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.

This thesis describes an investigation into the influences of arcing and conductor deflection due to magnetic forces on the accuracy of fault locator algorithms in electrical distribution networks. The work also explores the possibilities of using the properties of an arc to identify two specific types of faults that may occur on an overhead distribution line. A new technique using the convolution operator is introduced for deriving differential equation algorithms. The first algorithm was derived by estimating the voltage as an array of impulse functions while the second algorithm was derived using a piecewise linear voltage signal. These algorithms were tested on a simulated single-phase circuit using a PI-model line. It was shown that the second algorithm gave identical results as the existing dynamic integration operator type algorithm. The first algorithm used a transformation to a three-phase circuit that did not require any matrix calculations as an equivalent sequence component circuit is utilised for a single-phase to ground fault. A simulated arc was used to test the influence of the non-linearity of an arc on the accuracy of this algorithm. The simulations showed that the variation in the resistance due to arcing causes large oscillations of the algorithm output and a 40th order mean filter was used to increase the accuracy and stability of the algorithm. The same tests were performed on a previously developed fault locator algorithm that includes a square-wave power frequency proximation of the fault arc. This algorithm gave more accurate and stable results even with large arc length variations. During phase-to-phase fault conditions, two opposing magnetic fields force the conductors outwards away from each other and this movement causes a change in the total inductance of the line. A three dimensional finite element line model based on standard wave equations but incorporating magnetic forces was used to evaluate this phenomenon. The results show that appreciable errors in the distance estimations can be expected especially on poorly tensioned di stribution lines.New techniques were also explored that are based on identification of the fault arc. Two methods were successfully tested on simulated networks to identify a breakingconductor. The methods are based on the rate of increase in arc length during the breaking of the conductor. The first method uses arc voltage increase as the basis of the detection while the second method make use of the increase in the non-linearity of the network resistance to identify a breaking conductor. An unsuccessful attempt was made to identifying conductor clashing caused by high winds: it was found that too many parameters influence the separation speed of the two conductors. No unique characteristic could be found to identify the conductor clashing using the speed of conductor separation. The existing algorithm was also used to estimate the voltage in a distribution network during a fault for power quality monitoring purposes.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-05-07T20:46:33Z No. of bitstreams: 1 WELLINSÍLVIO COSTA DOS SANTOS – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 10591682 bytes, checksum: 97299060f7fb8f9c7f837b25352da777 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-07T20:46:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WELLINSÍLVIO COSTA DOS SANTOS – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 10591682 bytes, checksum: 97299060f7fb8f9c7f837b25352da777 (MD5) Previous issue date: 2016-08-15 / Capes / Uma técnica baseada em análise de transitórios eletromagnéticos é proposta para identificar faltas de alta impedância (FAI) em redes de distribuição. O algoritmo dispensa conhecimento dos parâmetros dos alimentadores e faz uso da transformada wavelet discreta (TWD) para monitorizar fenômenos transitórios associados a distúrbios no sistema de distribuição. A metodologia proposta é avaliada através de simulações em um programa de transitórios eletromagnéticos (EMTP) em um sistema de 13,8 kV, que foi modelado a partir de dados de uma rede de distribuição brasileira real. Além de FAI, foram simulados outros tipos de distúrbios, tais como faltas de baixa impedância, chaveamentos de novas linhas e bancos de capacitores. Os resultados obtidos demonstraram que o método é capaz de detectar a perturbação logo após o seu início e distingui-la de outros distúrbios, além de proporcionar uma redução significativa da região de localização da FAI. / An electromagnetic transient analysis-based technique is proposed to identify high impedance faults (HIF) in distribution networks. The algorithm dispenses knowledge of the feeder parameters and makes use of discrete wavelet transform (TWD) to monitor transient phenomena associated with disturbances in the distribution system. The proposed methodology is evaluated through simulations in an electromagnetic transient program (EMTP) in a 13.8 kV system, which was modeled from actual Brazilian distribution network data. Besides HIF, other types of disturbances were simulated, such as low impedance fault, and switching of lines and capacitor banks. Obtained results have shown that the method is able to detect the disturbance soon after its inception and distinguish it from other disorders, as well as providing a significant reduction in the region of its location for maintenance crews.