Mechanical and electrical stresses reduce the life of all devices. The lifetime of some devices is affected by these stress factors more, others less. For high voltage products, it's not just a lifetime or a price, but a security that should be the first. This thesis deals with protection of elements of high voltage switchboards. Specifically, it is a PWC600 Point-on-Wave Controller that attempts to minimize stress when connecting or disconnecting loads or generators.

A proteção de sistemas de energia elétrica possui papel extremamente importante no aspecto de garantir o fornecimento de energia de maneira segura e confiável. Assim, a ação indevida ou a não atuação deste sistema de proteção pode causar danos materiais ou econômicos tanto para as concessionárias quanto para os consumidores de energia elétrica. Dessa forma, o sistema de proteção deve estar bem ajustado para que possa garantir suas funções, sendo sensível, seletivo, confiável e rápido. Para tanto, uma boa coordenação entre os relés de proteção deve ser estabelecida. No caso de um sistema de transmissão, o qual costuma ser um sistema malhado, a proteção é comumente realizada por relés de distância aliados a relés de sobrecorrente com unidade direcional, sendo que estes funcionam como elemento de retaguarda daqueles. O processo de ajuste desses relés é um trabalho muito difícil e demorado, que pode ainda estar sujeito a erros do engenheiro de proteção responsável pelo estudo. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia baseada na otimização por enxame de partículas que obtenha automaticamente os ajustes desses relés de forma a garantir a coordenação e seletividade entre eles, tornando assim o processo de ajuste mais rápido e preciso. Dessa forma, essa metodologia pode constituir uma ferramenta de auxílio muito favorável ao engenheiro de proteção. Além disso, como em todo problema de otimização, a função objetivo e as restrições foram definidas de maneira a retratar o problema de coordenação envolvendo tanto os relés de distância quanto os direcionais de sobrecorrente. A metodologia foi aplicada a dois sistemas, um fictício com 16 relés e um sistema de transmissão real com 44 relés, sendo que em ambos os casos ela apresentou resultados bastante satisfatórios proporcionando ajustes bem coordenados. / Electrical power systems protection has a very important role in the aspect of ensuring energy supply with safety and reliability. Thus, improper action or non-actuation of this protection system can cause materials and/or economics damages to electricity utilities as well as ordinary energy consumers. Therefore the protection system must be well adjusted so it can ensure its functions and thus being sensible, selective, reliable and fast. In order to achieve these characteristics, the protective relays must be well coordinated. In the case of meshed transmission systems, the protection is generally performed by distance relays as primary protection associated with directional overcurrent relays as backup protection. The process of adjusting these relays is very tough, slow and it can even be subject to the protection engineer mistakes. In this context, this work aims to develop a particle swarm optimization based methodology that can automatically obtain these relays adjusts so they can ensure relays coordination and selectivity, and then make this setting process faster and more precise. Thus, this methodology may provide a very favorable tool to aid the protection engineer. Moreover, as in any optimization problem, the objective function and the constraints were defined to represent the coordination problem involving both distance and directional overcurrent relays. The methodology was applied to two systems, a fictitious with 16 relays and a real transmission system with 44 relays, and in both cases it showed satisfactory results providing well-coordinated settings.

