Orientador: Luís Carlos Origa de Oliveira / Resumo: As profundas mudanças que os sistemas de distribuição de energia elétrica vêm experimentando, devido à crescente penetração de unidades de Geração Distribuída (GD), têm resultado, inevitavelmente, na efetiva ruptura da forma tradicional de controlar e operar o sistema elétrico. A conexão em larga escala de unidades de GD impõe às distribuidoras de energia uma série de desafios técnicos, econômicos e regulatórios, necessários para preservar a continuidade e o nível de Qualidade da Energia Elétrica (QEE) na rede. Além dos benefícios que justificam o investimento, os sistemas de GD contribuem com alguns impactos negativos para o sistema elétrico, entre eles, destacam-se aqui a geração de harmônicas e a injeção de corrente contínua (CC) na rede, em regime permanente, e seus efeitos sobre os transformadores de potência. O incremento de uma componente de fluxo CC em seu enrolamento secundário altera o ponto de operação natural e eficiente do transformador, trazendo prejuízo não só à sua vida útil, mas também à sua funcionalidade na rede. Esta condição favorece a geração e propagação de harmônicas adicionais no sistema alimentador, afetando negativamente o sistema elétrico, sendo esta análise uma contribuição original deste trabalho. Neste sentido, considera-se com grande relevância o estudo de comportamento dos equipamentos projetados para operar essencialmente com sinais em corrente alternada (CA) e que passam a ser submetidos, simultaneamente, a excitações com corrente contínua. ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The deep changes that electric power distribution systems have been experiencing due to the increasing number of Distributed Generation (GD) units, have inevitably resulted in the effective rupture of the traditional way of controlling and operating the electrical system. The large-scale connection of GD units imposes on energy utilities many technical, economic and regulatory challenges necessary to preserve the continuity and the Electric Power Quality (EPQ) level on the grid. In addition to the benefits that justify the investment, GD systems have some negative impacts to the electrical system, among them, the harmonic generation and Direct Current (DC) injection on the grid, and its effects in the power transformers. The increase of a DC flow component in the secondary winding changes the standard and efficient operational point of the transformer, causing damage not only to its lifespan but also to its functionality on the grid. This condition favors the additional harmonics generation and propagation in the feeder system, adversely affecting the electrical system, being this analysis an original contribution of this work. In this way of thinking, it is considered with great relevance the study of the equipment behavior designed to operate essentially with signals in alternating current (AC) and simultaneously subjected to excitations with direct current (DC). Whereas the objective of analyzing not only the effect but also the cause of the double excitation, this thesis ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

This dissertation presents the development of an algorithm for classifying electrical transients in power transformers for protection. Initially the main transient involving power transformers were analyzed, with a special focus on the magnetizing current that occur during energizing equipment, known as inrush currents. Among the studied transient, current inrush are those that present greater difficulty in identification and discrimination by the differential protection, due to its high peak magnitude. In a second moment, was developed a test system implemented in ATP / EMTP software for the simulation of different operating situations of the power transformer, current data being obtained from TCs for analysis. After known the problem and implement a test for acquisition system, we developed an algorithm based on the last samples of the detail coefficients, called Details Signals, from the decomposition of the data of differential phase current using the Discrete Wavelet Transform. The methodology has the objective improve the system for protection of the transformer, becoming one efficient alternative for the identification of transients. / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um algoritmo para classificação de transitórios elétricos em transformadores de potência, para fins de proteção. Inicialmente foram analisados os principais transitórios associados aos transformadores de potência, tendo um foco especial na corrente de magnetização que surge durante a energização do equipamento, conhecida como corrente de inrush. Dentre os transitórios estudados, as correntes de inrush são as que apresentam maior dificuldade de identificação e discriminação por parte da proteção diferencial, devido