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.

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.

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.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-10-19T16:18:12Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Resende de Carvalho Sousa - 2016.pdf: 6672203 bytes, checksum: b0d857b45451fe225dfdbd424c35be00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-10-19T16:18:40Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Resende de Carvalho Sousa - 2016.pdf: 6672203 bytes, checksum: b0d857b45451fe225dfdbd424c35be00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-19T16:18:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Resende de Carvalho Sousa - 2016.pdf: 6672203 bytes, checksum: b0d857b45451fe225dfdbd424c35be00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-06-10 / Prediction ofmoisture levels inside power transformers shown itselfas an important technique for maintenance engineering, because in addition to being associated with the useful life of equipment, it also provides arguments for decision making about intervention in them. Despite concerns about water in transformers existed for over half a century, the monitoring of this variable is still done in a simply way, given little information to weave a diagnosis, which can lead to superficial interpretations of equipment, and therefore, the misdiagnosis. Given such a scenario, this work aims to obtain an equation that models classical curves relative to moisture in transformers, as well as the development of a mathematical model that simulates water migration inside these equipments. For this purpose, computational techniques and numerich methods are used. Thus, the main contribution of this work is to optimize the above diagnostic process. During the work a literature review of the subject is presented, with further explanations of the mathematical tools used. To prove the effectiveness of the project presented, case studies with data from energized power transformers are analysed. Some values found in other works are also uses to validate the work. Ending with some conclusions, this paper proves that the use of the approach presented here is effective, and its application is fundamental in the area of maintenance engineering. / A predição dos níveis de umidade no interior de transformadores de potência se mostra como uma técnica importante para a Engenharia de Manutenção, pois, além de estar associada à vida útil destes equipamentos, fornece argumentos para a tomada de decisão quanto a intervenções nos mesmos. Apesar da preocupação com a presença de água em transformadores existir há mais de meio século, o acompanhamento de tal variável ainda é realizado de maneira superficial, considerando-se poucas informações para se apresentar um diagnóstico eficiente, o que pode levar a interpretações equivocadas sobre o equipamento e, consequentemente, a falsos diagnósticos. Tendo em vista tal cenário, este trabalho possui como objetivo a obtenção de um equacionamento que modele curvas clássicas relativas à umidade em transformadores, bem como o desenvolvimento de um modelo matemático que simule o comportamento da migração de água no interior destes equipamentos. Para isso, técnicas computacionais e métodos numé- ricos são utilizados. Desta forma, a principal contribuição do trabalho é otimizar o processo de diagnóstico supracitado. Durante o trabalho, é realizada uma análise bibliográfica do tema, com posteriores explicações sobre as ferramentas matemáticas utilizadas. Para comprovar a eficácia do projeto apresentado, são realizados estudos de caso com dados obtidos de transformadores energizados. Alguns valores encontrados em outros trabalhos também são utilizados para validar o trabalho. Finalizando com conclusões sobre o exposto, comprova-se que a utilização da abordagem aqui apresentada é eficaz e de fundamental aplicação na área de Engenharia de Manutenção.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Newton_ Teixeira _do_ Nascimento Junior.pdf: 3217306 bytes, checksum: c4c1a1e0f923de4227056ce0050d06f8 (MD5) Previous issue date: 2010-10-05 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This paper presents a computational method to monitor the operating state of steady electric power transformers in a real time and perspectives of operation over time trends and their operation. The methodology consists of two main steps. The first step is building composed of a block of fuzzy inference s block that can monitor real-time values of transformer s electrical parameters of the transformer (current, voltage between phases, power, oil temperature, winding temperature), to analyze and map these inputs into a single output that reflects what has been defined as operational status of the transformer. We defined five regions of transformer s operation by which a processor can work: emergency, urgent, warning, stable and great. The second step analyze the trend of increase / decrease of operating state obtained from the fuzzy block in a given period, as one day, a month, one year and / or several years. This trend can be