Novo método para monitoramento e localização de fontes de descargas parciais em transformadores de potência utilizando medições e simulações UHF.
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG |
Texto Completo: | http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/27101 |
Resumo: | Nesta pesquisa é apresentado um método para monitoramento e localização de fontes de des- cargas parciais (DP) em transformadores de potência mediante medição das ondas eletromag- néticas geradas pelas DP. Duas contribuições são apresentadas. A primeira é o desenvolvimento de um sensor UHF para medição de DP mediante adaptação em janelas dielétricas no tanque de transformadores de potência. Para este propósito, uma antena microfita bio-inspirada foi projetada. A forma do elemento irradiante da antena foi baseada na folha da planta Jatropha mollissima (Pohl) Baill. Desse modo, obteve-se um aumento da largura de banda com uma redução na área da antena de modo a esta ser compatível com as dimensões necessárias para instalação em janelas dielétricas de transformadores. A alimentação da antena foi realizada por linha de microfita e o plano de terra truncado ao longo do comprimento da linha de trans- missão, a fim de aumentar a largura de banda da antena. Em seguida, a antena de microfita foi encapsulada em resina epóxi de 20 mm de espessura para conferir à antena proteção anti- corrosão, rigidez mecânica, tolerância a altas temperaturas e elevação de vida útil. Além disso, uma blindagem em alumínio foi produzida para proteção contra interferências externas e per- mitir a fixação no tanque do transformador de potência. Para verificar os parâmetros elétricos do sensor desenvolvido, foram realizadas medições do ganho e do coeficiente de reflexão em uma câmara anecoica. A sensibilidade do sensor para detecção de DP foi comparada com o método padrão da IEC 60270. Para este propósito, ensaios experimentais foram realizados em um arranjo composto de um conjunto de eletrodos ponta-plano e um disco de poliamida (PA) imersos em óleo. Desse modo, foi possível produzir sinais de DP semelhantes aos que pode- riam ser gerados em transformadores reais. A segunda contribuição desta tese é a proposição de um algoritmo para a localização espacial da fonte de DP em transformadores de potência. O algoritmo proposto neste trabalho possui maior precisão do que os métodos já existentes por contemplar os efeitos das reflexões, refrações e difrações que o sinal UHF sofre dentro do tan- que do equipamento. O método utiliza simulações computacionais da propagação das ondas eletromagnéticas geradas pelas DP, obtendo o atraso de propagação do sinal a partir de cada ponto no espaço tridimensional até os sensores UHF. Os sinais calculados computacionalmente são comparados com os sinais medidos em campo, de modo que a posição indicada para a fonte de DP é a que o atraso de propagação simulado melhor se aproxima dos dados medidos. As equações do método são definidas como um problema de otimização tridimensional, a qual uti-liza o algoritmo de otimização por enxame de partículas binário para minimização da função objetivo do algoritmo. Os resultados da pesquisa demonstram que o sensor UHF apresentou sensibilidade para níveis de DP acima de 35 pC, dimensão final de 260 x 260 x 150 mm e lar- gura de banda de 772 MHz a 1272 MHz. Também foi testado o algoritmo de localização da fonte de DP e demonstrada a sua efetividade em ambiente computacional. |
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Novo método para monitoramento e localização de fontes de descargas parciais em transformadores de potência utilizando medições e simulações UHF.New method for monitoring and locating sources of partial discharges in power transformers using UHF measurements and simulations.Descargas parciaisFormas bioinspiradasTransformadores de potênciasUHF. 5. SensoresMonitoramentoLocalizaçãoAlgoritmo de enxame de partículas binárioPartial dischargesBioinspired shapesPower transformersUHF. 5. SensorsMonitoringLocationSwarm algorithm binary particlesEngenharia ElétricaNesta pesquisa é apresentado um método para monitoramento e localização de fontes de des- cargas parciais (DP) em transformadores de potência mediante medição das ondas eletromag- néticas geradas pelas DP. Duas contribuições são apresentadas. A primeira é o desenvolvimento de um sensor UHF para medição de DP mediante adaptação em janelas dielétricas no tanque de transformadores de potência. Para este propósito, uma antena microfita bio-inspirada foi projetada. A forma do elemento irradiante da antena foi baseada na folha da planta Jatropha mollissima (Pohl) Baill. Desse modo, obteve-se um aumento da largura de banda com uma redução na área da antena de modo a esta ser compatível com as dimensões necessárias para instalação em janelas dielétricas de transformadores. A alimentação da antena foi realizada por linha de microfita e o plano de terra truncado ao longo do comprimento da