Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Voltage regulation still is a problem faced by power utilities currently. In addition to the series
impedance and the significant load variation of the distribution grids, the main causes of voltage
regulation problems, the requirements for the enhancement of power quality by the electricity
regulatory agencies, increasing energy consumption, the inclusion of distributed generation and the
development of the smart grids tends to increase the complexity of the distribution systems. One of the
most used methods for voltage regulation in alternating current systems is the employment of tap
changer on transformers, this method allows voltage regulation by varying the transformation ratio,
modifying the value of the secondary voltage. The application of these devices is primarily performed
by manual commutation mechanical devices in distribution systems, and by automatic
electromechanical on load tap changers in substations. In the case of manual devices, operating costs
and the impossibility of automatic voltage regulation are limiting factors, while in the case of
electromechanical devices the limitations are mainly related to the costs of employment and
maintenance. Currently, the increase of voltage and current operating levels of semiconductor devices
has allowed envision the application of semiconductor switches instead of the mechanical switches
employed nowadays. However, due to the operating characteristics of these devices, a detailed
analysis of the commutation process is necessary, in order to allow the proper design of the devices
involved in the commutation and protection process of the electronic tap changer. In this context, this
work presents the analysis, design and implementation of an electronic on load tap changer applied to
a single-phase distribution transformer, proposed as an alternative to the existing mechanical and
electromechanical tap changers. Such a system enables the automatic voltage regulation, avoiding the
insulation oil degradation, resulting from the commutation process, and also the elimination of
movable parts, the main cause of defects in current automatic commutation devices. In addition to
allowing steady state voltage regulation, the system allows the regulation for momentary voltage sags,
since they occur in the transformer operating range. The analysis of the commutation process is
presented, allowing the design of the electronic switches, as well as the protection system to be
employed. Experimental results show the correct voltage regulation for different kinds of load,
demonstrating the potential application of electronic on load tap changers in the current distribution
systems and in future smart grids. / A regulação dos níveis de tensão é um problema ainda enfrentado pelas companhias
concessionárias de energia elétrica atualmente. Além da impedância série e da significativa variação
de carga das linhas de distribuição, principais causas dos problemas de regulação, a maior exigência
dos agentes reguladores do sistema elétrico para a melhoria da qualidade de energia, o aumento do
consumo de energia, a inclusão de geração distribuída e o desenvolvimento das redes inteligentes
(smart grids), tendem a aumentar a complexidade dos sistemas de distribuição. Um dos métodos mais
empregados na regulação de tensão em sistemas de corrente alternada é a aplicação de comutadores de
taps em transformadores. Este método permite a regulação da tensão através da variação da relação de
transformação, modificando o valor da tensão secundária. A aplicação desta solução é feita,
majoritariamente, através de dispositivos mecânicos de comutação manual nos sistemas de
distribuição e de dispositivos automáticos eletromecânicos de comutação sob carga em subestações.
No caso dos dispositivos manuais, os custos operacionais e a impossibilidade da regulação automática
de tensão são fatores limitantes, enquanto que no caso dos dispositivos eletromecânicos, os limitantes
estão relacionados principalmente aos custos de implantação e de manutenção. Atualmente, o aumento
dos níveis de tensão e corrente de operação dos dispositivos semicondutores tem permitido vislumbrar
a aplicação de chaves semicondutoras em substituição às chaves mecânicas empregadas. Entretanto,
devido às características de funcionamento destes dispositivos, uma análise detalhada do processo de
comutação do sistema é necessária, de modo a permitir um adequado projeto dos dispositivos
envolvidos no processo de comutação e proteção dos comutadores eletrônicos de taps. Neste contexto,
o presente trabalho apresenta a análise, projeto e implementação de um comutador eletrônico de taps
aplicado a um transformador de distribuição monofásico, proposto como alternativa aos comutadores
mecânicos ou eletromecânicos existentes. Tal sistema permite a regulação automática da tensão,
eliminando o desgaste do óleo isolante, resultante do processo de comutação sob carga e também a
eliminação de partes móveis, principal causa de defeitos nos comutadores automáticos atuais. Além de
permitir a regulação da tensão em regime permanente, o sistema possibilita a regulação para
afundamentos de tensão momentâneos, desde que estejam na faixa de operação do transformador. A
análise do processo de comutação do dispositivo estudado é apresentada, permitindo o projeto das
chaves eletrônicas, bem como do sistema de proteção a ser empregado. Resultados experimentais
demonstram a correta regulação de tensão do sistema desenvolvido, dentro dos limites de operação do
transformador, para diferentes tipos de carga, evidenciando a potencialidade dos comutadores
eletrônicos de taps em aplicações nas atuais redes de distribuição e nas futuras redes inteligentes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/8540 |
| Date | 27 February 2014 |
| Creators | Quevedo, Josemar de Oliveira |
| Contributors | Schuch, Luciano, Rech, Cassiano, Haffner, Sérgio Luís, Bernardon, Daniel Pinheiro |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFSM, BR, Engenharia Elétrica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300400000007, 400, 300, 300, 500, 300, 500, c67316ac-85b7-465b-9a17-c8aee3a1c9ee, a9184165-1e05-4c35-8e9a-5387e154ade0, 30c4dc15-e9ea-4b59-890a-fbc6e37ef5ca, a6c0b3fc-8e5f-47a2-9c89-ebd0ea828292, c046f0d1-f5cf-43f1-b547-053b3860d811 |
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