Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Distinct matters related to power quality challenges represent areas of growing interest for the electric engineering community. By considering the subject of power supply with quality and reliability, the continuity of the supply appears as a very important task to be fulfilled. As a matter of fact, the occurrence of failures in components and installations, in special those related to the misoperation of power cables, emerges as a relevant point to be tackled. Within this context arises the insulation degradation due to the known water treeing phenomenon. This effect has been reported as a cause for precocious aging of insolated cables and subsequent impacts upon the dielectric material. Focusing this subject, this thesis aims at presenting a methodology for estimating the actual operational conditions of a given insolated cable by the loss current analysis. The technique here employed is based upon time domain representation and uses the Fourier decomposition for identification of the harmonic contribution of the currents involved from which the methodology provides means to establishing insulation state indicators so as to forecast information about the cable life expectance conditions. / As questões relacionadas com a qualidade de energia elétrica representam, efetivamente, desafios crescentes para o setor de engenharia elétrica. No que tange ao fornecimento de energia com qualidade e confiabilidade, um dos problemas consiste na descontinuidade não programada de suprimento devido à ocorrência de falhas em componentes diversos da instalação, particularmente aqueles relativos a defeitos na isolação nos cabos de potência, responsáveis por parcela significativa das paradas intempestivas de consumidores. Uma das principais causas da degradação da isolação de cabos de potência é o fenômeno conhecido por arborescência que provoca o envelhecimento precoce dos cabos elétricos, podendo ocasionar o rompimento do material dielétrico. Diversos estudos e métodos diagnósticos vêm sendo desenvolvidos para a detecção dessas arborescências objetivando informações sobre o nível de degradação da camada isolante, com vistas à manutenção preventiva e acompanhamento da sua vida útil, predizendo as condições operacionais da isolação dos cabos elétricos. É nesse contexto que se insere a presente tese, a qual está direcionada para o desenvolvimento de uma metodologia para identificação do estado operacional da camada isolante, com base na análise da corrente de fuga. A técnica de modelagem empregada fundamenta-se no domínio do tempo e utiliza a decomposição em séries de FOURIER para identificação da contribuição harmônica dos sinais envolvidos no estudo, a partir dos quais são determinados indicadores de estado que são utilizados para o estabelecimento de diagnósticos da severidade da degradação. / Doutor em Ciências

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-12-11T14:50:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Diagnosticofalhasincipientes.pdf: 5235661 bytes, checksum: 67b492c9d40682971d19271da4d4a96c (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-12-11T14:50:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Diagnosticofalhasincipientes.pdf: 5235661 bytes, checksum: 67b492c9d40682971d19271da4d4a96c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-12-11T14:50:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Diagnosticofalhasincipientes.pdf: 5235661 bytes, checksum: 67b492c9d40682971d19271da4d4a96c (MD5) Previous issue date: 2018-10-26 / Atualmente, a operação do sistema de transmissão de energia elétrica é sobrecarregada pela grande quantidade de informações oriundas dos mais diversos sistemas de monitoração, que devem analisar estas informações para manter o sistema em condições de operação aceitáveis de acordo com a normas do Setor Elétrico Brasileiro. Nesse contexto, este trabalho propõe um sistema de diagnóstico de falhas on-line em linhas de transmissão baseado na análise da monitoração da corrente de fuga para múltiplas falhas incipientes, que é composto de módulos que se adaptam de modo autônomo às melhorias que são executadas na LT. O trabalho desenvolvido aborda especificamente o módulo diagnóstico, no qual são extraídas as características do espectro harmônico da corrente de fuga com falha, e posteriormente, identifica a falha mais proeminente em um cenário multi eventos. Para extrair as características dos sinais de corrente de fuga com falhas foi utilizada a redundância analítica, que a partir de dados obtidos em laboratório e em campo, serviu para determinar o comportamento normal da LT, elaborar o modelo da LT em funcionamento normal e com a anomalia. De posse da corrente de fuga de funcionamento normal e com falha realiza-se a caracterização destes sinais, que empregam algoritmos adequados nas