Um dos problemas mais graves e preocupantes que ocorrem em redes de distribuição é a falta de alta impedância proveniente do rompimento e conseqüente queda do condutor primário. Devido ao seu alto grau de periculosidade, é fundamental que tal fenômeno seja exaustivamente analisado e pesquisado. Com a evolução da tecnologia digital, os programas de simulação computacional se tornaram grandes aliados nas pesquisas em proteção de sistemas elétricos. A partir do estudo de modelos já desenvolvidos e testados de faltas de alta impedância em redes de distribuição, o presente trabalho realiza uma análise deste tipo de falta e discute a implementação de um modelo de fácil configuração e adaptável a diferentes cenários. Mais do que isso, este trabalho se propõe a desenvolver uma interface computacional propícia para viabilizar este tipo de estudo em redes de distribuição, dada a necessidade de se obter uma ferramenta que possibilite a automatização do processo de simulação deste fenômeno. Com o resultado deste trabalho será possível testar e validar esquemas de proteção contra faltas de alta impedância ocasionadas por rompimento e queda de condutor primário em redes de distribuição, bem como auxiliar no desenvolvimento e implementação de novos algoritmos de detecção deste tipo de falta. / The high impedance fault caused by the broken and fallen conductor is one of the most hazardous and worrying problems that occur in distribution network. Due to its high harmful level it is necessary to analyze and research such phenomenon exhaustingly. The evolution of digital technology allowed the development of computing simulation software that became a great ally to the research of electrical systems protective devices. Based on the study of already developed and tested high impedance fault models the present work revisits this type of fault and discuss the implementation of an easy configureable model that is adaptable to different scenarios. Beyond this, the present work also proposes to develop a proper computing interface in order to make the study of such faults at distribution network viable once it is necessary to have a tool that allows the automation of high impedance fault simulating process. The results of thiswork will allowto test and validate protective schemes against high impedance faults caused by the breakdown and fall of primary conductors at distribution network systems, as well as they will be helpful when developing and implementing new algorithms for detection of such kind of fault.

A utilização crescente de equipamentos eletro-eletrônicos sensíveis a interferências e a adoção de novos critérios para avaliação da qualidade da energia fornecida têm resultado em um aumento do número de pesquisas desenvolvidas com o objetivo de se obter informações a respeito das características das sobretensões em redes de baixa tensão. Isto motivou a realização deste trabalho, que teve por objetivo analisar as sobretensões causadas por descargas atmosféricas próximas a redes secundárias. O estudo trata inicialmente das tensões transferidas para a rede de baixa tensão, via transformador, devido a tensões induzidas no primário. Para tal são utilizados resultados experimentais obtidos em modelo de linhas de distribuição em escala reduzida e também medições de tensões induzidas por descargas naturais em uma linha especialmente construída para estudo do fenômeno. Com o uso de um modelo de transformador de distribuição típico, de validade comprovada para avaliação de surtos transferidos, são analisadas as tensões transferidas para a rede secundária considerando-se diversas formas de onda no primário. Posteriormente são calculadas as tensões induzidas nas redes de baixa tensão por descargas incidentes em suas proximidades através do 'Extended Rusck Model' (ERM) – modelo de validade comprovada por meio de centenas de comparações entre tensões induzidas medidas e calculadas. O trabalho discute as influências, nas tensões induzidas, do modo de representação do transformador e das cargas conectadas ao secundário, valor da resistência de terra, amplitude e velocidade de propagação da corrente no canal, etc. A comparação entre as tensões induzidas em linhas convencionais e multiplexadas também é realizada. É analisado também o uso de dispositivos de proteção contra surtos na rede multiplexada tendo em vista a redução das amplitudes das tensões induzidas. Por fim são feitas comparações entre tensões induzidas e tensões transferidas via transformador à rede secundária considerando a mesma descarga atmosférica. / The growing use of electric and electronic equipment prone to electromagnetic interferences and the adoption of new criteria for evaluating the quality of the power supplied have increased the number of studies developed in order to obtain information regarding the characteristics of overvoltages on low-voltage networks. Such fact has motivated the development of this work, which aimed at analyzing overvoltages caused by lightning discharges near secondary networks. The study first covers voltages transferred to the low-voltage network through the transformer due to induced voltages on its primary terminals. In order to accomplish that, experimental results obtained on a reduced scale model are used, as well as measurements of natural lightning induced voltages on a line specially built to study the phenomena. The voltages transferred to the secondary network, considering several waveforms on the primary, are analyzed by using a typical distribution transformer model, proven valid for evaluating transferred surges. The study then presents the calculation of voltages induced on low-voltage networks by discharges on their vicinity through the 'Extended Rusck Model' (ERM) – a model that has been validated by hundreds of comparisons between measured and calculated induced voltages. This work discusses the influences on induced voltages of the manner of representing the transformer and the loads connected to the secondary, as well as grounding resistance, amplitude and stroke current propagation speed, etc. Comparisons between lightning induced voltages on open wire lines and on lines with twisted conductors are also made. The use of surge protective devices on lines with twisted conductors is analyzed, and the reduction of induced voltage amplitudes is investigated. Finally, induced voltages and voltages transferred to the secondary network through a transformer are compared, considering the same lightning discharge.

