A automatização dos sistemas de distribuição de energia e a integração de energias renováveis são duas importantes iniciativas atuais em sistemas elétricos de potência. A redução no impacto ambiental e o baixo custo comparado às grandes plantas convencionais são fatores que motivam a conexão da geração distribuída nos sistemas de distribuição. Apesar dos benefícios ambientais e econômicos obtidos com esta nova tecnologia, esta pode influenciar na operação do sistema, conduzindo a impactos técnicos que devem ser identificados. O impacto mais visível encontra-se na alteração do fluxo de potência. O alto nível de geração distribuída altera a natureza das redes de distribuição, de redes passivas, com um único sentido de fluxo de potência, para redes ativas, onde a potência flui em vários sentidos. Por conseqüência, a magnitude e a direção das correntes de falta no sistema também são modificadas. Este fato requer um ajuste dos sistemas de proteção, os quais são geralmente concebidos para operar em uma rede puramente passiva. Diversas abordagens sobre localização de faltas fundamentadas na impedância para sistemas radiais foram apresentadas em anos recentes na literatura. Estas técnicas apresentam limitações quando aplicadas a sistemas de distribuição com a presença da geração distribuída. Algumas técnicas de localização de faltas fundamentadas na impedância de seqüência positiva foram recentemente desenvolvidas a fim de incluir a presença da geração distribuída. No entanto, os sistemas de distribuição são inerentemente desequilibrados e esta característica diminui a exatidão das técnicas baseadas nas componentes modais ou de seqüência. Motivado por estes fatos, o presente trabalho ilustra os desenvolvimentos propostos em uma metodologia de localização de faltas baseada na impedância aparente utilizando a representação do sistema por coordenadas de fase. O algoritmo propõe um modelo ativo do sistema caso a falta ocorra a montante da geração distribuída, estimando a contribuição de corrente da extremidade remota da seção faltosa. Além disso, este trabalho fundamenta-se na análise pré-falta do sistema, utilizada para a determinação das impedâncias equivalentes e para a estimativa da tensão interna da máquina. O método considera a tensão interna da máquina constante entre os períodos pré-falta e durante a falta, a fim de estimar a corrente de falta do gerador, possibilitando a atualização correta das tensões e correntes faltosas do sistema. A análise numérica é realizada através de simulações computacionais em um alimentador teste sem a presença de ramificações laterais sob diferentes níveis de geração distribuída. Os resultados são comparados com técnicas atuais que compõem o estado da arte de localização de faltas a fim de avaliar o impacto da geração distribuída nas referidas metodologias. Com base nesses resultados é possível apresentar algumas melhorias obtidas através das extensões propostas. / The automation for power distribution systems and integration of renewable energy are two important current initiatives on electric power systems. The reduction in environmental impact and low cost compared to large conventional plants are factors that motivate the connection of distributed generation in distribution systems. Despite the environmental and economic benefits obtained with this new technology, this can affect the system operation, leading to technical impacts to be identified. The most visible impact is the change in the power flow. The high level of distributed generation changes the nature of distribution networks, from passive networks with a single direction of power flow, for active networks, where power flows in various directions. Consequently, the magnitude and direction of fault currents in the system are also modified. This requires an adjustment of the protection systems, which are generally designed to operate in a purely passive network. Several approaches to fault location based on impedance to radial systems were reported in the literature. These techniques have limitations when applied to distributed generation systems. Some recent positive-sequence impedance based fault location algorithms have been developed to consider the presence of distributed generation. However, the distribution systems are inherently unbalanced and this reduces the accuracy of modal or sequence components based techniques. Motivated by these, this presents proposed developments on a apparent impedance-based fault location methodology using the system representation by phase coordinates. The algorithm proposes an active system model if the failure occurs forward to the distributed generation, estimating the contribution of current from the remote end section of the fault. Moreover, this work is based on analysis of the pre-fault system, used to determine the equivalent impedances and to estimate the machine internal voltage. The method treats the machine internal voltage as constant between the pre and the fault period, in order to estimate the fault current infeed by generator. Numerical analysis is carried out through computer simulations on a test feeder without the presence of ramifications at different levels of distributed generation. The results are compared with current techniques that make up the state of the art of fault location in order to assess the impact of distributed generation in these methodologies. Based on these results it is possible to make some improvements resulting from the proposed extensions.

