Deeper analyses of fault location on electric power systems through the method of electromagnetic time reversal

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Costa, Lucas Araujo da
• Orientador(a): Gazzana, Daniel da Silva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Energia elétrica : Distribuição; Detecção de falhas; Eletromagnetismo
• Palavras-chave em Inglês: Electric power distribution; Electromagnetic time reversal; Electromagnetic transients; Fault location; HVDC transmission
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/267556

Localização de faltas tem sido objeto de pesquisa em engenharia de sistemas elétricos de potência por muitas décadas. Um grande número de métodos tem sido desenvolvido, explorando características relacionadas a grandezas elétricas medidas. A maioria dos métodos pode ser classificada em três ou quatro tipos, de acordo com a forma como a localização das faltas são estimadas. A pesquisa sobre outros métodos para estimar a localização de faltas levou à aplicação do método chamado de reversão do tempo eletromagnético (acrônimo EMTR em inglês). O método EMTR foi desenvolvido e aplicado à diferentes áreas e tipos de problemas antes dos estudos em localização de faltas. O método é baseado na propriedade de reversibilidade no tempo das equações de ondas eletromagnéticas em meios lineares, não dissipativos e invariantes no tempo e na frequência. Os sistemas elétricos de potência são meios lineares e podem ser considerados invariantes no tempo e na frequência dentro de uma janela de tempo relativamente curta. A condição não dissipativa não é satisfeita, uma vez que os sistemas de potência real tenham perdas. No entanto, estudos anteriores mostraram que a localização de falta através do método EMTR funciona mesmo na presença de perda. As ondas viajantes induzidas por falhas formam os transitórios eletromagnéticos (acrônimo EMTs em inglês), cujo sinal, seja de corrente elétrica ou tensão elétrica, é revertido no tempo. A aplicação do método é dividida em estágios de tempo direto e reverso. No primeiro, o sinal é registrado e, no segundo, a localização da falta é estimada por uma métrica. A presente tese visa dar continuidade à pesquisa sobre a aplicação do método EMTR na localização de faltas em sistemas de potência. Análises mais profundas são realizadas para ampliar o conhecimento na literatura sobre a eficácia do método e as características que influenciam seu comportamento. O método é primeiramente aplicado a um sistema simples através de formulações analíticas no domínio da frequência, conforme apresentado em trabalhos anteriores. Em seguida, o método é avaliado no mesmo sistema simples no domínio do tempo, utilizando o modelo numérico em um software de simulações de transitórios eletromagnéticos. Casos de estudo mais complexos no domínio do tempo são posteriormente considerados através de dois sistemas de potência mais complexos. O primeiro é um link de transmissão CC e o segundo é uma rede de distribuição de energia. Modelos sofisticados são usados para os cabos subterrâneos e aéreos dos sistemas. Muitas simulações de falta são realizadas, onde a localização da falta e a resistência da falta são variadas. A frequência de corte usada para filtrar os EMTs induzidos pelas faltas é mudada, bem como a duração do registro do sinal. A dependência do desempenho do método nessas características é mostrada. A relação com o conteúdo espectral do sinal é observada. A distância da falta até o ponto onde os sinais são registrados é a principal característica que pode dificultar a estimativa correta da localização das faltas. A partir das análises, a conclusão geral é que o método EMTR tem exatidão limitada na localização de faltas em condições e sistemas como nos estudos. O método não pôde estimar corretamente a localização de faltas a mais de 30 km de um ou dois medidores onde os sinais são registrados. É necessário maior desenvolvimento do método para aplicações futuras em sistemas reais.