Considerando a necessidade do controle mais efetivo dos sistemas de distribuição de água para abastecimento, a calibração constitui etapa fundamental a ser trilhada para garantir a reprodução do comportamento dos sistemas sob as mais diversas condições operacionais. Apesar da importância da calibração e da diversidade de modelos construídos com esse propósito no ambiente acadêmico, essa prática não tem sido amplamente utilizada pelas companhias, que demonstram certa relutância em fazer uso de modelos matemáticos. É interessante, portanto, que os modelos existentes sejam intensivamente testados em sistemas reais para que se possam estabelecer diretrizes para a sua utilização, bem como uma maior confiança no seu emprego. O presente trabalho de pesquisa visou o estudo de aplicação de um modelo especialmente construído para a calibração de sistemas, através do qual é possível identificar variáveis de campo tais como rugosidades, diâmetros, parâmetros do modelo de vazamentos, etc. O modelo empregado é abrangente o suficiente para incorporar vazamentos e demandas variáveis com a pressão. Através dele, foram realizados dois estudos de caso e discutidas as razões pelas quais discrepâncias entre os valores simulados e observados foram detectadas, apesar da consistência das respostas produzidas via simulação. Algumas recomendações são feitas também no sentido de viabilizar estudos dessa natureza que possam produzir ferramental diretamente utilizável pelas concessionárias de água para abastecimento. / Considering the need for more effective control of water supply distribution systems, the calibration constitutes fundamental step to guarantee that the system behavior under several operational conditions can be reproduced. Instead of the importance of calibration and the variety of models built by the academy for this purpose, this practice has not been broadly used by the water industry, which demonstrates certain reluctance regards the use of mathematical models. It is interesting, hence, that existing models are intensively tested in real systems to establish guidelines and consequent confidence in their use. The present research focused on the study of a model especially built for the calibration of water supply systems, through which it is possible identify field variables such as roughness, diameters, parameters of leakage model, etc. The model is comprehensive enough to incorporate leakage and pressure driven demands. Two study cases were analyzed supported by the model and discussed the reasons by which disagreement between simulated and observed data were verified, instead of the consistency of results produced by simulation. Some recommendations are made to become practical this kind of study as useful tool for the water industry.

Este trabalho tem por objetivo apresentar novos desenvolvimentos e a evolução do conceito de manobras de paralelismo entre alimentadores aéreos primários de distribuição, bem como os efeitos eletromagnéticos provocados por manobras em tempo real, visando a segurança operacional dos equipamentos e operadores de campo. São apresentadas propostas para fechamento de subestações transformadoras de transmissão em anel, através de alimentadores aéreos primários, além de algoritmo simplificado para a operação e despacho do sistema. Uma nova metodologia de operação em tempo real foi desenvolvida através de algoritmo de viabilidade usando dados do SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Esta metodologia de operação oferece algumas vantagens como o restabelecimento de cargas interrompidas, o isolamento de trechos defeituosos na rede de distribuição aérea, bem como o atendimento de serviços programados no sistema elétrico de potência. Para essa metodologia é feita uma análise das grandezas elétricas e capacidades dos equipamentos envolvidos, bem como dos ajustes e parâmetros dos dispositivos de proteção, de forma a obter sucesso na operação da rede em tempo real. O estudo foi baseado em manobras reais em alimentadores aéreos de distribuição da AES Eletropaulo. A validação do modelo que direcionou para o sucesso das manobras em tempo real foi baseada principalmente em simulações de transitórios eletromagnéticos, fluxo de carga e curto-circuito através dos programas ATP e CYMDIST. / This work aims to present new developments and the evolution of the parallelism switch operation concept among distribution primary overhead feeders, as well as the electromagnetic effects caused by switch operations in real time, in order to keep field operators and equipments in safety. Hereby are presented some proposals for closed-loop arrangement between two power transmission substations through overhead feeders and a simplified algorithm for the system\'s operation and dispatch as well. A new real time operation methodology was developed through viability algorithm using the SCADA\'s (Supervisory Control and Data Acquisition) database. This operation methodology offers some advantages such as restoration of interrupted loads, isolation of the faulty section in the overhead distribution network as well as scheduled services. For this methodology was made an analysis of the electric magnitudes and of the involved equipment capabilities, as well as the protection devices\' adjustments and parameters, so as to obtain successful in real time operation. The study was based on actual switch operations over the distribution overhead feeders of AES Eletropaulo. The validation of the model that drove to the real time switch operations success was mainly based on electromagnetic transients simulations, load flow and short-circuit in ATP (Alternative Transient Program) and CYMDIST softwares.