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-12-07T12:33:00Z No. of bitstreams: 1 lucianacarvalhoacacio.pdf: 3829408 bytes, checksum: 88a83782335531c4be76d1544699c7bb (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-12-22T11:27:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucianacarvalhoacacio.pdf: 3829408 bytes, checksum: 88a83782335531c4be76d1544699c7bb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-22T11:27:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucianacarvalhoacacio.pdf: 3829408 bytes, checksum: 88a83782335531c4be76d1544699c7bb (MD5) Previous issue date: 2017-08-25 / Este trabalho propõe um método baseado em algoritmos genéticos para alocação ótima de medidores na rede. A partir da alocação dos medidores, é verificado a assertividade alcançada na detecção de defeitos monofásicos, por área, com impedância na média tensão de sistemas de distribuição. Assim, é avaliado o desempenho da metologia de alocação ótima dos medidores. A saída do algoritmo, indica as posições que os medidores devem ser alocados, que formarão as respectivas áreas de observações para detecção. Para realizar a detecção de defeitos em sistemas de distribuição foi desenvolvido também um método utilizando redes neurais artificiais, que é utilizado como rotina interna do método de alocação de medidores, onde as entradas são grandezas elétricas de tensão e corrente, podendo ser medições fasoriais e/ou não-fasoriais, oriundas dos medidores definidos no método de alocação. Esta variação de tipos de medições serviu para analisar o desempenho na detecção do defeito do emprego de diferentes tipos de equipamentos de medição. A escolha da detecção de defeitos monofásicos é baseada no fato de que estes são a grande maioria nos sistemas de distribuição. O método desenvolvido consegue detectar defeitos monofásicos com resistência de arco variando entre 0 a 200 ohms, considerando ainda, variação do carregamento do sistema. O método proposto para alocação, bem como a rotina para detecção de falhas foi desenvolvido no ambiente MatLab®. Os testes foram realizados em sistemas do IEEE, apresentando bons resultados. / The proposal of this work is to develop a method based on genetic algorithms for optimal allocation of measurements units the distribution grid, which aims to detect monophasic defects with impedance in the medium voltage of distribution systems. The detection is performed by artificial neural networks. The developed methodology for optimal distribution of meters indicates as output the positions that the units should be allocated, creating detection areas. Artificial neural networks were used to perform fault detection in distribution systems, which is an internal routine of the measurement units distribution method. The inputs of the artificial neural networks are voltage and current. These electrical parameters can be either phasor measurements and/or non-phasor, depending on the category of meters defined in the allocation algorithm. The performance of different types of measurement equipment was executed by the analysis of different measurement types. It was selected single-phase defects due to the fact that these are the vast majority of faults in distribution systems. The developed method is able to identify single-phase defects with arc resistance ranging from 0 to 200 ohms, and it is also capable of correctly detect faults when considering load variation. The method of measurement unit allocation and the fault detection algorithm were developed in the software MatLab®. Tests were performed in IEEE systems, presenting good results.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-11T15:15:34Z No. of bitstreams: 1 joaotitoalmeidavianna.pdf: 4307092 bytes, checksum: 061d2a47a7e37bf6c1a1875c27f352ad (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-18T12:47:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 joaotitoalmeidavianna.pdf: 4307092 bytes, checksum: 061d2a47a7e37bf6c1a1875c27f352ad (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T12:47:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 joaotitoalmeidavianna.pdf: 4307092 bytes, checksum: 061d2a47a7e37bf6c1a1875c27f352ad (MD5) Previous issue date: 2016-09-05 / O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de alternativas para detecção de faltas de alta impedância (HIFs) sustentadas em sistemas de distribuição. Como a maioria destas faltas é monofásica, enfoque foi dado para este tipo de falta no desenvolvimento do trabalho. Devido ao desequilíbrio e a variação da carga dos sistemas de distribuição, a proteção tradicional dos mesmos apresenta dificuldades na detecção destas faltas, que acabam se sustentando no sistema. Isso acarreta um risco de segurança