Transformadores de potência são equipamentos essenciais no sistema elétrico de potência, alterando os níveis de tensão para interligar os sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Neste trabalho são relacionados e descritos os principais modos de falha normalmente verificados em transformadores, associados ao levantamento estatístico que compõe um banco de dados elaborado a partir de perícias realizadas entre os anos de 2.000 e 2.008 para companhias seguradoras. É apresentada e desenvolvida uma análise de falhas verificadas em cerca de uma centena de transformadores com diferentes tipos de aplicação, classes de tensão e níveis de potência. O objetivo do estudo é contribuir com um melhor entendimento de causas de falhas e os tipos de transformadores mais suscetíveis a cada uma delas. / Power transformers are essential equipment in the electric system by changing the voltage levels in order to connect generation, transmission and distribution systems of electric energy. In this study are related and described the most common failure modes in transformers, associated with the statistical statement that makes up a database developed from expertise held between the years 2000 and 2008 for insurance companies. It is presented and developed an analysis of failures found in around a hundred transformers with different types of application, classes of voltage and power levels. The objective of the study is to contribute to a better understanding of the causes of failures and the transformers types most susceptible to each one.

Transformadores de potência, como produtos não seriados, estão sujeitos a uma série de possíveis desvios de processo. As divergências que transformadores podem apresentar em relação ao seu projeto original podem ter consequências em sua capacidade de suportar carregamentos mecânicos que lhe serão aplicados. Seu transporte da fábrica às subestações elétricas é um dos principais eventos durante o qual suas estruturas são carregadas. Este trabalho foca em descrever e analisar um transformador de potência genérico em um modelo bidimensional, sob o ponto de vista da Mecânica Analítica e da análise de variabilidades com o objetivo de identificar parâmetros importantes à integridade estrutural do equipamento, especialmente aqueles relacionados ao modo de falha de destacamento das chapas do núcleo nos step laps. O modelo numérico do transformador consiste na representação de corpos rígidos conectados entre si por elementos de rigidez e amortecimento, tendo o conjunto do núcleo ferromagnético particularmente mais detalhado de modo a descrever o atrito existente em suas junções. A avaliação dos esforços nesses locais é feita por meio do método dos multiplicadores de Lagrange, ao considerar o atrito como uma restrição ao movimento, sendo que as forças e momentos limites para que ocorra o deslizamento planar das chapas do núcleo são determinados utilizando-se Newton-Raphson ou outras técnicas de otimização. / Power transformers, as non serialized products, are subject to a number of process deviations. The divergences that transformers present from their original design may have consequences on their ability to withstand mechanical loads which will be applied on them. Their transportation from workshop to power plants is one of the main events their structures are loaded. This work focuses on describing and analyzing a generic power transformer in a two-dimensional model, under the sight of Analytical Mechanics and Structural Reliability in order to identify important parameters related to their structural integrity, especially those concerning the failure mode of dismantling of the ferromagnetic core in the step-lap joints. The numerical model of the transformer consists of a representation of rigid bodies, connected to each other by stiness and damping elements, having the assembly of the ferromagnetic core more detailed in order to describe the friction present on their step-lap joint. The evaluation of friction in these locations is made using the Lagrange Multipliers Method, by considering it as a movement restriction, and the limit values of forces and moments to which the planar sliding of the core sheets occurs, damaging the behavior of the electric machine, are determined using Newton-Raphson and Optimization Methods.

Transformadores de potência são equipamentos essenciais no sistema elétrico de potência, alterando os níveis de tensão para interligar os sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Neste trabalho são relacionados e descritos os principais modos de falha normalmente verificados em transformadores, associados ao levantamento estatístico que compõe um banco de dados elaborado a partir de perícias realizadas entre os anos de 2.000 e 2.008 para companhias seguradoras. É apresentada e desenvolvida uma análise de falhas verificadas em cerca de uma centena de transformadores com diferentes tipos de aplicação, classes de tensão e níveis de potência. O objetivo do estudo é contribuir com um melhor entendimento de causas de falhas e os tipos de transformadores mais suscetíveis a cada uma delas. / Power transformers are essential equipment in the electric system by changing the voltage levels in order to connect generation, transmission and distribution systems of electric energy. In this study are related and described the most common failure modes in transformers, associated with the statistical statement that makes up a database developed from expertise held between the years 2000 and 2008 for insurance companies. It is presented and developed an analysis of failures found in around a hundred transformers with different types of application, classes of voltage and power levels. The objective of the study is to contribute to a better understanding of the causes of failures and the transformers types most susceptible to each one.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica (Área de especialização de Construções Mecânicas), na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Professores Doutores Mário Augusto Pires Vaz e Francisco José Malheiro Queirós de Melo

