Análise de revestimento dielétrico de um sensor UHF de microfita aplicado na detecção de descargas parciais em transformadores de potência

Marcus Vinícius Dantas de Aquino

Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) Brasil

Alex Jean René Serres

ORCID iD Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) Brasil

Edson Guedes da Costa

ORCID iD Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) Brasil

George Victor Rocha Xavier

ORCID iD Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) Brasil

Luiz Augusto Medeiros Martins Nobrega

ORCID iD Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) Brasil

Vladimir Cesarino de Souza

Companhia Hidrelétrica do São Francisco (CHESF) Brasil

Resumo

O uso de sensores UHF em equipamentos elétricos de alta tensão para monitoramento de seu sistema de isolamento é largamente empregado. Com o intuito de melhorar a eficácia desses sensores, é apresentada, neste trabalho, uma análise sobre diferentes tipos de materiais dielétricos que podem ser utilizados como revestimento físico protetor e para aprimoramento das características eletromagnéticas de sensores UHF de microfita aplicados à detecção de descargas parciais em transformadores de potência. Os materiais usados como revestimento foram vidro, silicone, FR4, teflon e acrílico. Para tanto, simulações no software HFSS para o desenvolvimento das análises em duas antenas UHF de microfita foram realizadas. A partir das análises feitas, verificou-se o aprimoramento do coeficiente de reflexão e do ganho do sensor UHF, indicando que os materiais avaliados demonstraram ter aplicabilidade prática. Ademais, simulações de uma típica blindagem eletromagnética aplicada em conjunto com o sensor também foram desenvolvidas, demonstrando que a concepção da blindagem ainda nas etapas de projeto é de grande relevância. Para fundamentar os dados obtidos a partir das simulações, modelos reais dos sensores UHF avaliados foram construídos e submetidos a experimentos em laboratório.

Palavras-chave


Antenas de microfita; Descargas parciais; Sensor UHF; Transformadores de potência


Texto completo:

Referências


AQUINO, M. V. D. et al. Avaliação da inserção de camadas dielétricas no desempenho de sensor UHF de microfita aplicado a detecção de descargas parciais. In: INTERNATIONAL WORKSHOP ON ADVANCED DIELECTRICS AND APPLICATIONS (IWADA), 3., 2019, Campina Grande. Anais [...].Campina Grande: [s. n.], 2019a.

AQUINO, M. V. et al. Influência de estruturas mecânicas no projeto de um sensor UHF para detecção de descargas parciais em transformadores de potência. In: ENCONTRO REGIONAL IBERO-AMERICANO do CIGRÉ (ERIAC), 17., 2019, Foz do Iguaçu. Anais [...].Foz do Iguaçu: [s. n.], 2019b. Disponível em: http://www.xviiieriac.com.br/index.php?pagina=na /trabalhos&dir=Trabalhos%20Tecnicos/D1/. Acesso em: 8 dez. 2019.

BALANIS, C. A. Antenna theory: analysis and design. 3. ed. New Jersey: Wiley, 2005.

CHAI, H.; PHUNG, B. T.; ZHANG, D. Development of UHF sensors for partial discharge detection in power transformer. In: Condition Monitoring and Diagnosis, 2018, Perth. Proceedings [...] Perth: IEEE, 2018. DOI: 10.1109/CMD.2018.8535779. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/8535779. Acesso em: 8 dez. 2019.

CIGRÉ. Recommendations for condition monitoring and condition assessment facilities for transformers. Working Group A2.27. [S. l.]: CIGRÉ, 2008. Disponível em: https://cigreindia.org/CIGRE%20Lib/Tech.%20Brochure/343%20Recommendaions%20for%20condition%20monitoring%20&%20condition%20assessment%20facilities%20or%20Trafo.pdf. Acesso em: 8 dez. 2019.

CRUZ, J. N. et al. Bio-inspired printed Monopole antenna applied to partial discharge detection. Sensors (Basel), v. 19, n. 3, 628, p. 1-15, 2019. DOI: 10.3390/s19030628. Disponível em: https://www.mdpi.com/1424-8220/19/3/628. Acesso em: 8 dez. 2019.

HARAZ, O.; SEBAK, A.-R. UWB antennas for wireless applications. In: KISHK, A. (ed.). Advancement in Microstrip Antennas with Recent Applications. [S. l.]: InTech, 2013. p. 125-152. DOI: 10.5772/3385. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/272150882_UWB_Antennas_for_Wireless_Applications. Acesso em: 8 dez. 2019.

HWANG, K. R. et al. Development of UHF sensor for partial discharge diagnosis of power transformer. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON HIGH VOLTAGE ENGINEERING (ISH), 17., 2011, Berlin. Proceedings [...]. Berlin: VDE-Verlag, 2011. Disponível em: http://vlabs.iitkgp.ac.in/vhvlab/html/pages/CD/topics_a-h/D-051-HWA-F.pdf. Acesso em: 8 dez. 2019.

INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. IEC 60270: High-voltage test techniquies - Partial discharge measurements. Genebra: IEC, 2000.

JUDD, M. D. Locating discharges in power transformers. In: EURO TECHCON, 2011, Warwick. Proceedings [...].Warwick: [s. n.], 2011. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/283324619_Locating_Partial_Discharges_in_Power_Transformers. Acesso em: 8 dez. 2019.

