The aim of this thesis was to get acquainted with the electrical properties of distribution transformers, which are used in the area of high voltage technology. Further aim was to describe the existing diagnostic methods according to the standards and to introduce the measuring workstation. Finally, the diagnostic of transformer was performed, and the results were evaluated.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Este trabalho apresenta o desenvolvimento e avaliaÃÃo de um sistema de monitoramento com tecnologia Java e Bluetooth para o auxilio no gerenciamento da condiÃÃo de transformadores de distribuiÃÃo a partir de modelos tÃrmicos. Sabe-se que monitorar a condiÃÃo dos transformadores tem sido objeto de preocupaÃÃo no que diz respeito a evitar as perdas econÃmicas causadas por falhas no equipamento e a consequente descontinuidade do serviÃo. à possÃvel, atravÃs da gestÃo do sistema: maximizar a vida Ãtil dos equipamentos monitorados; melhorar a confiabilidade da rede; reduzir os custos de manutenÃÃo. AtravÃs do levantamento bibliogrÃfico de sistemas de monitoramento atuais, de suas funcionalidades, em funÃÃo de recentes tecnologias de software e hardware, e do estudo de modelos tÃrmicos aplicados a transformadores, foi desenvolvido um sistema de coleta de dados e uma interface para anÃlise de dados. Este trabalho traz uma contribuiÃÃo para o desenvolvimento desses sistemas, propondo o uso de dispositivos mÃveis como uma estratÃgia economicamente viÃvel para coletar dados de transformadores de distribuiÃÃo, e a utilizaÃÃo dos dados coletados por estes dispositivos para gerar modelos tÃrmicos (das temperaturas do topo do Ãleo e do ponto quente) que permitam: (i) estabelecer limites mÃximos de carga para o equipamento, e (ii) estimar sua perda de vida Ãtil. Estas informaÃÃes fornecidas pelo sistema de monitoramento proposto devem servir como suporte à implementaÃÃo de planos de aÃÃo da concessionÃria de energia elÃtrica para: (i) a eventual substituiÃÃo de equipamentos, (ii) a adequaÃÃo na distribuiÃÃo das cargas, (iii) a priorizaÃÃo no caso de necessidade de atuaÃÃo do sistema de proteÃÃo. / This paper presents the development and evaluation of a monitoring system with Bluetooth and Java technology to aid managing the condition of distribution transformers through thermal models. It is well known that monitor the condition of transformers has been the subject of concern in relation to avoid economic losses caused by equipment failure. It is possible, through the system management: (i) maximize the life time of the monitored equipment, (ii) improve the reliability of the electrical grid and (iii) reduce its maintenance costs. Through a bibliographical survey of transformer condition monitoring systems and study of thermal models applied to transformers, was developed a system for data acquisition and an interface for data analysis. This work brings a contribution to the development of these systems, proposing the use of mobile devices as a viable strategy to collect data of distribution transformers and using data collected by those devices for generating thermal models (to estimate top-oil and hotspot temperature) that will let us: (i) establish maximum load for the equipment, and (ii) estimate the loss of life. The information provided by the condition monitoring system proposed should serve as support to electric utility company to implement action plans to help possible exchange of equipment, do a more balanced load in their distribution transformers and help prioritizing, in case of any necessary actuation of the system protection.

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.

