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Clasificación de descargas parciales
1
Roger Schürch BrandtDepartamento de Ingeniería Eléctrica
Presentación (adaptada) para asignatura Laboratorio de Modelación I MAT-2822 de octubre de 2019
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3Ref.: http://www.ronantonelli.com/#/galleries/new-york-and-around/blackout-01
Energía eléctrica Confiabilidad sistema potencia
Envejecimiento equipamiento
Aislamiento eléctrico
Blackout(apagón)
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Equipamiento de potencia
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5
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Área de alta tensión y aislamientos:Multi-disciplinaria
• Física
• Química
• Ciencia de materiales
• Mecánica – Termodinámica
• Matemáticas
• Simulación y cálculo de campo eléctrico
• Tecnología de medición
• Electrónica
• Procesamiento de señales
• etc. etc...
… al servicio de la ingeniería eléctrica6
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¿Qué producen las descargas parciales? (DP)
7
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¡ Degradación !
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¡ Falla !
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Descargas parciales (DP)
Ruptura dieléctrica localizadaen aislamientos
DP deterioran aislamiento
Falla catastrófica del equipamiento eléctrico
Medición y análisis DP
Herramienta diagnósticodeterminación del estado
del aislamiento enequipamiento de AT
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Ejemplo degradación: Árboles eléctricos
• Canales de degradación enaislamiento polimérico de AT
• Precursor de falla en equipamientode potencia
• Mecanismo de iniciación y crecimiento no están claros
220 kV
Ref.: http://www.bridgat.com/
Ref.: http://www.novinium.com/
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Árbol eléctrico y descarga parcial
J. V. Champion, S. J. Dodd, and J. M. Alison, "The correlation between the
partial discharge behaviour and the spatial and temporal development of
electrical trees grown in an epoxy resin," J. Phys. D: Appl. Phys., Vol. 29, p.
2689, 1996
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Crecimiento del árbol y falla
http://www.youtube.com/user/ElectricalTreesCEIDP/videos
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Proyecto pasado de Laboratorio de Modelación:
Geometría de los árboles eléctricos(fractales, teoría grafos, etc.)
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Tipos de árboles
Branch-type (rama) Bush-type (bosque)
Escalas: 200 µm
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VOLVIENDO AL TEMA:
Las descargas parciales
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Las DP se pueden medir...
• Circuito de medición de DP, norma IEC 60270
• Se detecta el pulso de corriente PD
voidinsulationconductor
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Manifestaciones físicas de DP
• Corriente eléctrica
• Radiación electromagnética
• Luz
• Sonido
• Sub-productos químicos (superficial)
• Olor (ozono)
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Análisis tradicional de DP
Patrón resuelto en fase(PRPD)
Desventaja• No considera la dinámica (secuencia pulsos) del proceso de DP
• Proceso DP: fenómeno estocástico (aleatorio)
• Análisis: estadístico
Problema de superimposición
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DP como secuencia de pulsos
Serie de tiempo
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Caso 1
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Proyecto pasado de Laboratorio de Modelación:
DP sistema dinámico no lineal(Determinístico, series de tiempo no lineal)
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Análisis alternativo
INPUT
Excitation
OUTPUT
PD pulses
• Proceso DP: Sistema dinámico no lineal, princ. determinístico
• Análisis: series de tiempo no lineal & teoría del caos
Modelo entrada-salida Trayectoria
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Trasfondo teórico
• Análisis dinámica sistema → representación espacio de fase
(“trayectoria”)
• Reconstrucción del espacio de fase → una variable observable
↓
inmersión por retraso de coordenadas
Selección de:1. Variable2. Parámetros de inmersión
✓ Dimensión✓ Retraso
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Caso 2
Trayectorias de diferentes probetas
Excitation: 50Hz sinusoidalTest object: Motor 1 & 2Variable: phase angleDelay: 10
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Dimensión de correlación en crecimiento de árboles eléctricos
Caso 3
Time [min]Time [min]
Tree
len
gth
[m
m]
PD
Am
plit
ud
e [n
C]
Co
rrel
atio
n d
imen
sio
n (
Dc)
10 kV
12 kV
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Proyecto para Laboratorio de Modelación I 2019-2
Clasificación de descargas parciales
Opciones:1. Método tradicional - PRPD
2. Forma de onda
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Tipos de descargas parciales
1. Corona
2. Superficial
3. Interna
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Máquinas rotatorias
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Tipos DP bobina máquina rotatoria
Bobina máquina
rotatoria
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Proyecto para Laboratorio de Modelación I 2019-2
Clasificación de descargas parciales
Opciones:1. Método tradicional - PRPD
2. Forma de onda
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Tipo 1: DP corona
H. Illias, Y. Teo Soon, A. A. Bakar, H. Mokhlis, G. Chen, and P. L. Lewin, “Partial discharge patterns in high voltage insulation,” IEEE Int’l. Conf. Power and Energy, 2012, pp. 750–755.