pública, na medida em que estruturas externas ao sistema elétrico são mantidas energizadas representando risco a vidas que entrem em contato com elas. Características da topologia típica de sistemas de distribuição brasileiros (conhecida como do “tipo europeu”) foram exploradas de forma a se elaborar duas propostas de métodos de detecção e localização de HIFs. Ambos os métodos se baseiam na alocação de medidores alocados ao longo do sistema de distribuição, cujas medidas são integradas a uma central de dados via rede de comunicação. Nesta central, as medidas recebidas são analisadas de forma a diagnosticar a presença e localização de faltas monofásicas de alta impedância no sistema e emitir alarmes que descrevam a situação atual do mesmo. O primeiro método, o PDSZ, baseia-se em medições fasoriais sincronizadas e, além da detecção e localização, conta com um algoritmo de classificação das fases envolvidas na falta. Já o segundo (PQDSZ) baseia-se em medições não fasoriais e não possui esta última funcionalidade. Ambos os métodos são implementados em laboratório e simulados com o uso de um Simulador Digital de Tempo Real (RTDS), o que permite uma validação bem próxima da aplicação dos métodos em um sistema real. Tais simulações comprovam a aplicabilidade dos métodos propostos e todos os resultados são analisados de forma a confirmar este fato. / This work aims to develop alternatives for the detection of sustained high impedance faults (HIFs) on distribution power systems. As the majority of these faults are single phase ones, the development was focused on this kind of fault. Due to load unbalance and variation of the distribution systems, the traditional protectiontechniques presents problems on detecting these faults, which are kept sustained on the system. This situation represents a serious public hazard, because the external electrical system structure remains energized, representing a risk to lives that eventually get in touch with it. There is also the risk of starting a fire from this fault point. Topologycal features of Brasilian distribution systems (known as “european type”) were exploited in order to elaborate two methods for detection and localization of HIFs. Both methods are based on the use of meters alocated along the distribution system, whose measurements are sent to a central data concentrator, through a network communication. Then, the received measurements are analysed in order to diagnose the ocurrence of single phase high impedance faults on the system and send alarms that describe the current system situation. The first method, named PDSZ, is based on Phasor Measurement Units (PMUs) and besides detecting and locating the fault, can also classify it, showing which phaseis involved. The second one, the PQDSZ, is based on non-synchronized measurements and can not classify the fault. Both methods were implemented on laboratory and tested using real equipament and a Real Time Digital Simulator (RTDS), which allows a very precise evaluation of the proposed methods, emulating conditions very similar the real ones. The simulations prove the aplicability of the proposed methods and the results are analysed in order to show the effectiveness of the proposed methods.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Julio Cesar Nascimento Sousa.pdf: 971697 bytes, checksum: b4ee5e79977202a1c5eba4528ed34766 (MD5) Previous issue date: 2006-09-22 / This work focuses on the modeling of single-phase and three-phase distribution with earth return, for high impedance faults analysis. The main motivation is the lack of definitive solutions for such faults. These faults often occur when an overhead conductor breaks and falls on high impedance surface such as asphalt road, cement, trees, among others. That fault is analyzed in a Single wire earth return system - SWER, and in a rural three-phase feeder. The SWER is deduced starting from a generic three-phase system, where simplifications based on practical assumptions are added. Simulations are accomplished in two distribution test systems, with the objective of identifying the behavior pattern of the high impedance faults. It is also included a discussion and analysis of results and suggestions related to future works. / Este trabalho focaliza a modelagem das redes de distribuição monofásicas e trifásicas com retorno por terra, para análise das faltas de alta impedância. A motivação principal está no fato de não existirem soluções definitivas para essas faltas. Este tipo de falta ocorre quando um cabo energizado rompe e cai sobre um tipo de superfície, tal como asfalto, areia, árvores, dentre outros. Essa falta é analisada em uma rede Monofásica com Retorno por Terra MRT em uma rede trifásica rural. A rede MRT é deduzida a partir de uma rede trifásica genérica, onde são adicionadas hipóteses simplificadoras práticas. São realizadas simulações em dois sistemas testes de distribuição, com o objetivo de identificar o padrão de comportamento das faltas de alta impedância. É realizada uma discussão e análise de resultados, sugerindo-se trabalhos futuros.