Nesta tese, foram desenvolvidas três metodologias para análise dos riscos de interrupções em processos eletro-eletrônicos provocadas por faltas nos sistemas de distribuição de energia elétrica. Estas metodologias são: Monte Carlo, Enumeração de Estados e Híbrido. Com a utilização destas metodologias, são avaliados índices relativos às interrupções de longa duração e às variações de tensão de curta duração (afundamentos, elevações e disrupções de tensão) em cada consumidor da rede de distribuição de energia elétrica. Em cada barra do sistema, as freqüências de ocorrências de cada índice são obtidas, classificadas por faixas de magnitude e duração dos eventos. Conhecendo informações sobre a configuração e parâmetros de rede e sobre os dispositivos de proteção, através de um conjunto de simulações, é possível mapear as áreas de risco relativas aos fenômenos de interrupção e variações de tensão de curta duração (VTCDs). Dispondo ainda do conjunto de curvas de sensibilidade dos processos industriais, avaliam-se as freqüências de disrupções de processos, esperadas por ano no ponto analisado, isto é, o número de vezes que um processo apresenta mau funcionamento e possivelmente interrupção devido a uma VTCD. Também é apresentada nesta tese uma formulação matemática que permite realizar a inclusão do custo do prejuízo pela falta da qualidade de energia nos consumidores em modelos clássicos para o tratamento de problemas de planejamento da operação e da expansão de sistemas de distribuição de energia elétrica. Os métodos para avaliação das áreas de risco e custos de interrupção de processos por faltas nas redes de distribuição foram implementados em um sistema computacional. Resultados da aplicação em redes de distribuição reais permitem avaliar vantagens e desvantagens de cada um dos métodos. Para observar o impacto do prejuízo nos consumidores, são utilizados resultados obtidos na literatura para realizar a comparação e obter o custo total envolvendo custos de investimento de novas obras, custo de perdas de energia e custo do prejuízo pela falta da qualidade de energia nos consumidores existentes na rede de distribuição de energia elétrica. / Three methodologies for risk assessment of interruptions in electrical and electronic sensitive devices are herein developed. These interruptions are mainly due to faults in electric power distribution systems. The methodologies are herein named Monte Carlo Method, State Enumerating Method and Hybrid Method. These methods allow for the evaluation of indices related to long duration interruptions and voltages sags and swells in each customer supplied by the distribution network. The power quality indices (expected number of events per year) are classified according to voltage amplitude and event duration. The information regarding network configuration and parameters as well as protection devices are input for a set of simulations that result in mapping the indices related to long duration interruptions and short duration voltage variations along the network. By considering the sensitivity curves for industrial processes, the method determines the frequency of process disruptions, i.e. the number of events in which the customer process malfunctions, or it is damaged or it is interrupted due to voltage sags or swells. This thesis also shows a mathematical formulation that includes costs regarding customer losses caused by poor power quality to conventional models that deal with operation and expansion planning of electric power distribution systems. The proposed methods for assessing risks and interruption costs in customer processes due to faults in distribution networks were implemented in a computational system. Case studies in real distribution networks show advantages and disadvantages of each method. In order to determine losses in customer processes, some literature results are taken as a basis to determine the total planning costs, that include the parcels corresponding to the reinforcement capital, power losses and power quality costs, that consider customer interruptions and disruptions due to voltage sags and swells.

