abstract: A robust, fast and accurate protection system based on pilot protection concept was developed previously and a few alterations in that algorithm were made to make it faster and more reliable and then was applied to smart distribution grids to verify the results for it. The new 10 sample window method was adapted into the pilot protection program and its performance for the test bed system operation was tabulated. Following that the system comparison between the hardware results for the same algorithm and the simulation results were compared. The development of the dual slope percentage differential method, its comparison with the 10 sample average window pilot protection system and the effects of CT saturation on the pilot protection system are also shown in this thesis. The implementation of the 10 sample average window pilot protection system is done to multiple distribution grids like Green Hub v4.3, IEEE 34, LSSS loop and modified LSSS loop. Case studies of these multi-terminal model are presented, and the results are also shown in this thesis. The result obtained shows that the new algorithm for the previously proposed protection system successfully identifies fault on the test bed and the results for both hardware and software simulations match and the response time is approximately less than quarter of a cycle which is fast as compared to the present commercial protection system and satisfies the FREEDM system requirement. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2014

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The present work is a study of a methodology that seeks to be more economical and efficient compared to traditional methods, the design of three phase distribution transformers. To this end, we use a tool of Computational Intelligence, based on previous calculations made in the traditional way by manufacturing industries and books that address this matter. It is evident here, another way to design the active part of the transformer, the dimension of the core and coil, for this, used Genetic Algorithms (GA) which will assist in the calculation and selection of parameters, providing the best choice of design of the transformer, minimizing, on average, 5% in the cost and losses in 2.5% as input parameters the following standard. With changes in the fitness function of GA, one can simply adapt to new requirements and standards. As a result of using the genetic algorithm can find a design solution that is more efficient than that used by the manufacturers. The losses calculated values meet established by NBR-5440. / O presente trabalho faz um estudo de uma metodologia que busca ser mais econÃmica e eficiente, em comparaÃÃo com mÃtodos tradicionais, no projeto de transformadores de distribuiÃÃo trifÃsico. Para tal, utiliza-se uma ferramenta de InteligÃncia Computacional, tendo como base cÃlculos anteriores feitos de forma tradicional por indÃstrias fabricantes e livros que tratam desse assunto. Evidencia-se, aqui, mais uma maneira de projetar a parte ativa do transformador, ou seja, o dimensionamento do nÃcleo e bobinas; para isso, utiliza-se Algoritmos GenÃticos (GA), que irÃo auxiliar no cÃlculo e escolha dos parÃmetros, proporcionando a melhor escolha do projeto do transformador, minimizando, em mÃdia, o custo em 5 % e as perdas em 2,5 %, conforme parÃmetros de entrada seguindo a norma. Com modificaÃÃes na funÃÃo de fitness do GA, pode-se adequar de maneira simples a novas exigÃncias e normas. Como consequÃncia da utilizaÃÃo do Algoritmo GenÃtico pode-se encontrar uma soluÃÃo de projeto que à mais eficiente do que a utilizada pelos fabricantes. As perdas calculadas atendem valores estabelecidos pela norma NBR-5440.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Este trabalho apresenta o desenvolvimento e avaliaÃÃo de um sistema de monitoramento com tecnologia Java e Bluetooth para o auxilio no gerenciamento da condiÃÃo de transformadores de distribuiÃÃo a partir de modelos tÃrmicos. Sabe-se que monitorar a condiÃÃo dos transformadores tem sido objeto de preocupaÃÃo no que diz respeito a evitar as perdas econÃmicas causadas por falhas no equipamento e a consequente descontinuidade do serviÃo. à possÃvel, atravÃs da gestÃo do sistema: maximizar a vida Ãtil dos equipamentos monitorados; melhorar a confiabilidade da rede; reduzir os custos de manutenÃÃo. AtravÃs do levantamento bibliogrÃfico de sistemas de monitoramento atuais, de suas funcionalidades, em funÃÃo de recentes tecnologias de software e hardware, e