Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-04-10T18:58:09Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Diogo Pereira Veloso - 2017.pdf: 3906692 bytes, checksum: 8d731c4df11a717552eb2bbe8b58f5ea (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-04-11T12:52:13Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Diogo Pereira Veloso - 2017.pdf: 3906692 bytes, checksum: 8d731c4df11a717552eb2bbe8b58f5ea (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-11T12:52:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Diogo Pereira Veloso - 2017.pdf: 3906692 bytes, checksum: 8d731c4df11a717552eb2bbe8b58f5ea (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Power transformers are essential equipment in eletric systems. Considered as highly expensive equipment it requires greater attention regarding the occurrence of failures. A failure on equipment can cause serious trouble to the concessionaire responsible for the generation, transmission and distribution of energy. In the present scenario, where legislation has increased the severity with which oversees these failures and demanding a higher efficiency of the same, it is necessary to create appropriate policies to investigas possible equipment failure. These failures can be caused by several factors, among them, the gases dissolved in the oil due to its degeneration. One of the most used techniques for the diagnosis of power transformers from these dissolved gases is the Duval Triangle, a method that has a precision and considerably high reliability. However, for proper planning of maintenance, avoiding a possible sudden withdrawal and supply cut, it is necessary to provide further information, including a quantitative analysis of the causes of failure and a history of the evolution of the operating status of the machine. To this end it is proposed to use a fuzzy logic by the method of Duval to provide an analysis of the transitions between the diagnostic originally presented to enable monitor the level of relevance of each possible cause for the diagnosis equipment allowing perform scheduled and preventive maintenance. The proposed methodology was validated using real data equipment in operation in the brazilian electric system. / Transformadores de potência são equipamentos essenciais em um sistema elétrico. São considerados equipamentos de alto custo que requerem uma maior atenção no que tange a ocorrência de falhas. Uma falha em um equipamento pode causar sérios prejuízos à concessionária responsável pela geração, transmissão e distribuição de energia. No cenário atual, onde a legislação vem sempre aumentado o rigor com que fiscaliza essas falhas e cobrando uma maior eficiência das mesmas, faz-se necessário criar políticas adequadas para investigas possíveis falhas nos equipamentos. Falhas essas que podem ser originadas por diversos fatores, dentre eles, pelos gases dissolvidos no óleo devido a sua degeneração. Um dos métodos mais utilizados para diagnóstico de transformadores de potência é a análise de gases dissolvidos utilizando o Triângulo de Duval, que apresenta uma precisão e confiabilidade consideravelmente altas. No entanto, para um planejamento adequado de manutenção, evitando uma possível retirada brusca do equipamento e corte no fornecimento, é necessário prover mais informações, incluindo uma análise quantitativa das causas das falhas e um histórico da evolução do estado operativo do equipamento. Para tanto propõe-se a utilização de uma lógica fuzzy junto ao método de Duval para fornecer uma análise das transições entre os diagnósticos apresentados originalmente de forma a permitir acompanhar a evolução do nível de pertinência de cada possível causa no diagnóstico do equipamento, possibilitando realizar manutenções programadas e preventivas. A metodologia proposta foi validada utilizando dados reais de equipamentos em operação no sistema slétrico brasileiro.

