Certaines applications haute température telles que le forage, l’aéronautique ou l’aérospatial, amènent à repenser la conception des alimentations isolées permettant la commande des éléments de puissance. Ce mémoire s’articule autour de l’étude de la faisabilité et de l’enfouissement d’un convertisseur isolé possédant une forte isolation statique (10kV) et dynamique (<10 pF), pouvant travailler sous de hautes températures (>250°C), dans les gammes de tension de sortie de la dizaine de volts et de puissance de l’ordre du Watt. Pour ne pas être contraint par la température de Curie d’un matériau magnétique, cette alimentation DC/DC se base sur un transformateur à air. Dans un premier temps, cette thèse détaille l’origine, la mesure et l’estimation des éléments du modèle électrique choisi pour le transformateur. Ensuite, afin de maximiser la transmission de puissance, nous constituons un système résonnant en ajoutant des condensateurs en parallèle ou en série avec le transformateur, puis nous développons une méthode permettant d’accorder l’ensemble. La comparaison entre les topologies nous amène ensuite à choisir compensation série-série. Puis nous constatons que la technologie choisie pour les condensateurs, la contrainte d’isolation statique et dynamique peuvent diviser par plus de deux la puissance transmise au travers d’une surface. Enfin, nous abordons comment redresser et réguler la tension de sortie sans affecter la résonnance ou l’isolation apportée, tout en minimisant les pertes générées. Une dernière partie montre que, moyennant un système de dissipation un processus de fabrication adapté, il est possible d’intégrer la structure complète sur silicium / High temperature applications such as deep drilling, aeronautics or aerospace, lead to rework the isolated power supplies used for the control of the power elements. This work study the feasibility of an embedded converter with high static (10kV) and dynamic (<10 pF) insulation, able to work under high temperatures (> 250 ° C), in the ranges of dozens volts for the output voltage and several Watt of transmitted power. To avoid being constrained by a magnetic material Curie temperature of, we use a coreless transformer based DC/DC power supply. First of all, this thesis details the origin, the measurement and the estimation of the elements of the chosen transformer electric model. Then, to maximize the transferred power, we form a resonant structure by adding capacitors in parallel or in series with the transformer, then we develop a method to tune the whole. The comparison between the topologies leads us to choose a serial-serial compensation. Then we note that the technology chosen for capacitors, the static and dynamic insulation constraint can divide by more than two the power transmitted through a surface. Finally, we discuss how to rectify and regulate the output voltage without affecting the resonance or insulation provided, while minimizing the losses generated. A last part exhibit that with a suitable dissipation system and manufacturing process, it is possible to integrate the complete structure on silicon chips

O trabalho aborda o estudo e o desenvolvimento de um interferômetro sensor de alta tensão, baseado em célula Pockels (modulador eletro-óptico) na topologia reflexiva (\"double pass\") e que é parte integrante de um Transformador de Potencial Óptico (TPO), que utiliza sistema interferométrico de luz branca (WLI-White Light Interferometry), que está sendo desenvolvido pelo grupo do Laboratório de Sensores Ópticos (LSO) do PEA-EPUSP, e é capaz de medir diretamente tensões presentes em sistema elétrico de potência (SEP) classe 69kVRMS. Para desenvolver o tema proposto foi feita uma revisão da literatura baseada em livros, artigos e teses para identificar topologias em moduladores eletro-ópticos transmissiva (\"single pass\") e reflexiva (\"double pass\") para definir o tipo de modulador mais adequado para a aplicação em questão. A partir dos estudos e implementações realizadas, verificou-se um enorme potencial para o desenvolvimento e aplicação da topologia \"double pass\" no sensor interferométrico da célula de alta tensão do TPO. A topologia mostrou-se vantajosa em relação aos protótipos dos TPOs desenvolvidos anteriormente, a partir de características tais como: a facilidade de recurso de alinhamento do feixe de luz, construção e reprodução relacionados ao cristal eletro-óptico, diminuição do número de componentes ópticos volumétricos e aumento da rigidez dielétrica da célula sensora. Simulações computacionais foram realizadas mediante a aplicação do método dos elementos finitos (MEF) que contribuíram para o auxílio do projeto da célula sensora, particularmente, para estimativa do valor da voltagem de meia onda, V?, parâmetro importante para o projeto do TPO. Um protótipo do TPO com célula sensora de alta tensão reflexiva foi implementado e testado no laboratório de alta tensão do IEEUSP a partir de ensaios com tensões nominais de 69kVrms a 60Hz e máxima de 140kVrms a 60 Hz. Como