Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2016-12-16T12:38:56Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael da Silva Ferraz - 2016.pdf: 8992095 bytes, checksum: 11544acef63b20e945753d7b895bb5ae (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-12-16T16:57:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael da Silva Ferraz - 2016.pdf: 8992095 bytes, checksum: 11544acef63b20e945753d7b895bb5ae (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-16T16:57:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael da Silva Ferraz - 2016.pdf: 8992095 bytes, checksum: 11544acef63b20e945753d7b895bb5ae (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-11-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work presents the project and the implementation of a device that is capable of measuring the electrical effects, especially the impedance, in grounding meshes when subjected to atmospherical discharges. An analysis on the influence of the atmospheric discharges in electrical protection systems is performed and also a comparison between current and voltage impulsive circuits. The device is built of electronic circuits controlled by a microcontroller, with the possibility of parameter adjusting for shaping the generated impulse wave. The device was conceived such that it can be used for tests of soil impedance measurement and for verification of the behavior of electrical grounding systems under high frequencies. The results are presented for tests in different types of systems and there was satisfactory performance for the developed equipment when compared with a commercial device / Este trabalho apresenta o projeto e a implementação do dispositivo capaz de medir os efeitos elétricos, em especial, as impedâncias, em malha de aterramento, sujeito a descargas atmosféricas. Analisa-se as influências das descargas atmosféricas nos sistemas de proteção elétricos e desenvolve-se análise comparativa dos circuitos impulsivos de corrente e de tensão. Constrói-se o dispositivo que consiste de circuitos eletrônicos controlados por microcontrolador, com possibilidade de ajuste de parâmetros da onda gerada. O dispositivo produzido é utilizado para medição da impedância do solo e verificação do comportamento de sistemas de aterramento elétrico em baixas e altas frequências. São apresentados os resultados dos testes em diferentes tipos de sistemas, demonstrando o satisfatório desempenho quando comparado com instrumento comercial.

Submitted by Miriam Lucas (miriam.lucas@unioeste.br) on 2018-02-22T14:23:15Z No. of bitstreams: 2 Felipe_Crestani_dos_Santos_2017.pdf: 5495370 bytes, checksum: 82f81445874bba45497cda5c8d784d2f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-22T14:23:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Felipe_Crestani_dos_Santos_2017.pdf: 5495370 bytes, checksum: 82f81445874bba45497cda5c8d784d2f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-17 / The main line of research of this work is the study of approaches for supporting the development and analysis of the Power System Protection. In general, this process is carried out through of a large number of simulations involving various operating scenarios. The main limitation of this technique is the impossibility of coverage of all behavior of the system under analysis. In this context, this work proposes the use of Model Checking as a tool to support the procedure of development of power system protection schemes, principally in the sense of proving the security requirements and temporal deterministic expected behavior. Model Checking is a verification technique that explores exhaustively and automatically all possible system states, checking if this model meets a given specification. This work focuses on this two pillars of the Model Checking: to choose an appropriate modeling formalism for representation of the power system protection and how to describe the specification in temporal-logic for the verification process. With regard to the modeling formalism, the power system protection will be represented by the Hybrid Automata theory, while the verification tool adopted will be Statistical Model Checking, by the UPPAAL STRATEGO toolkit. It is underlined that this work is limited to the modeling of individual components of the power system protection, such that 18 models of the devices and protocols like communication bus (LAN), time synchronization protocol (PTP) and IEC 61850 communication protocols (SV and GOOSE) and Logical Nodes of power system protection, and 13 auxiliaries models, which emules the stochastic behavior to subsidise the verification process. The methodology of modelling adopted guarantees the effective representation of the components behaviour of power system protection. For