do estudo de modelos tÃrmicos aplicados a transformadores, foi desenvolvido um sistema de coleta de dados e uma interface para anÃlise de dados. Este trabalho traz uma contribuiÃÃo para o desenvolvimento desses sistemas, propondo o uso de dispositivos mÃveis como uma estratÃgia economicamente viÃvel para coletar dados de transformadores de distribuiÃÃo, e a utilizaÃÃo dos dados coletados por estes dispositivos para gerar modelos tÃrmicos (das temperaturas do topo do Ãleo e do ponto quente) que permitam: (i) estabelecer limites mÃximos de carga para o equipamento, e (ii) estimar sua perda de vida Ãtil. Estas informaÃÃes fornecidas pelo sistema de monitoramento proposto devem servir como suporte à implementaÃÃo de planos de aÃÃo da concessionÃria de energia elÃtrica para: (i) a eventual substituiÃÃo de equipamentos, (ii) a adequaÃÃo na distribuiÃÃo das cargas, (iii) a priorizaÃÃo no caso de necessidade de atuaÃÃo do sistema de proteÃÃo. / This paper presents the development and evaluation of a monitoring system with Bluetooth and Java technology to aid managing the condition of distribution transformers through thermal models. It is well known that monitor the condition of transformers has been the subject of concern in relation to avoid economic losses caused by equipment failure. It is possible, through the system management: (i) maximize the life time of the monitored equipment, (ii) improve the reliability of the electrical grid and (iii) reduce its maintenance costs. Through a bibliographical survey of transformer condition monitoring systems and study of thermal models applied to transformers, was developed a system for data acquisition and an interface for data analysis. This work brings a contribution to the development of these systems, proposing the use of mobile devices as a viable strategy to collect data of distribution transformers and using data collected by those devices for generating thermal models (to estimate top-oil and hotspot temperature) that will let us: (i) establish maximum load for the equipment, and (ii) estimate the loss of life. The information provided by the condition monitoring system proposed should serve as support to electric utility company to implement action plans to help possible exchange of equipment, do a more balanced load in their distribution transformers and help prioritizing, in case of any necessary actuation of the system protection.

Este trabalho propÃe um novo mÃtodo de diagnÃstico de falhas incipientes em equipamentos de potÃncia com isolamento a Ãleo baseado em regras interpretÃveis extraÃdas a partir das concentraÃÃes dos gases presentes e dissolvidos no Ãleo isolante e de relaÃÃes entre essas concentraÃÃes nÃo exploradas por outros mÃtodos. Utilizando uma Ãrvore de decisÃo (Decision Tree - DT) com modificaÃÃes na dimensÃo dos atributos de entrada para a obtenÃÃo de regras, o mÃtodo proposto: (i) permite que o usuÃrio conheÃa as regras que geraram o diagnÃstico, (ii) contorna limitaÃÃes comuns a outros mÃtodos (ex.: existÃncia de regiÃes de ânÃo-diagnÃsticoâ, existÃncia de mais de um diagnÃstico possÃvel) e (iii) apresenta percentual elevado de acerto no diagnÃstico de dados de DGA (Dissolved Gas Analysis) disponÃveis na literatura. O mÃtodo proposto à comparado com outros mÃtodos de DGA descritos em normas: GÃs Chave, Rogers, DÃrnenburg e TriÃngulo de Duval. Na comparaÃÃo dos mÃtodos foram utilizados bancos de dados com informaÃÃes publicadas, entre eles os dados do IEC TC 10 que apresentam informaÃÃes e diagnÃstico de um comità de especialistas. Os Ãndices de acerto observados com o mÃtodo proposto estiveram acima de 94%. Comparativamente, o MÃtodo do TriÃngulo de Duval apresenta Ãndices de acerto entre 83% e 88%. O mÃtodo tambÃm foi avaliado com relaÃÃo à sensibilidade na ocorrÃncia de erros nas medidas de laboratÃrio, apresentando resultados comparativamente superiores (Ãndice de acerto de 83% em comparaÃÃo com 78% do MÃtodo do TriÃngulo de Duval). TambÃm foi desenvolvido neste trabalho um mÃtodo para o diagnÃstico simplificado de equipamentos de potÃncia com isolamento a Ãleo utilizando dados fÃsico-quÃmicos â os Ãndices de acerto obtidos foram inferiores aos alcanÃados com o DGA proposto, porÃm prÃximos aos observados em mÃtodos de DGA citados na literatura, como Rogers IEEE C57.104 â 2008, com a vantagem dos dados nÃo dependerem da disponibilidade de um cromatÃgrafo. / This work proposes a new method for diagnosis of incipient faults in power equipment with insulation oil. It consists on