resultado deste trabalho, amplia-se o conhecimento e domínio das técnicas de construção de interferômetros sensores de alta tensão na topologia reflexiva aplicadas a TPOs. / This work describes the study and development of a high-voltage interferometer sensor based on Pockels cell (electro-optical modulator) in the reflective topology (double pass), which is part of an optical potential transformer (OPT) using a white light interferometry system (WLI) being developed by the Optical Sensors Laboratory (LSO) group from PEA-EPUSP, which is able to directly measure power electrical system (PES) voltages for the 69kVrms class. To develop the work, a bibliographic review was made on books, papers and theses in order to identify electro-optical modulators related to transmissive (single pass) and reflective (double pass) topologies aiming at defining the most appropriate modulator type for the present application. From the studies and implementations performed, it was realized that there is a huge potential for the development and application of \'double pass\' topology in the OPT high-voltage interferometric sensor. This topology showed to be advantageous compared to previously developed OPT prototypes for characteristics such as: ease of beam alignment feature, construction and reproduction related to the electro optical crystals, decrease of volumetric optical components number and increase of the sensor cell dielectric strength. Computer simulations were performed by applying the Finite Element Method (FEM) that contributed to the sensor cell design, particularly in estimating the half-wave voltage value, V?. The OPT with the reflective high-voltage sensing cell was implemented and tested at the high voltage laboratory of IEE-USP for the 69kVrms at 60Hz nominal voltage and the 140kVrms at 60Hz maximum voltage. As a result of this work, nationwide expertise over the techniques of construction of high-voltage interferometer sensors in reflective topology applied to OPTs was achieved and knowledge was broadened.

O complexo Drosophila buzzatii (grupo repleta) compreende 13 espécies, divididas em três clusters, de acordo com o bandeamento observado nos cromossomos politênicos: cluster D. stalkeri, incluindo D. richardsoni e D. stalkeri, restrito às ilhas do Caribe e Flórida; cluster D. martensis, incluindo D. martensis, D. uniseta, D. venezolana e D. starmeri, encontrado em áreas desérticas da Colômbia e Venezuela; e cluster D. buzzatii, incluindo D. buzzatii, D. koepferae, D. antonietae, D. serido, D. gouveai, D. borborema e D. seriema, habitando regiões sazonalmente secas ao longo da diagonal de vegetação aberta da América do Sul. O presente estudo teve como objetivo inferir as relações filogenéticas entre as espécies do complexo D. buzzatii, dando ênfase ao cluster D. buzzatii, por meio de análises multilocus de genes mitocondriais (COI e COII) e nucleares (EF-1F1, transformer e period). Nas hipóteses filogenéticas estabelecidas, as espécies do complexo D. buzzatii constituíram um grupo monofilético, composto por dois subgrupos monofiléticos, os clusters D. martensis e D. buzzatii, e um parafilético, o cluster D. stalkeri. As relações de parentesco entre as espécies do cluster D. buzzatii foram estabelecidas. Drosophila buzzatii ocupou a posição mais basal dentro do cluster D. buzzatii, estando proximamente relacionada à espécie D. koepferae. Drosophila antonietae ocupou uma posição intermediária em relação às espécies D. koepferae e D. serido, que representa o táxon irmão do ramo formado por D. gouveai, D. borborema e D. seriema, com D. gouveai ocupando uma posição mais basal em relação às espécies irmãs D. borborema e D. seriema. Foi detectada seleção purificadora como a principal força dirigindo a evolução dos genes nucleares transformer e period, para as espécies do complexo D. buzzatii. O gene mitocondrial COI, por sua vez, foi utilizado para estimar os tempos de divergência para as espécies do cluster D. buzzatii, revelando que o processo de diversificação do grupo iniciou-se no período Plioceno, provavelmente em decorrência de eventos de vicariância associados à elevação dos Andes, sendo também influenciado pelo avanço e retração da vegetação xerófita, nas flutuações climáticas do Pleistoceno. / Drosophila buzzatii complex (repleta group) consists of 13 species, divided into three clusters according to the banding seen in polytene chromosomes: D. stalkeri cluster, including D. richardsoni and D. stalkeri, restricted to the Caribbean Islands and Florida; D. martensis cluster, including D. martensis, D. uniseta, D. venezuelana and D. starmeri, found in desert areas of Colombia and Venezuela, and D. buzzatii cluster, including D. buzzatii, D. koepferae, D. antonietae, D.gouveai, D. borborema and D. seriema, that inhabit seasonally dry regions along the open vegetation diagonal in South America. This study aimed to infer the phylogenetic relationships among the D. buzzatii species complex, emphasizing the D. buzzatii cluster, by multilocus analysis of