this, the results of Model Checking process were compared with behavioral requirements defined by standards, conformance testings and paper related to the area. With regard to the contributions of this work, were identified three researches areas that could use the models developed in this work: i) implementation of power system protection schemes; ii) achievement of conformance testing; and iii) indication of the parameterization error of the power protection system scheme. / A linha de pesquisa abordada neste trabalho aponta para o estudo e desenvolvimento de ferramentas que subsidiem a proposição e validação de Sistemas de Proteção de Sistemas de Energia Elétrica. Em geral, este processo é realizado mediante simulações computacionais envolvendo diversos cenários de operação e distúrbios, tendo como principal limitação a impossibilidade de representar todos os caminhos de evolução do sistema em análise. Nesse contexto, propõe-se o emprego da técnica de Modelagem e Verificação Formal como ferramenta de suporte ao projeto, análise e implementação de estratégias de proteção, principalmente no sentido de comprovar se a estratégia atende os requisitos de segurança e comportamento determinístico temporal esperado. Em síntese, o método consiste na verificação de propriedades descritas em lógicas temporais, sob uma abstração apropriada (formalismo) do comportamento do sistema. Esta dissertação possui enfoque nestes dois requisitos: modelagem do sistema de proteção através de um formalismo adequado e tradução dos requisitos do comportamento desejado em propriedades descritas em lógica temporal. Com relação ao formalismo de apoio, a modelagem do sistema de proteção é baseada em uma abstração de Autômatos Temporizados Híbridos. Como ferramenta de validação, adota-se a técnica de Verificação Formal Estatística, através do software UPPAAL STRATEGO. Salienta-se que este trabalho se delimita apenas na modelagem e validação individual dos principais equipamentos de um sistema de proteção, sendo 18 modelos de dispositivos e protocolos como barramentos de comunicação (LAN), protocolo de sincronização de tempo PTP, protocolos de comunicação baseados em IEC 61850 e funções de proteção, e 13 modelos auxiliares que implementam um comportamento estocástico para subsidiar o processo de validação do sistema de proteção. O desenvolvimento dos modelos se deu através de uma abordagem sistemática envolvendo processos de simulação e verificação das propriedades sob o modelo em análise. Através desta metodologia, garante-se que os modelos desenvolvidos representam o comportamento esperado de seus respectivos dispositivos. Para isso, os resultados do processo de verificação foram comparados com requisitos comportamentais definidos por normas, testes de conformidade em equipamentos/protocolos e trabalhos acadêmicos vinculados à área. Com relação às contribuições do trabalho, identificou-se três linhas de pesquisa que podem fazer o uso dos modelos desenvolvidos: i) implementação de novas estratégias de proteção; ii) realização de testes de conformidade em equipamentos externos à rede de autômatos; e iii) indicação de erros de parametrização do sistema de proteção.

As descargas atmosféricas causam prejuízos às concessionárias de energia elétrica, aos consumidores e à sociedade como um todo. Diferentes métodos podem ser utilizados para melhorar a confiabilidade do sistema elétrico e a qualidade da energia fornecida aos consumidores. Entretanto, as sobretensões atmosféricas variam em função de diversos parâmetros, de modo que a eficácia de determinada alternativa de proteção depende não apenas da configuração da rede, mas também das características da região, especialmente da densidade de descargas atmosféricas e da resistividade do solo. Consequentemente a relação custo-benefício correspondente a cada alternativa também depende das características de cada região. É importante, portanto, dispor de um modelo para realizar essas avaliações levando em conta todos os fatores envolvidos no processo, de forma a auxiliar as empresas de energia na tomada de decisões sobre investimentos em proteção contra descargas atmosféricas. Entretanto, modelos de análise de viabilidade que permitam a obtenção de conclusões econômicas amplas para dar suporte à tomada de decisões não são normalmente utilizados em função da complexidade dos fenômenos associados às descargas atmosféricas e à dificuldade na construção de modelagens econômicas neste contexto. Para preencher esta lacuna, este trabalho propõe um modelo para análise do custo e benefício da implantação de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas em redes de distribuição considerando os investimentos, a redução da indisponibilidade e os custos evitados para a distribuidora