a set of interpretable rules extracted from the concentrations of the dissolved gases in insulating oil, and the relationships between these concentrations. Using a Decision Tree (DT) with changes in the size of the input attributes for obtaining rules, the proposed method: (i) allows the user to know the rules that generated the diagnosis, (ii) bypasses limitations common to other methods (e.g. the existence of "no diagnosis" regions, and the occurrence of more than one possible diagnosis) and (iii) the accuracy in diagnosis of DGA (Dissolved Gas Analysis) data available in the literature. The proposed method is compared with other DGA standard methods: Gas Key, Rogers, Dornenburg and DuvalÂs Triangle. The performed comparison considered databases available in technical literature, including data from the IEC TC 10. The observed accuracy of the proposed method is above 94%. Comparatively, the DuvalÂs Triangle method presents accuracy between 83% and 88% for the considered databases. The method was also evaluated with respect to sensitivity to measurements errors of laboratory â the results are very promising, the proposed method shows a hit rate of 83% in comparison with a hit rate of 78% for the DuvalÂs Triangle method. This work has also been developed a method for simplified diagnostic of power equipments with insulated oil using physico-chemical data - the hit rates obtained were lower than those achieved with the proposed DGA, however close to those observed in DGA methods cited in the literature, as Rogers IEEE C57.104 - 2008, with the advantage of the data not depend on the availability of a gas chromatograph.

A ação de compostos sulfúricos presentes no óleo isolante de transformadores e reatores de potência ajuda na sua estabilidade à oxidação, porém, com o passar do tempo, provoca a corrosão do cobre, o que leva o equipamento à falha. O teor de enxofre, presente no óleo bruto, foi então reduzido, porém aditivos colocados no óleo isolante para combater a oxidação, particularmente o dibenzil dissulfeto (DBDS), ocasionou falhas prematuras em vários transformadores e reatores no mundo todo. A reação do DBDS com o cobre do condutor forma o composto sulfeto de cobre I (Cu2S), o que ocasiona a redução da rigidez dielétrica da isolação sólida, composta basicamente por papel Kraft. Nesse sentido, este trabalho visa avaliar a degradação prematura da isolação papel-óleo em transformadores e reatores de potência devido a ação de enxofre corrosivo gerado pelo DBDS (dibenzil dissulfeto). Amostras de papel, óleo e cobre antes e após envelhecimento foram caracterizadas por ensaios físicos, químicos e térmicos. A cromatografia gasosa do óleo após teste de aumento de temperatura mostrou evolução de CO, CO2, CH4, C2H4 e C2H6 na amostra com DBDS, ao passo que na amostra do óleo normal não houve geração de gases, e na amostra passivada, retornou a valores ainda inferiores àqueles obtidos para o óleo normal. O papel Kraft envelhecido apresentou um decréscimo na sua estabilidade térmica (80ºC) quando comparado com o papel novo, indicando início da degradação deste material em temperatura inferior ao papel novo, sendo que no FTIR uma banda de grupos funcionais aminas e amidas e as bandas dos grupos nitrila, que aparecem no papel novo, não se verificaram na amostra envelhecida. O cobre nu, imerso no óleo mineral isolante (OMI) com DBDS, apresentou contaminação por Cu2S, o que mostrou ser o OMI corrosivo, e a amostra de cobre imersa em OMI com DBDS e passivado, resultou não corrosivo, o que mostra o efeito protetor do passivador. / Power transformers and reactors are equipments of vital importance for any electrical power grid, which intends to provide electrical energy efficiently and reliably in order to face the needful demands for economic development and life quality improvement. Sulfur compounds present in the oils, improves its oxidation stability, however, its reaction with copper, over the time, provoking corrosion, has proved to be harmful to the equipments. A few years ago, sudden failures, especially involving step up transformers and reactors, have been concerning people responsible for the electrical power grids worldwide. Researches pointed out to the inhibitor of oxidation dibenzyldisulfide (DBDS) as the root of the problem. The DBDS reacts with the copper forming copper sulfide, Cu2S, reducing considerably the dielectric strength of the Kraft paper, leading the insulation to fail prematurely. As a result, there are high economic losses and equipments