características levantadas no estado da arte sobre o tema e nos dados obtidos em campo e em laboratório. Após escolher o algoritmo de extração que possui melhor desempenho para múltiplas falhas, são propostos classificadores para determinar qual a falhas mais proeminente na LT. O projeto do classificador levou em consideração que o sistema precisa se adaptar às mudanças ocorridas na LT, incorporando o conhecimento sobre o sistema, uma vez que este é bastante dinâmico. / Atualmente, a operação do sistema de transmissão de energia elétrica é sobrecarregada pela grande quantidade de informações oriundas dos mais diversos sistemas de monitoração, que devem analisar estas informações para manter o sistema em condições de operação aceitáveis de acordo com a normas do Setor Elétrico Brasileiro. Nesse contexto, este trabalho propõe um sistema de diagnóstico de falhas on-line em linhas de transmissão baseado na análise da monitoração da corrente de fuga para múltiplas falhas incipientes, que é composto de módulos que se adaptam de modo autônomo às melhorias que são executadas na LT. O trabalho desenvolvido aborda especificamente o módulo diagnóstico, no qual são extraídas as características do espectro harmônico da corrente de fuga com falha, e posteriormente, identifica a falha mais proeminente em um cenário multi eventos. Para extrair as características dos sinais de corrente de fuga com falhas foi utilizada a redundância analítica, que a partir de dados obtidos em laboratório e em campo, serviu para determinar o comportamento normal da LT, elaborar o modelo da LT em funcionamento normal e com a anomalia. De posse da corrente de fuga de funcionamento normal e com falha realiza-se a caracterização destes sinais, que empregam algoritmos adequados nas características levantadas no estado da arte sobre o tema e nos dados obtidos em campo e em laboratório. Após escolher o algoritmo de extração que possui melhor desempenho para múltiplas falhas, são propostos classificadores para determinar qual a falhas mais proeminente na LT. O projeto do classificador levou em consideração que o sistema precisa se adaptar às mudanças ocorridas na LT, incorporando o conhecimento sobre o sistema, uma vez que este é bastante dinâmico.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-21T14:21:51Z No. of bitstreams: 1 GERALDO BEZERRA LIMA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 4130681 bytes, checksum: 7aa2b6dbcd9d18892be46ec5c14536b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-21T14:21:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GERALDO BEZERRA LIMA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 4130681 bytes, checksum: 7aa2b6dbcd9d18892be46ec5c14536b6 (MD5) Previous issue date: 2014-09-02 / Nos dias atuais a confiabilidade e a continuidade no fornecimento de energia elétrica são cada vez mais exigidos. Os para-raios tem uma importante função neste processo que é de proteger os demais equipamentos integrantes da rede elétrica de sobretensões atmosféricas e de manobra. Quando falham, normalmente provocam o desligamento de linhas de transmissão ou de transformadores, penalizando severamente a concessionária pela indisponibilidade ou por multas impostas pela agência reguladora. Como todo equipamento importante para o sistema elétrico, os para-raios necessitam de técnicas eficazes de monitoramento. Na literatura e na indústria podem ser encontradas diversas técnicas, procedimentos ou equipamentos destinados ao seu monitoramento. Todos os procedimentos ou equipamentos possuem suas limitações, vantagens e desvantagens, sejam elas técnicas, econômicas ou operacionais. Visando suplantar algumas das limitações existentes nas técnicas e procedimentos normalmente empregados no setor elétrico, encontrase proposto neste trabalho uma metodologia de análise da condição operacional de para-raios em campo, com base em medições da corrente de fuga total. Com esta metodologia pretende-se minimizar as dificuldades operacionais relacionadas às atividades de monitoramento, uma vez que será medida apenas a corrente de fuga total, diferentemente de técnicas e procedimentos usuais que requerem também a medição da tensão aplicada. Um banco de dados de correntes de fuga foi obtido com medições realizadas em 05 (cinco) subestações. As medições foram agrupadas por modelo/fabricante e tempo de operação dos para-raios. O instrumento de medição utilizado é composto de um amperímetro do tipo alicate e um osciloscópio digital portátil. O processo de medição em campo mostrou-se efetivo e prático devido à facilidade de manuseio do instrumento utilizado. Ensaios em laboratório foram realizados para avaliação da metodologia e dos instrumentos de medição. A partir da base de dados produzida, foi possível com emprego de técnicas de processamento de sinais e estatística, observar o comportamento gaussiano dos dados e o