Power Transformer Differential Protection Based on Clarke`s Transform and Fuzzy Systems

The power transformer is a piece of electrical equipment that needs continuous monitoring and fast protection since it is very expensive and an essential element for a power system to perform effectively. The most common protection technique used is the percentage differential logic, which provides discrimination between an internal fault and different operating conditions. Unfortunately, there are some operating conditions of power transformers that can affect the protection behavior and the power system stability. This paper proposes the development of a new algorithm to improve the differential protection performance by using fuzzy logic and Clarke`s transform. An electrical power system was modeled using Alternative Transients Program (ATP) software to obtain the operational conditions and fault situations needed to test the algorithm developed. The results were compared to a commercial relay for validation, showing the advantages of the new method.

Development and simulation of DSP filters for transformer differential protection / by Oskar Reynisson.

Transformer protection is one of the most challenging applications within the power system protective relay field. Transformers with a capacity rating exceeding 10 MVA are usually protected using differential current relays. Transformers are an aging and vulnerable bottleneck in the present power grid; therefore, quick fault detection and corresponding transformer de-energization is the key element in minimizing transformer damage. Present differential current relays are based on digital signal processing (DSP). They combine DSP phasor estimation and protective-logic-based decision making. The limitations of existing DSP-based differential current relays must be identified to determine the best protection options for sensitive and quick fault detection. The development, implementation, and evaluation of a DSP differential current relay is detailed. The overall goal is to make fault detection faster without compromising secure and safe transformer operation. A detailed background on the DSP differential current relay is provided. Then different DSP phasor estimation filters are implemented and evaluated based on their ability to extract desired frequency components from the measured current signal quickly and accurately. The main focus of the phasor estimation evaluation is to identify the difference between using non-recursive and recursive filtering methods. Then the protective logic of the DSP differential current relay is implemented and required settings made in accordance with transformer application. Finally, the DSP differential current relay will be evaluated using available transformer models within the ATP simulation environment. Recursive filtering methods were found to have significant advantage over non-recursive filtering methods when evaluated individually and when applied in the DSP differential relay. Recursive filtering methods can be up to 50% faster than non-recursive methods, but can cause false trip due to overshoot if the only objective is speed. The relay sensitivity is however independent of filtering method and depends on the settings of the relay’s differential characteristics (pickup threshold and percent slope).

Consideration of Multi-Phase Criterion in the Differential Protection Algorithm for High-Impedance Grounded Synchronous Generators

The generator differential protection is one of the most important electrical protections of synchronous generator stator windings. Its operation principle is based on the comparison of the input current and output current at each phase winding. Unwanted trip commands are usually caused by CT saturation, wrong CT selection, or the fact that they may come from different manufacturers. In generators grounded through high impedance, only phase-to-phase or three-phase faults can be detected by the differential protection. This kind of fault causes differential current to flow in, at least, two phases of the winding. Several cases of unwanted trip commands caused by the appearance of differential current in only one phase of the generator have been reported. In this paper multi-phase criterion is proposed for generator differential protection algorithm when applied to high impedance grounded generators.

New approach for power transformer protection based on intelligent hybrid systems

A power transformer needs continuous monitoring and fast protection as it is a very expensive piece of equipment and an essential element in an electrical power system. The most common protection technique used is the percentage differential logic, which provides discrimination between an internal fault and different operating conditions. Unfortunately, there are some operating conditions of power transformers that can mislead the conventional protection affecting the power system stability negatively. This study proposes the development of a new algorithm to improve the protection performance by using fuzzy logic, artificial neural networks and genetic algorithms. An electrical power system was modelled using Alternative Transients Program software to obtain the operational conditions and fault situations needed to test the algorithm developed, as well as a commercial differential relay. Results show improved reliability, as well as a fast response of the proposed technique when compared with conventional ones.

Proposta de um algoritmo eficiente para a localização de faltas por relé diferencial numérico para proteção de linhas de transmissão com compensação série controlada por tiristores (TCSC)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo dos sistema de automação da protecção diferencial de linha e comparação direccional

O tema do sistema de automação da protecção diferencial de linha e comparação direccional é merecedor de uma nova abordagem devido às recentes inovações tecnológicas ocorridas desde o aparecimento dos relés digitais e à consequente comunicação entre os sistemas de protecção, em particular na comunicação entre protecções diferenciais de linha. A protecção diferencial de linha apresenta claras vantagens face às protecções actualmente utilizadas para a protecção de linhas de transmissão e distribuição, tais como, Protecção de Máximo Intensidade de Fase, Máximo Intensidade Homopolar Direccionale Protecção de Distância. Contudo, existem alguns problemas associados a este tipo de protecções, nomeadamente na comunicação entre relés. Para automação e comunicação de protecções diferenciais de linhas de transmissão, no caso da ocorrência de defeitos na zona protegida pelo sistema de protecção diferencial foi empregue um método inovador para este tipo de sistema. Uma vez que a eficácia da actuação das protecções diferenciais depende do rigor das variáveis que são necessárias enviar entre protecções que se encontram localizadas em subestações distintas, recorreu-se à utilização de um automatismo para comunicação entre relés suportado pelo desenvolvimento de novos algoritmos para detectar quase instantaneamente um defeito em qualquer zona de protecção de uma linha de transmissão. Estes algoritmos são baseados na Transformada de Park, pelo que, é introduzido um novo conceito neste tipo de protecções. Através destes algoritmos é possível atenuar os problemas associados à protecção diferencial de linha. No sentido de verificar a aplicabilidade destes algoritmos à protecção diferencial de linha são apresentados diversos casos de estudo. Através dos resultados obtidos também foi possível verificar as vantagens associadas à utilização dos algoritmos propostos.