unavailability as well. Regarding the scenario presented, this work intends to assess the power transformers and reactors paper-oil insulation premature degradation due to copper sulfide jeopardy, arose by DBDS. Kraft paper, oil and copper new samples and after being aged, were characterized by physical - humidity, grammage and density (paper and oil), MEV (paper and copper) - chemical – corrosivity and DGA (oil), FTIR (paper) – and thermal tests – TGA (paper). The test of oil corrosivity showed to be neutral for the normal oil sample, and harmful to copper for the oil sample inhibited with DBDS, as well as the protection exerted by the passivated oil sample. The results of DGA after the test with high temperature, showed an evolution of CO, CO2, CH4, C2H4 and C2H6 in the sample inhibited with DBDS, whilst in the normal oil sample there was no gas generation, and in the oil sample passivated the gas concentrations resulted even lower than in the normal oil sample. The aged Kraft paper presented a decrease in its termic stability (80ºC) in comparison with the new Kraft paper, what indicates the degradation beginning of this material occurs at a lower temperature in relation of the new paper. Regarding the Fourier Infrared test (FTIR), one band of amines and amides functional groups, and the nitrile groups, which were shown in the new paper sample, could not be figured out in the aged paper. The copper immersed in oil with DBDS, showed Cu2S contamination, what asserts the oil as corrosive, on the other hand, the copper sample immersed in passivated oil was clean, what has proved the passivator protection.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:08:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Denise_Cascao.pdf: 1591418 bytes, checksum: 55f9defd04efd2a9bc7c76958f16557a (MD5) Previous issue date: 2008-08-20 / Power transformers have a fundamental role in an electrical power system, in addition to representing a significant amount of investment required for the implantation of this system. To reduce the costs associated with a transformer s life cycle and to guarantee its reliability and durability, it is essential to monitor its operating conditions, its insulation system as well as the working conditions of its accessories and other components. Therefore, the aim of this work is to study the faults and defects that occur in power transformers of 34.5kV, 69kV, 138kV, and 230kV of Celg s electrical system, the latter being a highly important electric energy concessionaire in Goiás State, Brazil. The results of this study corroborate its contributions to the field, namely, the efficacy of the predictive technique in the maintenance area during the last twenty-eight years (from 1979 to 2007), the characterization of faults and defects during this period, and the presentation of proposals to implement improvements in the predictive technique, in order to reduce the number of interruptions in the electrical power system. / Os transformadores, além de serem fundamentais para o sistema elétrico de potência, eles também representam uma parte significativa dos investimentos pertencentes à implantação desse sistema. Dessa forma, o acompanhamento e a monitoração das suas condições operativas, de seu sistema isolante, e das condições de funcionamento de seus acessórios e demais componentes, são essenciais para que se reduzam os custos associados ao seu ciclo de vida, bem como para que se possa garantir a sua confiabilidade e a sua durabilidade. Nesse sentido, o objetivo desta pesquisa é realizar um estudo sobre as falhas e os defeitos ocorridos em transformadores de potência de 34,5kV, 69kV, 138kV e 230kV, na Celg como estudo de caso, pelo fato de ser uma concessionária de energia elétrica de grande importância para o sistema elétrico do Estado de Goiás. Portanto, diante dos resultados, cabe ressaltar a contribuição deste trabalho, que são: a evidência dos bons resultados das técnicas existentes na área de manutenção (nos últimos vinte e oito anos, de 1979 a 2007), a caracterização das falhas e dos defeitos neste período e a apresentação de propostas de implementação de melhorias das técnicas preditivas, de modo a reduzir os números de .interrupções no sistema elétrico de potência

