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.

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.

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.

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.

As faltas de alta impedância (FAI) ocorrem quando um condutor entra em contato com objetos com uma alta resistência, o que não resulta em incrementos significativos de corrente. Este tipo de falta não pode ser detectada por dispositivos de proteção tradicionais que atuam por sobrecorrente. Neste trabalho uma pesquisa do estado da arte das FAI é apresentada e são implementados alguns algoritmos de detecção presentes na literatura. Nesta pesquisa também são propostas duas metodologias de identificação de FAI as quais são baseadas na identificação de buildup e incrementos de energias na faixa de frequências 1920Hz a 3840Hz. Os algoritmos implementados e as metodologias propostas foram testados com simulações de eventos de FAI e de eventos comuns numa rede simulada de uma concessionária do Estado de São Paulo utilizando o software ATP. Estudos do funcionamento de um medidor de qualidade de energia foram feitos com o propósito de determinar as limitações de uma eventual implementação real das metodologias de identificação propostas neste trabalho. Resultados do desempenho das metodologias propostas utilizando os sinais simulados em ATP apresentaram percentagens de identificação superiores aos 80%. Análise das ocorrências de cabo rompido do circuito em estudo foram feitas com o propósito de identificar possíveis eventos de FAI. O desempenho apresentado pelas metodologias propostas na identificação de FAI em sinais reais pode ser melhorado com a disponibilidade de uma maior quantidade de eventos reais de FAI. / High impedance faults (HIF) occur when a conductor makes contact with high resistance objects, generally not resulting in significant current increases. This type of fault cannot be detected by traditional overcurrent protection devices. In this work, a research of the HIF state-of-art is presented and some detection algorithms in the literature are implemented. This research also proposes two HIF identification methods based on respectively the identification of buildup current and energy increments in the frequency range from 1920Hz to 3840Hz. The implemented algorithms and the proposed methodology have been tested with ATP simulations of FAI events and other common events in a simulated network from an electric utility in the State of Sao Paulo. Studies are carried out in order to assess the operation of a power quality meter to determine the limitations of real implementations of the proposed methodologies. Performance results of the proposed methodologies using simulated ATP signals show identifications rates greater than 80%. Broken conductor occurrences in the studied feeder are analyzed to identify possible HIF events. The performance shown by the proposed methodologies in identifying HIF in real situations can be improved with the availability of a larger number of HIF events.

As faltas de alta impedância (FAI) ocorrem quando um condutor entra em contato com objetos com uma alta resistência, o que não resulta em incrementos significativos de corrente. Este tipo de falta não pode ser detectada por dispositivos de proteção tradicionais que atuam por sobrecorrente. Neste trabalho uma pesquisa do estado da arte das FAI é apresentada e são implementados alguns algoritmos de detecção presentes na literatura. Nesta pesquisa também são propostas duas metodologias de identificação de FAI as quais são baseadas na identificação de buildup e incrementos de energias na faixa de frequências 1920Hz a 3840Hz. Os algoritmos implementados e as metodologias propostas foram testados com simulações de eventos de FAI e de eventos comuns numa rede simulada de uma concessionária do Estado de São Paulo utilizando o software ATP. Estudos do funcionamento de um medidor de qualidade de energia foram feitos com o propósito de determinar as limitações de uma eventual implementação real das metodologias de identificação propostas neste trabalho. Resultados do desempenho das metodologias propostas utilizando os sinais simulados em ATP apresentaram percentagens de identificação superiores aos 80%. Análise das ocorrências de cabo rompido do circuito em estudo foram feitas com o propósito de identificar possíveis eventos de FAI. O desempenho apresentado pelas metodologias propostas na identificação de FAI em sinais reais pode ser melhorado com a disponibilidade de uma maior quantidade de eventos reais de FAI. / High impedance faults (HIF) occur when a conductor makes contact with high resistance objects, generally not resulting in significant current increases. This type of fault cannot be detected by traditional overcurrent protection devices. In this work, a research of the HIF state-of-art is presented and some detection algorithms in the literature are implemented. This research also proposes two HIF identification methods based on respectively the identification of buildup current and energy increments in the frequency range from 1920Hz to 3840Hz. The implemented algorithms and the proposed methodology have been tested with ATP simulations of FAI events and other common events in a simulated network from an electric utility in the State of Sao Paulo. Studies are carried out in order to assess the operation of a power quality meter to determine the limitations of real implementations of the proposed methodologies. Performance results of the proposed methodologies using simulated ATP signals show identifications rates greater than 80%. Broken conductor occurrences in the studied feeder are analyzed to identify possible HIF events. The performance shown by the proposed methodologies in identifying HIF in real situations can be improved with the availability of a larger number of HIF events.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Protection systems used in distribution networks of electricity are not able to detect short circuits with high contact resistance due to the low currents generated, endangering the population and degrading the quality of the energy supplied. In this sense, this paper presents a new methodology for detecting high-impedance faults (HIF) in distribution networks. The developed algorithm has the main advantage the fact also detect and classify other types of transient as, for example, switching capacitor banks, transformers and loads. This characteristic decreases the improper operation caused by transient switching. Another feature of the developed method is no need to install additional equipment on the network which greatly reduces the cost of implementation. Additionally, the paper also discusses the causes, consequences and characteristics of HIF in order to evidence the difficulties related to their detection. A brief review of the models proposed in the literature for computational simulation of HIF is also discussed, and the model used in this work is described in detail. To evaluate the performance of the algorithm developed a series of tests with different fault scenarios high impedance were made. Furthermore, other various types of transients that are normal in the feeders were tested. The good results obtained, combined the simplicity of the method and does not need to install additional equipment feeders, makes a promising technique for real applications. / Os sistemas de proteção utilizados em redes de distribuição de energia elétrica não são capazes de detectar curtos-circuitos com alta resistência de contato devido às reduzidas correntes geradas, colocando em risco a população e degradando a qualidade da energia fornecida. Neste sentido, este trabalho visa apresentar uma nova metodologia para detecção de faltas de alta impedância (FAI) em redes de distribuição de energia elétrica. O algoritmo desenvolvido possui como principal vantagem o fato de também detectar e classificar outros tipos de transitórios como, por exemplo, chaveamento de banco de capacitores, transformadores e manobras de ramais. Essa característica diminui consideravelmente as atuações indevidas causadas por transitórios oriundos de manobras. Outra característica do método desenvolvido é a não necessidade de instalação de equipamentos adicionais na rede, o que reduz consideravelmente o custo de sua implementação. Além disso, o trabalho também aborda as causas, consequências e características das FAI de forma a evidenciar as dificuldades relacionadas à sua detecção. Uma breve revisão sobre os modelos propostos na literatura para simulação computacional de FAI também é abordado, sendo que o modelo utilizado nesse trabalho é descrito em detalhes. Para avaliar o desempenho do algoritmo desenvolvido, uma série de testes com diferentes cenários de falta de alta impedância foram realizados. Além disso, outros tipos de transitórios que são normais nos alimentadores foram testados. Os bons resultados obtidos, aliado a simplicidade do método e a não necessidade de instalação de equipamentos adicionais nos alimentadores, torna a técnica promissora para aplicações reais.