JUDD, M. D.; YANG, L.; HUNTER, I. B. B. Partial discharge monitoring for power transformers using UHF sensors. Part 1: sensors and signal interpretation. IEEE Electrical Insulation Magazine, v. 21, n. 2, p. 5-14, 2005a. DOI: 10.1109/MEI.2005.1412214. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/1412214. Acesso em: 8 dez. 2019.

JUDD, M. D.; YANG, L.; HUNTER, I. B. B. Partial discharge monitoring for power transformers using UHF sensors part 2 – field experience. IEEE Electrical Insulation Magazine, v. 21, n. 3, p. 5-13, 2005b. DOI: 10.1109/MEI.2005.1437603. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/1437603. Acesso em: 8 dez. 2019.

JUDD, M. D. et al. Dielectric windows of UHF partial discharge detection. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, v. 8, n. 6, p. 953-958, 2001. DOI: 10.1109/94.971451. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/971451. Acesso em: 8 dez. 2019.

LUO, H. et al. Research on the UHF microstrip antenna for partial discharge detection in high voltage switchgear. In: CONFERENCE ON INDUSTRIAL ELECTRONICS AND APPLICATIONS (ICIEA), 11., 2016, Hefei. Proceedings [...]. Hefei: IEEE, 2016. p. 2273-2276. DOI: 10.1109/ICIEA.2016.7603970. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/7603970. Acesso em: 8 dez. 2019.

METWALLY, I. A. Status review on partial discharge measurement in gas insulated switchgear/lines. Electric Power Systems Research, v. 69, n. 1, p. 25-36, 2004. DOI: 10.1016/j.epsr.2003.07.006. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/222018273_Status_review_on_partial_discharge_measurement_techniques_in_gas-insulated_switchgearlines. Acesso em: 08 de dezembro de 2019.

NATTRASS, D. A. Partial discharge measurement and interpretation. IEEE Electrical Insulation Magazine, v. 4, n. 3, p. 10-23, 1988. DOI: 10.1109/57.830. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/830. Acesso em: 08 de dezembro de 2019.

NOBREGA, L. A. M. M. et al. Design and development of a bio-inspired UHF sensor for partial discharge detection in power transformers. Sensors (Basel), v. 19, n. 3, p. 1-16, 2019a. DOI: 10.3390/s19030653. Disponível em: https://www.mdpi.com/1424-8220/19/3/653. Acesso em: 08 de dezembro de 2019.

NOBREGA, L. A. M. M. et al. UHF partial discharge location in power transformers via solution of the Maxwell equations in a computational environment. Sensors (Basel), v. 19, n. 15, p. 1-13, 2019b. DOI: 10.3390/s19153435. Disponível em: https://www.mdpi.com/1424-8220/19/15/3435. Acesso em: 08 de dezembro de 2019.

RUTGERS, W. R.; FU, Y. H. UHF PD detection in a power transformer. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON HIGH VOLTAGE ENGINEERING, 10., 1997, Montreal. Proceedings [...].Montreal: [s. n.], 1997. p. 219-22. Disponível em: https://www.osti.gov/etdeweb/biblio/597322. Acesso em: 08 de dezembro de 2019.

SARKAR, B. et al. Microstrip patch antennas

based UHF sensor for detection of partial discharge in high voltage electrical equipments. In: ANNUAL IEEE INDIA CONFERENCE (INDICON), 2014, Pune. Proceedings [...].Pune: IEEE, 2014. DOI: 10.1109/INDICON.2014.7030463. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/7030463. Acesso em: 08 de dezembro de 2019.

SINAGA, H. H.; PHUNG, B. T.; BLACKBURN, T. R. Design of ultra high frequency sensors for detection of partial discharges. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON HIGH VOLTAGE ENGINEERING (ISH), 16., 2009, Cape Town. Proceedings [...]. Cape Town: Paper D-10, 2009. Disponível em: https://www.tib.eu/en/search/id/TIBKAT%3A667708715/Proceedings-of-the-16th-International Symposium/. Acesso em: 8 dez. 2019.

STONE, G. C. Partial discharge diagnostics and electrical equipment insulation condition assessment. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, v. 12, n. 5, p. 891-904, 2005. DOI: 10.1109/TDEI.2005.1522184. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/1522184?denied=. Acesso em: 8 dez. 2019.

XAVIER, G. V. R. et al. Study on the applicability microstrip circular antennas in partial discharges detection in power transformers. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SISTEMAS ELÉTRICOS (SBSE), 2018, Niterói. Anais [...].Niterói: IEEE, 2018. DOI: 10.1109/SBSE.2018.8395595. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/8395595. Acesso em: 8 dez. 2019.

XUE, N.; YANG, E. J. The location of partial discharge source in the power transformer with UHF sensors. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON SYSTEMS AND INFORMATICS (ICSAI), 5., 2018, Nanjing. Proceedings [...]. Nanjing: IEEE, 2018. DOI: 10.1109/ICSAI.2018.8599407. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/8599407. Acesso em: 8 dez. 2019.


DOI: http://dx.doi.org/10.18265/1517-03062015v1n47p214-226

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