Desenvolvimento de Métodos de Detecção de Avarias e Algoritmos de Protecção para Aplicação

346 Pages·2013·12.21 MB·Portuguese

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Luís Manuel Ramos de Oliveira

Desenvolvimento de Métodos de Detecção de Avarias
e Algoritmos de Protecção para Aplicação
em Sistemas de Monitorização Contínua
de Transformadores Trifásicos

Tese apresentada para a obtenção do grau de Doutor em
Engenharia Electrotécnica, na especialidade de Sistemas de Energia

2013
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Desenvolvimento de Métodos de Detecção de Avarias 
e Algoritmos de Protecção para Aplicação 
em Sistemas de Monitorização Contínua  
de Transformadores Trifásicos  

Tese apresentada para a obtenção do grau de Doutor em
Engenharia Electrotécnica, na especialidade de Sistemas de Energia

Luís Manuel Ramos de Oliveira

Coimbra — Portugal
2013

Tese realizada sob orientação do
Professor Doutor António João Marques Cardoso
Professor Catedrático do Departamento de Engenharia Electromecânica
da Universidade da Beira Interior

À minha família

Agradecimentos 

O meu profundo agradecimento ao Professor Doutor António João Marques Cardoso pela
orientação deste trabalho, pelos conhecimentos que me transmitiu e pelo apoio e incentivo que sempre
me manifestou.
Agradeço ao Departamento de Engenharia Electrotécnica e Computadores da Faculdade de
Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra e ao Instituto de Telecomunicações os meios
disponibilizados para a realização deste trabalho.
Agradeço ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior o financiamento concedido no
âmbito da Bolsa SFRH/PROTEC/49261/2008, que possibilitou a dispensa de serviço docente a 50% e
o pagamento de propinas durante dois anos lectivos.
Ao Departamento de Engenharia Electrotécnica e ao Instituto Superior de Engenharia da
Universidade do Algarve agradeço também os meios disponibilizados para a realização da parte
experimental e as facilidades concedidas na elaboração do horário docente.
Agradeço ao Professor Doutor João Rodrigues a cedência das instalações do Laboratório de
Projecto – Sinal, Visão e Computação, onde foi realizada grande parte da componente laboratorial
deste trabalho.
Ao Professor Doutor Sérgio Cruz agradeço as sugestões que contribuíram para a realização do
presente trabalho.
Aos Técnicos de Laboratório António Costa e Nuno Portela agradeço a ajuda disponibilizada na
realização dos protótipos laboratoriais.
A todos os colegas do Instituto Superior de Engenharia da Universidade do Algarve, em especial
aos do Departamento de Engenharia Electrotécnica, que, de alguma forma, me ajudaram durante este
trabalho manifesto também o meu agradecimento.
Aos elementos do grupo DIANA o meu agradecimento pela amizade e pelos bons momentos de
convívio. Em especial, agradeço à Dra. Sílvia Ângelo a disponibilidade e a ajuda prestada na resolução
dos problemas burocráticos que foram surgindo ao longo destes anos.
À Professora Aline agradeço a exigência e o exemplo.
À Ana agradeço não só as lições de matemática e de português, mas também, e acima de tudo, o
seu permanente encorajamento e invulgar paciência demonstrada. À Rita e ao Tiago agradeço os
sorrisos, que tornam tudo o resto insignificante.
Por fim, resta-me agradecer aos meus pais, a quem nunca conseguirei retribuir todos os sacrifícios
que fizeram em meu nome.
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Resumo 

Os transformadores são um componente vital dos sistemas de produção, transmissão e
distribuição de energia eléctrica e constituem um dos maiores investimentos de capital-
-intensivo realizado pelas empresas do sector eléctrico. Uma avaria inesperada num
transformador pode provocar prejuízos elevados, onde se incluem não só a reparação ou
substituição do equipamento, mas também os custos relativos à energia não vendida e às
eventuais penalidades devido ao incumprimento dos padrões de continuidade de serviço.
Neste contexto, existe uma crescente exigência relativamente aos sistemas de manutenção e
protecção dos transformadores, no sentido de garantir elevados padrões de fiabilidade e
qualidade de serviço da rede eléctrica. Consequentemente, o desenvolvimento de novos
métodos de diagnóstico de avarias e o aperfeiçoamento dos dispositivos de protecção tem
merecido particular atenção por parte da comunidade científica, por forma a tentar detectar
as anomalias na sua fase mais precoce e assim evitar avarias catastróficas, minimizando os
danos no transformador e reduzindo o período e custos de indisponibilidade.
O trabalho apresentado nesta dissertação teve como objectivo principal o desenvolvimento
de métodos de detecção de avarias em transformadores trifásicos. Pretendeu-se que os
métodos possam ser utilizados em sistemas de monitorização contínua já existentes ou,
preferencialmente, integráveis nos dispositivos de protecção baseados em microprocessadores,
por forma a conseguir um sistema de monitorização contínua de baixo custo.
A dissertação começa por apresentar uma caracterização das avarias que mais
frequentemente ocorrem nos transformadores e uma revisão bibliográfica sobre os métodos de
diagnóstico e técnicas de detecção de avarias utilizadas nos relés de protecção. De seguida
descreve-se o desenvolvimento do modelo computacional do transformador, o qual é
indispensável para analisar com detalhe o seu comportamento em diversas condições de
funcionamento, tais como avarias nos enrolamentos, sobrecorrentes transitórias de excitação,
perturbações na tensão de alimentação ou curtos-circuitos externos. Foi aqui dada especial
atenção ao processo de obtenção dos parâmetros do modelo, particularmente no que se refere
à determinação da curva de magnetização em regime saturado e à caracterização das
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