mitochondrial (COI and COII) and nuclear (EF-1F1, transformer and period) genes. In established phylogenetic hypotheises, the species of the D. buzzatii complex formed a monophyletic group, composed of two monophyletic subgroups, the D. martensis and D. buzzatii clusters, and a paraphyletic one, the D. stalkeri cluster. The relationships among the D. buzzatii species cluster were established. Drosophila buzzatii occupied the most basal position within the D. buzzatii cluster and is closely related to D. koepferae. D. antonietae occupied an intermediate position in relation to the D. koepferae and D. serido species. D. serido represents the sister taxon of the branch formed by the D. gouveai, D. borborema and D. seriema species, with D. gouveai occupying a basal position in relation to the sister species D. borborema and D. seriema. It was detected that purifying selection is the main force driving the evolution of transformer and period nuclear genes for the species of the D. buzzatii complex. The divergence time of the D. buzzatii species cluster was estimated by the COI gene analysis, revealing that the process of diversification of the group began in the Pliocene period, probably due to vicariant events associated with the uplift phase of the Andes, and it was also influenced by the advance and retraction of xerophytic vegetation in Pleistocene climatic fluctuations.

O transformador de potência é um importante equipamento utilizado no sistema elétrico de potência, responsável por transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro e transformar tensões e correntes de um circuito elétrico. O transformador de potência tem ampla aplicação, podendo ser utilizado em subestações de usinas de geração, transmissão e distribuição. Neste sentido, mudanças recentes ocorridas no sistema elétrico brasileiro, causadas principalmente pelo aumento considerável de carga e pelo desenvolvimento tecnológico tem proporcionado a fabricação de um transformador com a aplicação de alta tecnologia, aumentando a confiabilidade deste equipamento e, em paralelo, a redução do seu custo global. Tradicionalmente, os transformadores são fabricados com um sistema de isolação que associa isolantes sólidos e celulose, ambos, imersos em óleo mineral isolante, constituição esta que define um limite à temperatura operacional contínua. No entanto, ao se substituir este sistema de isolação formado por papel celulose e óleo mineral isolante por um sistema de isolação semi- híbrida - aplicação de papel NOMEX e óleo vegetal isolante, a capacidade de carga do transformador pode ser aumentada por suportar maiores temperaturas. Desta forma, o envelhecimento do sistema de isolação poderá ser em longo prazo, significativamente reduzido. Esta técnica de aumentar os limites térmicos do transformador pode eliminar, essencialmente, as restrições térmicas associadas à isolação celulósica, provendo uma solução econômica para aperfeiçoar o uso de transformadores de potência, aumentando a sua confiabilidade operacional. Adicionalmente, à aplicação de sensores de fibra óptica, em substituição aos sensores de imagem térmica no monitoramento das temperaturas internas do transformador, se apresentam como importante opção na definição do equacionamento do comportamento do transformador sob o ponto de vista térmico. / The power transformer is important equipment used in electric power system, which is responsible for transmitting electricity or electric power from one circuit to another, transforms voltage and current in an electrical circuit. Moreover, it has wide application and can be used in substations of power plants, transmission and distribution. Recent changes in the electrical system caused mainly by the considerable increase in load and technological development provided by the manufacture of a transformer with the application of high technology, increasing the reliability of this equipment and, in parallel, reducing their overall cost. Traditionally, transformers are manufactured with a solid insulation system that combines solid insulation and cellulose, both immersed in oil, this constitution which limits the continuous operating temperature. However, when replacing this insulation system consisting of paper and cellulose insulating oil by a hybrid system consisting - application paper NOMEX and vegetable oil, the capacity of the transformer can be substantially increased. Thus, the aging of the insulation system may be at long term, significantly reduced. This technique of increasing the thermal limits of the equipment can essentially eliminate thermal constraints associated with conventional insulation, providing an economical solution for the optimization of power transformers, increasing their operational reliability. Additionally, the application of fiber-optic sensors, replacing the thermal imaging sensors to monitor the internal temperature of the transformer is presented as an important option in the definition of the equation of transformer behavior under the thermal point of view.

