Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A análise de gases dissolvidos tem sido aplicada há décadas como a principal técnica de manutenção preditiva para diagnosticar defeitos incipientes em transformadores de potência, tendo em vista que a decomposição do óleo mineral isolante produz gases que permanecem dissolvidos na fase líquida. Entretanto, apesar da importância desta técnica, os métodos de diagnóstico mais conhecidos são baseados em constatações de modelos termodinâmicos e composicionais simplificados para a decomposição térmica do óleo mineral isolante, em conjunto com dados empíricos. Os resultados de simulação obtidos a partir desses modelos não reproduzem satisfatoriamente os dados empíricos. Este trabalho propõe um modelo termodinâmico flexível aprimorado para mimetizar o efeito da cinética de formação de sólidos como restrição ao equilíbrio e seleciona, entre quatro modelos composicionais, aquele que apresenta o melhor desempenho na simulação da decomposição térmica do óleo mineral isolante. Os resultados de simulação obtidos a partir do modelo proposto apresentaram uma melhor adequação a dados empíricos do que aqueles obtidos a partir dos modelos clássicos. O modelo propostofoi, ainda, aplicado ao desenvolvimento de um método de diagnóstico com base fenomenológica.Os desempenhos desta nova proposta fenomenológica e de métodos clássicos de diagnóstico por análise de gases dissolvidos foram comparados e discutidos; o método proposto alcançou desempenho superior a vários métodos usualmente empregados nessa área do conhecimento. E, ainda, um procedimento geral para a aplicação do novo método de diagnóstico é descrito / The dissolved gas analysis has been applied for decades as the main predictive maintenance technique for diagnosing incipient faults in power transformers since the decomposition of the mineral insulating oil produces gases that remain dissolved in the liquid phase. Nevertheless, the most known diagnostic methods are based on findings of simplified thermodynamic and compositional models for the thermal decomposition of mineral insulating oil, in addition to empirical data. The simulations results obtained from these models do not satisfactorily reproduce the empirical data. This work proposes a flexible thermodynamic model enhanced to mimic the kinetic effect of solid formation as a restriction to equilibrium and selects, among four compositional models, the one offering the best performance on the simulation of the thermal decomposition of mineral insulating oil. The simulation results obtained from the proposed model showed better adequacy to reported data than the results obtained from the classical models. The proposed model was also applied in the development of a diagnostic method with a phenomenological basis. The performances of this new phenomenological proposition and of classical dissolved gas analysis diagnostic methods are compared and discussed; the proposed method achieved a performance superior to several methods usually employed in this area of knowledge.Also, a general procedure for the application of the new diagnostic method is described

Os transformadores de potência são alguns dos elementos mais importantes dos sistemas elétricos. A confiabilidade e o bom funcionamento destes equipamentos são vitais para que as companhias de energia forneçam eletricidade com qualidade e segurança. Um dos principais parâmetros que envolvem a normalidade da operação dos transformadores é o estado da isolação interna formada pelo óleo mineral e o papel que cobre as bobinas. Danos nessa isolação resultam na degradação destes dielétricos e, por conseqüência, na diminuição da vida útil dos transformadores. Essa degradação, que advém de processos elétricos, térmicos, ou mesmo mecânicos, geram gases combustíveis cujas quantidades individuais podem indicar o tipo de falha e a gravidade do problema. Desta forma, é importante detectar os principais gases envolvidos. O objetivo deste trabalho é realizar análises e estudos quantitativos da presença de gases inflamáveis dissolvidos no óleo, surgidos através da degradação deste líquido isolante. O cerne deste trabalho está em elaborar ensaios de formação de arco no óleo e, posteriormente, aquecer o fluido para medir a quantidade dos gases combustíveis antes dissolvidos nele. Este estudo visa à melhoria na confiabilidade dos equipamentos projetados para detectar e monitorar o surgimento de gases inflamáveis no interior de transformadores de potência existentes em subestações de companhias de eletricidade. / Power transformers are some of the most important elements of electrical systems. The trustworthiness and the good functioning of this equipment permit power utilities to supply electricity with quality and security. One of the main parameters for transformer\'s operation normality is the state of the internal insulation formed by the mineral oil and the paper that covers the bobbins. Damages in this insulation cause its dielectric degradation and, consequently, the reduction of the equipment useful life. This degradation which originates from electrical, thermal, or even mechanical processes generates chemical products such as gases whose individual amounts may indicate the type of imperfection and gravity of the problem. That\'s why the detection of the main involved gases is important. This work intends to elaborate analyses and studies of the presence of inflammable gases dissolved in oil through the degradation of the insulating liquid. The principal topic of this work is the arc formation elaboration in the oil and later the heating of the oil to measure the amount of gases previously dissolved in it. This study also aims to improve the trustworthiness of the projected equipments in order to detect and monitor the sprouting of existing inflammable gases in the interior of power transformers in substations of power utilities.