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Fujio Sato / Tese (outorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T07:31:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_AlexandreBatistadeJesus.pdf: 4145945 bytes, checksum: 842edd8e3f4d7ce1970318c4cd2dbeb8 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho apresenta uma ferramenta computacional denominada Gerenciador de Paralelismo de Alimentadores Radiais de Distribuição (GPARD), que foi desenvolvida para o estudo de manobras de paralelismo entre alimentadores radiais de distribuição de energia elétrica, localizados na mesma subestação ou em subestações diferentes, derivados do mesmo transformador ou de transformadores diferentes. O GPARD e uma ferramenta computacional que contribui para a operacao de sistemas de distribuição auxiliando os operadores do sistema na tomada de decisão para a realização de manobras de paralelismo durante a operacao ou em estudos prévios, fundamentada na analisem gráfica de resultados de simulação e de medidas remotas, resultando em flexibilidade operacional para o sistema e segurança para os consumidores. Tal ferramenta computacional poderá ser bastante utilizada em um ambiente de rede inteligente onde ações rápidas envolvendo medições, transmissão de dados e controle é necessária durante a operacao do sistema elétrico / Abstract: This work presents a computational tool named Management of Parallel Distribution Radial Feeders (GPARD), dedicated to the study of radial distribution feeders parallelism maneuvers, located in the same substation or in different substations, supplied by the same transformer or by different transformers. The GPARD is a computational tool that helps the operation of distribution systems helping system operators in making decisions for the maneuvers of parallelism during the operation or in previous studies, based on graphical analysis of simulation results and remote measurements resulting in operational flexibility to the system and safety to consumers. This computational tool can be utilized in a smart grid environment where fast actions involving measurements, data transmission and control are necessary for the operation of the electric system / Tese (outorado) - Universidade / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Este trabalho tem por meta focalizar a adaptação necessária na metodologia de planejamento atual, norteada segundo uma ótica determinística e conservadora, afim de permitir a elaboração de Programas de Obras de Transmissão/Subtransmissão, condicionados por limitações de teto no montante de investimento a curto e médio prazos. Para tanto, como tema central, busca-se desenvolver uma base conceitual e metodológica, para permitir uma exploração maximizada das possibilidades de carregamento de equipamentos e instalações do sistema de transmissão, contemplando a especificação das ferramentas computacionais necessárias para dar consequência prática à proposta. Considerando o potencial de análise proporcionado por métodos e técnicas de natureza probabilística, aplicados ao planejamento de Sistemas Elétricos, a espinha dorsal da evolução metodológica delineada no texto repousa sobre a avaliação de confiabilidade global e quantificação de riscos operativos. O texto foi estruturado em 8 capítulos onde, a partir de um capítulo introdutório, enfoca-se sequencialmente os temas: * Conceitos e Metodologias para Maximização do Carregamento de Transformadores de Potência. * Conceitos e Metodologias para Maximização do Carregamento de Linhas aéreas de Transmissão. * Impacto das Restrições Financeiras no planejamento e possibilidade de atuação a nível técnico para administrar o conflito entre qualidade de serviço e recursos limitados. * Conceitos e Metodologias para relaxação dos Critérios limitantes para o carregamento máximo de componentes do sistema, em ambiente de severas restrições financeiras, no horizonte de curto prazo. * Resultados obtidos em aplicações concretas a situações do Setor Elétrico, visando caracterizar o alcance do ferramental preconizado nos capítulos anteriores. * Critérios e Procedimentos para Padronização de Subestações e Linhas de Transmissão , coerentes com os conceitos de maximização de carregamento introduzidos nos dois primeiros capítulos. Ao final do texto, incluiu-se um capítulo de \"Conclusões\", com o objetivo de sumarizar os aspectos mais relevantes abordados no texto, assim como indicar linhas de ação e novos desenvolvimentos, necessários para permitir a efetivação prática da metodologia proposta. / An important problem posed to power system planners in developing countries is now becoming commonplace, even in developed countries, and concerns on how to fit an expansion plan into a tight budget, with the least reduction in reliability levels. This problem is known as power system planning under financial constraints and a series of methods is now available to deal with it. So, this work addresses the necessary adjustments in order to permit the Transmission / Sub-transmission Expansion Program establishment when there are investments constraints in a medium/short term range. The main emphasis is on the development of a methodological and conceptual framework, aiming at a maximizes exploration of the loading capability of transformers and transmission lines of the power network. In this context, a new methodological framework for transmission system planning in a financial constrained environment is presented. The proposed approach combines transmission projects priority evaluation and ranking as well as criteria flexibilization, being particularly suitable for short-term planning. The problem to be faced is to operate the system after a project postponement, while the service quality is kept so adequate as it is possible. One of the main issues to be focused is the transmission system uprating since a maximized equipment utilization can contribute to avoid a more significant restriction to the costumers. Therefore, a detailed description of the models for transmission lines and transformers loading limits assessment is presented, with emphasis on the main concepts and the application of probabilistic tools to circumvent the inherent conservatism of deterministic methods. A summary of the contents is presented in what follows: * Concepts and Methodology for Transformers loading maximization. * Concepts and Methodology for Transmission Lines loading maximization. * Financial Restrictions impacts on Expansion Planning Process and the possibilities to manager the conflict between service quality and investment constraints. * Concepts and Methodologies to the relaxation of Criteria that limits the loading capability of transmission lines, aiming at short term Planning under severe financial restrictions, * Obtained results in concrete applications of the proposed methodology and computational tools to Brazilian Electric Power System. * Methods and Criteria to standardization of Substations and Transmission Lines, according the main issues formerly introduced. * Conclusion and Future Research.