Estudo e Coordenação das Principais Protecções Eléctricas de Geradores e Transformadores de uma Central de Cogeração

O Sector eléctrico possui uma grande importância nas sociedades modernas. Dados os elevados custos de produção de energia e o grande impacto que esta tem na nossa economia e na sociedade, em geral, a utilização mais eficiente da energia é um factor fulcral. Com a evolução da electrónica e consequente aumento das capacidades dos computadores, as protecções eléctricas são cada vez mais eficazes e com índices de fiabilidade mais elevados, algo muito importante em instalações de elevado custo de investimento e manutenção. No entanto, o seu bom funcionamento está dependente do correcto dimensionamento das protecções e de uma análise técnica capaz de prever necessidades futuras. Após uma breve introdução no capítulo 1 é efectuado no capítulo 2 um breve estudo de protecções eléctricas e o seu estado de arte. Nos Capítulos 3 e 4 é efectuado o dimensionamento e estudo da selectividade das protecções de grupo de Alternador e Transformador escolhidos para a nova central de cogeração da refinaria de Matosinhos da Galp. No presente estudo foram apenas consideradas as protecções típicas de alternador e apenas a protecção diferencial do transformador. Todas as protecções foram dimensionadas com base no tutorial de protecções de geradores do IEE e com informação referente ao manual de instruções do relé G60 da GE industrial systems, o DTP-B da GE multilin e o ELIN Power Plant Automation. No Capítulo 5 é demonstrada a importância da análise Safety Instruments Systems (SIS), o seu modo de aplicação e necessidade de implementação em locais industriais como o caso em estudo. Por último, é efectuado um pequeno estudo económico onde é efectuada a comparação dos custos dos diversos equipamentos, protecções e manutenções efectuadas.

Proteção Diferencial de Transformadores Usando a Transformada Wavelet

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Proposta de um algoritmo eficiente para a localização de faltas por relé diferencial numérico para proteção de linhas de transmissão com compensação série controlada por tiristores (TCSC)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Contribuições para a implementação de um barramento de processo segundo a norma IEC 61850-9.

Desde seu lançamento, em 2002, a Norma IEC 61850 vem evoluindo para se tornar o padrão adotado nos Sistemas de Automação de Subestações. Dentre seus vários aspectos, destacam- se os serviços de tempo real, que permitem a implementação de funções de automação e de proteção dentro da subestação através da troca de mensagens específicas entre Dispositivos Eletrônicos Inteligentes através de um barramento digital de rede de dados. O objetivo central deste trabalho é explorar algumas das questões que envolvem a implementação de uma classe de serviços de tempo real: a transmissão de valores amostrados através de Serviços SMV, definidos pela Norma IEC 61850-9. Primeiramente, apresenta-se um breve resumo das principais características da Norma IEC 61850 que possibilitam o atendimento dos três requisitos por ela estabelecidos como base: a interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes, a versatilidade na configuração e reconfiguração do Sistema de Automação da Subestação, e a possibilidade de implementação de novas tecnologias. Em seguida, explora-se com maior profundidade todos os aspectos relevantes à implementação dos Serviços SMV. Devido à complexidade deste assunto, o autor propõe abordá-lo sob a ótica de cinco tópicos interdependentes: variações da Norma IEC 61850-9, confiabilidade do barramento de processo, sincronismo de tempo, análise da qualidade da medição e segurança cibernética. Com base nos resultados apresentados neste estudo, propõem-se duas plataformas, um protótipo de Transformador de Potencial Óptico e um protótipo de Relé de Proteção Diferencial para transformadores de potência, com o objetivo de explorar alguns dos aspectos pertinentes à implementação de um barramento de processo de acordo com a Norma IEC 61850-9. Também foram realizados testes de geração e transmissão de mensagens contendo valores de amostras de tensão/corrente do sistema elétrico (denominadas de SV Messages) com a finalidade de implementá-las de fato e avaliar as ferramentas de mercado disponíveis. Por fim foi proposto um modelo para a simulação do sistema de potência em conjunto com a rede de comunicação utilizando o programa Matlab/Simulink. O autor espera que este trabalho contribua para esclarecer os vários conceitos envolvidos na implementação do barramento de processo definido pela Norma IEC 61850-9, auxiliando na pesquisa e no desenvolvimento de novas ferramentas e dispositivos, e no aprimoramento da Norma IEC 61850.