linha de trans- missão, a fim de aumentar a largura de banda da antena. Em seguida, a antena de microfita foi encapsulada em resina epóxi de 20 mm de espessura para conferir à antena proteção anti- corrosão, rigidez mecânica, tolerância a altas temperaturas e elevação de vida útil. Além disso, uma blindagem em alumínio foi produzida para proteção contra interferências externas e per- mitir a fixação no tanque do transformador de potência. Para verificar os parâmetros elétricos do sensor desenvolvido, foram realizadas medições do ganho e do coeficiente de reflexão em uma câmara anecoica. A sensibilidade do sensor para detecção de DP foi comparada com o método padrão da IEC 60270. Para este propósito, ensaios experimentais foram realizados em um arranjo composto de um conjunto de eletrodos ponta-plano e um disco de poliamida (PA) imersos em óleo. Desse modo, foi possível produzir sinais de DP semelhantes aos que pode- riam ser gerados em transformadores reais. A segunda contribuição desta tese é a proposição de um algoritmo para a localização espacial da fonte de DP em transformadores de potência. O algoritmo proposto neste trabalho possui maior precisão do que os métodos já existentes por contemplar os efeitos das reflexões, refrações e difrações que o sinal UHF sofre dentro do tan- que do equipamento. O método utiliza simulações computacionais da propagação das ondas eletromagnéticas geradas pelas DP, obtendo o atraso de propagação do sinal a partir de cada ponto no espaço tridimensional até os sensores UHF. Os sinais calculados computacionalmente são comparados com os sinais medidos em campo, de modo que a posição indicada para a fonte de DP é a que o atraso de propagação simulado melhor se aproxima dos dados medidos. As equações do método são definidas como um problema de otimização tridimensional, a qual uti-liza o algoritmo de otimização por enxame de partículas binário para minimização da função objetivo do algoritmo. Os resultados da pesquisa demonstram que o sensor UHF apresentou sensibilidade para níveis de DP acima de 35 pC, dimensão final de 260 x 260 x 150 mm e lar- gura de banda de 772 MHz a 1272 MHz. Também foi testado o algoritmo de localização da fonte de DP e demonstrada a sua efetividade em ambiente computacional.This research presents a method for monitoring and location of partial discharges (PD) sour- ces in power transformers based on the electromagnetic waves radiated by the PD pulse. Two contributions are presented. The first one is the development of a UHF sensor for PD measu- rement through adaptation on dielectric windows of power transformers. For this purpose, a bio-inspired microstrip antenna was designed with the ground plane truncated along the length of the transmission line. The shape of the patch antenna was based on the leaf of the Jatropha mollissima (Pohl) Baill plant. Thus, an increase of the bandwidth was obtained with a reduction in the antenna area within the dimensions required for the installation in the dielectric window of power transformers. Then, the microstrip antenna was encapsulated in epoxy resins with a thickness of 20 mm to provide protection against corrosion, mechanical support, and a lifetime compatibility with power transformers. Besides that, an aluminum enclosure was produced to protect against external interference and allow the sensor to be attached on the power transfor- mer tank. In order to verify the electrical parameters of the developed sensor, measurements of the gain and the reflection coefficient were performed in an anechoic chamber. Lastly, the antenna sensitivity for PD detection was compared with the IEC 60270 standard method. For this purpose, simultaneous tests were carried out in a PD generator setup, composed of an oil cell with needle-plane electrodes. In this way, PD signals were produced with values similar to those that could be generated in real transformers. The second contribution of this thesis is the proposition of an algorithm for the location of the PD sources in power transformers. The algorithm proposed in this work is more accurate than the existing methods because it con- templates the effects of the reflection, refractions and diffractions that the UHF signal suffers within the equipment tank. The method uses computational simulations of the electromagnetic waves generated by PD, obtaining the time delay of the signal from each point in the three- dimensional space until the UHF sensors. The signals calculated computationally are compared with the signals measured in the field, so that the indicated position for the PD source is that the simulated propagation delay best approaches the measured data. The equations of the method are defined as a three-dimensional optimization problem, so that the particle swarm optimiza- tion algorithm was used. The experimental tests demonstrated the effectiveness of the sensor for detection of PD signals with apparent charge values higher than 35 Pc. The