[pt] Transformadores de guia de onda são amplamente empregados no projeto de componentes em onda guiada e são encontrados em praticamente todas as cadeias alimentadoras de antenas e demais estruturas de onda guiada na faixa de microondas. Embora a teoria de transformadores seja conhecida, os requisitos de ordem sistêmica têm levado os projetos de transformadores de guia de onda ao seu limite. Para tal nível de exigência, e considerando o número de variáveis no projeto de transformadores, técnicas numéricas de análise (tais como FDTD e expansão modal dentre outros), e otimização têm sido obrigatoriamente empregadas. Por outro lado, o número de variáveis de um transformador, acaba sendo um processo de alto consumo de tempo computacional, incoerente com o porte e objetivo de custo desses transformadores. Este trabalho propõe uma possibilidade alternativa para a análise mais rápida para essas estruturas, através do emprego de formulações fechadas derivadas de métodos varacionais. Um modelo heurístico é proposto para o caso de descontinuidades em dois planos, sejam para o caso de descontinuidades homogêneas ou para não-homogêneas. / [en] Waveguide transformers are widely used on antenna’s feeder chains and other microwave devices. Although the theory of quarter wavelength transformers is well known, the current electrical performance of such microwave devices has been pushing the waveguide transformers design to its limit. For attending such level of requirements, and considering the number of existing variables on a waveguide transformer design, very accurate numerical techniques has been applied on its analyses, (such as FDTD, mode matching, etc), and optimization techniques as well. On the other hand, such numerical techniques are very memory and/or CPU/time consuming, which do not match with the cost objective of those simple concept transformers. This work proposes an alternative technique, based on close-form models derived from varational theory. A heuristic model is also proposed for attending the two plane transformer case, which can be easily applied for both homogeneous and inhomogeneous structures. Keywords Waveguide;

Las empresas modernas actualmente realizan una gestión sostenible, para preservar integridad en las personas y trabajadores, confiriendo seguridad, salud, responsabilidad social y respeto por el medio ambiente para evitar que sus residuos generados por diversas actividades originen la preocupación social y conflictos sociales. Los PCBs han sido empleados en múltiples actividades industriales, sus características físico químicas; los cuales fueron difundidos en la vida cotidiana como ejemplo refrigerante en transformadores y conductores eléctricos, los cuales son empleados de manera masiva por las empresas de distribución eléctrica como ELECTRONORTE S.A. Era necesario revertir esta situación en los activos contaminados con PCB´S en la empresa eléctrica ELECTRONORTE S.A. Esta propuesta toma como base el compromiso de Perú mediante el Convenio de Estocolmo sobre COPs. Los resultados alcanzados verifican la bondad de la propuesta de un sistema de gestión y control de transformadores de potencia contaminados con PCB´S en la empresa eléctrica ELECTRONORTE S.A., mediante el método de Descloración.

[pt] O tema abordado neste trabalho é a observação e análise, em regime permanente e dinâmico, da ocorrência de um fenômeno que já foi observado em condições reais de operação do sistema elétrico brasileiro, que é a relação oposta à usual entre a grandeza controlada e a grandeza controladora. Nestes caso, mesmo que haja margem de recursos para manter a tensão controlada, ela não é útil. Por exemplo, uma diminuição na relação de transformação num transformador de tapes variáveis, com intuito de aumentar a tensão controlada acaba por reduzí-la, até que os limites de troca de tapes sejam atingidos ou o sistema entre em colapso. Para demonstrar a existência do problema, foram executadas simulações, em regime permanente e dinâmico, e verificado o efeito do controle de tensão por um transformador com tapes variáveis e por compensadores estáticos de potência reativa, situações corriqueiras de um sistema de potência. Foram demonstradas situações em que foi possível verificar a mudança da região de operação. Para a análise em regime permanente foi utilizado um algoritmo de fluxo de carga, e para a análise dinâmica, uma simulação no domínio do tempo. Nas simulações envolvendo transformadores de tapes variáveis, foi possível verificar a existência o efeito reverso da ação de controle de tensão nas análises estática e dinâmica. Nas simulações utilizando o compensador estático de potência reativa houve divergência entre os resultados das duas análises. / [en] This work presents the observation and analysis, in steady state and dynamic performance, of the phenomenon already observed in real operation conditions of the Brazilian Electric System, which is the opposite relationship between the controlled value and the target value. In this case, even if the resources have margin to keep the voltage controlled, this is not useful. For example, the reduction in the turn ratio on load tap changer transformer, with the aim of increase in the controlled voltage, result in its reduction, until the tap changer limit is reached or the system is led to the collapse. To demonstrate the existence of this problem, steady state and dynamic performance simulations were done, and the voltage control effect by on load tap changer transformer and static var compensator , current situations in a power system. Several situations where is possible verify the operation region changing was demonstrated. For steady state analysis was used a load flow algorithm and, for the dynamic analysis, a time domain simulation. In the simulations with on load tap changer transformer, it was possible to verify the existence of the reverse effect of the voltage control action in the static and dynamic analysis. In the simulations using static var compensator, a divergence was found between the results in the two analyses.