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-05-02T22:45:42Z No. of bitstreams: 1 JessikaFonsecaFernandes_DISSERT.pdf: 1169604 bytes, checksum: 88c31a572a86241efaffed09af838ffb (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-05-07T21:22:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JessikaFonsecaFernandes_DISSERT.pdf: 1169604 bytes, checksum: 88c31a572a86241efaffed09af838ffb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-07T21:22:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JessikaFonsecaFernandes_DISSERT.pdf: 1169604 bytes, checksum: 88c31a572a86241efaffed09af838ffb (MD5) Previous issue date: 2017-12-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Transformador de potência é um dos principais ativos do sistema elétrico, o qual é responsável pela interligação de redes elétricas em diferentes níveis de tensão. A proteção desse ativo deve atuar de forma rápida e eficiente para casos de falta interna ao transformador, pois dependendo da severidade da falta pode levar à perda do ativo. A principal função de proteção utilizada em transformadores de potência é a proteção diferencial, por ser uma função rápida e seletiva. Entretanto, essa função de proteção pode atuar indevidamente em casos de energização de transformadores, assim como diante de faltas externas na presença de distorções na forma de onda da corrente devido à saturação dos transformadores de corrente. Outro problema, é a não atuação da proteção diferencial para casos de falta interna nos enrolamentos do transformador envolvendo poucas espiras. Portanto, neste trabalho propõe-se uma alternativa para melhorar a proteção diferencial de transformadores usando a combinação de algoritmos de aprendizado de máquina e a transformada wavelet. O método proposto recria a função diferencial usando um detector de distúrbios, por meio das energias dos coeficientes wavelet, o qual habilita as funções diferenciais neuro-wavelet de fase e sequência negativa, que são baseadas em máquinas de vetor de suporte. O método proposto conta ainda com um classificador de falta interna, também baseado em máquinas de vetor de suporte, para realizar a classificação do tipo de falta e auxiliar na lógica de trip do relé. O método proposto atuou em 100% dos casos de falta interna, não atuou para energização de transformadores e faltas externas nos casos avaliados. Quando comparado com o método convencional, obteve um tempo médio de operação superior. Além disso, o esquema de proteção diferencial proposto pode funcionar em conjunto com as demais proteções do sistema enviando sinais de alerta, como por exemplo, para condições de falta externa ao transformador, tornando, assim a proteção mais confiável e inteligente. / Power transformer is one of the main equipment of the electrical system which is responsible for the interconnection of electrical networks at different voltage levels. The protection of this equipment must work quickly and efficiently in cases of internal fault in the transformer, because depending on the severity of the fault can lead to the loss of the transformer. The differential function has been widely used in protection for power transformer, because it is a quick and selective function. However, this protection functionmay work unduly in cases of transformers energizing, as well as external faults with distortions in the current waveform due the saturation of the current transformers. Another problem it is no sensitivity for cases of internal fault in the transformer windings involving few turns. Therefore, this work proposes an alternative to improve the differential protection of transformers using the combination of Machine Learning Algorithms and the wavelet transform. The proposed method recreates the differential function using a disturbance detector, by means of the energies of the wavelet coefficients, which enables the phase and negative sequence neuro-wavelet differential functions, which are based on support vector machines. The proposed method also has an internal fault classifier, also based on support vector machines, to perform fault type classification and assist in the relay trip logic. The proposed method send trip signal in 100% of the evaluated internal fault cases, providing no trip to energization of transformers and external faults. The proposed differential protection scheme can work in conjunction with other system protections by sending warning signals, for example in external fault conditions of the transformer, so it is doing the protection more reliable and intelligent.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:08:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Denise_Cascao.pdf: 1591418 bytes, checksum: 55f9defd04efd2a9bc7c76958f16557a (MD5) Previous issue date: 2008-08-20 / Power transformers have a fundamental role in an electrical power system, in addition to representing a significant amount of investment required for the implantation of this system. To reduce the costs associated with a transformer s life cycle and to guarantee its reliability and durability, it is essential to monitor its operating conditions, its insulation system as well as the working conditions of its accessories and other components. Therefore, the aim of this work is to study the faults and defects that occur in power transformers of 34.5kV, 69kV, 138kV, and 230kV of Celg s electrical system, the latter being a highly important electric energy concessionaire in Goiás State, Brazil. The results of this study corroborate its contributions to the field, namely, the efficacy of the predictive technique in the maintenance area during the last twenty-eight years (from 1979 to 2007), the characterization of faults and defects during this period, and the presentation of proposals to implement improvements in the predictive technique, in order to reduce the number of interruptions in the electrical power system. / Os transformadores, além de serem fundamentais para o sistema elétrico de potência, eles também representam uma parte significativa dos investimentos pertencentes à implantação desse sistema. Dessa forma, o acompanhamento e a monitoração das suas condições operativas, de seu sistema isolante, e das condições de funcionamento de seus acessórios e demais componentes, são essenciais para que se reduzam os custos associados ao seu ciclo de vida, bem como para que se possa garantir a sua confiabilidade e a sua durabilidade. Nesse sentido, o objetivo desta pesquisa é realizar um estudo sobre as falhas e os defeitos ocorridos em transformadores de potência de 34,5kV, 69kV, 138kV e 230kV, na Celg como estudo de caso, pelo fato de ser uma concessionária de energia elétrica de grande importância para o sistema elétrico do Estado de Goiás. Portanto, diante dos resultados, cabe ressaltar a contribuição deste trabalho, que são: a evidência dos bons resultados das técnicas existentes na área de manutenção (nos últimos vinte e oito anos, de 1979 a 2007), a caracterização das falhas e dos defeitos neste período e a apresentação de propostas de implementação de melhorias das técnicas preditivas, de modo a reduzir os números de .interrupções no sistema elétrico de potência