Proteção diferencial de transformadores de potência utilizando a transformada Wavelet

About 10% of faults involving the electrical system occurs in power transformers. Therefore, the protection applied to the power transformers is essential to ensure the continuous operation of this device and the efficiency of the electrical system. Among the protection functions applied to power transformers, the differential protection appears as one of the main schemes, presenting reliable discrimination between internal faults and external faults or inrush currents. However, when using the low frequency components of the differential currents flowing through the transformer, the main difficulty of the conventional methods of differential protection is the delay for detection of the events. However, internal faults, external faults and other disturbances related to the transformer operation present transient and can be appropriately detected by the wavelet transform. In this paper is proposed the development of a wavelet-based differential protection for detection and identification of external faults to the transformer, internal faults, and transformer energizing by using the wavelet coefficient energy of the differential currents. The obtained results reveal the advantages of using of the wavelet transform in the differential protection compared to conventional protection, since it provides reliability and speed in detection of these events.

Hydroxyl scavenging activity accounts for differential antioxidant protection of Plantago major against oxidative toxicity in isolated rat liver mitochondria

Objectives The aim of this work was to study the effects of P. major against the oxidative damage of isolated rat liver mitochondria. Methods The extracts were obtained using methanol (MeOH), ethyl acetate (EAc), dichloromethane (DCM), and hexane (Hex) as solvents. Key findings Hex, DCM, and EAc totally, and MeOH partially, inhibited ROS generation and lipid peroxidation of membranes induced by Fe2+ or t-BOOH. However, only MeOH was able to prevent the t-BOOH-induced glutathione and NAD(P)H oxidation. All extracts chelated Fe2+ and reduced DPP Hradicals. EPR analysis revealed that P. major exhibited potent scavenger activity for hydroxyl radicals. Conclusions The potent antioxidant activity exhibited by P. major was able to prevent oxidative mitochondrial damage, contributing to the understanding of its hepatoprotective action against ROS-mediated toxicity.

Intraperitoneal and intra-nasal vaccination of mice with three distinct recombinant Neospora caninum antigens results in differential effects with regard to protection against experimental challenge with Neospora caninum tachyzoites

Recombinant NcPDI(recNcPDI), NcROP2(recNcROP2), and NcMAG1(recNcMAG1) were expressed in Escherichia coli and purified, and evaluated as potential vaccine candidates by employing the C57Bl/6 mouse cerebral infection model. Intraperitoneal application of these proteins suspended in saponin adjuvants lead to protection against disease in 50% and 70% of mice vaccinated with recNcMAG1 and recNcROP2, respectively, while only 20% of mice vaccinated with recNcPDI remained without clinical signs. In contrast, a 90% protection rate was achieved following intra-nasal vaccination with recNcPDI emulsified in cholera toxin. Only 1 mouse vaccinated intra-nasally with recNcMAG1 survived the challenge infection, and protection achieved with intra-nasally applied recNcROP2 was at 60%. Determination of cerebral parasite burdens by real-time PCR showed that these were significantly reduced only in recNcROP2-vaccinated animals (following intraperitoneal and intra-nasal application) and in recNcPDI-vaccinated mice (intra-nasal application only). Quantification of viable tachyzoites in brain tissue of intra-nasally vaccinated mice showed that immunization with recNcPDI resulted in significantly decreased numbers of live parasites. These data show that, besides the nature of the antigen, the protective effect of vaccination also depends largely on the route of antigen delivery. In the case of recNcPDI, the intra-nasal route provides a platform to generate a highly protective immune response.

TRIPS and Special & Differential Treatment – Revisiting the Case for Derogations in Applying Patent Protection for Pharmaceuticals in Developing Count

In this paper we apply an implicit threshold approach, malleable to the principle of graduation, to identify countries that should benefit from derogations from WTO TRIPS commitments for pharmaceutical patents under the tenets of Special and Differential Treatment. This is based on the identification of four broad constraints loosely classified as; economic constraints; access topharmaceuticals; capacity constraints; and incidence of health outcomes. We identify these by means of analytical criteria and create a composite index that ranks countries according to the observed constraints which delimit the capabilities and desirability of implementing TRIPs disciplines. We discuss the use of negotiated weights and thresholds in determining participation and graduation into general provisions of the agreement. It follows that countries below the chosen threshold should be exempt from these hence receiving Special and Differential Treatment.

Differential tumor surveillance by natural killer (NK) and NKT cells

Natural tumor surveillance capabilities of the host were investigated in six different mouse tumor models where endogenous interleukin (IL)-12. does or does not dictate the efficiency of the innate immune response. Gene-targeted and lymphocyte subset-depleted mice were used to establish the relative importance of natural killer (NK) and NK1.1(+) T (NKT) cells in protection from tumor initiation and metastasis. In the models examined, CD3(-) NK cells were responsible for tumor rejection and protection from metastasis in models where control of major histocompatibility complex class I-deficient tumors was independent of IL-12, A protective role for NKT cells was only observed when tumor rejection required endogenous IL-12 activity. In particular, T cell receptor J alpha 281 gene-targeted mice confirmed a critical function for NKT cells in protection from spontaneous tumors initiated by the chemical carcinogen, methylcholanthrene. This is the first description of an antitumor function for NKT cells in the absence of exogenously administered potent stimulators such as IL-12 or alpha-galactosylceramide.