Este documento apresenta o desenvolvimento de um modelo computacional para prover informações aos tomadores de decisão frente as alternativas de investimentos na expansão das redes de distribuição. Estas redes, por estarem localizadas em áreas urbanas e rurais, apresentam variadas topologias e número elevado de equipamentos na sua composição, dificultando a análise técnica e econômica diante do número elevado de variáveis envolvidas. O método proposto inclui a avaliação dos principais fatores que tem influência na qualidade da energia, incluindo os índices de confiabilidade. Adicionalmente, aspectos relacionados com os custos financeiros e eficiência são considerados para diferentes condições de operação. As decisões são feitas considerando o desempenho dos transformadores e requisitos exigidos em normas de confiabilidade da agência reguladora do sistema elétrico. Perda de vida em transformadores, perdas técnicas, níveis de tensão e fator de utilização são avaliados em conjunto com a confiabilidade no fornecimento de energia, a fim de combinar os resultados destes critérios com indicadores financeiros. O resultado é a obtenção de indicadores individuais e coletivos que facilitam a tomada de decisão no direcionamento de investimentos a curto e médio prazo, proporcionando de maneira prática e fácil a comparação entre alimentadores, subestações ou mesmo regiões que compõem um sistema de distribuição. Por fim, para verificação do método, realiza-se um estudo de caso num sistema de distribuição real onde são analisados e discutidos os resultados. / This document aims to present the development of a computational model to provide information for decision-making toward the alternatives of investments in distribution system planning. These networks, as they are located in urban and rural areas, can present varied topologies and large numbers of equipment in its arrangement, making it difficult in performing technical and economic analysis due to the large number of variables involved. The proposed method includes the evaluation of main factors that have influence on power quality, including the reliability indexes. Additionally, aspects related to economic costs and energy efficiency are considered for different operating conditions. The decision is made taking into account the performance of medium voltage transformers and distribution system reliability standards of Regulatory Agency requirements. Loss of life in transformers, technical losses, voltage levels, and utilization factor are assessment together with continuity and availability of power supply in order to combine the results of these criteria with financial indicators. The result is the achievement of individual and collective indicators that facilitate decision making in directing investments in the short and medium term, providing a practical and easy way to compare feeders, substations or even regions that comprise a distribution system. The methodology is applied in a real distribution system, and the result are analyzed and discussed.

This research shows the results obtained in a life cycle assessment (LCA) coils manufactured with copper wires and aluminum wires in two distribution transformers in order to identify which is less impact on the environment. The research is justified as a tool to assist the manufacturers of transformers industries, utilities and consumers in the choice of material to be used for the manufacture of coils. This research is characterized as a case study, using the NBR ISO 14040:2009 and 14044:2009 methodology. The text is divided into five chapters, the introductory first, second for the literature review, the third analyses the methodology, in the fourth the results are listed, and, the last, the conclusions. The main results of the LCA were in terms of impacts and environmental damage according to the assessment method Eco- Indicator 99. The results showed that the use of transformers with aluminum coils cause less impact on the environment. / Esta pesquisa apresenta os resultados obtidos em uma avaliação do ciclo de vida (ACV) de bobinas manufaturadas com fios de cobre e com fios de alumínio em dois transformadores de distribuição a fim de identificar a que representa um menor impacto no meio ambiente. A pesquisa justifica-se como uma ferramenta para auxiliar as indústrias fabricantes de transformadores, concessionárias de energia e consumidores na escolha do material a ser utilizado para a fabricação de bobinas. Esta pesquisa se caracteriza como um estudo de caso, utilizando a metodologia NBR ISO 14040:2009 e 14044:2009. O texto está dividido em cinco capítulos, sendo o primeiro introdutório, o segundo destinado à revisão bibliográfica, o terceiro à metodologia, o quarto aos resultados e, o último, às conclusões. Os principais resultados da ACV foram em termos de impactos e danos ambientais de acordo com o método de avaliação Eco-Indicador 99. Os resultados mostraram que o uso de transformadores com boninas de alumínio gera menores impactos sobre o meio ambiente.