A proteção de sistemas de energia elétrica possui papel extremamente importante no aspecto de garantir o fornecimento de energia de maneira segura e confiável. Assim, a ação indevida ou a não atuação deste sistema de proteção pode causar danos materiais ou econômicos tanto para as concessionárias quanto para os consumidores de energia elétrica. Dessa forma, o sistema de proteção deve estar bem ajustado para que possa garantir suas funções, sendo sensível, seletivo, confiável e rápido. Para tanto, uma boa coordenação entre os relés de proteção deve ser estabelecida. No caso de um sistema de transmissão, o qual costuma ser um sistema malhado, a proteção é comumente realizada por relés de distância aliados a relés de sobrecorrente com unidade direcional, sendo que estes funcionam como elemento de retaguarda daqueles. O processo de ajuste desses relés é um trabalho muito difícil e demorado, que pode ainda estar sujeito a erros do engenheiro de proteção responsável pelo estudo. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia baseada na otimização por enxame de partículas que obtenha automaticamente os ajustes desses relés de forma a garantir a coordenação e seletividade entre eles, tornando assim o processo de ajuste mais rápido e preciso. Dessa forma, essa metodologia pode constituir uma ferramenta de auxílio muito favorável ao engenheiro de proteção. Além disso, como em todo problema de otimização, a função objetivo e as restrições foram definidas de maneira a retratar o problema de coordenação envolvendo tanto os relés de distância quanto os direcionais de sobrecorrente. A metodologia foi aplicada a dois sistemas, um fictício com 16 relés e um sistema de transmissão real com 44 relés, sendo que em ambos os casos ela apresentou resultados bastante satisfatórios proporcionando ajustes bem coordenados. / Electrical power systems protection has a very important role in the aspect of ensuring energy supply with safety and reliability. Thus, improper action or non-actuation of this protection system can cause materials and/or economics damages to electricity utilities as well as ordinary energy consumers. Therefore the protection system must be well adjusted so it can ensure its functions and thus being sensible, selective, reliable and fast. In order to achieve these characteristics, the protective relays must be well coordinated. In the case of meshed transmission systems, the protection is generally performed by distance relays as primary protection associated with directional overcurrent relays as backup protection. The process of adjusting these relays is very tough, slow and it can even be subject to the protection engineer mistakes. In this context, this work aims to develop a particle swarm optimization based methodology that can automatically obtain these relays adjusts so they can ensure relays coordination and selectivity, and then make this setting process faster and more precise. Thus, this methodology may provide a very favorable tool to aid the protection engineer. Moreover, as in any optimization problem, the objective function and the constraints were defined to represent the coordination problem involving both distance and directional overcurrent relays. The methodology was applied to two systems, a fictitious with 16 relays and a real transmission system with 44 relays, and in both cases it showed satisfactory results providing well-coordinated settings.

Este trabalho apresenta uma estratégia para realizar o controle de tensão em um sistema de distribuição de energia elétrica dotado de comutadores de tap sob carga. Será investigada a aplicação de sistemas inteligentes para tornar os relés reguladores de tensão mais flexíveis. A inserção de módulos inteligentes em relés reguladores de tensão convencionais irá permitir um melhor aproveitamento das funcionalidades já existentes destes dispositivos. Ainda como foco do estudo, pretende-se atuar apenas na subestação de distribuição, realizando medições no barramento secundário e tomando medidas de controle também neste barramento. A capacidade dos sistemas fuzzy em tratar informações incertas, bem como sua potencial aplicabilidade em problemas tendo comportamentos não previsíveis, permitiram a criação de uma estratégia de controle de tensão que atende todas as regulamentações dos órgãos fiscalizadores e, também, os anseios das concessionárias de distribuição de energia elétrica devido aos resultados promissores obtidos em simulação com dados reais das subestações. / This work presents an approach to voltage control in power distribution systems with load tap changers. Intelligent approaches are studied and applied in voltage regulator relay in order to improve the voltage profiles of the system. The proposal of this work is the addition of fuzzy modules in the conventional voltage regulator relays, which allows the exploration of the main functionalities already implemented in such devices. The adaptive fuzzy voltage regulator relay controls the voltage in the distribution substation, monitoring electrical variables and performing the regulation on secondary bus based on the results provided by the fuzzy modules, which are capable to take into account the voltage profile standards for distribution systems as well as operational interests defined by electrical distribution companies. Simulation results using real data from substations are presented to validate the proposed approach.

