Análise do comportamento dinâmico de descargas parciais e da produção de ondas sonoras a partir de simulação numérica
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
Texto Completo: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29529 |
Resumo: | Descargas parciais ocorrem em diferentes tipos de equipamentos elétricos e causam deterioração progressiva do isolamento, então há interesse em monitorar descargas parciais para avaliar o estado do isolamento de um sistema elétrico e prever falhas. Técnicas para a detecção de descargas parciais, como a detecção de emissões de ultrassom, foram propostas na literatura, porém como vários efeitos podem ocorrer durante a descarga, correlacionar características no som e corrente com características da descarga é difícil. Simulações podem ajudar nestas correlações por permitir a análise de diferentes fenômenos. Neste documento, o modelo de deriva-difusão incluindo a fotoionização é acoplado com as equações de Navier-Stokes compressíveis linearizadas, para simular a produção de ondas sonoras por descargas parciais. Trabalhos anteriores utilizaram as equações de NavierStokes incompressíveis, de forma que eles podem simular a produção de vento iônico pelas descargas, mas não as ondas sonoras. Na literatura, os trabalhos focam em streamers ou pulsos Trichel. Neste trabalho, as duas descargas e as ondas sonoras produzidas por elas são simuladas na geometria eletrodo-plano no ar, utilizando o mesmo conjunto de parâmetros. A corrente elétrica e a carga transferida por pulso das descargas simuladas são comparadas com resultados experimentais para as mesmas condições disponíveis na literatura. As simulações demonstraram que as ondas sonoras se originam na ponta do eletrodo para os pulsos Trichel, e que para os streamers duas ondas sonoras são produzidas, uma produzida na ponta do eletrodo e a outra de todo a extensão da descarga. Diferenças na frente de onda em respeito à posição relativa à ponta do eletrodo foram analisadas para a descarga no regime de pulsos Trichel, mostrando que na proximidade da ponta do eletrodo a onda sonora não é uma frente de onda esférica. Os resultados das simulações de corrente e ondas sonoras foram comparados com dados experimentais disponíveis na literatura, e estão em concordância. Tanto a corrente como as ondas sonoras foram simuladas com sucesso e correlacionadas com as características da descarga, resultados que podem ser utilizados para ajudar na detecção de descargas parciais. A deformação induzida em uma fibra ótica pela onda sonora também foi simulada, e o desvio em comprimento de onda que ocorreria em uma rede de Bragg em fibra foi avaliado. Estes resultados podem ser utilizados para ajudar na detecção de ultrassom produzido por descargas parciais utilizando uma rede de Bragg em fibra ótica. |
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2022-09-06T20:26:27Z2022-09-06T20:26:27Z2022-08-09FABRIS, Luis Victor Muller. Análise do comportamento dinâmico de descargas parciais e da produção de ondas sonoras a partir de simulação numérica. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29529Descargas parciais ocorrem em diferentes tipos de equipamentos elétricos e causam deterioração progressiva do isolamento, então há interesse em monitorar descargas parciais para avaliar o estado do isolamento de um sistema elétrico e prever falhas. Técnicas para a detecção de descargas parciais, como a detecção de emissões de ultrassom, foram propostas na literatura, porém como vários efeitos podem ocorrer durante a descarga, correlacionar características no som e corrente com características da descarga é difícil. Simulações podem ajudar nestas correlações por permitir a análise de diferentes fenômenos. Neste documento, o modelo de deriva-difusão incluindo a fotoionização é acoplado com as equações de Navier-Stokes compressíveis linearizadas, para simular a produção de ondas sonoras por descargas parciais. Trabalhos anteriores utilizaram as equações de NavierStokes incompressíveis, de forma que eles podem simular a produção de vento iônico pelas descargas, mas não as ondas sonoras. Na literatura, os trabalhos focam em streamers ou pulsos Trichel. Neste trabalho, as duas descargas e as ondas sonoras produzidas por elas são simuladas na geometria eletrodo-plano no ar, utilizando o mesmo conjunto de parâmetros. A corrente elétrica e a carga transferida por pulso das descargas simuladas são comparadas com resultados experimentais para as mesmas condições disponíveis na literatura. As simulações demonstraram que as ondas sonoras se originam na ponta do eletrodo para os pulsos Trichel, e que para os streamers duas ondas sonoras são produzidas, uma produzida na ponta do eletrodo e a outra de todo a extensão da descarga. Diferenças