Este documento apresenta o desenvolvimento de um modelo computacional para prover informações aos tomadores de decisão frente as alternativas de investimentos na expansão das redes de distribuição. Estas redes, por estarem localizadas em áreas urbanas e rurais, apresentam variadas topologias e número elevado de equipamentos na sua composição, dificultando a análise técnica e econômica diante do número elevado de variáveis envolvidas. O método proposto inclui a avaliação dos principais fatores que tem influência na qualidade da energia, incluindo os índices de confiabilidade. Adicionalmente, aspectos relacionados com os custos financeiros e eficiência são considerados para diferentes condições de operação. As decisões são feitas considerando o desempenho dos transformadores e requisitos exigidos em normas de confiabilidade da agência reguladora do sistema elétrico. Perda de vida em transformadores, perdas técnicas, níveis de tensão e fator de utilização são avaliados em conjunto com a confiabilidade no fornecimento de energia, a fim de combinar os resultados destes critérios com indicadores financeiros. O resultado é a obtenção de indicadores individuais e coletivos que facilitam a tomada de decisão no direcionamento de investimentos a curto e médio prazo, proporcionando de maneira prática e fácil a comparação entre alimentadores, subestações ou mesmo regiões que compõem um sistema de distribuição. Por fim, para verificação do método, realiza-se um estudo de caso num sistema de distribuição real onde são analisados e discutidos os resultados. / This document aims to present the development of a computational model to provide information for decision-making toward the alternatives of investments in distribution system planning. These networks, as they are located in urban and rural areas, can present varied topologies and large numbers of equipment in its arrangement, making it difficult in performing technical and economic analysis due to the large number of variables involved. The proposed method includes the evaluation of main factors that have influence on power quality, including the reliability indexes. Additionally, aspects related to economic costs and energy efficiency are considered for different operating conditions. The decision is made taking into account the performance of medium voltage transformers and distribution system reliability standards of Regulatory Agency requirements. Loss of life in transformers, technical losses, voltage levels, and utilization factor are assessment together with continuity and availability of power supply in order to combine the results of these criteria with financial indicators. The result is the achievement of individual and collective indicators that facilitate decision making in directing investments in the short and medium term, providing a practical and easy way to compare feeders, substations or even regions that comprise a distribution system. The methodology is applied in a real distribution system, and the result are analyzed and discussed.

Este documento apresenta o desenvolvimento de um modelo computacional para prover informações aos tomadores de decisão frente as alternativas de investimentos na expansão das redes de distribuição. Estas redes, por estarem localizadas em áreas urbanas e rurais, apresentam variadas topologias e número elevado de equipamentos na sua composição, dificultando a análise técnica e econômica diante do número elevado de variáveis envolvidas. O método proposto inclui a avaliação dos principais fatores que tem influência na qualidade da energia, incluindo os índices de confiabilidade. Adicionalmente, aspectos relacionados com os custos financeiros e eficiência são considerados para diferentes condições de operação. As decisões são feitas considerando o desempenho dos transformadores e requisitos exigidos em normas de confiabilidade da agência reguladora do sistema elétrico. Perda de vida em transformadores, perdas técnicas, níveis de tensão e fator de utilização são avaliados em conjunto com a confiabilidade no fornecimento de energia, a fim de combinar os resultados destes critérios com indicadores financeiros. O resultado é a obtenção de indicadores individuais e coletivos que facilitam a tomada de decisão no direcionamento de investimentos a curto e médio prazo, proporcionando de maneira prática e fácil a comparação entre alimentadores, subestações ou mesmo regiões que compõem um sistema de distribuição. Por fim, para verificação do método, realiza-se um estudo de caso num sistema de distribuição real onde são analisados e discutidos os resultados. / This document aims to present the development of a computational model to provide information for decision-making toward the alternatives of investments in distribution system planning. These networks, as they are located in urban and rural areas, can present varied topologies and large numbers of equipment in its arrangement, making it difficult in performing technical and economic analysis due to the large number of variables involved. The proposed method includes the evaluation of main factors that have influence on power quality, including the reliability indexes. Additionally, aspects related to economic costs and energy efficiency are considered for different operating conditions. The decision is made taking into account the performance of medium voltage transformers and distribution system reliability standards of Regulatory Agency requirements. Loss of life in transformers, technical losses, voltage levels, and utilization factor are assessment together with continuity and availability of power supply in order to combine the results of these criteria with financial indicators. The result is the achievement of individual and collective indicators that facilitate decision making in directing investments in the short and medium term, providing a practical and easy way to compare feeders, substations or even regions that comprise a distribution system. The methodology is applied in a real distribution system, and the result are analyzed and discussed.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2015-11-18T18:03:32Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Adriano Machado dos Santos - 2014.pdf: 9004500 bytes, checksum: 8843f32793f823e988a7913fedb9b4ca (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-11-19T14:25:06Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Adriano Machado dos Santos - 2014.pdf: 9004500 bytes, checksum: 8843f32793f823e988a7913fedb9b4ca (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-19T14:25:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Adriano Machado dos Santos - 2014.pdf: 9004500 bytes, checksum: 8843f32793f823e988a7913fedb9b4ca (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-07-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Electricity customers’ devices, connected to the secondary distribution network linked to distribution transformers belonging to the electrical energy distributor, modernize every year. These devices usually consist of components capable of processing energy and produce distortion at the load current. Thus these devices are typified as non-linear load and its effects influence the operation of the distribution transformers with implications for its lifetime. Therefore, this work presents the study of the influence of non-sinusoidal signals (distorted signals) in the lifetime of distribution transformers. In this sense equations are presented that allows to calculate transformers losses, their operating temperatures and estimate the percentage loss of life. To obtain results a computer program was developed in the numerical programming platform MATLAB based on the presented mathematical model. The developed program is supplied by data obtained from field as well as laboratory measurements. Results are also obtained by simulations. The focus of this study is the distribution system of the urban perimeter of the city Goiânia-GO. / Os aparelhos pertencentes aos consumidores de energia elétrica, ligados à rede de distribuição secundária conectados em transformadores de distribuição da distribuidora de energia elétrica, se modernizam a cada ano. Os referidos aparelhos normalmente são constituídos por componentes capazes de processar a energia e produzir distorção na corrente de alimentação. Deste modo estes aparelhos são tipificados como carga não linear e seus efeitos influenciam o funcionamento dos transformadores de distribuição com implicações no seu tempo de vida. Assim sendo, este trabalho apresenta estudo da influência de sinais não senoidais (sinais distorcidos) no tempo de vida destes transformadores. Neste sentido é apresentado equacionamento que permite calcular as perdas do transformador, suas temperaturas de operação e estimar a perda de vida percentual. Para a obtenção de resultados foi desenvolvido um programa computacional na plataforma de programação numérica MATLAB com base no modelo matemático apresentado. O programa desenvolvido é suprido por dados obtidos através de medições em campo e também de laboratório. Resultados são obtidos também por realização de simulações. O foco deste estudo é o sistema de distribuição do perímetro urbano da cidade de Goiânia-GO.

