Localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia : uma abordagem baseada na estimação de parâmetros associados a modelos no domínio do tempo

A detecção de um tipo particular de falta, denominado de alta impedância, tem sido há muito tempo um desafio para a engenharia de proteção. Por outro lado, se a detecção é realizada com sucesso, ações preventivas e de manutenção devem ser tomadas para evitar prejuízos potenciais. Nesse contexto, os métodos de localização de faltas assumem importante papel, pois contribuem para a rápida restauração do sistema. Entretanto, os métodos clássicos, em particular as formulações a um terminal, não consideram modelos realísticos de faltas de alta impedância na sua formulação. Este tipo de falta se caracteriza pelo contato de um condutor energizado com uma superfície de elevada resistência elétrica, em que o comportamento da tensão em função da corrente apresenta uma característica não linear. Desta forma, esta tese propõe uma nova formulação para a localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia elétrica, com medições a um terminal, que considere tal efeito. A formulação é proposta para estimar a distância da falta em linhas de distribuição utilizando o método de estimação por mínimos quadrados, desenvolvendo um modelo no domínio do tempo do sistema elétrico e um modelo de falta de alta impedância composto por diodos antiparalelos. Mediante o modelo do sistema elétrico, é possível estimar a distância da falta, juntamente com os parâmetros da falta de alta impedância, usando sinais provenientes de um terminal, como um problema de otimização. Primeiramente, não considerando o efeito capacitivo das linhas, um modelo linear no domínio do tempo é obtido e um estimador de mínimos quadrados linear é proposto. Posteriormente, considerando o efeito capacitivo das linhas, um modelo não linear no domínio do tempo é obtido e um algoritmo de descida é proposto para a estimação dos parâmetros. Os estudos de caso foram realizados no sistema de 13 barras da IEEE modelado no Alternative Transient Program. Em todas as condições simuladas, os resultados obtidos mostraram um desempenho similar da técnica proposta com ou sem a consideração da capacitância das linhas, sendo assim, por simplicidade, optou-se pela desconsideração da capacitância. Os resultados evidenciaram que a técnica de localização de faltas proposta não mostra diferença no seu desempenho com variações do ângulo de incidência da falta e melhora quando o carregamento do sistema diminui. O erro relacionado à estimativa da distância da falta mostra-se, em geral, superior ao erro cometido ao estimar os parâmetros da falta de alta impedância. Por outro lado, os estudos de caso mostram um grande potencial para aplicar a técnica proposta como um detector e classificador de faltas de alta impedância.High impedance fault location has always been a challenge for protection engineering. On the other hand, if this task is successfully realized maintenance action could be performed in order to avoid potential injuries. For an effective protection scheme the high impedance fault location should be performed, but a lack of research on this area is noted. This thesis proposes a new analytical formulation for high impedance fault location in power systems. The approach is developed in time domain, considering a high impedance fault model composed by two antiparallel diodes. Using this model, the fault distance and fault parameters are estimated as a minimization problem, allowing the location of the fault using one terminal signals. Firstly, the line capacitance is not considered and a linear model in time domain is obtained. In this case, the linear least square estimator is used for parameter estimation. In a second moment, the line capacitance is considered and a non-linear model in time domain is obtained. Hence, a steepest descent based estimator is proposed in order to estimate the parameters. Studies were carried out with the IEEE 13 bus modeled in the Alternative Transient Program. In view of the test results, the non-consideration of line capacitance resulted in similar accuracy in relation to its consideration. The method also is insensitive to the fault inception instant and the reduction of system load reduces the errors related to the estimations. The error related to fault distance estimation is in general greater than the estimation of the high impedance fault parameters. On the other hand, case studies shows the great potential of the technique as a high impedance fault detector method

Localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia : uma abordagem baseada na estimação de parâmetros associados a modelos no domínio do tempo