a sua alta magnitude de pico. Em um segundo momento, foi desenvolvido um sistema teste implementado no software ATP para a simulação das diversas situações de operação do transformador de potência, sendo obtidos dados de correntes a partir dos TCs para análise. Após conhecer o problema e implementar um sistema teste para a obtenção dos dados, desenvolveu-se um algoritmo baseado nas últimas amostras dos coeficientes de detalhes, chamada de Sinais de Detalhes, provenientes da decomposição dos dados de correntes diferenciais das fases por meio da Transformada Wavelet Discreta. A metodologia desenvolvida tem como objetivo melhorar o sistema de proteção do transformador, tornando-se uma alternativa eficiente para a identificação de transitórios.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Doutor em Ciências / Transformadores de potência são dispositivos essenciais aos sistemas elétricos e constituem-se num dos seus componentes de maior custo. Entretanto, verifica-se ainda, grandes carências e lacunas a serem exploradas quando se trata do estudo dos efeitos danosos ocorridos em seus enrolamentos em função dos elevados esforços eletromecânicos internos. Dentre elas, destaca-se a escassez de trabalhos que abordam temas voltados para a obtenção de curvas de suportabilidade mecânica de enrolamentos de transformadores. Neste sentido, esta tese tem por objetivo propor uma metodologia analítica para estimar os limites de suportabilidade mecânica de enrolamentos de transformadores e produzir curvas que permitem analisar a redução de vida útil do equipamento, quando estes são submetidos a elevados esforços advindos das correntes de energização e de curto circuito externo. Complementando os aspectos citados, os valores obtidos pela metodologia analítica são confrontados com os resultados experimentais e aqueles oriundos de simulações computacionais. Para as análises e os estudos vinculados com os aspectos mecânicos utilizou-se um programa reconhecido internacionalmente baseado no método dos elementos finitos na sua versão tridimensional (COMSOL).

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2018-11-07T12:39:53Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Nicolas Kemerich de Moura - 2018.pdf: 6431239 bytes, checksum: d07613ddd5a20d424fc3e761ae809118 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-11-08T10:12:28Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Nicolas Kemerich de Moura - 2018.pdf: 6431239 bytes, checksum: d07613ddd5a20d424fc3e761ae809118 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-08T10:12:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Nicolas Kemerich de Moura - 2018.pdf: 6431239 bytes, checksum: d07613ddd5a20d424fc3e761ae809118 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-08-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This dissertation aimed to apply several computational methods of optimization and compare their performance in the evaluation of results of physicochemical tests in power transformers. The systematic generalization of the general method of evaluation and classification – normalized doubly weighted sum –, was presented, it was improved by reducing parameters and it was applied to the physicochemical tests, which allowed the evaluation of the insulating oil of power transformers through a Global Note. The results highlighted the high adaptability of the evolutionary algorithm to this specific problem. Furthermore, the high accuracy rates obtained through optimizations explained the potential of applying the weighted sum method as a tool to aid the diagnosis of power transformers, contributing to more efficient maintenance in those devices and better monitoring of the evaluation of their operating conditions, improving the reliability of the electrical system. / Esta dissertação teve por objetivo aplicar diferentes métodos computacionais de otimização e comparar seus desempenhos na avaliação dos resultados de ensaios físico-químicos em transformadores de potência. Apresentou-se a sistematização generalizada do método geral de avaliação e classificação denominado soma duplamente ponderada normalizada, que foi aprimorado por meio da redução de parâmetros, aplicado aos ensaios físico-químicos, e posteriormente otimizado, propiciando a avaliação do óleo isolante de transformadores de potência por meio de uma Nota Global. Os resultados demonstraram a capacidade do algoritmo evolutivo se adaptar muito bem ao problema específico. Ainda, as elevadas taxas de acertos obtidas por meio de otimizações explicitaram o potencial de aplicação do método da soma ponderada como ferramenta para auxílio ao diagnóstico de transformadores de potência, contribuindo para manutenções mais eficientes nesses equipamentos e um melhor acompanhamento na avaliação das suas condições operativas, impactando no aumento da confiabilidade do sistema elétrico.