Transformadores de potência, como produtos não seriados, estão sujeitos a uma série de possíveis desvios de processo. As divergências que transformadores podem apresentar em relação ao seu projeto original podem ter consequências em sua capacidade de suportar carregamentos mecânicos que lhe serão aplicados. Seu transporte da fábrica às subestações elétricas é um dos principais eventos durante o qual suas estruturas são carregadas. Este trabalho foca em descrever e analisar um transformador de potência genérico em um modelo bidimensional, sob o ponto de vista da Mecânica Analítica e da análise de variabilidades com o objetivo de identificar parâmetros importantes à integridade estrutural do equipamento, especialmente aqueles relacionados ao modo de falha de destacamento das chapas do núcleo nos step laps. O modelo numérico do transformador consiste na representação de corpos rígidos conectados entre si por elementos de rigidez e amortecimento, tendo o conjunto do núcleo ferromagnético particularmente mais detalhado de modo a descrever o atrito existente em suas junções. A avaliação dos esforços nesses locais é feita por meio do método dos multiplicadores de Lagrange, ao considerar o atrito como uma restrição ao movimento, sendo que as forças e momentos limites para que ocorra o deslizamento planar das chapas do núcleo são determinados utilizando-se Newton-Raphson ou outras técnicas de otimização. / Power transformers, as non serialized products, are subject to a number of process deviations. The divergences that transformers present from their original design may have consequences on their ability to withstand mechanical loads which will be applied on them. Their transportation from workshop to power plants is one of the main events their structures are loaded. This work focuses on describing and analyzing a generic power transformer in a two-dimensional model, under the sight of Analytical Mechanics and Structural Reliability in order to identify important parameters related to their structural integrity, especially those concerning the failure mode of dismantling of the ferromagnetic core in the step-lap joints. The numerical model of the transformer consists of a representation of rigid bodies, connected to each other by stiness and damping elements, having the assembly of the ferromagnetic core more detailed in order to describe the friction present on their step-lap joint. The evaluation of friction in these locations is made using the Lagrange Multipliers Method, by considering it as a movement restriction, and the limit values of forces and moments to which the planar sliding of the core sheets occurs, damaging the behavior of the electric machine, are determined using Newton-Raphson and Optimization Methods.

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Carlos Alberto Baldan / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T21:08:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EliasJunior_Antonio_M.pdf: 3083167 bytes, checksum: f6bea29b3a45a17156c136bda7644b30 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Esta dissertação apresenta um estudo sobre limitadores de corrente elétrica supercondutores que funcionam com um transformador e com material supercondutor de alta temperatura crítica (HTS) em forma de fita. Neste caso utilizou-se a fita supercondutora do composto de YBCO. Neste trabalho é apresentado um resumo da evolução da supercondutividade desde a origem dos materiais supercondutores de baixa temperatura crítica (LTS) até os de alta temperatura crítica (HTS), as fitas supercondutoras de segunda geração (2G), seus processos de produção, suas composições e suas propriedades. Também faz parte desta dissertação um estudo sobre diferentes equipamentos utilizados para limitar a corrente elétrica em sistemas de energia elétrica aprofundando o estudo sobre limitadores de corrente elétrica supercondutores que funcionam usando transformador. Por fim, simulou-se a operação do limitador de corrente elétrica em questão acoplado ao sistema elétrico usando o pacote MATLAB/Simulink/SimPowerSystems. A simulação foi baseada em características reais dos elementos do sistema, como transformador de distribuição e no comportamento resistivo do material supercondutor de alta temperatura crítica de YBCO / Abstract: This work presents a study about transformer type superconductive fault current limiter using high critical temperature (HTS) tape. In this case the YBCO superconductive tape was used. The history of superconductivity since the beginning of low temperature (LTS) superconductive materials until the high critical temperature superconductive second generation (2G) tapes is presented, also their production process and their compositions are studied. It is part of this work a study about