O crescente aumento na demanda de energia elétrica nacional, associada às alterações regulamentares do setor, em que o tempo que um equipamento permanece indisponível para o sistema, aguardando manutenção significa perda de receita para as companhias de energia, motivou a busca por diagnósticos precisos e utilização de técnicas não invasivas que possam ser aplicadas em transformadores em serviço. Assim, o foco desta pesquisa foi o desenvolvimento de uma arquitetura de sistema inteligente baseado em Redes Neurais Artificiais, que a partir de características extraídas de sinais de emissão acústicas provenientes de sensores distribuídos espacialmente no tanque de transformadores de potência, possa identificar internamente o local de ocorrência das descargas parciais e fornecer as distâncias estimadas entre os sensores e o ponto dessa descarga, e com essas distâncias, utilizando técnicas numéricas de triangulação, o sistema fornece também a coordenada espacial da falha auxiliando no diagnostico de defeito do transformador e no processo de tomada de decisões. / The increasing in the demand for national electrical energy coupled with alterations in the regulation of the sector, where the time which a piece of the electrical system equipment stays out of service means loss of income for the electrical companies, has motivated the search for correct diagnostics and usage of non-invasive technics that can be used in tranformers which are in operation. Therefore, the aim of this research was to develop the design of an intelligent system based on Artificial Neural Nets, which through the characteristics extracted from the acoustic emission signals coming from the sensors spatially distributed in the power transformer tank can identify internally the place of the occourrence of the partial discharges and provide the estimate distances between the sensors and the discharges point, so with these distances using triangle technical analysis the system will also provide the spatial coordinate of the flaw for diagnosing the problem with the transformer and help the process of decision making.

The increasing volume of renewable and intermittent generation that is being connected to power systems means that system operators need more advanced dynamic control tools to manage the increase in congestion and the resulting pressure on system constraints. The introduction of synchronised measurement technology provides the wide area real-time measurements that are essential to develop and implement adaptive online solutions for current network issues. The objective of the research presented in this thesis is to design intelligent system integrity protection schemes (SIPS) that protect transmission lines and power transformers from thermal overloading. An intelligent protection scheme should be able to identify the fault severity, predict the post disturbance trend of system states, continue monitoring specific vulnerable system variables and propose an accurate solution that is tailored to the actual system conditions and the specific contingencies that have occurred. The intent of this research is to contribute to the development of adaptive protective schemes that are enabled by modern synchronized measurement technologies for future power systems. The research presented in this thesis focuses on the creation of novel Operational Tripping Schemes (OTSs) that explicitly satisfy both the functionality and economical requirements by integrating an improved assessment of thermal behaviour of the monitored assets. Novel OTSs are proposed for both transmission lines and transformers and they can be considered to be intelligent, adaptive and efficient SIPS for the thermal protection of system assets. A novel functional block is proposed that be included within the OTS and that uses optimization theory to determine the lowest cost solution to overheating in the time available. Furthermore, case studies have been conducted to verify the performance of each novel OTS using simulations of a full GB system model.