Este trabalho apresenta a proposta de um sistema completo de proteção diferencial de transformadores de potência, aplicando-se as técnicas de Redes Neurais Artificiais (RNAs). O esquema proposto busca a classificação do sistema de proteção como um problema de reconhecimento e reconstrução de padrões, representando um método alternativo aos algoritmos convencionais. Vários fatores como, por exemplo, as situações de energização do transformador e a saturação dos transformadores de corrente, podem causar uma má operação do dispositivo de proteção. Com o objetivo de melhoramento na proteção digital de transformadores de potência, desenvolveu-se um sistema de proteção diferencial, incluindo dispositivos com base em RNAs, em substituição à filtragem harmônica de sinais existente no algoritmo convencional. Em complementação, esquemas de reconstrução das ondas distorcidas provenientes da saturação dos TCs são também propostos e adicionados ao algoritmo final de proteção, sendo esses comparados ao algoritmo convencional de proteção diferencial de transformadores. Com a referida adição de ferramentas de inteligência artificial a um algoritmo completo de proteção diferencial de transformadores, obteve-se uma solução bastante precisa e eficiente, capaz de responder em um tempo reduzido, se comparada aos métodos convencionais. / This work proposes a complete differential protection system for power transformers, applying the Artificial Neural Network (ANN) theory. The proposed approach treat the classification of the protection system as a problem of pattern recognition and as an alternative method to the conventional algorithms. Several factors such as, for example, transformer energization and CT saturation can cause an inadequate operation of the protection relay. With the objective of improving the power transformer digital protection, a complete protection system was developed, including an ANN-based device in substitution to harmonic filters, in use in the conventional algorithm. Some approaches concerning the reconstruction of the distorted signals caused by the CTs saturation are also proposed. These routines are added to the final protection algorithm and they are compared to the conventional algorithm for power transformer protection. With the use of artificial intelligence tools in a complete power transformer protection algorithm, one intends to obtain a very precise, fast and efficient solution, if compared to the conventional methods.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-10-30T13:22:27Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Marcelo Luiz Lourenço - 2014.pdf: 4735002 bytes, checksum: ca14f9b6bc39374e1b2f5e5d67f58695 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-10-30T14:30:51Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Marcelo Luiz Lourenço - 2014.pdf: 4735002 bytes, checksum: ca14f9b6bc39374e1b2f5e5d67f58695 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-30T14:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Marcelo Luiz Lourenço - 2014.pdf: 4735002 bytes, checksum: ca14f9b6bc39374e1b2f5e5d67f58695 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-09-01 / This work present a computer program for estimating measurement uncertainties of losses in power transformers, obtained through their tests of no load loss and of load loss, based on the models for these losses used in LabMETRO/EMC, which are non-linear, and on the Supplement 1 of the guide to the expression of uncertainty in measurement. This supplement was created in order to present a solution for situa-tions in which the evaluation of measurement uncertainty through this guide is not appropriate, being applicable to both linear and nonlinear models. The approaches to the evaluation of measurement uncertainties described in this supplement guide con-sist mainly in the numerical simulation of the Monte Carlo method. This technique allows to obtain, numerically, the probability density functions (PDF) of the output quantities through the propagation of the PDF of the inputs quantities using the measurement function. The developed program, named SIMETRANS-S1, should be integrated in the software used in test transformers of LabMETRO/EMC, called SIMETRANS. The results obtained through the SIMETRANS-S1 indicate that those results given by SIMETRANS, which are based on the guide to the expression of un-certainty in measurement, cannot be validated for the test of losses in transformers in LabMETRO / EMC, and must be use those results based on the Supplement 1 of this guide. This improvement of SIMETRANS program ensures credibility and quality to the measurement results from the metrological point of view. This work is an im-portant step to the process of accreditation of LabMETRO/EMC by the National Insti-tute of Metrology, Quality and Technology (INMETRO). / Este trabalho apresenta um programa computacional para estimar as incertezas de medição das perdas em transformadores de potência, obtidas através de seus en-saios em vazio e em carga, com base nos modelos destas perdas utilizados no La-bMETRO/EMC, os quais são não lineares, e no Suplemento 1 do guia para a ex-pressão da incerteza de medição. Este suplemento foi criado com a finalidade de apresentar uma solução para as situações em que a avaliação da incerteza de me-dição através deste guia não seja adequada, sendo aplicável a modelos lineares ou não lineares. A abordagem para a avaliação das incertezas de medição descritas neste suplemento consiste essencialmente na simulação numérica do método de Monte Carlo. Esta técnica permite obter numericamente função densidade de proba-bilidade (FDP) das grandezas de saída através da propagação das FDP das gran-dezas de entrada usando a função de medição. O programa desenvolvido, SIMETRANS-S1, deve ser integrado ao programa para ensaio de transformadores utilizado no LabMETRO/EMC, denominado SIMETRANS. Os resultados obtidos através do SIMETRANS-S1 indicam que aqueles resultados obtidos através do SIMETRANS, os quais são baseados no Guia para a Expressão da Incerteza de Medição, não podem ser validados para o ensaio de perdas em transformadores no LabMETRO/EMC, devendo-se optar pelos resultados baseado no Suplemento 1 deste guia. Este aperfeiçoamento do programa SIMETRANS garante maior credibili-dade e qualidade aos resultados de medição do ponto de vista metrológico. Este trabalho constitui um passo fundamental para o processo de acreditação do LabME-TRO/EMC pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO).

