A qualidade e a continuidade do fornecimento de energia elétrica aos consumidores são fatores muito importantes quando da avaliação da eficiência de um sistema elétrico de potência. Nesse contexto, os transformadores são equipamentos muito importantes e demandam especial atenção quando do projeto do esquema de proteção. Apesar do crescente desenvolvimento das metodologias de proteção de transformadores trifásicos, alguns aspectos ainda não foram totalmente solucionados. Um desses diz respeito à proteção diferencial de transformadores de potência, a qual apresenta vários problemas na discriminação de faltas internas ao transformador. A geração de correntes diferenciais provocada por fenômenos transitórios, como a energização do transformador, produz a incorreta operação do relé, ocasionando uma queda na eficiência do esquema de proteção diferencial. Assim sendo, o presente trabalho apresenta uma nova metodologia de proteção diferencial de transformadores trifásicos, a qual utiliza a transformada wavelet para extrair os sinais transitórios dominantes induzidos pelas faltas internas. A transformada wavelet é uma eficiente ferramenta utilizada no estudo de sinais não-estacionários e de rápida transição. De forma a atender os principais problemas do esquema convencional de proteção, a transformada wavelet discreta é utilizada para decompor os sinais de corrente diferencial em várias faixas de freqüências. Após essa decomposição, a variação de energia espectral dos coeficientes de detalhe wavelet é analisada pelo algoritmo proposto, e assim uma discriminação entre faltas internas e correntes de magnetização, ou correntes inrush, é feita. Usando um modelo elaborado de um sistema elétrico de transmissão são efetuadas rigorosas simulações computacionais para avaliar o desempenho do algoritmo proposto. Os resultados obtidos nessas simulações mostram que a metodologia de proteção diferencial de transformadores trifásicos baseada na variação de energia espectral dos coeficientes wavelets apresenta um ótimo desempenho quando comparada com a metodologia de proteção convencional. / Power supply quality and continuity are very important aspect when assessing the efficiency of an electric power system. In this context, the transformers are key equipments that require special attention during the protection scheme design. Despite the increasing development of methodologies for three-phase transformers protection, some aspects have not yet been fully studied. One of these aspects concerns to the differential protection of power transformers, which presents several restrictions regarding the characterization of internal faults. The observation of differential currents caused by transient phenomena such as transformer energization, produces an incorrect operation of protective relaying, causing a drop in the protection scheme efficiency. Therefore, this work presents a new methodology for differential protection of three-phase transformers using the wavelet transform to extract the transient signals induced by the dominant internal faults. The wavelet transform is an efficient tool in the study of non-stationary signals with fast transients. In order to overcome the main problems of the traditional protection scheme, the discrete wavelet transform is used to decompose the differential current signals into several bands of frequencies. After this decomposition, the spectral energy variation of the wavelet detail coefficients is analyzed by the proposed algorithm and, thus, classification between internal faults, external faults and inrush currents is performed. Using a transmission system model, accurate simulations are performed to evaluate the computational performance of the proposed protection algorithm. The results obtained in these simulations show that the proposed methodology has a great performance when compared with traditional protection philosophies.