e a sociedade. A análise financeira é feita com base na taxa interna de retorno dos investimentos e na razão entre custos e benefícios, o que facilita a análise de sensibilidade e permite determinar as condições nas quais a alternativa será viável. O modelo considera a indisponibilidade de energia e a inconfiabilidade do sistema a partir dos indicadores de duração equivalente de interrupção por unidade consumidora (DEC) e da frequência equivalente de interrupção por unidade consumidora (FEC), respectivamente. Os custos evitados devido à redução da indisponibilidade são tratados como benefícios. É utilizado para analisar as condições nas quais a aplicação de um determinado método de proteção em uma determinada rede é técnica e economicamente viável. Faz-se também uma análise de sensibilidade, sendo discutidas as influências de vários parâmetros nas relações custo-benefício correspondentes às regiões estudadas. O que na realidade não limita o modelo à análise de investimentos para melhoria do desempenho de redes de distribuição frente a descargas atmosféricas, mostrou-se prático e de grande utilidade na tomada de decisões quanto à realização de determinado investimento considerando as características da região e a efetividade do método de proteção analisado. / Lightning causes damages and losses to power companies, consumers, and the society as a whole. Different methods can be used to improve the power quality and the reliability of the electrical system. However, lightning overvoltages depend upon several parameters, so that the effectiveness of a certain protection alternative depends not only on the network configuration but also on the characteristics of the region, especially the ground flash density and the soil resistivity. Consequently, the cost-benefit ratio corresponding to each alternative depends also on the characteristics of each region. It is important, therefore, that the model for conducting these assessments be capable of taking into account all the factors involved in the process so that it can assist power companies in making decisions on investments in lightning protection. However, models of feasibility analysis that enable to obtain broad economic conclusions to support decision-making are not normally used due to the complexity of the phenomena associated with lightning overvoltages and the difficulty in constructing economic models in this context. For this reason this work proposes a model for the analysis of the cost and benefit of the implantation of lightning protection systems in distribution networks considering the investments, the reduction of the unavailability, and the costs avoided for the distribution power company and the society. The financial analysis is based on the internal rate of return on investments and the cost-benefit ratio, which facilitates the sensitivity analysis and allows for the determination of the conditions under which the alternative will be feasible. The model considers the energy unavailability and the unreliability of the system from the indicators of equivalent duration of interruption per consumer unit (DEC) and the equivalent frequency of interruption per consumer unit (FEC), respectively. The costs avoided due to the reduction of unavailability are treated as benefits. The model is used to analyze the conditions under which the application of a given protection method in a given network is technically and economically feasible. A sensitivity analysis is also done and the influences of several parameters on the cost-benefit ratios corresponding to the regions studied are discussed. However the model, which actually is not limited to the analysis of investments to improve the lightning performance of power distribution networks, has proved to be practical and very useful in the decision-makingregarding the realization of a given investment taking into account the characteristics of the region and the effectiveness of the protection method analyzed.

As descargas atmosféricas causam prejuízos às concessionárias de energia elétrica, aos consumidores e à sociedade como um todo. Diferentes métodos podem ser utilizados para melhorar a confiabilidade do sistema elétrico e a qualidade da energia fornecida aos consumidores. Entretanto, as sobretensões atmosféricas variam em função de diversos parâmetros, de modo que a eficácia de determinada alternativa de proteção depende não apenas da configuração da rede, mas também das características da região, especialmente da densidade de descargas atmosféricas e da resistividade do solo. Consequentemente a relação custo-benefício correspondente a cada alternativa também depende das características de cada região. É importante, portanto, dispor de um modelo para realizar essas avaliações levando