Monitorización de la actividad de descargas parciales en sistemas aislantes papel-aceite mediante la detección y análisis de sus emisiones acústicas

Rubio-Serrano, Jesús

Publication:
Monitorización de la actividad de descargas parciales en sistemas aislantes papel-aceite mediante la detección y análisis de sus emisiones acústicas

dc.contributor.advisor	García Souto, José Antonio
dc.contributor.author	Rubio-Serrano, Jesús
dc.contributor.departamento	UC3M. Departamento de Tecnología Electrónica	es
dc.date.accessioned	2017-11-15T10:24:39Z
dc.date.available	2017-11-15T10:24:39Z
dc.date.issued	2017-09
dc.date.submitted	2017-09-05
dc.description.abstract	Los sistemas aislantes papel-aceite son una parte crítica en el diseño y en el correcto funcionamiento de los transformadores de potencia. Debido a las condiciones de operación del transformador, el sistema aislante está sometido a un estrés continuo, provocando una degradación constante en el mismo hasta su fallo. Para diagnosticar con la suficiente antelación la aparición de daño en el aislante y anticipar el fallo del transformador es necesario monitorizar un fenómeno que esté asociado a la degradación del sistema aislante. En este sentido, las descargas parciales (DP) han demostrado que son un marcador fiable del envejecimiento del aislante, ya que son a su vez síntoma y causa de dicho envejecimiento. Las DP son un fenómeno físico complejo que consiste en descargas eléctricas localizadas causadas por la ruptura parcial del medio aislante bajo la influencia de la tensión del campo eléctrico local. Se manifiestan como pulsos de corriente extremadamente rápidos (duración menor que 1 μs) y de baja magnitud (menor que 10000 pC). Son además un proceso estocástico, por lo que una DP no es significativa de la presencia de un fallo en el aislante, y es necesario un acercamiento estadístico sobre un conjunto de medidas de DP. La monitorización de DP se puede realizar por procedimientos eléctricos (corrientes inducidas) y acústicos (impulsos de ultrasonidos), los cuales resultan ser complementarios. De la medida eléctrica, además de la posible identificación del tipo de descargas, se obtiene una referencia de tiempos cero para calcular el tiempo de vuelo de las señales acústicas detectadas, permitiendo con ello la localización del origen de la DP. El objetivo del presente trabajo es monitorizar DP a través de sus emisiones acústicas, utilizando como referencia de tiempos la señal eléctrica, para obtener información relacionada con el grado de envejecimiento del aislante. Para alcanzar este objetivo se han marcado cuatro hitos principales. El primero consiste en diseñar una plataforma de ensayo que permita generar y estudiar distintos tipos de descargas parciales. Con este estudio se pretende caracterizar sus señales eléctricas y las emisiones acústicas asociadas, así como conocer los efectos producidos sobre el aislante por la presencia de distintos tipos de descargas. El segundo hito está relacionado con la dificultad para detectar e identificar las emisiones acústicas de DP debido a la atenuación y a la degradación. Por ello se presentan varias técnicas de procesamiento que permiten analizar las señales acústicas y eléctricas de las DP. Posteriormente, se caracteriza la respuesta de cada técnica mediante una simulación creada específicamente para ese fin. El tercer hito es el diseño y programación de un algoritmo en Matlab® que permite la monitorización de la actividad de DP con distintos tipos de sensores. Por último, el cuarto hito consiste en aplicar el sistema de monitorización a un problema real y conocido dentro de la plataforma de ensayo y estudiar su viabilidad para utilizarlo en entornos más complejos.	es
dc.description.abstract	Paper-oil insulation systems are a critical part of the design and operation of power transformers. Due to the operating conditions of the transformer, the insulation system is subjected to a continuous stress, causing a constant degradation in it until its failure. To diagnose the existence of damage in the insulation and anticipate the failure of the transformer, it is necessary to monitor a phenomenon that is associated with the degradation of the insulation system. In this sense, partial discharges (PD) have shown that they are a reliable marker of the aging of the insulation, since they are a symptom and a cause of this aging. PD are a complex physical phenomenon consisting of a localized electric discharge caused by the partial break of the insulation medium under the influence of local electric field voltage. They appear as an extremely fast current pulse (duration below 1 μs) and low magnitude (charge below 10000 pC). They are also a stochastic process, so a PD is not significant of the presence of a failure in the insulation, and a statistical approach of a set of PD measurements is necessary. PD monitoring can be performed by electrical (induced currents) and acoustic (ultrasonic pulses) procedures, which are complementary. From the electrical measurement, besides the possibility of PD identification, a zero-time reference is obtained to calculate the flight time of the detected acoustic signals, allowing the location of the origin of the PD. The objective of the present work is to monitor PD through its acoustic emissions, using as a zero-time reference the electrical signal, to obtain information on the degree of aging of the insulation. To reach this objective four key milestones have been marked. The first one is the design of a test bench to generate and study different types of PD. From this study, it is expected to characterize its associated electrical and acoustic emissions, as well as knowing the effects produced by the presence of different types of PD in the insulation. The second milestone is related to the difficulty in detecting and identifying acoustic PD emissions due to the attenuation and the degradation. Therefore, several signal processing techniques are presented which allow the analysis of the acoustic and electrical signals of PD. Subsequently, the response of each technique is characterized, through a simulation created expressly for that purpose. The third milestone is the design and the programming of an algorithm in Matlab® that allows the monitoring of PD activity with different kind of sensors. Finally, the fourth milestone consists of applying the monitoring system to a real and known problem within the test bench and study its feasibility for use in more complex environments.	en
dc.description.degree	Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática	es
dc.description.responsability	Presidente: Javier Sanz Feito.- Secretario: Fernando Machado Domínguez.- Vocal: Miguel A. Sánchez-Urán González	es
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10016/25833
dc.language.iso	spa	es
dc.rights	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España	*
dc.rights.accessRights	open access	es
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/	*
dc.subject.eciencia	Electrónica	es
dc.subject.other	Descargas parciales	es
dc.subject.other	Detección de ultrasonidos	es
dc.subject.other	Monitorización	es
dc.subject.other	Procesamiento de señales acústicas	es
dc.subject.other	Localización de la fuente	es
dc.subject.other	Partial discharges	en
dc.subject.other	Acoustic detection	en
dc.subject.other	Monitorization	en
dc.subject.other	Acoustic signal-processing	en
dc.title	Monitorización de la actividad de descargas parciales en sistemas aislantes papel-aceite mediante la detección y análisis de sus emisiones acústicas	es
dc.type	doctoral thesis	*
dspace.entity.type	Publication