Transformadores de potência, como produtos não seriados, estão sujeitos a uma série de possíveis desvios de processo. As divergências que transformadores podem apresentar em relação ao seu projeto original podem ter consequências em sua capacidade de suportar carregamentos mecânicos que lhe serão aplicados. Seu transporte da fábrica às subestações elétricas é um dos principais eventos durante o qual suas estruturas são carregadas. Este trabalho foca em descrever e analisar um transformador de potência genérico em um modelo bidimensional, sob o ponto de vista da Mecânica Analítica e da análise de variabilidades com o objetivo de identificar parâmetros importantes à integridade estrutural do equipamento, especialmente aqueles relacionados ao modo de falha de destacamento das chapas do núcleo nos step laps. O modelo numérico do transformador consiste na representação de corpos rígidos conectados entre si por elementos de rigidez e amortecimento, tendo o conjunto do núcleo ferromagnético particularmente mais detalhado de modo a descrever o atrito existente em suas junções. A avaliação dos esforços nesses locais é feita por meio do método dos multiplicadores de Lagrange, ao considerar o atrito como uma restrição ao movimento, sendo que as forças e momentos limites para que ocorra o deslizamento planar das chapas do núcleo são determinados utilizando-se Newton-Raphson ou outras técnicas de otimização. / Power transformers, as non serialized products, are subject to a number of process deviations. The divergences that transformers present from their original design may have consequences on their ability to withstand mechanical loads which will be applied on them. Their transportation from workshop to power plants is one of the main events their structures are loaded. This work focuses on describing and analyzing a generic power transformer in a two-dimensional model, under the sight of Analytical Mechanics and Structural Reliability in order to identify important parameters related to their structural integrity, especially those concerning the failure mode of dismantling of the ferromagnetic core in the step-lap joints. The numerical model of the transformer consists of a representation of rigid bodies, connected to each other by stiness and damping elements, having the assembly of the ferromagnetic core more detailed in order to describe the friction present on their step-lap joint. The evaluation of friction in these locations is made using the Lagrange Multipliers Method, by considering it as a movement restriction, and the limit values of forces and moments to which the planar sliding of the core sheets occurs, damaging the behavior of the electric machine, are determined using Newton-Raphson and Optimization Methods.