O trabalho aborda o estudo e o desenvolvimento de um interferômetro sensor de alta tensão, baseado em célula Pockels (modulador eletro-óptico) na topologia reflexiva (\"double pass\") e que é parte integrante de um Transformador de Potencial Óptico (TPO), que utiliza sistema interferométrico de luz branca (WLI-White Light Interferometry), que está sendo desenvolvido pelo grupo do Laboratório de Sensores Ópticos (LSO) do PEA-EPUSP, e é capaz de medir diretamente tensões presentes em sistema elétrico de potência (SEP) classe 69kVRMS. Para desenvolver o tema proposto foi feita uma revisão da literatura baseada em livros, artigos e teses para identificar topologias em moduladores eletro-ópticos transmissiva (\"single pass\") e reflexiva (\"double pass\") para definir o tipo de modulador mais adequado para a aplicação em questão. A partir dos estudos e implementações realizadas, verificou-se um enorme potencial para o desenvolvimento e aplicação da topologia \"double pass\" no sensor interferométrico da célula de alta tensão do TPO. A topologia mostrou-se vantajosa em relação aos protótipos dos TPOs desenvolvidos anteriormente, a partir de características tais como: a facilidade de recurso de alinhamento do feixe de luz, construção e reprodução relacionados ao cristal eletro-óptico, diminuição do número de componentes ópticos volumétricos e aumento da rigidez dielétrica da célula sensora. Simulações computacionais foram realizadas mediante a aplicação do método dos elementos finitos (MEF) que contribuíram para o auxílio do projeto da célula sensora, particularmente, para estimativa do valor da voltagem de meia onda, V?, parâmetro importante para o projeto do TPO. Um protótipo do TPO com célula sensora de alta tensão reflexiva foi implementado e testado no laboratório de alta tensão do IEEUSP a partir de ensaios com tensões nominais de 69kVrms a 60Hz e máxima de 140kVrms a 60 Hz. Como resultado deste trabalho, amplia-se o conhecimento e domínio das técnicas de construção de interferômetros sensores de alta tensão na topologia reflexiva aplicadas a TPOs. / This work describes the study and development of a high-voltage interferometer sensor based on Pockels cell (electro-optical modulator) in the reflective topology (double pass), which is part of an optical potential transformer (OPT) using a white light interferometry system (WLI) being developed by the Optical Sensors Laboratory (LSO) group from PEA-EPUSP, which is able to directly measure power electrical system (PES) voltages for the 69kVrms class. To develop the work, a bibliographic review was made on books, papers and theses in order to identify electro-optical modulators related to transmissive (single pass) and reflective (double pass) topologies aiming at defining the most appropriate modulator type for the present application. From the studies and implementations performed, it was realized that there is a huge potential for the development and application of \'double pass\' topology in the OPT high-voltage interferometric sensor. This topology showed to be advantageous compared to previously developed OPT prototypes for characteristics such as: ease of beam alignment feature, construction and reproduction related to the electro optical crystals, decrease of volumetric optical components number and increase of the sensor cell dielectric strength. Computer simulations were performed by applying the Finite Element Method (FEM) that contributed to the sensor cell design, particularly in estimating the half-wave voltage value, V?. The OPT with the reflective high-voltage sensing cell was implemented and tested at the high voltage laboratory of IEE-USP for the 69kVrms at 60Hz nominal voltage and the 140kVrms at 60Hz maximum voltage. As a result of this work, nationwide expertise over the techniques of construction of high-voltage interferometer sensors in reflective topology applied to OPTs was achieved and knowledge was broadened.

