais são avaliados. / In this work, is evaluated the applicability of capacitive coupling sensors in the detection of signals emitted by electric arcs in circuit breaker contacts. In addition, the possibility of correlating these signals with the arcing contacts degradation level is investigated. The sensors applicability is investigated by comparing the signals detected by them with the signals detected by a broadband directional antenna in both time and frequency domain. For the analysis of the correlation between the arcing contacts degradation level and the detected signals, descriptive statistical attributes of the duration and energy of the signals were evaluated. The analysis of the results showed that the capacitive coupling sensors are able to detect the signals emitted by the electric arcs. It was also evidenced that the sensor detection sensitivity depends on the position in which they are installed along the analyzed pole. In the case of the circuit breakers used in this work, the best position for the installation of the sensors was the one closest to the lower terminal of the pole. The flexibility and value of the dielectric constant must be evaluated when choosing the material used in the construction of the sensors, since weak sensors can be damaged when installed at the pole of the circuit breaker, and high dielectric constants can affect the gains of the respective sensors. The correlation between the electric arcs signals detected by the sensors and the arcing contacts degradation level is possible, when the statistical attributes of the mean, standard deviation, kurtosis and median obtained from the energy of these signals are evaluated.

Reatores PWR empregam, como combustível nuclear, pastilhas de UO2 acondicionadas em tubos de ligas de zircônio, chamados de encamisamento. Na sua fabricação são gerados cavacos de usinagem que não podem ser descartados, pois a reciclagem deste material é estratégica quanto aos aspectos de tecnologia nuclear, econômicos e ambientais. As ligas nucleares têm altíssimo custo e não são produzidas no Brasil, sendo importadas para a fabricação do combustível nuclear. Neste trabalho são abordados dois métodos para reciclar os cavacos de Zircaloy. No primeiro, os cavacos foram fundidos utilizando um forno elétrico a arco para obter lingotes. O segundo usa a técnica da metalurgia do pó, onde os cavacos foram submetidos à hidretação e o pó resultante foi moído e isostaticamente prensado e, a seguir, sinterizado a vácuo. A composição química, as fases presentes e a dureza no material foram determinadas. Os lingotes foram tratados termicamente e laminados, sendo que as microestruturas foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura. Os resultados para ambos os métodos mostraram que a composição do Zircaloy reciclado cumpre as especificações químicas e apresentaram microestrutura adequada para uso nuclear. Os bons resultados do método de metalurgia do pó sugerem a possibilidade de produzir pequenas peças, como as tampas do encamisamento - end-caps, usando a sinterização no formato quase final (near net shape). / PWR reactors employ, as nuclear fuel, UO2 pellets with Zircaloy clad. In the fabrication of fuel element parts, machining chips from the alloys are generated. As the Zircaloy chips cannot be discarded as ordinary metallic waste, the recycling of this material is important for the Brazilian Nuclear Policy, which targets the reprocess of Zircaloy residues for economic and environmental aspects. This work presents two methods developed in order to recycle Zircaloy chips. In one of the methods, Zircaloy machining chips were refused using an electric-arc furnace to obtain small laboratory ingots. The second one uses powder metallurgy techniques, where the chips were submitted to hydriding process and the resulting material was milled, isostatically pressed and vacuum sintered. The ingots were heat-treated by vacuum annealing. The microstructures resulting from both processing methods were characterized using optical and scanning electron microscopies. Chemical composition, crystal phases and hardness were also determined. The results showed that the composition of recycled Zircaloy comply with the chemical specifications and presented adequate microstructure for nuclear use. The good results of the powder metallurgy method suggest the possibility of producing small parts, like cladding end-caps, using near net shape sintering.