A detecção de um tipo particular de falta, denominado de alta impedância, tem sido há muito tempo um desafio para a engenharia de proteção. Por outro lado, se a detecção é realizada com sucesso, ações preventivas e de manutenção devem ser tomadas para evitar prejuízos potenciais. Nesse contexto, os métodos de localização de faltas assumem importante papel, pois contribuem para a rápida restauração do sistema. Entretanto, os métodos clássicos, em particular as formulações a um terminal, não consideram modelos realísticos de faltas de alta impedância na sua formulação. Este tipo de falta se caracteriza pelo contato de um condutor energizado com uma superfície de elevada resistência elétrica, em que o comportamento da tensão em função da corrente apresenta uma característica não linear. Desta forma, esta tese propõe uma nova formulação para a localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia elétrica, com medições a um terminal, que considere tal efeito. A formulação é proposta para estimar a distância da falta em linhas de distribuição utilizando o método de estimação por mínimos quadrados, desenvolvendo um modelo no domínio do tempo do sistema elétrico e um modelo de falta de alta impedância composto por diodos antiparalelos. Mediante o modelo do sistema elétrico, é possível estimar a distância da falta, juntamente com os parâmetros da falta de alta impedância, usando sinais provenientes de um terminal, como um problema de otimização. Primeiramente, não considerando o efeito capacitivo das linhas, um modelo linear no domínio do tempo é obtido e um estimador de mínimos quadrados linear é proposto. Posteriormente, considerando o efeito capacitivo das linhas, um modelo não linear no domínio do tempo é obtido e um algoritmo de descida é proposto para a estimação dos parâmetros. Os estudos de caso foram realizados no sistema de 13 barras da IEEE modelado no Alternative Transient Program. Em todas as condições simuladas, os resultados obtidos mostraram um desempenho similar da técnica proposta com ou sem a consideração da capacitância das linhas, sendo assim, por simplicidade, optou-se pela desconsideração da capacitância. Os resultados evidenciaram que a técnica de localização de faltas proposta não mostra diferença no seu desempenho com variações do ângulo de incidência da falta e melhora quando o carregamento do sistema diminui. O erro relacionado à estimativa da distância da falta mostra-se, em geral, superior ao erro cometido ao estimar os parâmetros da falta de alta impedância. Por outro lado, os estudos de caso mostram um grande potencial para aplicar a técnica proposta como um detector e classificador de faltas de alta impedância.High impedance fault location has always been a challenge for protection engineering. On the other hand, if this task is successfully realized maintenance action could be performed in order to avoid potential injuries. For an effective protection scheme the high impedance fault location should be performed, but a lack of research on this area is noted. This thesis proposes a new analytical formulation for high impedance fault location in power systems. The approach is developed in time domain, considering a high impedance fault model composed by two antiparallel diodes. Using this model, the fault distance and fault parameters are estimated as a minimization problem, allowing the location of the fault using one terminal signals. Firstly, the line capacitance is not considered and a linear model in time domain is obtained. In this case, the linear least square estimator is used for parameter estimation. In a second moment, the line capacitance is considered and a non-linear model in time domain is obtained. Hence, a steepest descent based estimator is proposed in order to estimate the parameters. Studies were carried out with the IEEE 13 bus modeled in the Alternative Transient Program. In view of the test results, the non-consideration of line capacitance resulted in similar accuracy in relation to its consideration. The method also is insensitive to the fault inception instant and the reduction of system load reduces the errors related to the estimations. The error related to fault distance estimation is in general greater than the estimation of the high impedance fault parameters. On the other hand, case studies shows the great potential of the technique as a high impedance fault detector method

Diagnóstico de faltas em sistemas de subtransmissão : uma formulação baseada na Transformada Wavelet contínua

As faltas podem ocorrer em diversos componentes de um sistema elétrico de potência, dentre os quais as linhas de transmissão se destacam como elementos susceptíveis. Devido a suas dimensões físicas, ambiente de operação e interconexão com outros sistemas, a localização exata de uma falta em uma linha de transmissão não é trivial dificultando a tarefa das equipes de manutenção para recomposição do fornecimento de energia. Neste contexto, este trabalho apresenta uma metodologia computacional desenvolvida em ambiente MATLAB® para diagnóstico de faltas em linhas de transmissão baseada na análise de transitórios de alta freqüência nas tensões do sistema. A abordagem desenvolvida neste trabalho inicialmente utiliza a equação de Park para achar a tensão zero, direta e em quadratura e posteriormente detectar a ocorrência da falta através do coeficiente de diferenças. Posteriormente, a teoria de ondas viajantes associada à transformada wavelet contínua são utilizadas objetivando determinar a frequência característica do sinal transitório, a qual é relacionada com o local da falta. Para validar o algoritmo de localização proposto foram realizadas diversas simulações de faltas com o programa ATP (Alternative Transient Program) utilizando dados de uma linha aérea real. A efetividade da abordagem proposta foi avaliada considerando a resistência de falta, o ângulo de incidência da falta e a impedância de curto-circuito do sistema. Os resultados promissores demonstraram a aplicabilidade da formulação proposta para localização faltas em linhas de transmissão aéreas utilizando medições oscilográficas digitais de apenas um terminal.Faults can occur in several components of an electric power system, among which the transmission line stands out. Due to its physical dimensions, operating environment and interconnection systems, the exact transmission line fault location is non-trivial hindering maintenance crew system restoration. In this context, this work presents a computational methodology developed in MATLAB® environment for fault diagnosis on transmission lines based on voltage high frequency transient analysis. Thus, the approach adopted in this work use firstly the Park equations to find the zero, direct and quadrature voltage and then detect the fault occurrence through the difference coefficient. After, the traveling wave theory associated with continuous wavelet transform application is used for determining the characteristic frequency of the transient signal, which is correlated with the fault location. To validate the proposed fault location algorithm, several fault simulations were executed using ATP software using real overhead line data. The proposed fault location scheme performance was evaluated considering the fault resistance, inception fault angle and short-circuit impedance of the system. The promising results demonstrate the applicability of the proposed formulation for fault location in overhead transmission lines, using one terminal digital oscillographic measurement

