É cada vez maior a preocupação com a poluição sonora gerada pelos transformadores de potência de subestações elétricas. Atualmente, o controle desse tipo de ruído é feito utilizando-se métodos passivos, que são caros e dificultam a manutenção dos transformadores. Uma alternativa para os métodos passivos é o controle ativo de ruído (ANC). Apesar de extensas pesquisas realizadas nas últimas três décadas, ainda não existem soluções comercialmente viáveis para o ANC de transformadores. As dificuldades para a aplicação bem sucedida do ANC para transformadores foram investigadas por meio de simulações e de testes com protótipo. Os três maiores obstáculos identificados foram: o posicionamento dos transdutores eletroacústicos; a obtenção de atenuação em uma região longe do transformador, usando um número reduzido de fontes de controle e de sensores de erro, os últimos colocados ainda na região de campo acústico próximo; e a identificação robusta do caminho secundário com baixa razão sinal/ruído. Os dois primeiros problemas foram abordados, analisando-se algumas alternativas de soluções. Algoritmos genéticos (GA) foram utilizados para a otimização da posição dos transdutores do sistema ANC. O desempenho desses algoritmos depende fortemente da modelagem acústica realizada e verificou-se que o método de Usry, escolhido para modelar o campo primário do transformador, não forneceu estimativa adequada. Usando um modelo mais simples de fonte primária, constatou-se a importância da função de mérito para o desempenho do GA. Também foi verificado que a otimização conjunta das posições dos transdutores fornece o mesmo resultado, e em menor tempo, que a otimização das posições das fontes de controle e dos sensores de erro separadamente. Simulações realizadas com uma nova estratégia de sensores virtuais (baseada no janelamento das fontes de controle) mostra que é possível aumentar o nível de atenuação longe do transformador, mesmo com um número pequeno de fontes de controle e sensores de erro. Testes com um protótipo de sistema ANC foram feitos em laboratório e em campo e os resultados desses testes são discutidos detalhadamente. / Concern regarding noise pollution caused by power transformers in electrical substations is increasing. Nowadays, this kind of noise is controlled using passive methods, which are expensive and make transformer maintenance more difficult. An alternative to passive methods is active noise control (ANC). However, despite extensive research undertaken in the last three decades, there is still no viable commercial solution for the active control of transformer noise. The difficulties for a successful implementation of an ANC solution in the case of power transformer noise are investigated through simulations and tests with a prototype. The three main obstacles found were: the positioning of the electro-acoustic transducers; the achievement of sufficient attenuation in a region far from the transformer, using a small number of control sources and error sensors (when the latter are positioned on the region of acoustic near-field); and the robust identification of the secondary path in a low signal/noise situation. The two former problems were dealt with, and some alternative solutions were analyzed. Genetic algorithms (GA) were used for the optimization of the transducers\' position. The performance of these algorithms is strongly related to the acoustical model used and it was verified that the Usry method, used for modelling the transformers primary field, did not result in an adequate estimate. Using a simplified model for the primary source, the importance of the cost function in the GA\'s performance was made evident. It was also verified that the joint optimization of transducers\' position provides the same result, and in shorter time, as the independent optimization of control source and error sensor positions. Simulations with a new virtual sensor strategy (based on windowing the control sources) show that it is possible to increase attenuation levels in a region far from the transformer, even with a small number of control sources and error sensors. Laboratory and field tests with an ANC system prototype were undertaken and the results of these tests are thoroughly discussed.