O trabalho tem como objetivo avaliar e propor a utilização de soluções tecnológicas que permitam a redução dos riscos causados por arcos elétricos nas instalações de uma unidade industrial com sistema isolado de geração elétrica. Por ser extremamente danosa à segurança das pessoas que interagem com uma instalação elétrica e por causar danos significativos aos equipamentos e instalações, a energia incidente, proveniente de um arco elétrico, deve ser mensurada em conformidade com as normas existentes e os riscos devem ser controlados e mitigados, de maneira a não comprometer a integridade física das pessoas e das instalações. Dessa forma, o presente trabalho propõe alterações no sistema de proteção e a inserção de dispositivos dedicados à identificação de arcos elétricos no interior de painéis da unidade em questão, contribuindo significativamente para a redução da energia incidente liberada na ocorrência de um arco elétrico. Essa redução da energia incidente é conseguida devido à redução do tempo para eliminação da falta, necessitando, dessa forma, de dispositivos e relés de proteção voltados exclusivamente para a proteção contra arco elétrico. / This dissertation aims to evaluate and propose the use of technological solutions that enable the reduction of risks caused by arc flash on the premises of an industrial unit with insulated system of electricity generation. It may be extremely damaging to the safety of people who interact with electrical installations and could cause significant damage to the equipment and facilities, the incident energy from an arc flash should be measured in accordance with existing standards, their risks must be controlled and attenuated, in order not to compromise the physical integrity of people and facilities. That way, this paper proposes changes into the system of protection and the insertion of devices dedicated to the identification of arc flashes inside panels of the unit concerned, contributing significantly to the reduction of incident energy released in the event of an arc flash. This reduction is obtained by lowering the time for the elimination of absence, requiring, therefore, devices and protective relays devoted exclusively to protect against electric arc.

Neste trabalho, será abordada a proteção digital fundamentada na teoria de ondas viajantes e da ferramenta Transformada Wavelet. Um algoritmo completo para proteção digital foi implementado, consistindo basicamente nos módulos de detecção, classificação e localização da falta, com a conseqüente determinação das zonas de proteção do relé. Para este esquema completo de releamento, empregou-se como ferramenta de análise a Transformada Wavelet. Sinais transitórios de alta freqüência gerados por uma situação de falta podem ser analisados pela Transformada Wavelet, detectando-se com precisão o instante de chegada das ondas em um ou nos dois terminais da linha. Conhecendo o instante de chegada dessas ondas e sua velocidade de propagação, a zona de proteção na qual a falta está alocada pode ser estimada de maneira fácil e rápida. A capacidade de acusar com precisão os instantes de chegada das ondas torna a Transformada Wavelet adequada ao problema de determinação das zonas de proteção. Nessa implementação, o usuário pode escolher entre as técnicas de aquisição de dados provenientes de um ou de dois terminais. O algoritmo foi implementado através do software Matlabâ e posteriormente testado, quando se utilizaram dados de faltas obtidos através de simulações no software ATP (Alternative Transients Program). Nas simulações aplicadas a este software, considerou-se um sistema de transmissão de 440 kV. As simulações produziram uma base de dados, variando-se os seguintes parâmetros: tipos de faltas, localizações ao longo da linha, ângulos de incidência, resistências de faltas, entre outros. Pelos resultados alcançados, pode-se afirmar que a aplicação é bastante adequada para uso em relés digitais de distância. / The present work deals with digital protection based on the traveling wave theory and Wavelet transform. An complete algorithm for digital protection was implemented. It is composed of modules of fault detection, classification, location, with protection zone determination. For this complete relaying scheme the Wavelet transform was employed as analysis tool. Transient signals of high frequency generated by the fault occurrence was analyzed by the Wavelet transform, and also the instant of the waves arrival was accurately detected in one or two terminals of the line. By knowing the instant of the arrival of the waves and their propagation velocity, the protection zone, in which the fault is located, can be estimated easily and quickly. The Wavelet transform property of accurate detection the instant of waves arrival make it appropriate to the problem of protection zone determination. In this implementation, the user can choose between the location techniques using data from one or two terminals. The algorithm was implemented by Matlab® software and then tested utilizing data of faults obtained by means of simulations of ATP software (Alternative Transients Program). In these simulations, a transmission line of 440 kV was considered. These simulations produced a database composed of various fault types considering different fault locations, fault inception angles and fault resistances. According to the analysis of the test results, it is possible to verify that the application is very adequate for use in digital distance relays.