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A análise de gases dissolvidos tem sido aplicada há décadas como a principal técnica de manutenção preditiva para diagnosticar defeitos incipientes em transformadores de potência, tendo em vista que a decomposição do óleo mineral isolante produz gases que permanecem dissolvidos na fase líquida. Entretanto, apesar da importância desta técnica, os métodos de diagnóstico mais conhecidos são baseados em constatações de modelos termodinâmicos e composicionais simplificados para a decomposição térmica do óleo mineral isolante, em conjunto com dados empíricos. Os resultados de simulação obtidos a partir desses modelos não reproduzem satisfatoriamente os dados empíricos. Este trabalho propõe um modelo termodinâmico flexível aprimorado para mimetizar o efeito da cinética de formação de sólidos como restrição ao equilíbrio e seleciona, entre quatro modelos composicionais, aquele que apresenta o melhor desempenho na simulação da decomposição térmica do óleo mineral isolante. Os resultados de simulação obtidos a partir do modelo proposto apresentaram uma melhor adequação a dados empíricos do que aqueles obtidos a partir dos modelos clássicos. O modelo propostofoi, ainda, aplicado ao desenvolvimento de um método de diagnóstico com base fenomenológica.Os desempenhos desta nova proposta fenomenológica e de métodos clássicos de diagnóstico por análise de gases dissolvidos foram comparados e discutidos; o método proposto alcançou desempenho superior a vários métodos usualmente empregados nessa área do conhecimento. E, ainda, um procedimento geral para a aplicação do novo método de diagnóstico é descrito / The dissolved gas analysis has been applied for decades as the main predictive maintenance technique for diagnosing incipient faults in power transformers since the decomposition of the mineral insulating oil produces gases that remain dissolved in the liquid phase. Nevertheless, the most known diagnostic methods are based on findings of simplified thermodynamic and compositional models for the thermal decomposition of mineral insulating oil, in addition to empirical data. The simulations results obtained from these models do not satisfactorily reproduce the empirical data. This work proposes a flexible thermodynamic model enhanced to mimic the kinetic effect of solid formation as a restriction to equilibrium and selects, among four compositional models, the one offering the best performance on the simulation of the thermal decomposition of mineral insulating oil. The simulation results obtained from the proposed model showed better adequacy to reported data than the results obtained from the classical models. The proposed model was also applied in the development of a diagnostic method with a phenomenological basis. The performances of this new phenomenological proposition and of classical dissolved gas analysis diagnostic methods are compared and discussed; the proposed method achieved a performance superior to several methods usually employed in this area of knowledge.Also, a general procedure for the application of the new diagnostic method is described

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.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation introduces the study of the use of tin dioxide gas sensor array applied to fault detection in power transformers, through dissolved gas-in-oil. The aim of this research is to analyze the data obtained from gas sensors array, using pattern recognition techniques, and thus to determine if the use of gas sensor array allows the identification of faults. In order to facilitate the understanding of this research, the document was organized covering the following topics: power transformers, mineral insulating oil, analysis and interpretation of dissolved gás-in-oil, tin dioxide sensors and data acquisition instrument, techniques of pattern recognition and methodology for generating faults. In the end of this dissertation, the data from the sensor array are analyzed, in order to achieve the objective of verifying its application in the identification of faults. / Esta dissertação introduz o estudo do uso de uma matriz de sensores de gases de dióxido de estanho na detecção de falhas em transformadores de potência, através dos gases dissolvidos no óleo. O objetivo desta pesquisa é analisar os dados obtidos pelos sensores de gás, utilizando algumas técnicas de reconhecimento de padrão, e desta forma, verificar se o uso da matriz de sensores possibilita a identificação das falhas. Com o intuito de facilitar o entendimento da pesquisa, o presente documento foi organizado abordando os seguintes tópicos: transformadores de potência; óleo mineral isolante; análise e interpretação dos gases dissolvidos em óleo; sensores de dióxido de estanho e instrumento de aquisição de dados; técnicas de reconhecimento de padrões; e metodologia de geração de falhas. Ao final desta dissertação, os dados da matriz de sensores são analisados, a fim de atingir o objetivo de verificar sua aplicação na identificação das falhas.