em conta todos os fatores envolvidos no processo, de forma a auxiliar as empresas de energia na tomada de decisões sobre investimentos em proteção contra descargas atmosféricas. Entretanto, modelos de análise de viabilidade que permitam a obtenção de conclusões econômicas amplas para dar suporte à tomada de decisões não são normalmente utilizados em função da complexidade dos fenômenos associados às descargas atmosféricas e à dificuldade na construção de modelagens econômicas neste contexto. Para preencher esta lacuna, este trabalho propõe um modelo para análise do custo e benefício da implantação de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas em redes de distribuição considerando os investimentos, a redução da indisponibilidade e os custos evitados para a distribuidora e a sociedade. A análise financeira é feita com base na taxa interna de retorno dos investimentos e na razão entre custos e benefícios, o que facilita a análise de sensibilidade e permite determinar as condições nas quais a alternativa será viável. O modelo considera a indisponibilidade de energia e a inconfiabilidade do sistema a partir dos indicadores de duração equivalente de interrupção por unidade consumidora (DEC) e da frequência equivalente de interrupção por unidade consumidora (FEC), respectivamente. Os custos evitados devido à redução da indisponibilidade são tratados como benefícios. É utilizado para analisar as condições nas quais a aplicação de um determinado método de proteção em uma determinada rede é técnica e economicamente viável. Faz-se também uma análise de sensibilidade, sendo discutidas as influências de vários parâmetros nas relações custo-benefício correspondentes às regiões estudadas. O que na realidade não limita o modelo à análise de investimentos para melhoria do desempenho de redes de distribuição frente a descargas atmosféricas, mostrou-se prático e de grande utilidade na tomada de decisões quanto à realização de determinado investimento considerando as características da região e a efetividade do método de proteção analisado. / Lightning causes damages and losses to power companies, consumers, and the society as a whole. Different methods can be used to improve the power quality and the reliability of the electrical system. However, lightning overvoltages depend upon several parameters, so that the effectiveness of a certain protection alternative depends not only on the network configuration but also on the characteristics of the region, especially the ground flash density and the soil resistivity. Consequently, the cost-benefit ratio corresponding to each alternative depends also on the characteristics of each region. It is important, therefore, that the model for conducting these assessments be capable of taking into account all the factors involved in the process so that it can assist power companies in making decisions on investments in lightning protection. However, models of feasibility analysis that enable to obtain broad economic conclusions to support decision-making are not normally used due to the complexity of the phenomena associated with lightning overvoltages and the difficulty in constructing economic models in this context. For this reason this work proposes a model for the analysis of the cost and benefit of the implantation of lightning protection systems in distribution networks considering the investments, the reduction of the unavailability, and the costs avoided for the distribution power company and the society. The financial analysis is based on the internal rate of return on investments and the cost-benefit ratio, which facilitates the sensitivity analysis and allows for the determination of the conditions under which the alternative will be feasible. The model considers the energy unavailability and the unreliability of the system from the indicators of equivalent duration of interruption per consumer unit (DEC) and the equivalent frequency of interruption per consumer unit (FEC), respectively. The costs avoided due to the reduction of unavailability are treated as benefits. The model is used to analyze the conditions under which the application of a given protection method in a given network is technically and economically feasible. A sensitivity analysis is also done and the influences of several parameters on the cost-benefit ratios corresponding to the regions studied are discussed. However the model, which actually is not limited to the analysis of investments to improve the lightning performance of power distribution networks, has proved to be practical and very useful in the decision-makingregarding the realization of a given investment taking into account the characteristics of the region and the effectiveness of the protection method analyzed.