Analysis of the effect of passive climatization solutions on the annual number of thermal comfort hours in an industrial workshop

O presente estudo avalia o comportamento energético e térmico de uma oficina industrial localizada em Canoas usando soluções passivas de climatização: telhas de fibrocimento, fibrocimento com forro de gesso, telha de cerâmica, telha de concreto, telha sanduíche, telhado verde e, concomitantemente aos diferentes tipos de telhado, pintura branca de paredes e telhas. Os múltiplos cenários são simulados por meio do EnergyPlus™ e avaliados quanto ao percentual anual de horas de conforto térmico. As soluções passivas de climatização aumentam as horas anuais de conforto térmico em até 28,85% em comparação a edificação original. Os diferentes tipos de telha e o telhado verde reduzem a amplitude de temperaturas operativas observadas. A edificação com telhado verde obtém o maior efeito de redução de amplitude de da temperatura operativa interna entre os diferentes tipos de telhados estudados. A edificação com melhor performance no estudo mantém-se em estado de conforto térmico em 53,23% das horas de operação anuais.This study evaluates the thermal and energetic behavior of an industrial workshop located in Canoas, Brazil, using passive climatization solutions: asbestos-cement tiles, asbestos-cement tiles with a plaster ceiling, concrete tiles, ceramic tiles, sandwich tiles, green roof, and, simultaneously to the different types of roofing, white-painted walls and roof tiles. The building is simulated on EnergyPlus™ for the different scenarios and assessed on the annual percentage of hours of thermal comfort. The passive climatization solutions increase the yearly hours of thermal comfort by upwards of 28,85% compared to the original building. The different types of roof tiles and the green roof reduce the amplitude of operative temperatures observed. The green roof building attains the most significant operative temperature amplitude reduction among the different types of roofs studied. The bestperforming building in the study is in a thermal comfort state in 53,23% of its annual operating hours

Vibraciones en caja de engranajes

Adquisición de señales de vibraciones en una caja de engranajes especialmente diseñada para identificar fallas en rodamientos bajo la presencia de ruidos e interferencias relevantes.Fil: Schuster, Roberto Nicolás. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Iurinic, Gerardo Mathias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Materiales de Misiones. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Exactas Químicas y Naturales. Instituto de Materiales de Misiones; ArgentinaFil: Kolodziej, Javier Ernesto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Materiales de Misiones. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Exactas Químicas y Naturales. Instituto de Materiales de Misiones; Argentina. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ingeniería; Argentin

Park's Transformation Based Formulation For Power Systems Transients Detection

This paper presents proposed developments of a new formulation and a full algorithm for transient detection by applying Parks transformation. This approach consist in transforming three-phase voltage or current signals into Parks components known as direct, quadrature, and zero axes components. The input signals are local measurements of a power transmission or distribution system. Then, transients are superimposed in three-phase signals that can be detected in Parks components through the finite difference between samples. A full algorithm for the transient detection is presented and envisions the possibility of being applied in real time. In order to demonstrate the proposed algorithms performance, four case studies are considered: capacitor energizing, distribution transformer energizing, permanent resistive fault, and high impedance fault. These cases were simulated on a typical Brazilian sub-transmission line using Alternative Transient Program. As demonstrated by the case studies, the proposed formulation introduces further improvements for transient detection in power systems