Este trabalho propõe uma nova metodologia para a solução do problema de coordenação de relés direcionais de sobrecorrente em sistemas de transmissão em malha. São utilizadas informações sobre a atuação do relé como dispositivo de proteção principal (ou retaguarda local no caso de se considerar o relé de distância) e também de sua atuação como proteção de retaguarda remota, fornecendo uma base mais sólida para definição dos ajustes. A partir de uma série de critérios determinados de acordo com a instalação, define-se uma área de ajuste do relé, diretamente sobre sua curva de atuação. Sobre esta área, aplica-se um método de otimização capaz de encontrar o melhor ajuste possível para o dispositivo em análise. A metodologia é aplicada sem a necessidade de uma análise topológica do sistema, sendo que as informações da localização do relé e sua integração com os outros dispositivos de proteção são resumidas durante o estudo de curto-circuito, que fornece os dados de entrada para a metodologia. O algoritmo resume os critérios de coordenação em pontos de referência, de modo que a análise é feita relé a relé, eliminando assim problemas comuns como o de tratamento de banco de dados e ganhando em agilidade e simplicidade no tratamento do problema. A resposta fornecida é bastante intuitiva, sendo fácil entender os resultados obtidos e quais seriam as implicações caso na prática sejam necessárias adequações à instalação. / This work proposes a new methodology to solve the problem of coordination of directional overcurrent relays in meshed transmission systems. Using information about the operation of the directional relay as primary protection (or local backup, in the case of considering the distance relay) and also its role as remote backup protection, the methodology provides a more solid basis for defining settings. Based on a series of criteria determined in accordance with the installation, an area of relay feasible settings is defined directly over their time-overcurrent curve. On this area, an optimization method is applied to find the best possible setting for the device under analysis. The method is applied without the need for topological analysis of the system, and the information of the relay location and its integration with other protective devices are summarized during the short circuit study, which provides the input data for the methodology. The algorithm summarizes the criteria of coordination in landmarks and the analysis is performed relay by relay, thus common problems are eliminated, such as database treatment, gaining agility and simplicity in treating the problem. The answer provided is extremely intuitive, making it easy to understand the results and what would be the implications in case of, in practice, be necessary to perform adjustments to fit with the installation.

Este trabalho propõe uma nova metodologia para a solução do problema de coordenação de relés direcionais de sobrecorrente em sistemas de transmissão em malha. São utilizadas informações sobre a atuação do relé como dispositivo de proteção principal (ou retaguarda local no caso de se considerar o relé de distância) e também de sua atuação como proteção de retaguarda remota, fornecendo uma base mais sólida para definição dos ajustes. A partir de uma série de critérios determinados de acordo com a instalação, define-se uma área de ajuste do relé, diretamente sobre sua curva de atuação. Sobre esta área, aplica-se um método de otimização capaz de encontrar o melhor ajuste possível para o dispositivo em análise. A metodologia é aplicada sem a necessidade de uma análise topológica do sistema, sendo que as informações da localização do relé e sua integração com os outros dispositivos de proteção são resumidas durante o estudo de curto-circuito, que fornece os dados de entrada para a metodologia. O algoritmo resume os critérios de coordenação em pontos de referência, de modo que a análise é feita relé a relé, eliminando assim problemas comuns como o de tratamento de banco de dados e ganhando em agilidade e simplicidade no tratamento do problema. A resposta fornecida é bastante intuitiva, sendo fácil entender os resultados obtidos e quais seriam as implicações caso na prática sejam necessárias adequações à instalação. / This work proposes a new methodology to solve the problem of coordination of directional overcurrent relays in meshed transmission systems. Using information about the operation of the directional relay as primary protection (or local backup, in the case of considering the distance relay) and also its role as remote backup protection, the methodology provides a more solid basis for defining settings. Based on a series of criteria determined in accordance with the installation, an area of relay feasible settings is defined directly over their time-overcurrent curve. On this area, an optimization method is applied to find the best possible setting for the device under analysis. The method is applied without the need for topological analysis of the system, and the information of the relay location and its integration with other protective devices are summarized during the short circuit study, which provides the input data for the methodology. The algorithm summarizes the criteria of coordination in landmarks and the analysis is performed relay by relay, thus common problems are eliminated, such as database treatment, gaining agility and simplicity in treating the problem. The answer provided is extremely intuitive, making it easy to understand the results and what would be the implications in case of, in practice, be necessary to perform adjustments to fit with the installation.

Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Energia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Orientador: Prof. Dr. Ricardo Caneloi dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2015. / Com a expansão e o crescimento das redes elétricas, surge a necessidade de usar novas fontes de energia para suprir toda a demanda requerida pelos consumidores. Para atender esta demanda, geradores de pequeno porte (GDs) são instalados ao longo das redes elétricas, para assim aproveitar as diversas fontes de energia que se encontram espalhadas pelo país. No entanto, para conectar estes GDs nas redes elétricas é preciso considerar o evento de ilhamento. Uma condição de ilhamento ocorre quando uma parte do sistema de potência fica ilhado eletricamente da rede da concessionária, podendo causar assim sérios problemas à qualidade da energia suprida aos consumidores. Em virtude da dificuldade, diante de algumas condições de operação, em diferenciar uma situação de ilhamento de outros eventos transitórios que ocorrem em uma rede elétrica, se faz necessária a busca por novos métodos de detecção de ilhamento, em alternativa aos métodos tradicionais. Neste trabalho é apresentado o estudo de um algoritmo baseado em Redes Neurais Artificiais (RNAs) para a detecção de ilhamento de geradores distribuídos. O presente algoritmo detecta as condições de ilhamento ao analisar os sinais de tensão da barra do GD, por meio de uma RNA do tipo Multilayer Perceptron (MLP). Baseando-se no algoritmo estudado, é proposta uma arquitetura de relé digital para ser implementada em hardware utilizando o software LabVIEW e os chassis cDAQ-9172 e cRIO-9073 (plataformas comerciais de hardware). O algoritmo implementado em hardware foi avaliado com sinais elétricos reais e mostrou-se adequado para a detecção de ilhamento na rede elétrica adotada. Um estudo sobre a implementação do algoritmo com diferentes tipos de plataformas (real time e não real time) e com diferentes taxas de amostragem foi desenvolvido, permitindo avaliar precisamente a relação "recurso de hardware x precisão dos resultados". / Since the power demand is increasing, additional electrical power sources are required to properly supply all consumers. To meet this new increased demand small generators (DGs) are installed in the power grid, thus allowing to use electrical power sources available around the country. However, to connect such DGs in the power grid the islanding event must be considered. An islanding condition takes place when a section of the grid is inadvertently isolated from the utility, thus resulting in problems related to the power quality delivered to the consumers, among others. Depending on the operational condition, it is a complex task to distinguish an islanding situation from other possible events in the power system, new methods are needed to develop this task. This work presents an islanding detection algorithm based on artificial neural network (ANN), more specifically by using a multilayer perceptron (MLP). Considering the presented algorithm a digital relay architecture is proposed to be implemented in hardware by using the software LabVIEW and its commercial platforms (cDAQ-9172 and cRIO-9073). The proposed algorithm was evaluated in hardware using real signals and its expected behavior was checked. Besides, a study considering different sampling rates and different types of hardware (real time and not real time) platforms was developed, thus allowing to precisely verify the relation "hardware x accuracy".