sensor pre- sented a final dimension of 260 x 260 x 150 mm and bandwidth of 772 MHz to 1272 MHz.It was also tested the PD source localization algorithm and demonstrated its effectiveness in a computational environment.Universidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEIPÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICAUFCGCOSTA, Edson Guedes da.COSTA, E. G.Costa, E. G.E. C. Guedes.http://lattes.cnpq.br/3930289115658143SERRES, Alexandre Jean René.SERRES, Alexandre Jean René.Serres, A.SERRES, ALEXANDRE.http://lattes.cnpq.br/5988817460788034ALTAFIM, Ruy Alberto Correa.ALTAFIM, R. A. C.Altafim, Ruy Alberto Corrêa.Corrêa Altafim, Ruy Alberto.http://lattes.cnpq.br/3276653731957888ASSUNÇÂO, Adaildo Gomes D`.DASSUNCAO, A. G.D'ASSUNCAO, A. G.D ASSUNCAO, A. G.http://lattes.cnpq.br/4159638862269940NEVES, Washington Luiz Araújo .NEVES, W. L. A.NEVES, WASHINGTON L.A.NEVES, W. L. A.http://lattes.cnpq.br/3107104665517286ALBERT, Bruno Barbosa.ALBERT, B. B.ALBERT, BRUNO BARBOSA.BRUNO BARBOSA ALBERT.http://lattes.cnpq.br/4530607277273584NOBREGA, Luiz Augusto Medeiros Martins.2019-03-182022-09-13T12:37:40Z2022-09-132022-09-13T12:37:40Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/27101NOBREGA, Luiz Augusto Medeiros .Novo método para monitoramento e localização de fontes de descargas parciais em transformadores de potência utilizando medições e simulações UHF. 2019. 142fl. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2019.porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCG2022-09-13T12:41:30Zoai:localhost:riufcg/27101Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512022-09-13T12:41:30Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false |
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Nesta pesquisa é apresentado um método para monitoramento e localização de fontes de des- cargas parciais (DP) em transformadores de potência mediante medição das ondas eletromag- néticas geradas pelas DP. Duas contribuições são apresentadas. A primeira é o desenvolvimento de um sensor UHF para medição de DP mediante adaptação em janelas dielétricas no tanque de transformadores de potência. Para este propósito, uma antena microfita bio-inspirada foi projetada. A forma do elemento irradiante da antena foi baseada na folha da planta Jatropha mollissima (Pohl) Baill. Desse modo, obteve-se um aumento da largura de banda com uma redução na área da antena de modo a esta ser compatível com as dimensões necessárias para instalação em janelas dielétricas de transformadores. A alimentação da antena foi realizada por linha de microfita e o plano de terra truncado ao longo do comprimento da linha de trans- missão, a fim de aumentar a largura de banda da antena. Em seguida, a antena de microfita foi encapsulada em resina epóxi de 20 mm de espessura para conferir à antena proteção anti- corrosão, rigidez mecânica, tolerância a altas temperaturas e elevação de vida útil. Além disso, uma blindagem em alumínio foi produzida para proteção contra interferências externas e per- mitir a fixação no tanque do transformador de potência. Para verificar os parâmetros elétricos do sensor desenvolvido, foram realizadas medições do ganho e do coeficiente de reflexão em uma câmara anecoica. A sensibilidade do sensor para detecção de DP foi comparada com o método padrão da IEC 60270. Para este propósito, ensaios experimentais foram realizados em um arranjo composto de um conjunto de eletrodos ponta-plano e um disco de poliamida (PA) imersos em óleo. Desse modo, foi possível produzir sinais de DP semelhantes aos que pode- riam ser gerados em transformadores reais. A segunda contribuição desta tese é a proposição de um algoritmo para a localização espacial da fonte de DP em transformadores de potência. O algoritmo proposto neste trabalho possui maior precisão do que os métodos já existentes por contemplar os efeitos das reflexões, refrações e difrações que o sinal UHF sofre dentro do tan- que do equipamento. O método utiliza simulações computacionais da propagação das ondas eletromagnéticas geradas pelas DP, obtendo o atraso de propagação do sinal a partir de cada ponto no espaço tridimensional até os sensores UHF. Os sinais calculados computacionalmente são comparados com os sinais medidos em campo, de modo que a posição indicada para a fonte de DP é a que o atraso de propagação simulado melhor se aproxima dos dados medidos. As equações do método são definidas como um problema de otimização tridimensional, a qual uti-liza o algoritmo de otimização por enxame de partículas binário para minimização da função objetivo do algoritmo. Os resultados da pesquisa demonstram que o sensor UHF apresentou sensibilidade para níveis de DP acima de 35 pC, dimensão final de 260 x 260 x 150 mm e lar- gura de banda de 772 MHz a 1272 MHz. Também foi testado o algoritmo de localização da fonte de DP e demonstrada a sua efetividade em ambiente computacional. |
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