characterized in various ways, such as increasing, decreasing very constant. Statistical methods are employed for this analysis. The methodology was evaluated on a database of a large company of generation and transmission of electric energy from the Brazilian electricity sector. The results were satisfactory in that the development of operation of such equipment was qualitatively mapped and their tendencies well characterized. Conceptually, the analytical model presented can be extended to multiple processing units, electric and other functions for up to a full network of interest, allowing subsidize the operation of this and can indicate the need for any future system reinforcements. / Este trabalho apresenta uma metodologia computacional para monitorar o estado operacional em regime permanente de transformadores de potência elétrica ao longo do tempo e suas respectivas tendências de operação. A metodologia é composta de duas etapas principais. Na primeira etapa é construído um bloco de inferência fuzzy capaz de monitorar em tempo real os valores de variáveis elétricas do transformador (corrente, tensão entre fases, potência, temperatura do óleo e temperatura dos enrolamentos), analisar e mapear estas entradas em uma única saída que reflete o que foi definido como estado operacional do transformador. Foram definidas cinco regiões de operação pelas quais um transformador pode trabalhar: emergência, urgência, advertência, estável e ótimo. A segunda etapa trata de analisar a tendência crescimento/decrescimento desse estado operativo obtido do bloco fuzzy em um determinado período, tal como um dia, um mês, um ano e/ou vários anos. Essa tendência pode ser caracterizada de várias formas, tais como crescente, muito decrescente, constante. Métodos estatísticos são empregados para realizar essa análise. A metodologia foi avaliada com uma base de dados de uma grande empresa geradora e transmissora de energia do setor elétrico brasileiro. Os resultados alcançados foram satisfatórios, na medida em que a evolução de operação desses equipamentos foi qualitativamente mapeada e suas tendências bem caracterizadas. Conceitualmente, o modelo de análise apresentado pode ser estendido para várias unidades transformadoras, para outras funções elétricas e até para uma rede de interesse completa, permitindo subsidiar a operação desta e dar indicativos de necessidade de reforços futuros no sistema.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Power transformers are essential and a large part of the asset cost structure of the electrical power system. When they present any defect or failure, it will be required high costs to repair or replace them, due their commercial costs and by the capability loss to transmit power during a period of time. Generally, transformer failure can occur as a result of the weakness insulation caused by the electrochemical processes involving the cooling liquid (oil), by vibrations due the electromagnetic forces in normal operation, i.e., steady state, and also by winding deformation as the result of short-circuits. It is expected that a transformer will experience and survive a number of short circuits during its service life. But one such event will cause some slight winding movement, which can gradually increasing and the ability of the transformer to withstand further electromechanical forces will be then reduced. It is therefore very important to check the mechanical condition of transformers periodically, particularly for older units, to provide an early warning of an impending catastrophic failure. Thus a specialist technique is required for the monitoring and assessment of mechanical condition of winding transformer. Despite designers and manufacturers, as well as the operation and maintenance technicians of power supply companies worry about this subject, new methodologies and tools to assess the strength effects as the result of short circuits in transformers are still necessaries. So, this work proposes to know the strength characteristics caused by the radial and axial forces in winding transformers. In this context, it will be presented different strengths that can occur in winding transformer, identifying the principal failures as the result of these stresses. Besides, it will be developed an analytical method to evaluate the forces and stresses in winding three phase transformer under a three phase short circuit. Finally, the analytical method results will be compared with a computer simulation based in time domain using the software FEMM, which applies the finite element method. / Transformadores de potência são equipamentos essenciais aos sistemas elétricos e também um de seus componentes de maior preço. Quando estes equipamentos se danificam ou apresentam algum tipo de falha, o seu reparo ou até mesmo sua substituição demanda altíssimos custos financeiros, tanto pelo alto valor comercial destes equipamentos como pela perda temporária da capacidade de transmissão de energia elétrica. Muitas falhas destes equipamentos devem-se à redução da suportabilidade da isolação dos seus condutores/enrolamentos causado pelos fenômenos eletroquímicos do