Over the last decade, data has become a highly valuable resource. Electrical power grids deal with large quantities of data, and continuously collect this for analytical purposes. Anomalies that occur within this data is important to identify since they could cause nonoptimal performance within the substations, or in worse cases damage to the substations themselves. However, large datasets in the order of millions are hard or even impossible to gain a reasonable overview of the data manually. When collecting data from electrical power grids, predefined triggering criteria are often used to indicate that an event has occurred within the specific system. This makes it difficult to search for events that are unknown to the operator of the deployed acquisition system. Clustering, an unsupervised machine learning method, can be utilised for fault prediction within systems generating large amounts of multivariate time-series data without labels and can group data more efficiently and without the bias of a human operator. A large number of clustering techniques exist, as well as methods for extracting information from the data itself, and identification of these was of utmost importance. This thesis work presents a study of the methods involved in the creation of such a clustering system which is suitable for the specific type of data. The objective of the study was to identify methods that enables finding the underlying structures of the data and cluster the data based on these. The signals were split into multiple frequency sub-bands and from these features could be extracted and evaluated. Using suitable combinations of features the data was clustered with two different clustering algorithms, CLARA and CLARANS, and evaluated with established quality analysis methods. The results indicate that CLARA performed overall best on all the tested feature sets. The formed clusters hold valuable information such as indications of unknown events within the system, and if similar events are clustered together this can assist a human operator further to investigate the importance of the clusters themselves. A further conclusion from the results is that research into the use of more optimised clustering algorithms is necessary so that expansion into larger datasets can be considered.

In order to design a power transformer it is important to understand its internal electromagnetic behaviour. That can be obtained by measurements on physical transformers, analytical expressions and computer simulations. One benefit with simulations is that the transformer can be studied before it is built physically and that the consequences of changing dimensions and parameters easily can be assessed. In this thesis a time-domain transformer model is presented. The model includes core phenomena as magnetic static hysteresis, eddy current and excess losses. Moreover, the model comprises winding phenomena as eddy currents, capacitive effects and leakage flux. The core and windings are first modelled separately and then connected together in a composite transformer model. This results in a detailed transformer model. One important result of the thesis is the feasibility to simulate dynamic magnetization including the inhomogeneous field distribution due to eddy currents in the magnetic core material. This is achieved by using a Cauer circuit combined with models for static and dynamic magnetization. Thereby, all magnetic loss components in the material can be simulated accurately. This composite dynamic magnetization model is verified through experiments showing very good correspondence with measurements. Furthermore, the composite transformer model is verified through measurements. The model is shown to yield good correspondence with measurements in normal operation and non-normal operations like no-load, inrush current and DC-magnetization. / QC20100708

<p>In order to design a power transformer it is important to understand its internal electromagnetic behaviour. That can be obtained by measurements on physical transformers, analytical expressions and computer simulations. One benefit with simulations is that the transformer can be studied before it is built physically and that the consequences of changing dimensions and parameters easily can be tested.</p><p>In this thesis a time-domain transformer model is presented. The model includes core losses as magnetic static hysteresis, eddy current and excess eddy current losses. Moreover, the model comprises winding losses including eddy currents, capacitive effects and leakage flux. The core and windings are first modelled separately and then connected together in a total transformer model. This results in a detailed transformer model.</p><p>One important result of the thesis is the possibility to simulate dynamic hysteresis including the eddy current shielding in the magnetic core material. This is achieved by using Cauer circuit combined with analytical expression for static and dynamic hysteresis. Thereby, all magnetic loss components in the material can be simulated accurately. This dynamic hysteresis model is verified through experiments showing very good agreement.</p>