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Shigeaki_Leite_de_Lima.pdf: 998716 bytes, checksum: aa9cf7f7aaa0920ff57f5d185ef67b46 (MD5) Previous issue date: 2008-08-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Power transformers play an important role in the power energy supply, demanding the continuous monitoring of process that could lead to operation faults, specifically in the equipment electric insulation. Methods considered in the standards IEC, IEEE and NBR7274 for dissolved gas analysis (DGA) do not provide good levels of accuracy, because there are scenarios with oil samples that lead to contradictory evaluations. The extension theory is a method based on the idea that contradiction can be transformed into compatible problems. In this work, this theory is applied for solving incompatibilities found in the application of the standard NBR7274 for incipient detection faults (the modified Roger s Method). In order to validate the approach, several test cases from recent literature have been implemented and included. The approach has shown good comparative performance in the fault identification process. / Os transformadores de potência cumprem um papel decisivo na continuidade do fornecimento de energia elétrica, obrigando um monitoramento contínuo dos processos que possam provocar falhas de operação, que particularmente ocorrem no isolamento do equipamento. Os métodos previstos na IEC, IEEE e NBR7274 para análise do gás dissolvido (AGD), não alcançam nível pleno de acerto, pois existem situações nas amostras de óleo que geram resultados contraditórios e incompatíveis. A Teoria da Extensão é um método baseado na idéia de que contradições podem ser transformadas em problemas compatíveis. Neste trabalho tal metodologia é aplicada para resolver incompatibilidades encontradas no diagnóstico feito com a NBR7274 (método de Rogers modificado) para detecção de falhas incipientes. O método consiste em modelar a NBR e analisar os resultados quanto ao grau de acerto obtido. Foram feitos testes com vários estudos de caso disponíveis na literatura técnica, mostrando-se bem promissor na identificação das falhas.

Este trabalho apresenta um conjunto de métodos para a proteção e o monitoramento de transformadores de potência baseado em sistemas inteligentes e na aplicação das transformadas de Clarke e Wavelet. A abordagem inteligente utilizada permite analisar a condição operativa dos transformadores de potência e detectar a ocorrência de defeito interno, distinguindo-a de outras situações de operação, como, a energização, a energização solidária, a saturação dos transformadores de corrente e a sobreexcitação. As tomadas de decisão das técnicas desenvolvidas são realizadas pela lógica fuzzy após o pré-processamento dos sinais de entrada por meio de diversos métodos, os quais variam de acordo com o algoritmo que esta sendo executado. Os algoritmos propostos foram testados por meio de simulações realizadas através do software Alternative Transients Program (ATP). É importante salientar que nas simulações do ATP foram modelados diversos equipamentos que constituem o sistema elétrico de potência, incluindo um gerador síncrono com regulação de velocidade, linhas de transmissão com variação em frequência, transformadores de potência com suas respectivas curvas de saturação, transformadores de potencial e de corrente. Estas modelagens tiveram por objetivo gerar dados das distintas situações de operação para a verificação e análise da metodologia proposta. Os resultados da pesquisa mostram a aplicabilidade dos algoritmos propostos na proteção e no monitoramento dos transformadores de potência, mesmo nas condições mais adversas, como na ocorrência da saturação dos transformadores de corrente, uma vez que os sinais de entrada distorcidos pela saturação são corrigidos por uma rede neural artificial. Os resultados apresentados comparam as respostas obtidas pelas técnicas propostas em relação às saídas de um relé comercial, habilitado à proteção diferencial percentual. / This work presents a set of methods for protecting and monitoring power transformers based on intelligent systems and the application of Clarke and Wavelet transforms. The intelligent approach allowed us to analyze the operating condition of power transformers and it discriminates between an internal fault and different operating conditions, as energization, sympathetic inrush, saturation of current transformers and overexcitation. Decision making is performed by fuzzy logic after the preprocessing of the input signals through various methods, varying according to which algorithm is running. It is important to point out that in the simulations using ATP many different power system equipment had been modeled, including a synchronous generator with speed regulation, transmission lines with variation in frequency, power transformers with their saturation curves, potential transformers and current transformers. The objective of these tests was to generate data for distinct situations for the verification and the analysis of the proposed methodologies. The results of the research show the applicability of the algorithms considered in protection and monitoring of power transformers, even in adverse conditions, such as saturation of current transformers, since the input signals are distorted by CT saturation corrected by artificial neural network. The results are compared to the ones presented by a commercial percentage differential relay.