crescimento do valor médio da componente de 3ª harmônica da corrente total em função do tempo de operação, evidenciando, assim, a correlação entre a elevação da corrente de fuga e a diminuição da vida útil dos para-raios. / Nowadays the reliability and continuity in the electricity supply are increasingly required. The surge arresters has an important function in this process, which is to protect the other utility equipment against lightning and switching surges. When they fail, usually causing the shutdown of transmission lines or transformers, severely penalizing the power utility for the unavailability or regulator fines. As any important equipment for the electrical system, surge arresters need effective monitoring techniques. In the literature and industry several techniques, procedures or equipment for their monitoring can be found. All procedures or devices have their limitations, advantages and disadvantages, whether technical, economic or operational. Aiming to overcome some of the limitations in existing techniques and procedures commonly employed in the electrical industry, a methodology for analyzing the surge arrester operational condition based on measurements of total leakage current is proposed in this paper. With this methodology is intended to minimize operational difficulties associated with monitoring activities, since it will only measure the total leakage current unlike the usual techniques and procedures, which require the measurement of the applied voltage, too. A database of leakage currents with measurements performed in five (05) power substations was obtained. Measurements were grouped by arresters model/manufacturer and operation time. The measuring instrument used consists of a clamp type ammeter and a portable digital oscilloscope. The process of field measurement was effective and practical due to the ease of handling of the used instrument. Laboratory tests were performed to evaluate the methodology and measuring instruments. From the database produced, it was possible through the use of techniques of signal processing and statistical observe the Gaussian behavior of the data and the average increase of the 3rd harmonic component of the total current as a function of operating time, which highlights thus, the correlation between the increase of the leakage current and the decrease of the lifetime of the surge arrester.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a corrente de fuga de modo comum em inversores monofásicos sem transformador utilizados para a conexão de sistemas fotovoltaicos (FV) à rede de distribuição de energia elétrica. O estudo se concentra em inversores do tipo fonte de tensão que empregam a topologia em ponte completa. A partir da adequada modelagem do sistema (rede, conversor e módulo fotovoltaico) identifica-se e quantifica-se a contribuição das tensões de modo comum e modo diferencial para a corrente de fuga. Conclui-se que a tensão de modo comum de alta frequência produzida pelo inversor, que depende da estratégia de modulação por largura de pulso (PWM Pulse Width Modulation) empregada, fornece a maior contribuição para produção da corrente de fuga. Esse estudo mostra que os inversores sem transformador, com topologia em ponte completa e modulação que produz tensão de saída com três níveis, necessitam de medidas adicionais para a minimização da corrente fuga quando aplicados em sistemas fotovoltaicos conectados à rede. Algumas soluções propostas na literatura para a minimização da corrente de fuga baseadas em topologias modificadas e filtros de modo comum são listadas e discutidas. Neste trabalho é proposto um filtro integrado de modo comum e modo diferencial com amortecimento passivo de baixas perdas, para minimizar a corrente de fuga produzida por um inversor monofásico sem transformador. Um exemplo de aplicação do filtro proposto é apresentado juntamente com seu procedimento de projeto, resultados de simulação e experimentais que validam a proposta. Além disso, a influência da variação da indutância da rede elétrica e da capacitância parasita do sistema fotovoltaico no comportamento do filtro proposto é analisada. A influência da variação da indutância da rede no comportamento do sistema de controle e o impacto da corrente de modo comum no projeto dos indutores do lado do conversor também são analisados. / This paper presents a study on the common mode leakage current in single-phase transformerless inverters for grid-connected photovoltaic (PV) systems. The study focuses on voltage source inverters (VSI) employing the full-bridge topology. The common mode and differential mode voltages that contribute to the leakage current are identified and quantified from the analysis of the system model (utility grid, converter and PV module). The system model analysis shows that the high frequency common mode voltage produced by the