Este trabalho apresenta um estudo de proteção de sobrecorrente de redes primárias aéreas de distribuição de energia elétrica através de uma abordagem probabilística. Abordagens convencionais para o problema de proteção de sobrecorrente não levam em conta a natureza probabilística das principais variáveis envolvidas: tipo da falta, localização da falta e impedância de defeito para faltas envolvendo a terra. Neste caso, por exemplo, torna-se muito difícil avaliar as conseqüências de situações nas quais a coordenação total entre os dispositivos não pode ser alcançada por alguma razão. A abordagem probabilística permite, por outro lado, quantificar o risco de não haver coordenação entre dois dispositivos de proteção adjacentes. Esta informação é extremamente valiosa para os engenheiros de proteção na fase de projeto da rede elétrica. No trabalho, a metodologia probabilística é apresentada em detalhe e sua aplicação é ilustrada através de alguns estudos de aplicação, nos quais procurou-se avaliar a influência dos principais parâmetros do modelo na coordenação dos dispositivos de proteção. / This work describes the study of distribution system overcurrent protection through a probabilistic approach. Conventional approaches for overcurrent protection do not consider the probabilistic nature of the main variables involved, such as fault location, fault type and fault impedance for faults involving the ground. In this case, for instance, it is very difficult to assess the impact of situations where full coordination cannot be attained for some reason. The probabilistic approach, on the other hand, allows quantifying the risk of two adjacent protective devices operating in a non-coordinated way. This information is extremely valuable for electrical engineers at design level. In this work, the proposed methodology is illustrated through a few detailed application studies, including various sensitivity analyzes for assessing the influence of model parameters on the coordination of protective devices.

Os avanços observados em Sistemas de Distribuição de Água vêm surgindo da necessidade de aumentar a eficiência, a qualidade e segurança do abastecimento de água aos consumidores. Dois desses avanços recentes que podem ser citados são a setorização e a quantificação da confiabilidade. O processo de setorização de um sistema de distribuição de água favorece a sua gestão, uma vez que possibilita maior controle da vazão distribuída e dos limites de fornecimento do serviço, entretanto pode implicar em restrições no abastecimento durante eventos de falhas ou emergências, sendo necessária a avaliação da confiabilidade. Diversos pesquisadores têm buscado uma metodologia coerente e adequada para quantificar a confiabilidade em sistemas de distribuição de água, muitos deles desenvolvendo métricas alternativas que visam simplificar esta definição. O presente trabalho visou investigar métricas alternativas de confiabilidade, propostas na literatura especializada, aplicando-as a estudos de caso para a rede original e após a setorização. Os resultados sugerem a viabilidade de utilização das métricas de confiabilidade como forma de avaliar diferentes níveis de setorização, no que diz respeito à vulnerabilidade do sistema. / Improvements upon Water Distribution Systems have been made under the urge of increasing efficiency, quality and security of water supply to its customers. A couple of recent breakthroughs on Water Distribution Network are partitioning and reliability. Water network partitioning enhances operational management, once it enables higher control of supplied flow and awareness of boundaries regarding each partition. Nevertheless, it can lead to supply restrictions under emergency and failure events, what may require reliability assessment. Several researchers have pursued consistent approach to quantify reliability of Water Distribution Network, many of them proposed surrogate measures which focused on simplifying its measurement. The aim of this work is to look into surrogate reliability measures proposed in the literature and applying them on case studies for its original layout and after proposed partitioning. The results implies the usage feasibility for the reliability measures as a way of evaluating different stages of partitioning, regarding system\'s vulnerability.

O trabalho apresenta uma proposta de metodologia para diagnóstico de sistemas de distribuição de água através da elaboração, passo a passo, e de uso de simuladores hidráulicos apoiados por aplicativos de geoprocessamento. Utilizando-se de dados reais como o histórico operacional de vazamentos dentro da região adotada num intervalo de tempo, espera-se fornecer ao analista um instrumento de análise visual do comportamento hidráulico do setor em função de uma escala progressiva de ocorrências, mapeada através de cores, permitindo avaliar a qualidade do modelo hidráulico como um todo, corrigindo desvios para que o mesmo reproduza eficientemente o comportamento real da rede de distribuição. Através deste, esperase avaliar as consequências da variação das pressões e vazões durante o dia, subsidiando tomadas de decisão, permitindo avaliação das opções e a redução de riscos e investimentos desnecessários. / The work presents a proposed methodology for diagnosis of water distribution systems through the development, step-by-step and hydraulic simulators use supported by geoprocessing applications. Using real data and operational history of leaks within the region adopted a time interval, is expected to provide the analyst a tool for visual analysis of the hydraulic behavior of the sector according to a progressive scale of occurrences, mapped through colors, in order to evaluate the quality of hydraulic model as a whole, correcting deviations so that it efficiently reproduces the actual behavior of the distribution network. Through this, it is expected to evaluate the consequences of variation of pressure and flows during the day, supporting decision-making, allowing the evaluation of the options and the reduction of unnecessary risks and investments.