na frente de onda em respeito à posição relativa à ponta do eletrodo foram analisadas para a descarga no regime de pulsos Trichel, mostrando que na proximidade da ponta do eletrodo a onda sonora não é uma frente de onda esférica. Os resultados das simulações de corrente e ondas sonoras foram comparados com dados experimentais disponíveis na literatura, e estão em concordância. Tanto a corrente como as ondas sonoras foram simuladas com sucesso e correlacionadas com as características da descarga, resultados que podem ser utilizados para ajudar na detecção de descargas parciais. A deformação induzida em uma fibra ótica pela onda sonora também foi simulada, e o desvio em comprimento de onda que ocorreria em uma rede de Bragg em fibra foi avaliado. Estes resultados podem ser utilizados para ajudar na detecção de ultrassom produzido por descargas parciais utilizando uma rede de Bragg em fibra ótica.Partial discharges can occur in different types of electric equipment and cause progressive insulation deterioration, só there is interest in monitoring partial discharges for assessing the state of the isolation of an electric system and to predict failures. Techniques to detect partial discharges, such as detecting ultrasonic emission, have been proposed in the literature, but as various effects can co-occur during a discharge, identifying characteristics in sound and pressure waveforms and correlating then with discharge characteristics is difficult. Simulations can assist in these correlations by allowing the separation of the different phenomena. In this work the drift diffusion model, including photo-ionization, is coupled with the linearized compressible Navier-Stokes equations to simulate ultrasonic waves produced by partial discharges. Previous works have used the incompressible Navier-Stokes equations, só they can simulate ionic wind produced by the Trichel pulses, but no sound. In the literature, simulations have focused either on streamers or Trichel pulses. In this work both discharges and produced sound waves are successfully simulated in the electrode-plane geometry in air. The electric current and charge per pulse are compared with experimental results reported in the literature for the same discharge conditions. The simulations demonstrated that the sound waves depart from the electrode tip for the Trichel pulses, and that for the streamers two sound waves are produced, one which departs from the electrode tip and the other from the whole discharge length. Differences in the wave front with respect to the relative position to the electrode tip were analyzed, showing that near the discharge spot the sound wave is not a spherical wavefront. The sound wave for one of the discharges in the Trichel pulse regime was compared with experimental results in the literature. Results are in good agreement with the experimental data found in the literature. Both current and sound waves were successfully predicted and correlated with the discharge, results that can be used to help in the detection of partial discharges. Additionally the sound wave induced deformation on an optical fiber was simulated, and the wavelength shift for an fiber Bragg grating was evaluated. These results can help in the detection of partial discharges ultrasound using a fiber Bragg grating.Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do ParanáSecretaria da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior (SETI)porUniversidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPRBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAEngenharia ElétricaDescargas elétricasFalhas de energia elétricaOndas sonorasFibras ópticasElétrons - EmissãoMétodos de simulaçãoIsoladores e isolamentos elétricosElectric dischargesElectric power failuresSound-wavesOptical fibersElectrons - EmissionSimulation methodsElectric insulators and insulationAnálise do comportamento dinâmico de descargas parciais e da produção de ondas sonoras a partir de simulação numéricaAnalysis of the dynamic behavior of partial discharges and the production of sound waves using numerical simulationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisCuritibaSilva, Jean Carlos Cardozo dahttps://orcid.org/0000-0003-2310-9159http://lattes.cnpq.br/9949032159595994Abe, Ildahttps://orcid.org/0000-0003-1142-8996http://lattes.cnpq.br/6430809426743411Silva, Jean Carlos Cardozo dahttps://orcid.org/0000-0003-2310-9159http://lattes.cnpq.br/9949032159595994Rambo, Marcos Vinicio Haashttps://orcid.org/0000-0002-1768-511Xhttp://lattes.cnpq.br/1121386710402716https://orcid.org/0000-0002-6525-2781http://lattes.cnpq.br/4837369834466845Fabris, Luis Victor Mullerreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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