Esta pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento de um algoritmo computacional capaz de diagnosticar as condições operativas de transformadores de potência. As variáveis tomadas como base para classificar as condições apresentadas se referem às usualmente empregadas pela lógica de proteção diferencial, ou seja, a corrente diferencial e o conteúdo harmônico presente nos sinais em análise. Além disto, foi também verificada a relação entre alguns dos fenômenos associados à falta de qualidade da energia elétrica originados pelos consumidores conectados no secundário e refletidos ao primário do transformador. O algoritmo desenvolvido utilizou-se da Transformada Wavelet e de técnicas de inteligência artificial (Lógica Fuzzy e Redes Neurais Artificiais), com o objetivo de inferir sobre os relacionamentos supracitados. Todos os testes para validação da metodologia proposta foram realizados dispondo de um sistema elétrico simulado no software ATP (Alternative Transients Program). Os resultados encontrados denotam que, frente às condições analisadas, correntes diferenciais e conteúdo harmônico indesejado podem vir a surgir, fazendo com que a lógica implementada venha a diagnosticar erroneamente a condição de operação enfrentada. Os resultados avaliam ainda a propagação destas condições do secundário para o primário do transformador em análise. / This research aimed to develop an algorithm able to diagnose the operating conditions of power transformers. The variables considered to classify the presented conditions were the normally used by differential protection logic, i.e., the differential current and the harmonic content in the signals in analysis. Moreover, the relationship between some phenomena associated to a poor power quality originated from consumers connected to the secondary and reflect to the primary side of the transformer was also verified. In order to infer the relationships above mentioned, the developed algorithm used the Wavelet Transform and artificial intelligence techniques (Fuzzy Logic and Artificial Neural Networks). All the tests applied to validate the proposed methodology were performed making use of the ATP (Alternative Transients Program). In face of the analyzed conditions, the results show that differential currents and undesired harmonic content can arise and the implemented logic will erroneously diagnose the operation condition addressed. The results also illustrate the propagation of these conditions from secondary to primary side of the analyzed transformer.

Este trabalho tem como objetivo apresentar um algoritmo de proteção diferencial de geradores baseado em Redes Neurais Artificiais (RNAs), que seja robusto e confiável em situações onde os algoritmos padrões podem apresentar dificuldades, como no caso, da saturação de TCs. O algoritmo desenvolvido é constituído por dois módulos principais: a) um módulo de detecção da saturação dos transformadores de corrente (TCs) empregados na proteção diferencial de geradores e; b) um módulo de correção das formas de onda distorcidas devido à saturação dos TCs. Os módulos utilizam RNAs para detectar e corrigir situações onde haja saturação dos TCs, a fim de evitar a má operação da proteção diferencial. O algoritmo foi desenvolvido em ambiente Matlab e validado com base nos dados da modelagem e simulações de um sistema elétrico utilizando o software Alternative Transients Program (ATP). / This work has as objective to present an algorithm for differential protection of generators based on Artificial Neural Networks (ANN), which is robust and reliable in situations where standard algorithms fail, as in the case of Current Transformer (CT) saturation. The algorithm developed consists of two main modules: a) a module to detect saturation of CTs used in differential protection of generators and; b) module to correct distorted waveforms due to CT saturation. The modules use ANNs to detect and correct situations where there is saturation of CTs in order to avoid misoperation of the differential protection. The algorithm was developed using Matlab software and validated based on data modeling and simulations of a power system using the Alternative Transients Program (ATP) software.