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Tipo 2: DP superficial
H. Illias, Y. Teo Soon, A. A. Bakar, H. Mokhlis, G. Chen, and P. L. Lewin, “Partial discharge patterns in high voltage insulation,” IEEE Int’l. Conf. Power and Energy, 2012, pp. 750–755.
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Tipo 3: DP interna
H. Illias, Y. Teo Soon, A. A. Bakar, H. Mokhlis, G. Chen, and P. L. Lewin, “Partial discharge patterns in high voltage insulation,” IEEE Int’l. Conf. Power and Energy, 2012, pp. 750–755.
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Patrón PRPD
• Data: “ϕ-q-n”
• ϕ: ángulo (fase) [deg]
• q: carga (amplitud DP) [pC]
• n: repetición DP [DP/s]
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Caracterización estadística PRPD
• Distribuciones:
▪ Amplitud de pulsos DP q(ϕ)
▪ Conteo de pulsos DP n(ϕ)
• Parámetros:
▪ Media, varianza, etc.
▪ Descriptores de forma:
• Skewness (asimetría) y curtosis.
• Distribución de Weibull
▪ Parámetros: escala (α) y forma (β)
* 2 “nuevas” distribuciones: semi-ciclo positivo y negativo.
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Objetivos del proyecto: TEMA 1
GRAL: Identificar y clasificar las fuentes de DP (corona, superficiales, internas) mediante el método tradicional ‘resuelto en fase’
• Comprender la temática bajo estudio
• Relacionar fuentes de DP con patrones de DP
• Identificar/clasificar tipos de DP calculando parámetros estadísticos
• Evaluar la capacidad del método para identificar fuentes de DP simultáneas.
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Proyecto para Laboratorio de Modelación I 2019-2
Clasificación de descargas parciales
Opciones:1. Método tradicional - PRPD
2. Forma de onda
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Forma de onda de DP
F. Alvarez, J. Ortego, F. Garnacho, and M. A. Sanchez-Uran, “A clustering technique for partial discharge and noise sources identification in power cables by means of waveform parameters,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 23, no. 1, pp. 469–481, 2016.
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Forma de onda de DP – Envolventes (tiempo)
F. Alvarez, J. Ortego, F. Garnacho, and M. A. Sanchez-Uran, “A clustering technique for partial discharge and noise sources identification in power cables by means of waveform parameters,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 23, no. 1, pp. 469–481, 2016.
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Forma de onda de DP – Contenido frecuencia
R. Sarathi, K. H. Oza, C. L. G. Pavan Kumar, and T. Tanaka, “Electrical treeing in XLPE cable insulation under harmonic AC voltages,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 22, no. 6, pp. 3177–3185, Dec. 2015.
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Objetivos del proyecto: TEMA 2
GRAL: Identificar y clasificar las fuentes de DP (corona, superficiales, internas) mediante la forma de onda de las descargas parciales.
• Comprender la temática bajo estudio
• Caracterizar descargas parciales a través de parámetros derivados de su forma de onda.
• Identificar/clasificar tipos de DP calculando parámetros que sean promisorios para caracterización
• Evaluar la capacidad del método para identificar fuentes de DP simultáneas.
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Gracias por su atención