Esta pesquisa apresenta uma metodologia, baseada em duas técnicas não invasivas para identificação e diagnóstico de pontos quentes em transformadores de potência durante plena operação ou em fase de projeto. A primeira técnica é baseada na medição de radiação infravermelha, emitida pelo equipamento em funcionamento e registrada por meio de análise termográfica. A segunda técnica é possível a partir do conhecimento prévio das características construtivas do transformador, fazendo uso do Método dos Elementos Finitos (MEF). A segunda técnica pode ser validada a partir das medições realizadas utilizando a primeira técnica. A formação de gases no interior dos transformadores de potência, devido à elevação da temperatura do óleo isolante em função dos pontos quentes, é discutida em detalhes com base nas normas técnicas estabelecidas pelo IEEE e IEC. As técnicas e procedimentos abordados ao longo dessa pesquisa foram obtidos a partir de um transformador com potência nominal de 120 MVA e relação de tensão 13,8/230 kV, projetado para integrar uma fazenda eólica ao Sistema Interligado Nacional (SIN). / This research presents a methodology based on two noninvasive techniques for identification and diagnostic of hot spots in power transformers during operation or project development. The first is based on measurements of infrared radiation from the equipment during operation and recording by thermography. The second technique is possible from the previous knowing of the constructive characteristics of the power transformer, by using the Finite Element Method (FEM). The second technique can be validated from measurements obtained using the first technique. The gas formation into the power transformers, because of the high temperatures in the insulating oil due to the hot spots, is discussed in details based on normative recommendations well established by the IEEE and IEC. All techniques and procedures to be approached in this research were obtained using a 120-MVA power transformer with voltage relationship of 13.8/230 kV that was projected to interconnect a wind farm to the Interconnected Brazilian System (Sistema Interligado Nacional - SIN).

O objetivo deste trabalho consiste em apresentar o projeto de um sistema especialista que visa auxiliar nos procedimentos envolvidos com a especificação de pára-raios de óxido de zinco para proteção de transformadores frente às descargas atmosféricas, bem como permitir que a análise do comportamento dos surtos de tensão de origem atmosférica que incidem em determinada área de concessão possa ser executada de forma detalhada e sistemática. Para tanto, o sistema especialista desenvolvido faz a integração eficiente de abordagens e técnicas que levam em consideração os aspectos característicos das descargas atmosféricas, as análises experimentais representativas do fenômeno e os modelos matemáticos que permitam mapear todo o processo de desencadeamento das descargas atmosféricas. / The objective of this study consists of presenting an expert system that assists the procedures involved with the protection specification of transformers against atmospheric discharges, allowing also to analyze in a detailed and systematic way the behavior of the respective voltage transients that are generated at the supplying area. For such purpose, the expert system developed in this research makes the efficient integration of approaches and techniques that take into account the characteristic aspects of the atmospheric discharges, the experimental analyses that represent the phenomenon and the mathematical models that allow to map the process involved with the formation of the lightning.

Neste trabalho é apresentado um novo método de medição de descargas parciais, através de transformadores de corrente de alta frequência, instalados no condutor de aterramento dos equipamentos do sistema elétrico de potência e acoplados a um osciloscópio. Esse novo método de medição tem como grande ganho o fato dos equipamentos não precisarem ser retirados de operação para realização de medição. Pelo fato das transmissoras serem remuneradas pela disponibilidade das funções transmissão, o diagnóstico dos equipamentos em serviço faz com que os custos sejam reduzidos. Foi realizado um levantamento teórico onde foi definida a curva característica esperada como resposta do transformador de corrente a um sinal impulsivo. Foram levantadas curvas características, em laboratório, através de oscilogramas no domínio do tempo, das assinaturas de descargas parciais em equipamentos com isolação a óleo e a gás SF6, de modo a validar o sinal esperado na fundamentação teórica. Essas assinaturas foram utilizadas em medições em campo, que comprovaram a viabilidade da fundamentação teórica e das assinaturas obtidas em laboratório. Adicionalmente foram levantados fatores que podem influenciar nas medições e mostrados sinais que possuam características diferentes daquelas das descargas parciais, de modo a diferencia-los. / This work presents a new method of measuring partial discharges, through high frequency current transformers, installed in the equipment grounding conductor of the electrical power system and coupled to an oscilloscope. This new measurement method has as great gain, the fact that the equipment doesnt need to be removed from service to perform measurement. Because of the transmission being remunerated by the availability of the transmission functions, diagnosis of equipment in service makes the costs been reduced. A theoretical survey where the characteristic curve expected response from the current transformer to an impulsive signal was set has been done. Characteristic curves were raised in the laboratory through oscillograms in the time domain, of signatures of partial discharges in equipment with SF6 gas and oil isolation, in order to validate expected signal discharges in the theoretical foundation. These signatures were used in field measurements, which proved the feasibility of the theoretical foundation and signatures obtained in the laboratory. Further factors were raised that may influence the measurements and shown signs that have different characteristics from those of partial discharges in order to differentiate them.