Este trabalho apresenta um estudo de proteção de sobrecorrente de redes primárias aéreas de distribuição de energia elétrica através de uma abordagem probabilística. Abordagens convencionais para o problema de proteção de sobrecorrente não levam em conta a natureza probabilística das principais variáveis envolvidas: tipo da falta, localização da falta e impedância de defeito para faltas envolvendo a terra. Neste caso, por exemplo, torna-se muito difícil avaliar as conseqüências de situações nas quais a coordenação total entre os dispositivos não pode ser alcançada por alguma razão. A abordagem probabilística permite, por outro lado, quantificar o risco de não haver coordenação entre dois dispositivos de proteção adjacentes. Esta informação é extremamente valiosa para os engenheiros de proteção na fase de projeto da rede elétrica. No trabalho, a metodologia probabilística é apresentada em detalhe e sua aplicação é ilustrada através de alguns estudos de aplicação, nos quais procurou-se avaliar a influência dos principais parâmetros do modelo na coordenação dos dispositivos de proteção. / This work describes the study of distribution system overcurrent protection through a probabilistic approach. Conventional approaches for overcurrent protection do not consider the probabilistic nature of the main variables involved, such as fault location, fault type and fault impedance for faults involving the ground. In this case, for instance, it is very difficult to assess the impact of situations where full coordination cannot be attained for some reason. The probabilistic approach, on the other hand, allows quantifying the risk of two adjacent protective devices operating in a non-coordinated way. This information is extremely valuable for electrical engineers at design level. In this work, the proposed methodology is illustrated through a few detailed application studies, including various sensitivity analyzes for assessing the influence of model parameters on the coordination of protective devices.

O crescente número de geradores distribuídos conectados em redes de distribuição de energia elétrica é uma realidade dos sistemas elétricos de todo o mundo. Embora a política atual seja desconectar os geradores distribuídos do sistema elétrico de potência (SEP) caso ocorra uma falha na rede da concessionária, conforme preconizam os principais guias técnicos nacionais e internacionais, o módulo 3 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) mostra-se favorável à operação ilhada, pois afirma que este tipo de operação pode ser realizado em comum acordo entre as centrais geradoras de energia e o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), permitindo alcançar uma maior disponibilidade no fornecimento de energia. No entanto, para que a operação ilhada seja possível e possa ser praticada de forma segura, o ilhamento intencional precisa superar alguns desafios, dentre os quais estão aqueles relacionados ao sistema de proteção da rede de distribuição, tais como: coordenação indevida de dispositivos de proteção, perda da sensibilidade da proteção, abertura inadequada de fusíveis e religamentos automáticos fora de sincronismo. Portanto, este trabalho avalia o impacto da geração distribuída (GD) sobre o sistema de proteção de sobrecorrente de uma rede de distribuição operando ilhada. A ideia principal é dividir a rede em regiões delimitadas pelos dispositivos de proteção existentes, para em seguida, adequá-los à nova situação operacional, certificando se os ajustes propostos atendem ao comportamento síncrono e estável do sistema de geração por meio de uma análise de estabilidade transitória. Propõe-se então um conjunto de procedimentos para tomada de ações que permitam readequar o sistema de proteção de sobrecorrente existente à operação ilhada. Os resultados obtidos demonstram que a inibição do religamento automático e da curva de atuação instantânea acrescida de reajustes nas curvas temporizadas dos relés e religadores, melhoraram a coordenação e seletividade da rede operando ilhada. / The growing number of distributed generators connected to electricity distribution networks is a reality of electrical systems throughout the world. Although the current policy is to disconnect the distributed generators from the electric power system (EPS) in the event of loss of mains, as required by main national and international technical guides, the module 3 of the Procedures for Electric Power Distribution in the Electric National System (PRODIST) shows itself in favor of islanded operation, it states that this type of operation can be carried out in agreement between power generation plants and the National Electric System Operator (ONS), allowing achieve larger availability in energy supply. However, to make the islanded operation possible and safe, the intentional islanding must overcome some challenges, among which are those related to the protection system of the distribution network, such as improper coordination of protective devices, loss of protection sensitivity, inadequate opening of fuses and automatic reclosing out of synchronism. Therefore, this work evaluates the impact of distributed generation (DG) on the overcurrent protection system of a distribution network operating islanded. The main idea is to divide the network into regions bounded by existing protection devices, to then adapt them to the new operational situation, making sure that the proposed adjustments meet the synchronous and stable behavior of the generation system by means of a transient stability analysis. Thus, a set of procedures is proposed to indicate actions that allow readjusting the existing overcurrent protection system to the islanded operation. The results demonstrate that the inhibition of automatic restart and of the instantaneous operating curve plus adjustments in time delay curves of relays and reclosers, improved the coordination and selectivity of the network operating islanded.