Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Desenvolvimento de solução técnica com integração de software e hardware para medição, separação e identificação de descargas parciais em equipamentos elétricos
Autor(es): VILLIBOR, Jansen Paula
Primeiro Orientador: WANDERLEY NETO, Estácio Tavares
metadata.dc.contributor.advisor-co1: LOPES, Gustavo Paiva
Resumo: Os custos provenientes de falhas de equipamentos elétricos e da indisponibilidade de fornecimento de energia têm impactos diretos sobre o resultado operacional das concessionárias e, portanto, melhorar a confiabilidade do fornecimento de energia elétrica é uma das razões técnicas para a realização de investimentos no sistema elétrico, e, principalmente, em subestações. Investimentos em sistemas de medição e monitoramento permitem realizar o diagnóstico mais assertivo da isolação de equipamentos e são essenciais para melhorar os protocolos de manutenção baseados na condição do equipamento, e, assim, aumentar a confiabilidade e reduzir a ocorrência de falhas. Neste contexto, o diagnóstico da qualidade da isolação de equipamentos por meio da medição de descargas parciais (DP) é um recurso valioso e que tem sido amplamente empregado. Entretanto, existem dificuldades em analisar os sinais medidos, pois, durante medições de DP, é comum, que mais de um fenômeno ocorra simultaneamente, sejam eles ruídos ou múltiplas fontes de descargas parcial, prejudicando a análise e a posterior classificação dos fenômenos encontrados. Para contribuir com a resolução deste problema, objetiva-se o desenvolvimento de uma solução que permita realizar assertivamente a medição, separação e classificação dos tipos básicos de descargas parciais, geralmente, encontrados durante medições de DP em equipamentos elétricos, que são: descargas tipo corona, superficial e interna. A solução proposta é composta por um Hardware integrado a um software capaz de medir, separar e classificar descargas parciais. A solução conta com um hardware digitalizador adequado para medições e que possui flexibilidade para ser utilizado com o método convencional (IEC 60270) e métodos não-convencionais. O software permite o controle das configurações de medição com a aplicação de técnicas de mitigação de ruído e extração de pulsos de DP, além de permitir separação dos fenômenos medidos em diferentes padrões PRPD (Phase Resolved Partial Discharges) com um mapa de Tempo-Frequência (T-F Map). Por último, o software possui um mecanismo de identificação baseado em Aprendizado de Máquinas (Machine Learning), conhecido como Sistema de Inferência Fuzzy. A validação das medições foi realizada com um simulador de DP, com seus resultados comparados com um sistema comercial. A separação de descargas parciais foi avaliada com os pulsos de DP medidos no estator de um gerador e medições de fontes de descargas parciais simultâneas fornecidas pelo simulador. Finalmente, o mecanismo de identificação foi validado para as categorias de DP: corona, superficial e interna, com um conjunto de dados de teste proveniente do banco de dados desenvolvido. Os resultados obtidos indicam que a solução proposta foi capaz de medir adequadamente os sinais de descargas parciais, produzindo padrões PRPD equivalentes aos obtidos com os sistemas comerciais com diferenças percentuais menores que 4% para os parâmetros avaliados, inclusive, na medição de carga aparente na qual o erro médio foi de 1,3%. A separação com o T-F Map, apesar de ter limitações, teve desempenho satisfatório e conseguiu separar os fenômenos sobrepostos. O mecanismo de identificação conseguiu identificar e classificar os três tipos básicos de DP com acurácia de 95,4%.
Abstract: The costs from electrical equipment failures and the unavailability of the power supply directly impact the utilities' operational results. Therefore, improving the reliability of the electricity supply is one of the technical reasons for investing in the electrical power system, especially power substations. Investments in measurement and monitoring systems allow a more assertive diagnosis of equipment insulation and are essential to improve condition-based maintenance protocols, increasing reliability and minimizing fault occurrence. In this context, diagnosing the equipment insulation quality with partial discharges (PD) measurements is a valuable resource that is widely used. However, there are difficulties in analyzing the measured signals since, during PD measurements, it is common for more than one phenomenon to cooccur, whether noise or multiple PD sources, compromising the analysis and subsequent identification and classification of the PD activities. In this light, to contribute to solving this problem, the objective is to develop a cost-effective solution that allows for assertively measuring, separating, and classifying the basic types of partial discharges found during PD measurements in electrical equipment: corona, superficial, and internal. The proposed solution consists of hardware integrated with software capable of measuring, separating, and classifying partial discharges. The solution has digitizing hardware suitable for PD measurements and flexibility to work with conventional (IEC 60270) and non-conventional methods. The software allows the control of measurement settings by applying noise mitigation techniques and PD pulse extraction; it also allows the separation of the measured phenomena in different PRPD (Phase Resolved Partial Discharges) patterns with a Time-Frequency Map (T-F Map). The measurement validation process, which includes measurements with a PD simulator, demonstrates the solution's reliability. The work evaluated the separation of partial discharges with the PD pulses measured in the stator of a generator and measurements of simultaneous partial discharge sources provided by the PD simulator. Finally, this work validates the results of the identification mechanism for PD categories, corona, surface, and internal, with a test dataset extracted from the general database developed. The results indicate that the proposed solution could adequately measure the partial discharge signals, producing PRPD patterns equivalent to those obtained with the commercial system, with deviations of less than 4% for the parameters evaluated, as well as for the measurement of apparent charge, in which the average error was 1.3%. Despite its limitations, the separation provided by the T-F Map was satisfactory and could separate overlapping PD. The identification mechanism classified the three basic PD types with an accuracy of 95.4%.
Palavras-chave: Descargas parciais
Diagnóstico da isolação
Medição de descargas parciais
Separação de descargas parciais
Classificação de descargas parciais
Aprendizado de máquinas
Sistema de inferência Fuzzy
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica
Citação: VILLIBOR, Jansen Paula Villibor. Desenvolvimento de solução técnica com integração de software e hardware para medição, separação e identificação de descargas parciais em equipamentos elétricos. 2025. 137 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4256
Data do documento: 11-Abr-2025
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