Submitted by Bruno Albuquerque de Castro null (bruno.castro@feb.unesp.br) on 2016-06-01T17:52:34Z No. of bitstreams: 1 Bruno_Albuquerque_de_Castro_MestradoEE.pdf: 3788528 bytes, checksum: 28b69717116921fa999eda08254ac160 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-06-02T19:10:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 castro_ba_me_bauru.pdf: 3788528 bytes, checksum: 28b69717116921fa999eda08254ac160 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 castro_ba_me_bauru.pdf: 3788528 bytes, checksum: 28b69717116921fa999eda08254ac160 (MD5) Previous issue date: 2016-05-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O monitoramento e a localização precoce de descargas parciais em aparelhos de alta tensão, como nos transformadores de potência, são de fundamental importância para a prevenção de problemas funcionais associados à degradação contínua dos materiais que compõe o isolamento elétrico destes tipos de aparelho. Alguns fatores críticos na operação dos transformadores, como o funcionamento em sobrecarga, superaquecimento, transitórios e sinais elétricos de grande conteúdo harmônico vinculados a sistemas chaveados, em longo prazo, fazem com que o sistema de isolação de um transformador apresente degradação de suas propriedades físicas e químicas intrínsecas aos diversos tipos de materiais utilizados para esta finalidade e, deste modo, surjam descargas parciais. Este trabalho teve como objetivo aplicar sensores piezelétricos de baixo custo para a identificação e localização de descargas parciais em transformadores de potência por meio de sistemas inteligentes do tipo Redes Neurais e sistema de inferência neuro fuzzy adaptativos. Ambos os sistemas foram treinados com algumas métricas de processamento de sinais e os resultados de erro médio de localização chegaram na casa dos milímetros. Variou-se o número de sensores acoplados e foi realizado um estudo sobre os resultados de localização obtidos. / Partial discharge damages in power transformers require high cost monitoring procedures based on corrective maintenance or even interruptions of the power system. The development of online non-invasive monitoring systems to detect partial discharges in power transformers has great relevance since it can reduce significant maintenance costs. Some critical factors in the operation of transformers such as overload, nonlinear loads, transient voltage surges by atmospheric origin and switching, can make the insulation system of transformers to lose their physical and chemical properties. Therefore, these operating conditions can cause early deterioration of the insulation, causing internal partial discharges that may develop into major defects and thus shorten the useful life of electrical equipment. This research aimed to apply a low cost piezoelectric sensors for partial discharge identification and location in power transformers through intelligent systems such as neural networks and adaptive fuzzy inference system. Both systems were trained with some signal processing metrics and the results for location error was in the region of millimeters. It was varied the number of coupled sensors and a study was conducted on the obtained location results.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A análise de gases dissolvidos tem sido aplicada há décadas como a principal técnica de manutenção preditiva para diagnosticar defeitos incipientes em transformadores de potência, tendo em vista que a decomposição do óleo mineral isolante produz gases que permanecem dissolvidos na fase líquida. Entretanto, apesar da importância desta técnica, os métodos de diagnóstico mais conhecidos são baseados em constatações de modelos termodinâmicos e composicionais simplificados para a decomposição térmica do óleo mineral isolante, em conjunto com dados empíricos. Os resultados de simulação obtidos a partir desses modelos não reproduzem satisfatoriamente os dados empíricos. Este trabalho propõe um modelo termodinâmico flexível aprimorado para mimetizar o efeito da cinética de formação de sólidos como restrição ao equilíbrio e seleciona, entre quatro modelos composicionais, aquele que apresenta o melhor desempenho na simulação da decomposição térmica do óleo mineral isolante. Os resultados de simulação obtidos a partir do modelo proposto apresentaram uma melhor adequação a dados empíricos do que aqueles obtidos a partir dos modelos clássicos. O modelo propostofoi, ainda, aplicado ao desenvolvimento de um método de diagnóstico com base fenomenológica.Os desempenhos desta nova proposta fenomenológica e de métodos clássicos de diagnóstico por análise de gases dissolvidos foram comparados e discutidos; o método proposto alcançou desempenho superior a vários métodos usualmente empregados nessa área do conhecimento. E, ainda, um procedimento geral para a aplicação do novo método de diagnóstico é descrito / The dissolved gas analysis has been applied for decades as the main predictive maintenance technique for diagnosing incipient faults in power transformers since the decomposition of the mineral insulating oil produces gases that remain dissolved in the liquid phase. Nevertheless, the most known diagnostic methods are based on findings of simplified thermodynamic and compositional models for the thermal decomposition of mineral insulating oil, in addition to empirical data. The simulations results obtained from these models do not satisfactorily reproduce the