As faltas podem ocorrer em diversos componentes de um sistema elétrico de potência, dentre os quais as linhas de transmissão se destacam como elementos susceptíveis. Devido a suas dimensões físicas, ambiente de operação e interconexão com outros sistemas, a localização exata de uma falta em uma linha de transmissão não é trivial dificultando a tarefa das equipes de manutenção para recomposição do fornecimento de energia. Neste contexto, este trabalho apresenta uma metodologia computacional desenvolvida em ambiente MATLAB® para diagnóstico de faltas em linhas de transmissão baseada na análise de transitórios de alta freqüência nas tensões do sistema. A abordagem desenvolvida neste trabalho inicialmente utiliza a equação de Park para achar a tensão zero, direta e em quadratura e posteriormente detectar a ocorrência da falta através do coeficiente de diferenças. Posteriormente, a teoria de ondas viajantes associada à transformada wavelet contínua são utilizadas objetivando determinar a frequência característica do sinal transitório, a qual é relacionada com o local da falta. Para validar o algoritmo de localização proposto foram realizadas diversas simulações de faltas com o programa ATP (Alternative Transient Program) utilizando dados de uma linha aérea real. A efetividade da abordagem proposta foi avaliada considerando a resistência de falta, o ângulo de incidência da falta e a impedância de curto-circuito do sistema. Os resultados promissores demonstraram a aplicabilidade da formulação proposta para localização faltas em linhas de transmissão aéreas utilizando medições oscilográficas digitais de apenas um terminal. / Faults can occur in several components of an electric power system, among which the transmission line stands out. Due to its physical dimensions, operating environment and interconnection systems, the exact transmission line fault location is non-trivial hindering maintenance crew system restoration. In this context, this work presents a computational methodology developed in MATLAB® environment for fault diagnosis on transmission lines based on voltage high frequency transient analysis. Thus, the approach adopted in this work use firstly the Park equations to find the zero, direct and quadrature voltage and then detect the fault occurrence through the difference coefficient. After, the traveling wave theory associated with continuous wavelet transform application is used for determining the characteristic frequency of the transient signal, which is correlated with the fault location. To validate the proposed fault location algorithm, several fault simulations were executed using ATP software using real overhead line data. The proposed fault location scheme performance was evaluated considering the fault resistance, inception fault angle and short-circuit impedance of the system. The promising results demonstrate the applicability of the proposed formulation for fault location in overhead transmission lines, using one terminal digital oscillographic measurement.

O presente trabalho apresenta uma abordagem estendida para o diagnóstico de faltas em sistemas subterrâneos de distribuição de energia. O esquema proposto desenvolve modificações às técnicas de localização de defeitos em sistemas de distribuição aéreos baseadas no cálculo da impedância aparente, adaptando-as para a aplicação em alimentadores primários de topologia subterrânea. Sistemas subterrâneos estão associados à alta confiabilidade, com índices reduzidos de interrupção devido a suas características construtivas, que impedem a ocorrência de perturbações devido a fenômenos climáticos, mecânicos ou humanos. No entanto, as falhas em cabos subterrâneos são tipicamente permanentes, exigindo a substituição da seção de linha defeituosa para o restabelecimento do sistema. De forma distinta às redes aéreas, onde a localização de defeitos pode ser realizada por meio de inspeções visuais, a topologia subterrânea impossibilita a utilização desta abordagem. Embora o processo de digitalização dos esquemas de proteção de alimentadores primários tenha incentivado o desenvolvimento de inúmeras metodologias para a localização de defeitos em redes de distribuição aéreas, características típicas de redes de distribuição subterrâneas não foram contempladas. Nestes sistemas, a aplicação das técnicas desenvolvidas para sistemas aéreos resulta em estimativas errôneas da distância da falta. O esquema proposto visa a superar esta deficiência dos algoritmos de localização tradicionais, adaptando-os às características típicas de redes de distribuição subterrâneas. A formulação desenvolvida se baseia no cálculo da impedância aparente, o qual poderá ser incorporado como sub-rotina de relés de proteção de arquitetura digital. Além de disponibilizar a estimativa da distância da falta, o esquema de localização de defeitos proposto obtém uma estimativa das resistências de falta associadas à perturbação. A metodologia utiliza como dados de entrada os sinais de tensão e corrente referentes aos períodos de pré-falta e durante a perturbação, e propõe uma compensação da componente capacitiva, característica típica e não-desprezível de cabos subterrâneos. De modo a contemplar a existência de ramificações laterais, o esquema de localização propõe a utilização de sistemas radiais equivalentes, determinados a partir de rotinas de fluxo de potência trifásico. Tendo em vista o comportamento randômico do carregamento em sistemas de distribuição, a metodologia propõe, ainda, uma análise do perfil de carga durante o período pré-falta. Para possibilitar uma análise da eficiência do método proposto, testes comparativos com uma técnica de localização de defeitos para redes de distribuição de topologia aérea recentemente proposta foram realizados. De modo a validar o esquema de localização de defeitos proposto, foram executadas inúmeras simulações computacionais a partir de dados reais de um alimentador subterrâneo. O desempenho do esquema de diagnóstico de faltas foi avaliado frente aos aspectos de: resistência de falta, distância da falta, ângulo de incidência de falta, existência de cargas desequilibradas e variações no carregamento do sistema. