O arco elétrico é um dos fenômenos mais severos em instalações elétricas industriais, capaz de liberar elevadas quantidades de energia em poucos milissegundos e provocar danos significativos às pessoas, aos equipamentos e à continuidade operacional. A mitigação desse risco está diretamente associada à redução do tempo total de eliminação da falta, desde a detecção do arco até a abertura do disjuntor responsável por interromper a corrente de curto-circuito. Em subestações industriais, observa-se uma vulnerabilidade específica em faltas localizadas no line side do disjuntor de entrada da subestação, pois a abertura do disjuntor local não elimina a contribuição da fonte. Nessa condição, torna-se necessária a atuação do disjuntor alimentador a montante, frequentemente instalado em outra subestação a longas distâncias, o que dificulta a transferência rápida do sinal de trip por meios convencionais. Nesse contexto, esta dissertação propõe e valida uma metodologia para redução da energia incidente em subestações industriais por meio da aplicação da proteção contra arco elétrico associada à transferência do sinal de trip via mensagens GOOSE (Evento Genérico Orientado a Objetos de Subestação, do inglês, Generic Object Oriented Substation Event), conforme a norma IEC 61850. A metodologia foi estruturada em quatro etapas: avaliação do tempo de atuação de dispositivos de proteção contra arco; avaliação da transferência do sinal de trip via GOOSE entre IEDs; análise do impacto da infraestrutura de rede; e validação em ambiente industrial real. Os resultados demonstraram que a comunicação GOOSE atendeu aos requisitos temporais aplicáveis a funções rápidas de proteção, mesmo em arquitetura com múltiplos switches industriais e rede de automação em operação. Na aplicação em campo, a solução possibilitou a atuação do disjuntor alimentador da subestação principal em tempo inferior a 100 ms. O recálculo da energia incidente no estudo de caso indicou redução de 7,34 cal/cm2 para 2,04 cal/cm2, equivalente a aproximadamente 72%. Os resultados confirmam a viabilidade técnica da utilização de mensagens GOOSE em esquemas de proteção contra arco elétrico e evidenciam sua contribuição para a modernização, confiabilidade e segurança operacional de subestações industriais.

A crescente penetração de fontes renováveis variáveis (FRV), em especial fotovoltaica e eólica, impõe novos desafios de estabilidade e de qualidade da energia nos alimentadores de distribuição. Nesse contexto, conversores eletrônicos de potência assumem papel central ao realizar a interface entre as FRV e a rede (FALCÃO, 2010), condicionando tensão, corrente e potência ativa/reativa conforme padrões normativos. Este trabalho investiga, de forma comparativa, topologias e estratégias de controle/modulação para conversores conectados à rede visando a melhoria da qualidade da energia no ponto de conexão comum (PCC). Propõe-se uma plataforma de simulação aplicada ao sistema IEEE de 13 barras, integrando OpenDSS (fluxo de potência e estudos de rede) e PLECS/Matlab (modelagem dinâmica do conversor), com cenários que contemplam variações de irradiância/vento e diferentes níveis de curto-circuito (redes fracas). São avaliados inversores a dois níveis e multiníveis (NPC e Flying Capacitor ), filtros L e LCL, e técnicas de modulação (SPWM, SVM e PS-PWM), sob controle grid-following e grid-forming. As métricas incluem THD de tensão/corrente no PCC, fator de potência, perfil de tensão, esforços de chaveamento/perdas e desempenho dinâmico (ride-through). Como contribuições, apresenta-se: (i) um protocolo de avaliação comparativa com indicadores objetivos; (ii) um procedimento prático de projeto de filtro LCL com amortecimento ativo/passivo; e (iii) diretrizes de seleção de topologia e controle em função da força da rede. Espera-se demonstrar que arranjos multiníveis, combinados a modulação apropriada e controle em malhas internas bem sintonizadas (SILVA, 2013), são capazes de reduzir distorções, melhorar o perfil de tensão e garantir operação conforme limites normativos em redes fracas.