As elevadas perdas existentes no setor elétrico tem causado preocupação nas empresas de distribuição, aliadas ainda a necessidade crescente de um desenvolvimento econômico sustentável. Neste cenário a calibração periódica dos instrumentos destinados a medição (entre eles os transformadores de instrumentos) tornam-se essenciais e tais procedimentos encontram-se previstos no novo modelo de operação do setor elétrico. Porém, as dificuldades logísticas e operacionais de transporte a laboratórios metrológicos credenciados dificultam a execução de tais serviços. As técnicas e métodos desenvolvidos nesse trabalho visam a implementação de uma unidade eletrônica capaz de aquisitar e processar dados provenientes de transformadores de instrumentos, de natureza indutiva (denominado de convencional) e ópticos, bem como seus subsistemas de apoio, como ferramentas de medição e calibração portátil, móvel, para execução dos serviços metrológicos in situ nos ambientes das subestações e cabines primárias. Estes serviços, apesar de estarem em estágio incipiente, são de extremo interesse para empresas de energia elétrica. Este projeto está baseado no estado da arte de componentes da eletrônica analógica e digital, onde destacam-se conversores analógico/digital (A/D), microprocessadores, osciladores, FPGA e técnicas computacionais para processamento digital de sinais. São apresentadas as formas de implementação tanto em hardware como em software para esta unidade eletrônica de forma a atender aos requisitos funcionais especificados e às normas do INMETRO e normas internacionais equivalentes para aplicações metrológicas. A validação é baseada em testes comparativos dos fasores na frequência fundamental dos sinais obtidos, analisando os valores de amplitude (para cálculo de erro de relação) e de fase ( para cálculo de erro de fase) entre transformadores ópticos e convencionais, sendo que estes últimos podem ser de referência ou não. / The high losses in the electricity sector have caused concern in distribution companies, together with the growing need for sustainable economic development. In this scenario the periodic calibration of instruments intended for measurement (including instrument transformers) become essential and such procedures are provided for in the new model of operation of the electric sector. However, the logistical and operational difficulties of transportation to accredited metrological laboratories make it difficult to perform such services. The techniques and methods developed in this work are aimed at the implementation of an electronic unit capable of acquiring and processing data from instrument transformers of an inductive (conventional) and optical nature, as well as its supporting subsystems, such as portable and mobile measuring and calibration tools for the execution of on-site metrological services in the substations and primary cabins. These services, although in an incipient stage, are of extreme interest to electric energy companies. This project is based on the state-of-the-art components of analog and digital electronics, including analog/digital (A/D) converters, microprocessors, oscillators, FPGA and computational techniques for digital signal processing. The forms of implementation in both hardware and software for this electronic unit are presented in order to meet the functional requirements specified and the standards of the Instituto Nacional de Metrologia (INMETRO) and equivalent international standards for metrological applications. The validation is based on comparative tests of the phasors at the fundamental frequency of the obtained signals, analyzing the amplitude (for ratio error calculation) and phase (for phase error calculation) between optical and conventional transformers, the last one can be reference or not.

Uma série de equipamentos de eletrônica de potência é ligada à rede de corrente alternada através de transformadores, que exercem as funções de isolamento galvânico, elevação/abaixamento de tensão, etc. Estes transformadores podem sofrer saturação em condições transitórias (inrush) ou quando o conversor ligado a ele impõe valor médio não nulo de tensão. O problema é normalmente sanado nas malhas de controle do conversor, no entanto o ajuste destas malhas em ambiente de simulação computacional requer um modelo que represente adequadamente a característica de saturação do núcleo ferromagnético. Este trabalho apresenta um modelo de simulação computacional adequado para transformadores operando em saturação intensa, visando aplicações em projetos de equipamentos de eletrônica de potência com transformador monofásico alimentado por inversor. Além disso, é demonstrado um método experimental de obtenção da característica de saturação do núcleo, sem necessidade das suas características construtivas. Resultados de simulação obtidos são comparados com resultados experimentais para validação do modelo e método. / Several power electronics based equipments are connected to the alternating current network through transformers, which perform galvanic insulation, voltage increasing/lowering, etc. These transformers may experience saturation under transitory conditions (inrush), or when its converter imposes non-zero average voltage. Such problem is commonly treated in the converter\'s control loops, but the tuning of these loops in a computer simulation environment requires a transformer model that represents adequately the ferromagnetic core saturation effect. The current work proposes a computer simulation model that adequately describes the operation of the transformer at deep saturation, suitable for design of power electronics applications with single phase transformers connected to power inverter. Additionally, an experimental method for determining its core saturation characteristic is demonstrated. This method does not require previous knowledge of the core\'s constructive parameters. Simulation and experimental results are presented to confirm the validity of the model and the method.