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.

Increasing amounts of solar power connected to the low-voltage network will adversely affect the performance of the network. The two impacts that will most often set the limit are overvoltage with the customers and overloading the distribution transformer. In this work, alternative methods have been studied for determining when a transformer is overloaded, to allow more solar power to be connected to the low-voltage network, i.e., increasing the hosting capacity for solar power.A limit-based method on the highest temperature inside the transformer (the hotspot temperature) and a method based on the loss-of-life of the transformer insulation due to hotspot temperatures above the design temperature are those alternative methods in this study. These methods are known as "dynamic transformer rating", a technology proposed in the literature but with very little practical experience in distribution networks.Two models were developed and implemented in MATLAB: a thermal model of the transformer calculating the hotspot temperature for a given time series of loading and ambient temperature; and a model for the loss-of-life of the winding insulation for given time series of the hotspot temperature. These models have been applied to existing distribution networks: measured consumption patterns with high time resolution (10-minute time step) for nine different distribution transformers for 1.5 years (network operator); measured ambient temperature (SMHI); and solar-power production calculated from satellite measurements (Renewables Ninja).For these nine distribution transformers, the time series of the hotspot temperature and the loss-of-life over the 1.5 years have been calculated for different values of the solar power installed capacity on the low-voltage side of the distribution transformer. The resulting time series are used to estimate the hosting capacity for solar power of a 200 kVA transformer. Using the existing design methods, the hosting capacity is 200 kW. Once that value is reached, the further connection of solar power should be stopped until a larger transformer is available. According to IEC design methods, the hosting capacity is about 270 kW using a limit to the hotspot temperature. This value somewhat depends on the loading patterns of the transformer before the connection of solar power. Once that value is reached, the further connection should again be stopped. Even for installed capacity exceeding 270 kW, the loss of life of the transformer insulation is still small and acceptable. This allows for further connection of PV without the immediate need to replace the transformer. Even values up to 350 or 400 kW may be acceptable, but a limit based on loss-of-life will require a detailed risk analysis as the pre-solar loading of the transformer is shown to play an important role.This work has shown that dynamic transformer rating allows more solar power to be connected to a distribution network than using classical rating methods without unacceptable risk for transformer loss-of-life.