empirical data. This work proposes a flexible thermodynamic model enhanced to mimic the kinetic effect of solid formation as a restriction to equilibrium and selects, among four compositional models, the one offering the best performance on the simulation of the thermal decomposition of mineral insulating oil. The simulation results obtained from the proposed model showed better adequacy to reported data than the results obtained from the classical models. The proposed model was also applied in the development of a diagnostic method with a phenomenological basis. The performances of this new phenomenological proposition and of classical dissolved gas analysis diagnostic methods are compared and discussed; the proposed method achieved a performance superior to several methods usually employed in this area of knowledge.Also, a general procedure for the application of the new diagnostic method is described

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation introduces the study of the use of tin dioxide gas sensor array applied to fault detection in power transformers, through dissolved gas-in-oil. The aim of this research is to analyze the data obtained from gas sensors array, using pattern recognition techniques, and thus to determine if the use of gas sensor array allows the identification of faults. In order to facilitate the understanding of this research, the document was organized covering the following topics: power transformers, mineral insulating oil, analysis and interpretation of dissolved gás-in-oil, tin dioxide sensors and data acquisition instrument, techniques of pattern recognition and methodology for generating faults. In the end of this dissertation, the data from the sensor array are analyzed, in order to achieve the objective of verifying its application in the identification of faults. / Esta dissertação introduz o estudo do uso de uma matriz de sensores de gases de dióxido de estanho na detecção de falhas em transformadores de potência, através dos gases dissolvidos no óleo. O objetivo desta pesquisa é analisar os dados obtidos pelos sensores de gás, utilizando algumas técnicas de reconhecimento de padrão, e desta forma, verificar se o uso da matriz de sensores possibilita a identificação das falhas. Com o intuito de facilitar o entendimento da pesquisa, o presente documento foi organizado abordando os seguintes tópicos: transformadores de potência; óleo mineral isolante; análise e interpretação dos gases dissolvidos em óleo; sensores de dióxido de estanho e instrumento de aquisição de dados; técnicas de reconhecimento de padrões; e metodologia de geração de falhas. Ao final desta dissertação, os dados da matriz de sensores são analisados, a fim de atingir o objetivo de verificar sua aplicação na identificação das falhas.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-01-13T11:11:37Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Hudson de Paula Romualdo - 2014.pdf: 9811768 bytes, checksum: 55fffa80c94a94773bc7fe8059f4bbc2 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-01-13T11:11:53Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Hudson de Paula Romualdo - 2014.pdf: 9811768 bytes, checksum: 55fffa80c94a94773bc7fe8059f4bbc2 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-01-13T11:11:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Hudson de Paula Romualdo - 2014.pdf: 9811768 bytes, checksum: 55fffa80c94a94773bc7fe8059f4bbc2 (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / The presence of partial discharges in power transformer represents a relevant indicator of incipient failure. Partial Discharges are lightning quick and incomplete, intermittent, that in power transformers can be detected by means of some methods, among them, the test of acoustic emission. Currently, the algorithms used by equipment that processes the information from testing of acoustic emission are owners, and thus not available for the scientific community. Still, it is usually not performed the separation of noise detected from partial discharge of the other noises in the results, and little information about the dynamics of the occurrence of noise is presented. In this work, are presented three methods, identification, measurement and three-dimensional location, that foster the development of a computational solution for the diagnosis of power transformers using data derived from testing of acoustic emission with focus on the occurrence of partial discharges, phenomenon harmful to the appropriate functioning of the equipment. After a substantiation based on literature review of the issues dealt with in the course of the study, are described methods for identification of noises coming only from partial discharges, among the total noise (of all kinds), and measurement of these noises and their attributes (already done in a separate manner). Then, reference-if the method for three-dimensional location and, finally, expose-if the results of the application of the methods developed in the form of a case study showing the benefits of the application of the methods described here. Thus Demonstrating the importance of their results in supporting the decision-making process and, consequently, in maintaining the operational condition of power transformers. / A presença de descargas parciais no