Cette thèse de doctorat traite des méthodes d’évaluation de l’état des transformateurs de puissance à huile. Elle apporte une approche particulière de mise en oeuvre des méthodes de classification dans la fouille de données. Elle propose une stratégie qui met en oeuvre deux nouveaux indicateurs de santé de l’huile construit à partir d’un système neuro flou ANFIS (Adaptative Neuro-Fuzzy Inference System) et un classifieur ou prédicteur de défaut construit à partir des méthodes de classification supervisée, notamment le classifieur Bayésien naïf. Un organigramme simple et efficace d’évaluation de l’état des transformateurs y est proposé. Il permet de faire une analyse rapide des paramètres issus des analyses physico-chimiques de l’huile et de des gaz dissous. Une exploitation des méthodes de classification non supervisée, notamment les méthodes de k-moyennes et C-moyennes flous a permis de reconstruire les périodes de fonctionnement d’un transformateur marquées par des défauts particuliers. Il a aussi été démontré comment ces méthodes peuvent servir d’outil d’aide à l’organisation de la maintenance d’un groupe de transformateurs à partir des données d’analyses d’huile disponibles. / This PhD thesis deals the assessment method of the state of power transformers filled with oil. It brings a new approach by implementing classification methods and data mining dedicated to transformer maintenance. It proposes a strategy based on two new oil health indicators built from an adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS). Two classifiers were built on a labeled learning database. The Naive Bayes classifier was retained for the detection of fault from gases dissolved in oil. A simple and efficient flowchart for evaluating the condition of transformers is proposed. It allows a quick analysis of the parameters resulting from physicochemical analyzes of oil and dissolved gases. Using unsupervised classification techniques through the methods of kmeans and fuzzy C-means allowed to reconstruct operating periods of a transformer, with some particular faults. It has also been demonstrated how these methods can be used as tool to help the maintenance of a group of transformers from available oil analysis data.

This master thesis investigates a redesign for a maintenance tube, used for both sampling and draining transformer oil from a tap changer compartment. With the current design, one can do one or the other of sampling and draining. The effect of this on a transformer site during maintenance means that personnel must bring extra equipment to do the maintenance routine. Along with the extra equipment, it also involves climbing the transformer an extra time to place the equipment for draining. The project aims to address several issues in the context of the product. Redesigning the product to reduce maintenance time, and therefore downtime and electrical outages. Reducing the number of times that the transformer housing needs to be climbed in order to perform maintenance work. This with the purpose of improving working environment for maintenance personnel. With the new design of the maintenance tube, draining and sampling can be done with the same pipe without the need for extra equipment. This is through a mechanism in the tube which allows the personnel to choose whether to drain oil from the bottom of the container or to take oil samples from an area in the tap-changer housing which gives more accurate results. The function of the mechanism can be described in the same way as a pen, where if you push the button, a tube will extract itself and close of the sampling inlets, enabling draining from the bottom. Push the button again and the same tube will retract, allowing you to take samples from the appropriate area again. The new design also adheres to the dimensional requirements needed for the design to fulfil the additional functions the tube has. The project results in a design which would not only fill requirements of functions but also preserves some of the previous parts along with their interfaces. This means that the new design could be installed on current versions of tap-changer models when the next service interval is due.