No contexto metodológico desse trabalho, foram desenvolvidas as tecnologias lógicas, baseadas em arquiteturas de sistemas inteligentes, que auxiliem nos diagnósticos de avarias em transformadores de transmissão. O sistema desenvolvido tem como dados de entrada os resultados de ensaios de isolação, de relação de transformação, do fator de potência da isolação, de ensaios de tensão induzida, além de outros e, por meio de técnicas de inferência, indicarão a existência de possíveis avarias que devem ser averiguadas (de forma mais detalhada) antes de se retornar o transformador ao serviço. A particularidade que caracteriza a inovação sobre este assunto está justamente na elaboração de um novo ferramental, a ser disponibilizado por meio de um software inteligente de suporte à decisão, o qual produzirá respostas que permitirão o completo diagnóstico de falhas e avarias em transformadores de transmissão submetidos a esforços eletromagnéticos severos. As respostas serão produzidas a partir da análise integrada de resultados advindos de módulos inteligentes incumbidos de apoiar os diversos ensaios a serem realizados no equipamento. Assim, será possível estimar, inclusive, qual o momento de se proceder com a manutenção preventiva no equipamento. / In methodological context of this work, the logical technologies were developed based on smart systems architectures, which help in diagnosis of faults in transmission transformers. The developed system has as data input the results of insulation tests, the transformation ratio of the insulation power factor of induced voltage test, and others, and by inference techniques, indicate the existence of possible faults that must be ascertained (in more detail) before the processor returns to service. The special featuring innovation on this subject is exactly in the drafting of a new tooling, to be made available through intelligent decision support software, which will produce answers that will allow the full fault diagnosis and failure in transmission submitted transformers the severe electromagnetic efforts. The answers will be produced from the integrated analysis of results arising from intelligent modules responsible for assisting the various tests to be performed on the equipment. Thus, you can estimate, even when it\'s time to proceed with preventive maintenance on the equipment.

O crescente aumento na demanda de energia elétrica nacional, associada às alterações regulamentares do setor, em que o tempo que um equipamento permanece indisponível para o sistema, aguardando manutenção significa perda de receita para as companhias de energia, motivou a busca por diagnósticos precisos e utilização de técnicas não invasivas que possam ser aplicadas em transformadores em serviço. Assim, o foco desta pesquisa foi o desenvolvimento de uma arquitetura de sistema inteligente baseado em Redes Neurais Artificiais, que a partir de características extraídas de sinais de emissão acústicas provenientes de sensores distribuídos espacialmente no tanque de transformadores de potência, possa identificar internamente o local de ocorrência das descargas parciais e fornecer as distâncias estimadas entre os sensores e o ponto dessa descarga, e com essas distâncias, utilizando técnicas numéricas de triangulação, o sistema fornece também a coordenada espacial da falha auxiliando no diagnostico de defeito do transformador e no processo de tomada de decisões. / The increasing in the demand for national electrical energy coupled with alterations in the regulation of the sector, where the time which a piece of the electrical system equipment stays out of service means loss of income for the electrical companies, has motivated the search for correct diagnostics and usage of non-invasive technics that can be used in tranformers which are in operation. Therefore, the aim of this research was to develop the design of an intelligent system based on Artificial Neural Nets, which through the characteristics extracted from the acoustic emission signals coming from the sensors spatially distributed in the power transformer tank can identify internally the place of the occourrence of the partial discharges and provide the estimate distances between the sensors and the discharges point, so with these distances using triangle technical analysis the system will also provide the spatial coordinate of the flaw for diagnosing the problem with the transformer and help the process of decision making.

Com o início do projeto do satélite universitário ITASAT tornaram-se necessárias pesquisas sobre os diversos subsistemas que compõem um satélite, entre elas a área de suprimento de energia. Esta dissertação procura apresentar um estudo sobre unidades de controle de potência utilizadas no suprimento de energia de satélites que têm a energia solar, através da conversão fotovoltaica, como fonte de energia. Após uma breve revisão dos subsistemas e da história dos satélites, são apresentadas e analisadas as duas principais arquiteturas usadas para o controle de potência: Rastreamento da Potência de Pico (Peak Power Tracking - PPT) e Transferência Direta de Energia (Direct Energy Transfer - DET). O Sequential Switching Shunt Series Regulator (S4R), topologia analisada neste trabalho, é baseado na arquitetura DET e dois modelos foram gerados para sua análise. O primeiro modelo, usado em simulações com o software SPICE, obtém-se a partir do método Switch Network. O segundo modelo é obtido através do método State Space Averaging e é usado em simulações com o software MATLAB. São mostrados e comparados os resultados das simulações e os resultados experimentais, obtidos com o protótipo de um Regulador Shunt Chaveado e com o protótipo do S4R. Por último, concluí-se que o Sequential Switching Shunt Series Regulator é uma solução viável e eficaz para o controle de potência em unidades de suprimento de energia de satélites como o satélite universitário ITASAT.