inverter, which depends on the Pulse Width Modulation (PWM) strategy, is the main source contributing to the leakage current. This work shows that transformerless inverters employing the full-bridge topology and a modulation strategy that produces a three-level output voltage require some leakage current minimization strategy when they are employed in grid-connected PV systems. Some solutions proposed in the literature for leakage current minimization based on modified topologies and common mode filters are listed and discussed. In this dissertation an integrated common and differential filter with low loss passive damping is proposed to minimize the leakage current produced by a single-phase transformerless PV inverter. An application example of the proposed filter is presented with design procedure, simulation and experimental results validating the proposal. Additionally, the influence of grid inductance and PV module parasitic capacitance variations on the behavior of the proposed filter is analyzed. The behavior of the control system considering the grid inductance variation and the impact of the common mode current on the converter side inductors design are also analyzed.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a corrente de fuga de modo comum em inversores monofásicos sem transformador utilizados para a conexão de sistemas fotovoltaicos (FV) à rede de distribuição de energia elétrica. O estudo se concentra em inversores do tipo fonte de tensão que empregam a topologia em ponte completa. A partir da adequada modelagem do sistema (rede, conversor e módulo fotovoltaico) identifica-se e quantifica-se a contribuição das tensões de modo comum e modo diferencial para a corrente de fuga. Conclui-se que a tensão de modo comum de alta frequência produzida pelo inversor, que depende da estratégia de modulação por largura de pulso (PWM Pulse Width Modulation) empregada, fornece a maior contribuição para produção da corrente de fuga. Esse estudo mostra que os inversores sem transformador, com topologia em ponte completa e modulação que produz tensão de saída com três níveis, necessitam de medidas adicionais para a minimização da corrente fuga quando aplicados em sistemas fotovoltaicos conectados à rede. Algumas soluções propostas na literatura para a minimização da corrente de fuga baseadas em topologias modificadas e filtros de modo comum são listadas e discutidas. Neste trabalho é proposto um filtro integrado de modo comum e modo diferencial com amortecimento passivo de baixas perdas, para minimizar a corrente de fuga produzida por um inversor monofásico sem transformador. Um exemplo de aplicação do filtro proposto é apresentado juntamente com seu procedimento de projeto, resultados de simulação e experimentais que validam a proposta. Além disso, a influência da variação da indutância da rede elétrica e da capacitância parasita do sistema fotovoltaico no comportamento do filtro proposto é analisada. A influência da variação da indutância da rede no comportamento do sistema de controle e o impacto da corrente de modo comum no projeto dos indutores do lado do conversor também são analisados. / This paper presents a study on the common mode leakage current in single-phase transformerless inverters for grid-connected photovoltaic (PV) systems. The study focuses on voltage source inverters (VSI) employing the full-bridge topology. The common mode and differential mode voltages that contribute to the leakage current are identified and quantified from the analysis of the system model (utility grid, converter and PV module). The system model analysis shows that the high frequency common mode voltage produced by the inverter, which depends on the Pulse Width Modulation (PWM) strategy, is the main source contributing to the leakage current. This work shows that transformerless inverters employing the full-bridge topology and a modulation strategy that produces a three-level output voltage require some leakage current minimization strategy when they are employed in grid-connected PV systems. Some solutions proposed in the literature for leakage current minimization based on modified topologies and common mode filters are listed and discussed. In this dissertation an integrated common and differential filter with low loss passive damping is proposed to minimize the leakage current produced by a single-phase transformerless PV inverter. An application example of the proposed filter is presented with design procedure, simulation and experimental results validating the proposal. Additionally, the influence of grid inductance and PV module parasitic capacitance variations on the behavior of the proposed filter is analyzed. The behavior of the control system considering the grid inductance variation and the impact of the common mode current on the converter side inductors design are also analyzed.