A qualidade e a continuidade do fornecimento de energia elétrica aos consumidores são fatores muito importantes quando da avaliação da eficiência de um sistema elétrico de potência. Nesse contexto, os transformadores são equipamentos muito importantes e demandam especial atenção quando do projeto do esquema de proteção. Apesar do crescente desenvolvimento das metodologias de proteção de transformadores trifásicos, alguns aspectos ainda não foram totalmente solucionados. Um desses diz respeito à proteção diferencial de transformadores de potência, a qual apresenta vários problemas na discriminação de faltas internas ao transformador. A geração de correntes diferenciais provocada por fenômenos transitórios, como a energização do transformador, produz a incorreta operação do relé, ocasionando uma queda na eficiência do esquema de proteção diferencial. Assim sendo, o presente trabalho apresenta uma nova metodologia de proteção diferencial de transformadores trifásicos, a qual utiliza a transformada wavelet para extrair os sinais transitórios dominantes induzidos pelas faltas internas. A transformada wavelet é uma eficiente ferramenta utilizada no estudo de sinais não-estacionários e de rápida transição. De forma a atender os principais problemas do esquema convencional de proteção, a transformada wavelet discreta é utilizada para decompor os sinais de corrente diferencial em várias faixas de freqüências. Após essa decomposição, a variação de energia espectral dos coeficientes de detalhe wavelet é analisada pelo algoritmo proposto, e assim uma discriminação entre faltas internas e correntes de magnetização, ou correntes inrush, é feita. Usando um modelo elaborado de um sistema elétrico de transmissão são efetuadas rigorosas simulações computacionais para avaliar o desempenho do algoritmo proposto. Os resultados obtidos nessas simulações mostram que a metodologia de proteção diferencial de transformadores trifásicos baseada na variação de energia espectral dos coeficientes wavelets apresenta um ótimo desempenho quando comparada com a metodologia de proteção convencional. / Power supply quality and continuity are very important aspect when assessing the efficiency of an electric power system. In this context, the transformers are key equipments that require special attention during the protection scheme design. Despite the increasing development of methodologies for three-phase transformers protection, some aspects have not yet been fully studied. One of these aspects concerns to the differential protection of power transformers, which presents several restrictions regarding the characterization of internal faults. The observation of differential currents caused by transient phenomena such as transformer energization, produces an incorrect operation of protective relaying, causing a drop in the protection scheme efficiency. Therefore, this work presents a new methodology for differential protection of three-phase transformers using the wavelet transform to extract the transient signals induced by the dominant internal faults. The wavelet transform is an efficient tool in the study of non-stationary signals with fast transients. In order to overcome the main problems of the traditional protection scheme, the discrete wavelet transform is used to decompose the differential current signals into several bands of frequencies. After this decomposition, the spectral energy variation of the wavelet detail coefficients is analyzed by the proposed algorithm and, thus, classification between internal faults, external faults and inrush currents is performed. Using a transmission system model, accurate simulations are performed to evaluate the computational performance of the proposed protection algorithm. The results obtained in these simulations show that the proposed methodology has a great performance when compared with traditional protection philosophies.

A qualidade e a continuidade do fornecimento de energia elétrica aos consumidores são fatores muito importantes quando da avaliação da eficiência de um sistema elétrico de potência. Nesse contexto, os transformadores são equipamentos muito importantes e demandam especial atenção quando do projeto do esquema de proteção. Apesar do crescente desenvolvimento das metodologias de proteção de transformadores trifásicos, alguns aspectos ainda não foram totalmente solucionados. Um desses diz respeito à proteção diferencial de transformadores de potência, a qual apresenta vários problemas na discriminação de faltas internas ao transformador. A geração de correntes diferenciais provocada por fenômenos transitórios, como a energização do transformador, produz a incorreta operação do relé, ocasionando uma queda na eficiência do esquema de proteção diferencial. Assim sendo, o presente trabalho apresenta uma nova metodologia de proteção diferencial de transformadores trifásicos, a qual utiliza a transformada wavelet para extrair os sinais transitórios dominantes induzidos pelas faltas internas. A transformada wavelet é uma eficiente ferramenta utilizada no estudo de sinais não-estacionários e de rápida transição. De forma a atender os principais problemas do esquema convencional de proteção, a transformada wavelet discreta é utilizada para decompor os sinais de corrente diferencial em várias faixas de freqüências. Após essa decomposição, a variação de energia espectral dos coeficientes de detalhe wavelet é analisada pelo algoritmo proposto, e assim uma discriminação entre faltas internas e correntes de magnetização, ou correntes inrush, é feita. Usando um modelo elaborado de um sistema elétrico de transmissão são efetuadas rigorosas simulações computacionais para avaliar o desempenho do algoritmo proposto. Os resultados obtidos nessas simulações mostram que a metodologia de proteção diferencial de transformadores trifásicos baseada na variação de energia espectral dos coeficientes wavelets apresenta um ótimo desempenho quando comparada com a metodologia de proteção convencional. / Power supply quality and continuity are very important aspect when assessing the efficiency of an electric power system. In this context, the transformers are key equipments that require special attention during the protection scheme design. Despite the increasing development of methodologies for three-phase transformers protection, some aspects have not yet been fully studied. One of these aspects concerns to the differential protection of power transformers, which presents several restrictions regarding the characterization of internal faults. The observation of differential currents caused by transient phenomena such as transformer energization, produces an incorrect operation of protective relaying, causing a drop in the protection scheme efficiency. Therefore, this work presents a new methodology for differential protection of three-phase transformers using the wavelet transform to extract the transient signals induced by the dominant internal faults. The wavelet transform is an efficient tool in the study of non-stationary signals with fast transients. In order to overcome the main problems of the traditional protection scheme, the discrete wavelet transform is used to decompose the differential current signals into several bands of frequencies. After this decomposition, the spectral energy variation of the wavelet detail coefficients is analyzed by the proposed algorithm and, thus, classification between internal faults, external faults and inrush currents is performed. Using a transmission system model, accurate simulations are performed to evaluate the computational performance of the proposed protection algorithm. The results obtained in these simulations show that the proposed methodology has a great performance when compared with traditional protection philosophies.