Nesta pesquisa, apresentam-se os principais eventos relacionados com a proteção de transformadores e sua correlação com os distúrbios de qualidade da energia elétrica (QEE). Neste sentido, foi desenvolvido um algoritmo que utiliza a transformada Wavelet (TW) e a lógica Fuzzy (LF) para classificar os eventos transitórios associados à proteção de transformadores. Estes eventos foram observados em um sistema elétrico de potência (SEP) simulado com a utilização do software Alternative Transients Program (ATP). Importa ressaltar que o sistema modelado apresenta transformadores ligados em paralelo, possibilitando o estudo de eventos decorrentes desta situação, como a energização solidária (Sympathetic Inrush). Por este SEP, modelado sobre parâmetros reais, foram simuladas várias situações transitórias, que provocam o aparecimento de correntes diferenciais, sendo estas direcionadas para análise do algoritmo desenvolvido. Afirma-se que, nos testes realizados, o algoritmo proposto apresentou um desempenho satisfatório perante as mais variadas situações a que foi submetido, identificando as causas das correntes diferenciais, sejam proporcionadas por defeitos ou por outras condições de operação aplicadas. / In this research, the main events related to the transformer protection and its correlation with the power quality disturbances (PQ) are presented. In this context, an algorithm based on Wavelet transform (WT) and Fuzzy logic (FL) was developed to classify the transient events associated with the transformer protection. These events were observed in an electrical power system (EPS) simulated using the Alternative Transients Program (ATP) software. It should be emphasized that the modeled system presents transformers connected in parallel, allowing the study of events of this situation, such as sympathetic inrush. For the simulated EPS, modeled based on real parameters, various transients situationswere simulated, causing the appearance of differentials currents which were directed to the analysis. The proposed algorithm showed a satisfactory performance tomany situations, identifying the causes of the differentials currents, either provided by faults or other operation conditions.

Um importante diferencial competitivo das empresas distribuidoras de energia elétrica é a gestão da utilização dos seus ativos elétricos. Dentre eles destaca-se o transformador de potência em função de sua importância estratégica no fornecimento de energia aos grandes centros de carga. Para minimizar os impactos operacionais e sociais associados às interrupções constantemente monitoradas para que haja controle efetivo e garantia de funcionamento adequado e otimizado. O monitoramento das suas principais características é um ponto crítico que deve ser constantemente aprimorado, pela indiscutível importância destes ativos elétricos na continuidade do fornecimento de energia elétrica. Este trabalho apresenta proposta para avaliação em tempo real de falhas em transformadores de potência, para que sejam monitorados remotamente pela distribuidora, através do seu respectivo centro de operação do sistema elétrico, propiciando assertividade e rápida tomada de decisão gerencial em ocorrências de falhas internas, reduzindo os custos associados à interrupção do fornecimento de energia elétrica, diminuindo significativamente os tempos de restabelecimento do fornecimento e consequentemente minimizando impactos nos principais Indicadores de qualidade operacional da distribuidora. / An important competitive edge of electric power distribution companies is their electric assets utilization management. Among them stands outs the power transformers because of its strategic importance in the energy supply to high demand areas. To minimize operational and social impacts associated to the electric energy supply interruptions these equipments must to have their main characteristics constantly monitored to have effective control and optimizer functioning warranty. The main characteristics monitoring is a critical point which must be constantly improved, for the unquestionable importance of these electric assets in the electric energy supply continuity. This work shows a proposal to the real time power transformer failure, to remote monitoring by the utilities thru its respective electric system operation center, enabling assertively and fast management decision making in internal failure occurrences, reducing costs associated with electric energy supply interruption, decreasing the supply reestablishing times and consequently minimizing the impacts on the main distribution operational quality indicators.