transformador de potência representa um relevante indicador de falha incipiente. Descargas parciais são descargas elétricas incompletas, rápidas e intermitentes, que em transformadores de potência podem ser detectadas através de alguns métodos, dentre eles, o ensaio de emissão acústica. Atualmente, os algoritmos utilizados pelos equipamentos que processam as informações provenientes de ensaios de emissão acústica são proprietários, não sendo assim, disponibilizados para a comunidade científica. Ainda, normalmente, não é realizada a separação do ruído detectado proveniente de descarga parcial dos demais ruídos nos resultados, e pouca informação sobre a dinâmica da ocorrência dos ruídos é apresentada. Neste trabalho, são apresentados três métodos, identificação, mensuração e localização tridimensional, que fomentam a elaboração de uma solução computacional para o diagnóstico de transformadores utilizando-se dados provenientes dos ensaios de emissão acústica com foco na ocorrência de descargas parciais, fenômeno nocivo ao adequado funcionamento do equipamento. Após uma fundamentação com base na análise bibliográfica dos assuntos abordados ao longo do trabalho, são descritos métodos para identificação dos ruídos provenientes somente de descargas, dentre o ruído total (de toda natureza), e mensuração desses ruídos e seus atributos (já realizado de forma separada). Em seguida, referencia-se o método para a localização tridimensional e, finalmente, expõem-se os resultados da aplicação dos métodos desenvolvidos na forma de um estudo de caso evidenciando os benefícios da aplicação dos métodos aqui descritos. Demonstrando assim a importância de seus resultados no suporte à tomada de decisão e, consequentemente, na manutenção da condição operacional de transformadores de potência.

This paper presents a proposed the modeling of power transformers for high-frequency electromagnetic transients. The application of this model allows the evaluation of the windings behavior against the voltage surges imposed by the electric power system. Besides the model, the required calculations to determine the concentrated and distributed parameters which define the representative circuit are detailed. The calculations were performed for a 25 MVA power transformer, using the data obtained from a technical audit between both client and manufacturer, known as design review. The representation of the equipment for the simulation is realized through a descriptive language, known as netlist. The impossibility of measuring the voltage along the power transformer windings subjected to voltage surges has motivated the development of the proposed model and computer simulation. Aiming to evaluate the potentialities of the developed model, the simulations for the power transformer were performed focusing on the determination of the lightning impulse transient voltage distribution along the windings and fully evaluating the obtained results. Alterations of the studied transformer s project were also addressed, considering the windings traditionally used by the manufacturers. A qualitative comparison between the responses of both power transformers is also presented. / Este trabalho apresenta uma proposta de modelagem de um transformador de potência para transitórios eletromagnéticos em altas frequências. O emprego deste modelo possibilita avaliar o comportamento dos enrolamentos frente aos surtos de tensão resultantes de transitórios no sistema elétrico de potência. Além do modelo, são detalhados os cálculos necessários para a determinação dos parâmetros distribuídos e concentrados que definirão o circuito representativo do modelo. Os cálculos foram realizados para um transformador de potência de 25 MVA, a partir dos dados obtidos de uma auditoria técnica entre cliente e fabricante, também conhecida como design review. A representação do modelo do equipamento para a simulação é realizada através de uma linguagem descritiva, netlist. A impossibilidade de medições de tensão ao longo dos enrolamentos do transformador, submetidos a surtos de tensão, motivaram o desenvolvimento do modelo proposto e a sua validação via simulação computacional. Com o objetivo de avaliar as potencialidades do modelo desenvolvido realizaram-se simulações enfatizando a determinação da distribuição das tensões transitórias de impulso atmosférico ao longo dos enrolamentos do transformador, sendo estes resultados avaliados detalhadamente. Também foram abordadas alterações no projeto do transformador estudado, considerando enrolamentos tradicionalmente utilizados pelos fabricantes. É apresentada uma comparação qualitativa entre a resposta do transformador projetado e os estudos de modificação de projeto.

This thesis is about theory of switching power supplies and about a specific solution of switching power supply for electron microscope. In the beginning of the thesis are mentioned various solutions of part blocks of switching power supplies, their advanteges and disadvanteges, and their suitability for electron microscopy. In the next part of the thesis are described requirements and design scheme of switching power supply for scanning part of electron microscope. The thesis i also about technical solution and practical testing of the switching power supply and verification of its functions.