Made available in DSpace on 2014-06-12T16:00:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6352_1.pdf: 3506508 bytes, checksum: d2730a2c9628d30e079fa0dcef4aa7df (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Com o advento da promulgação das Leis 10.847/2004 e 10.848/2004, o Setor Elétrico Brasileiro passou a adotar a competitividade como elemento balizador para obtenção das concessões, seja na transmissão, seja na geração de energia elétrica. Nesse sentido, as empresas do setor terão que intensificar, significativamente, os processos de monitoramento dos equipamentos que constituem o sistema elétrico, de forma a otimizar suas utilizações, repercutindo, em conseqüência, nas decisivas questões de vida útil dos mesmos e, portanto, na confiabilidade, continuidade e qualidade do fornecimento de energia elétrica para a sociedade. O avanço tecnológico ocorrido nas duas últimas décadas, particularmente nos sistemas micro-processados, vem repercutindo em melhorias das ferramentas disponibilizadas para a operação do Sistema Nacional Interligado SIN. Os sistemas de proteção e controle das instalações migraram, nesse período, da tecnologia eletromecânica para a eletrônica analógica e desta para a digital, tornando-se subsistemas bastante eficientes. Com os equipamentos de grande porte, como os geradores, turbinas, transformadores, reatores, dentre outros, não se constatou um avanço de igual intensidade na técnica do monitoramento. Muitas são as situações em que os equipamentos aparentam estar funcionando em condições plenamente satisfatórias quando, na realidade, eles estão submetidos a condições críticas. É como um indivíduo que sofre um ataque cardíaco fulminante, um incremento infinitesimal de estresse no equipamento tornao indisponível e quase sempre o danifica. Dentro deste contexto, essa dissertação de mestrado focaliza as possibilidades de melhor aproveitamento da tecnologia disponível de sensores, particularmente, ópticos, acústicos e micro-processados para otimizar o processo de supervisão e monitoramento de equipamentos, bem como para melhor condicionar a aprendizagem dos fenômenos que, internamente, neles ocorrem. Neste caso o da aprendizagem explorase a técnica de realidade virtual numa visão imediatista para, nos médio e longo prazos, prospectar a possibilidade de investimento em sistemas virtuais on line , aqui entendido como a perspectiva de monitoramento do funcionamento interno do equipamento visualizado em tempo real e em espaço tridimensional. Para atingir os objetivos visualizados, a presente dissertação faz abordagem em três grandes aspectos, adotando uma dinâmica top down , do geral para o particular. O primeiro aspecto aborda o estado atual da arte de monitoramento de equipamentos, de um modo geral, de forma a contextualizar onde estamos . O segundo, apresenta as perspectivas de avanços esperados na aplicação da tecnologia disponível. Neste caso, considerando o grande espectro de equipamentos e possibilidades, bem como para dotar o trabalho de pragmatismo, apresenta-se uma proposta de modelo, cunhado de endoscópico , para um equipamento específico o transformador de potência. Sua escolha deveu-se ao fato de ele se constituir num dos mais caros e importantes equipamentos de um sistema elétrico. Finalmente, o terceiro aspecto enfoca um estudo de caso que permite validar o conceito proposto. Para tanto, foram feitas simulações de descargas parciais no Centro de Pesquisa de Energia Elétrica CEPEL, entidade de renome nacional e que atende, precipuamente, às empresas do Grupo Eletrobrás. Nas simulações, em apreço, enfocando, desta feita, um subconjunto dos problemas de um transformador de potência, foram geradas situações de falhas internas e a partir do uso de fibra óptica e sensores acústicos foi possível mapear a provável localização do defeito, locando-o no espaço tridimensional. Pôde-se concluir, portanto, que pequenas descargas internas que, em números repetidos, resultam na gradativa deteriorização das partes isolantes, podem, a partir do uso adequado de sensores, ser detectadas a tempo hábil, evitando-se uma perda do equipamento, que via de regra repercute em profundo prejuízo para as empresas e para a operação do sistema elétrico. Em síntese, a dissertação apresenta o status atual geral do monitoramento de equipamentos (ou seja, onde estamos), para onde, entendemos que devamos caminhar, inclusive contemplando a técnica de Realidade Virtual e, de forma prática, a partir de um estudo de caso, demonstra não se tratar apenas de uma idéia teórica ou de um desejo sem suporte técnico, mas sim de um objetivo plenamente alcançável