Electrical power system is an essential technical system intended to power supply. The power drain is still increasing and it is possible to suppose rising trend in the future. Because of this fact there are installed new power sources into the system, so it is important to know manners and parameters of the electricity supply system as well as the new power sources which we are connecting to the grid. Due to these reasons, the electricity supply system is being simplified and described as the steady state operation with different numerical methods. To dimension a connection of the new power source to the grid, it has to be determined short-circuit conditions too.

This thesis deals with the ferroresonance phenomenon and ferroresonance overvoltage in electric networks. That’s why the introduction part explains the theoretical basis of ferroresonance and its consequences in the power system. The work then focuses on the power system as a non-linear dynamic system and describes various analytical methods for solving these systems. These methods are further applied to diagnose specific systems. There are a number of various power system configurations susceptible to ferroresonance. The most frequent one is theoretically analyzed in this thesis and a number of recommendations are offered for reducing the ferroresonance phenomenon. The thesis further deals with the selection of suitable software for this computationally chal-lenging task. A number of different tools are considered and efficiently reduced to Matlab Sim-ulink and PSCAD software. Matlab Simulink and its SimPowerSystem Toolbox are used to ana-lyze the effect of hysteresis of the magnetic core of the transformer on the emergence and course of the ferroresonance phenomenon. Using PSCAD, various configurations of the power systems are compared in terms of possible emergence and course of ferroresonance and also to find the limiting conditions that increase the probability of this phenomenon. The possibility of using arti-ficial neural networks for ferroresonance diagnosis is also mentioned in this thesis. The final part provides a number of recommendations for design and operation of both new and existing power systems.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArrheniusVCO_da_capa_ate_pag_12.pdf: 7828798 bytes, checksum: b0f0c76e1aebc32a2155c024e0abc8a9 (MD5) Previous issue date: 2004-12-17 / The objective of the present work is develop a model to simulate electrical energy networks in transient and stead states, using the software ATP (Alternative Transient Program), able to be a way to join two distinct themes, present in classical methodology planning networks: short circuit analysis and load flow theory. Beyond that, using a tool for relay simulation, this paper intend to use the new developed model to investigate the influence of transient phenomenon in operation of protection relays, and calibrate the enterprise's protections relays. For testing the model, some relays, actually, installed at COSERN were used / O presente trabalho objetiva ao desenvolvimento de um modelo para simular redes de energia el?trica em regimes transit?rio e permanente, utilizando o software ATP (Alternative Transient Program), para servir como elo entre dois temas distintos, presentes na metodologia cl?ssica de planejamento de redes: a an?lise de curtos-circuitos e o estudo de fluxo de carga. Al?m disso, dispondo de uma ferramenta de simula??o de rel?s, pretende-se usar o novo modelo, tanto para averiguar a influ?ncia de fen?menos transit?rios na opera??o dos rel?s de prote??o, quanto para calibrar esses rel?s. Para testar o modelo, utilizaram-se alguns dos rel?s atualmente instalados na COSERN

電気鉄道の安全安定輸送を確保するため，雷害防止が求められている。本論文では，電気鉄道設備の雷サージ特性実測を行い，接地インピーダンス特性を雷サージの視点から検討した。さらに，電力系統解析技術を応用して鉄道特有機器の回路解析モデルを開発し，その精度を実測で確認し，鉄道設備雷電流侵入時の応答を実測および計算結果より明らかにした。これらの成果は，電気鉄道の設計・保守・解析に十分に生かすことが可能である。 / Lightning protection is required to ensure safe and stable electric railway transportation. In this thesis, the lightning surge characteristics of the facilities in electric railway systems were measured. The characteristic of earthing impedance was also investigated from the viewpoint of lightning surge. In addition, some numerical models of railway specific apparatuses for circuit analysis method were developed by applying simulation technology for power system and confirmed their accuracies by actual measurements. The responses to lightning currents invaded into the facilities were clarified by the measured and calculated results. These results can be fully utilized in the design, maintenance and analysis of electric railway systems. / 博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University