different equipments used to limit the electrical current in electrical power systems going deeply in the transformer type superconductive fault current limiter. Finally, the operation of superconductive electrical current limiter coupled to the electrical power system using MATLAB/Simulink/ SimPowerSystems was simulated. The simulation was based on the real characteristics of power system elements, as distribution transformer and on the resistive behavior of high critical temperature superconductive material of YBCO type / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] As sobretensões transitórias provocadas pela energização de transformadores em sistemas trifásicos de alta tensão merecem especial atenção em um estudo de coordenação de isolamento devido ao alto valor que estas tensões podem atingir num espaço de tempo de alguns segundos. Estas tensões podem apresentar ressonância em uma ampla faixa de freqüências harmônicas. Neste Trabalho são analisadas condições de ressonância procurando prever a ocorrência de sobretensões muito elevadas. Os capítulos 2 e 3 apresentam aspectos teóricos concernentes ao problema em estudo, destacando os princípios físicos e os algoritmos matemáticos de solução de redes lineares, com atenção especial ao desenvolvimento de funções em série de Fourier, visando determinar o conteúdo harmônico das mesmas. Os capítulos 5 e 6 apresentam simulações de energização realizadas através de programas digitais de transitórios eletromagnéticos e determinação de coeficientes de Fourier. Foram realizadas análises paramétricas para verificação da influência do tipo de ligação dos enrolamentos, instante de chaveamento e fluxo residual nos espectros de tensão e correntes obtidos durante a energização de um transformador de 600 MVA - 500/138 KV. / [en] Transient overvoltages involving transformer energization, in three phase HV systems, deserve special attention in insulation coordination studies due to the very high values that voltages can reach in a period of a few seconds. Some resonant effects can possibly occur due to harmonics in the magnetizing inrush current. The objective of the present study is to analyse resonant conditions with a view to foreseeing the occurrence of very high overvoltages. Chapters 2 and 3 show the physical principles involved and the solution algoritms of linear networks, with special attention to the representation of functions in convergent fourier series, in order to find their harmonic content. Chapter 5 and 6 show digital simulation of transformer energization by means of the EMTP program. The results thus obtained vere submitted to harmonic analysis by digital calculation of Fourier coefficients. Parametric analysis were made to find the influence of transformer connections, switching time, and presence of remanent flux; in voltage and current spectrum obtained by energization of a 600 MVA - 500/138 KV transformer

M.Ing. (Electrical and Electronic Engineering) / The possibilities and technology of converters with an alternating voltage link are investigated for high specific power conversion at high frequencies. With a view to the functional description of these power converters, s i muLat i on techniques are considered for both system and circuit analysis. A thorough investigation is made into the design of high frequency power transformers, which play an important role in this class of power circuits. This includes a theoretical analysis in conjunction with the 'practical implementation of a design procedure for minimal eddy current losses in the windings as well as experimental work on losses in ferrite cores. For the remainder of the study, attention is focussed on the two pulse inverter which is responsible for the generation of the alternating voltage in the high frequency link. The suitability of bipolar and field effect transistors for power switching, is critically examined and a voltage compensation on the bipolar Darlington, which reduces on-state losses, yielded good results upon application. A study on the feasibility of non-dissipative snubber techniques on the centre tapped inverter is presented, thus supplying a practical way of reducing switching losses without affecting the efficiency of the system. An additional, yet simple, network is added to the snubber circuits of the two pulse inverter which is operational during low load conditions.' in order also to have low switching losses under these circumstances. Finally a 50 k~v, 10 kHz centre tapped inverter was developed and built.