A maior parte das concessionárias de energia elétrica brasileiras normalmente não trata as falhas em transformadores de distribuição como um problema relevante sob ponto de vista financeiro, uma vez que qualquer ação preventiva para minimizar o problema dentro da realidade atual pode ser mais onerosa. Portanto, políticas adequadas para investigar as falhas de transformadores de distribuição são geralmente relegadas a segundo plano ou às vezes nem existem. Neste contexto, a informação existente em falhas de transformadores pode não conter dados importantes. No entanto, novas leis que afetam as concessionárias de energia estão mais severas e demandam por maior eficiência por parte delas. Neste novo cenário, uma metodologia forense, criada há muitos anos por várias concessionárias para analisar falhas em transformadores de distribuição, foi recentemente resgatada com a análise de 3159 equipamentos. Essa metodologia é conhecida como Metodologia Forense para Transformadores de Distribuição (MFTD) e será utilizada como ferramenta de diagnóstico para estudos de casos. Novos testes e ensaios como medição de resistência de isolamento, índice de absorção dielétrica e polarização, análise físico-química entre outros, serão agregados à metodologia forense para aprimorá-la. Além disso, os para-raios, sendo parte do sistema de proteção de transformadores de distribuição, também são estudados com o objetivo de verificar possíveis falhas de projeto e desafios a serem superados. / Most Brazilian utility companies normally do not treat failures in distribution transformers as a relevant problem in large financial point of view, since any preventive action to minimize them within the current reality can be more costly. Thus, proper policies for investigating faults in distribution transformers are usually disregarded by the power utilities and sometimes policies may not even exist. In this context, existing information on faulty distribution transformers may not contain important data. However, new laws affecting power distribution companies are becoming more severe and there are demands for greater efficiency. In this new scenario, a forensic methodology to analyse faults in distribution transformers, created some years ago by many utilities, has recently been resurrected with the analysis of 3,159 distribution transformers. This methodology is known as Forensic Analysis Applied to Distribution Transformers (FAADT). New tests and trials as measuring insulation resistance, polarization index and dielectric absorption, physical and chemical analysis among others, will be added to the forensic methodology to improve it. Moreover, the surge-arresters, being part of the system of protection of distribution transformers, are also studied in order to evaluate possible design flaws and challenges to overcome.

A maior parte das concessionárias de energia elétrica brasileiras normalmente não trata as falhas em transformadores de distribuição como um problema relevante sob ponto de vista financeiro, uma vez que qualquer ação preventiva para minimizar o problema dentro da realidade atual pode ser mais onerosa. Portanto, políticas adequadas para investigar as falhas de transformadores de distribuição são geralmente relegadas a segundo plano ou às vezes nem existem. Neste contexto, a informação existente em falhas de transformadores pode não conter dados importantes. No entanto, novas leis que afetam as concessionárias de energia estão mais severas e demandam por maior eficiência por parte delas. Neste novo cenário, uma metodologia forense, criada há muitos anos por várias concessionárias para analisar falhas em transformadores de distribuição, foi recentemente resgatada com a análise de 3159 equipamentos. Essa metodologia é conhecida como Metodologia Forense para Transformadores de Distribuição (MFTD) e será utilizada como ferramenta de diagnóstico para estudos de casos. Novos testes e ensaios como medição de resistência de isolamento, índice de absorção dielétrica e polarização, análise físico-química entre outros, serão agregados à metodologia forense para aprimorá-la. Além disso, os para-raios, sendo parte do sistema de proteção de transformadores de distribuição, também são estudados com o objetivo de verificar possíveis falhas de projeto e desafios a serem superados. / Most Brazilian utility companies normally do not treat failures in distribution transformers as a relevant problem in large financial point of view, since any preventive action to minimize them within the current reality can be more costly. Thus, proper policies for investigating faults in distribution transformers are usually disregarded by the power utilities and sometimes policies may not even exist. In this context, existing information on faulty distribution transformers may not contain important data. However, new laws affecting power distribution companies are becoming more severe and there are demands for greater efficiency. In this new scenario, a forensic methodology to analyse faults in distribution transformers, created some years ago by many utilities, has recently been resurrected with the analysis of 3,159 distribution transformers. This methodology is known as Forensic Analysis Applied to Distribution Transformers (FAADT). New tests and trials as measuring insulation resistance, polarization index and dielectric absorption, physical and chemical analysis among others, will be added to the forensic methodology to improve it. Moreover, the surge-arresters, being part of the system of protection of distribution transformers, are also studied in order to evaluate possible design flaws and challenges to overcome.