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade da aplicação da metodologia proposta para a localização de defeitos em sistemas de distribuição subterrâneos. / This work presents an extended approach for underground power distribution system fault location. The scheme develops modifications in the proposed impedance-based fault location techniques for overhead distribution systems, adapting it for underground feeders. Under-ground systems are associated to high reliability, with low interruption rates due to its con-struction characteristics, which avoid the fault occurrence from climatic, mechanics or human interference. However, the underground cables damages are typically permanent, requesting the damaged line section substitution before system restoration. Fault location on overhead systems can be assisted by visual inspection, on underground system, this approach can not used. Although the primary feeder protection scheme's digitalization process has stimulated the development of several fault location schemes for overhead feeders, typical underground's system characteristics were not considered. In these systems, the application of the techniques used on overhead systems results in erroneous fault distance estimates. The proposed methodology aims to overcome this limitation of traditional fault location algorithms, adapting it to the typical underground systems characteristics. The proposed formulation is based on the apparent impedance calculation, and can be included as a sub-routine in digital protection relays. Besides the fault distance estimates, the fault diagnosis scheme also calculates the fault resistances associated to each disturbance. The fault location scheme uses as input data the voltage's and current's signals before and during the fault, and also proposes a capacitive current compensation. The fault location technique also proposes the usage of equivalent radial systems, calculated through three-phase load flow techniques, to allow the algorithm coverage on laterals and sub-laterals. Due to the random load profile of distribution systems, the technique develops a load profile analysis during the pre-fault period. In order to provide efficiency analysis of the proposed formulation, comparative testes with a recently proposed fault location technique was realized. To validate the proposed fault location algorithm, several fault simulations were executed using real underground feeder data. The proposed fault location scheme performance was evaluated considering the following aspects: fault resistance, fault distance and inception fault angle. Also, the methodology was analyzed considering different load profiles, including unbalanced loads and load variation. The obtained results demonstrate the applicability of the proposed formulation for fault location in underground distribution systems.

Este trabalho apresenta uma abordagem da ferramenta FMEA, Failure modes and effect analysis, em uma integração com os custos relativos à qualidade, aplicada ao processo de soldagem GMAW, gas metal arc welding. O objetivo principal é evidenciar a importância da utilização desta ferramenta para se prever e prevenir falhas de processo antes que as mesmas ocorram, e minorar os custos da qualidade envolvidos. A proatividade da ferramenta FMEA proporciona, através das ações recomendadas de melhoria, a possibilidade de se mensurar com antecipação os custos relativos à prevenção, avaliação e falhas de qualidade. O método empregado para esta abordagem foi de uma pesquisa-ação, sendo estabelecida uma equipe multidisciplinar para implantação e execução da FMEA e avaliação dos custos da qualidade. Os resultados obtidos na fase anterior à aplicação da FMEA informavam que os custos das falhas apresentavam uma participação de 89,84% dos custos da qualidade; com a utilização da ferramenta, estes foram reduzidos para 3,82% devido ao investimento de melhoria. Objetivando-se equilibrar os custos associados, foi projetada uma estimativa futura de 50% de custo de falhas. Na análise comparativa dos custos da qualidade, foi verificado que os custos de falhas relativos à fase anterior ao FMEA reduziram 86% em relação à projeção futura, e os custos da qualidade reduziram de 74%, evidenciando-se deste modo o benefício da utilização da ferramenta FMEA para a redução de custos operacionais. / This paper presents an approach of the FMEA tool, Failure modes and effect analysis, in integration with the costs of quality, applied to the GMAW welding process, gas metal arc welding. The main objective is to highlight the importance of using this tool to predict and prevent process failures before they occur, and reduce the costs of quality involved. The proactivity of FMEA tool, provides through the recommended actions for improvement, the possibility to measure in advance the costs of prevention, assessment and quality failures. The method employed for this approach was an action research, which established a multidisciplinary team for deployment and implementation of FMEA and evaluation of quality costs. The results obtained in the previous phase to the implementation of FMEA reported that the cost of failure had a 89.84% share of the costs of quality; using the tool, these were reduced to 3.82% due to improved investment. In order to balance the costs, was projected a 50% estimated future cost of failures. In comparative cost analysis we founded that the quality failure costs related to the phase prior to FMEA reduced 86% compared to the projected future, and quality costs were reduced of 74%, demonstrating thereby the benefit of using the FMEA tool to reduce operating costs.

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