líquido de resfriamento (óleo), pelas vibrações produzidas pelas forças eletromecânicas durante a sua operação normal, ou seja, em regime permanente, e também pelas deformações dos enrolamentos causadas pelas altas correntes de curto-circuito. Espera-se, no entanto, que um transformador suporte um determinado número de curtos-circuitos durante seu tempo de operação. No entanto, verifica-se que cada evento poderá provocar pequenos deslocamentos relativos nos enrolamentos, os quais podem aumentar cumulativamente, reduzindo desta forma a capacidade do transformador de suportar novos esforços eletromecânicos. Neste contexto, torna-se importante a verificação periódica das suas condições mecânicas, principalmente nas unidades com muito tempo de operação, de forma a se obter subsídios para impedir falhas catastróficas. O emprego de técnicas especiais é requerido para o monitoramento e avaliação das condições mecânicas do enrolamento de um transformador. Apesar de este assunto ser uma preocupação constante dos projetistas e fabricantes de transformadores, bem como dos profissionais de manutenção e operação das empresas de energia elétrica, há certa carência de metodologias e ferramentas consistentes para se avaliar os efeitos dos esforços mecânicos decorrentes das elevadas correntes transitórias sobre estes equipamentos. Nessa perspectiva, este trabalho tem por meta o entendimento das características dos esforços mecânicos causados pelas forças radiais e axiais nos enrolamentos dos transformadores. Para tanto, esta dissertação mostrará os diferentes tipos de esforços eletromecânicos passíveis de ocorrer nos enrolamentos de um transformador, identificando os principais tipos de falhas provocadas por essas solicitações. Em seguida, será desenvolvida uma metodologia analítica para estimar as forças e estresses nos enrolamentos de um transformador trifásico submetidos a um curto-circuito trifásico. Assim, os valores obtidos pela metodologia analítica serão confrontados com resultados de uma simulação computacional no domínio do tempo utilizando-se o programa FEMM baseado na técnica de elementos finitos. / Mestre em Ciências

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-01-08T10:36:58Z No. of bitstreams: 1 wanderantunesgasparvalente.pdf: 4197156 bytes, checksum: 5b667869c3bb237e570559ddf4cbb30d (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-01-25T16:56:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 wanderantunesgasparvalente.pdf: 4197156 bytes, checksum: 5b667869c3bb237e570559ddf4cbb30d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T16:56:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 wanderantunesgasparvalente.pdf: 4197156 bytes, checksum: 5b667869c3bb237e570559ddf4cbb30d (MD5) Previous issue date: 2015-02-09 / O presente trabalho fundamenta-se no método das segmentações geométricas sucessivas (MSGS) para a construção de uma rede neural artificial capaz de gerar tanto a topologia da rede quanto o peso dos neurônios sem a especificação de parâmetros iniciais. O MSGS permite identificar um conjunto de hiperplanos no espaço Rn que, quando combinados adequadamente, podem separar duas ou mais classes de dados. Especificamente neste trabalho é empregado um aprimoramento ao MSGS com base em estimativas de densidade por kernel. Utilizando-se KDE, é possível encontrar novos hiperplanos de separação de forma mais consistente e, a partir daí, conduzir à classificação de dados com taxas de acerto superiores à técnica originalmente empregada. Neste trabalho, o MSGS aprimorado é empregado satisfatoriamente pela primeira vez para a identificação de padrões em sistemas de energia elétrica. O método foi ajustado para a classificação de faltas incipientes em transformadores de potência e os resultados apresentam índices de acerto superiores a trabalhos correlatos. O MSGS aprimorado também foi adaptado para classificar e localizar faltas inter-circuitos em linhas áreas de transmissão em circuito duplo, obtendo resultados positivos em comparação com a literatura científica. / This work is based on the method of successive geometric segmentations (SGSM) for the construction of an artificial neural network capable of generating both the network topology as the weight of neurons without specifying initial parameters. The MSGS allows to identify a set of hyperplanes in the Rn space that when properly combined, can separate two or more data classes. Specifically in this work is used an improvement to SGSM based on kernel density estimates (KDE). Using KDE, it is possible to find new hyperplanes of separation more consistently and, from there, lead to data classification with accuracy rates higher than originally technique. In this paper, the improved SGSM is first used satisfactorily to identify patterns in electrical power systems. The method has been adjusted to the classification of incipient faults in power transformers and the results have achieved rates above related work. The improved SGSM has also been adapted to classify and locate inter-circuit faults on double circuit overhead transmission lines with positive results compared with the scientific literature.