Detecção precoce de danos no isolamento de geradores elétricos através da análise do espectro de impedâncias.

Este trabalho descreve uma metodologia para detecção precoce de danos no isolamento de geradores elétricos. Foi escolhida a técnica por espectro de impedância, dado que a literatura indica que esta é sensível o suficiente para detectar mudanças nas propriedades dielétricas do isolamento. Um protótipo de laboratório foi desenvolvido para injetar sinais senoidais em larga faixa de frequências e medir a impedância da máquina sob teste em cada uma destas frequências, obtendo-se assim um espectro de impedâncias. Cada espectro obtido é, então, comparado a seu histórico (chamado baseline). Em caso de diferenças de um determinado espectro para seu baseline, isto pode ser indício de mudanças nas propriedades dielétricas do isolamento. Também é descrito um procedimento de projeto do sistema de acoplamento entre o protótipo e um gerador em funcionamento, para operação online. Este sistema é composto por um filtro passa altas C-L-C e um circuito com amplificadores operacionais e supressor de transitório. É enfatizado que o acoplamento produz um efeito de “sombra” no espectro, diminuindo a região útil para análise. É discutido que um acoplamento C-L-C melhora o desempenho de um acoplamento capacitivo comum. Resultados experimentais são relatados, tanto para operação offline quanto para operação online em um gerador de indução a 235V e em um gerador síncrono de polos lisos em 220V. Como a técnica de FRA é baseada em comparações entre espectros, repetibilidade entre as medidas é fundamental para obtenção de um diagnóstico confiável. Este trabalho mostra que vários fatores externos (tais como temperatura, umidade do ar e a posição angular do rotor) podem ter influência nas medidas. Uma metodologia estatística foi proposta visando a um diagnóstico mais preciso, mesmo quando existe variabilidade entre as medidas

Detecção precoce de danos no isolamento de geradores elétricos através da análise do espectro de impedâncias.

Submitted by repositorio repositorio ([email protected]) on 2017-05-16T19:25:07Z No. of bitstreams: 1 tese_santana_2016.pdf: 14478892 bytes, checksum: ac1b05494a7223f380daa93fddfcd803 (MD5)Made available in DSpace on 2017-05-16T19:25:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_santana_2016.pdf: 14478892 bytes, checksum: ac1b05494a7223f380daa93fddfcd803 (MD5) Previous issue date: 2016-03Este trabalho descreve uma metodologia para detecção precoce de danos no isolamento de geradores elétricos. Foi escolhida a técnica por espectro de impedância, dado que a literatura indica que esta é sensível o suficiente para detectar mudanças nas propriedades dielétricas do isolamento. Um protótipo de laboratório foi desenvolvido para injetar sinais senoidais em larga faixa de frequências e medir a impedância da máquina sob teste em cada uma destas frequências, obtendo-se assim um espectro de impedâncias. Cada espectro obtido é, então, comparado a seu histórico (chamado baseline). Em caso de diferenças de um determinado espectro para seu baseline, isto pode ser indício de mudanças nas propriedades dielétricas do isolamento. Também é descrito um procedimento de projeto do sistema de acoplamento entre o protótipo e um gerador em funcionamento, para operação online. Este sistema é composto por um filtro passa altas C-L-C e um circuito com amplificadores operacionais e supressor de transitório. É enfatizado que o acoplamento produz um efeito de “sombra” no espectro, diminuindo a região útil para análise. É discutido que um acoplamento C-L-C melhora o desempenho de um acoplamento capacitivo comum. Resultados experimentais são relatados, tanto para operação offline quanto para operação online em um gerador de indução a 235V e em um gerador síncrono de polos lisos em 220V. Como a técnica de FRA é baseada em comparações entre espectros, repetibilidade entre as medidas é fundamental para obtenção de um diagnóstico confiável. Este trabalho mostra que vários fatores externos (tais como temperatura, umidade do ar e a posição angular do rotor) podem ter influência nas medidas. Uma metodologia estatística foi proposta visando a um diagnóstico mais preciso, mesmo quando existe variabilidade entre as medidas

Development and 24 Hour Behavior Analysis of a Peak-Shaving Equipment with Battery Storage

This paper presents the development of a peak-shaving equipment, composed by a multilevel converter in a cascaded H-bridge topology and battery banks on the DC links. Between specific time periods, when the demand is higher, the equipment injects active power from the batteries into the grid to provide support to the system. During the other times of the day, when the demand is lower, the converter charges its battery banks with the exceeding (and low producing cost) energy from the grid. The charge and discharge control algorithms are implemented in a digital signal processor (DSP). The precise time of the day information is obtained from a real-time-clock from a global positioning system module (GPS), which communicates with the DSP through the serial interface. This paper presents the control algorithms and experimental results obtained in a 24 h continuous operation of the equipment

Implementação de um compensador ativo série para sistemas de distribuição

This work presents a practical implementation of a Series Active Power Filter for Voltage Sags and Voltage Harmonics compensation. Aspects concerning equipment development and testing are also discussed. It is shown how a 13.8kV bus can be compensated, even using 220V low cost IGBTs. Problems of the proposed topology are shown as well their solutions. A contribution to the area, related to algorithms development for Active Power Filters, is also given. It is described a noise-tolerant algorithm, based on the traditional id-iq method. It is explained why traditional techniques are sensitive to noise and shows where the vulnerability is located. Simulation results are presented to compare the proposed method against the traditional. Experimental results are also shown.Este trabalho apresenta uma implementação de um Compensador Ativo Série para correção de Voltage Sags e Distorções Harmônicas de Tensão. Aspectos relacionados ao desenvolvimento do equipamento e testes são discutidos. Mostra-se como um barramento de 13.8kV pode ser compensado, mesmo com a utilização de IGBTs de baixo custo a 220V. Problemas da topologia proposta são mostrados, bem como suas soluções. Uma contribuição para a área, relacionada ao desenvolvimento de algoritmos para Compensadores Ativos também é dada. Descreve-se um algoritmo insensível a ruídos, baseado no método id-iq. Explica-se porque as técnicas convencionais são sensíveis ao ruído e mostra-se onde a vulnerabilidade está localizada. Resultados de simulações são apresentados para comparar a técnica proposta contra a convencional. Resultados experimentais também são mostrados

Comparison among Methods for Induction Motor Low-Intrusive Efficiency Evaluation Including a New AGT Approach with a Modified Stator Resistance

Induction motors consume a great portion of the generated electrical energy. Moreover, most of them work at underloaded conditions, so they have low efficiencies and waste a lot of energy. Because of this, the efficiency estimation of in-service induction motors is a matter of great importance. This efficiency estimation is usually performed through indirect methods, which do not require invasive measurements of torque or speed. One of these methods is the modified Air-Gap Torque (AGT) method, which only requires voltage and current data, the stator resistance value, and the mechanical losses. This paper approaches the computation of a modified stator resistance including the mechanical losses effect to be applied in the AGT method for torque and efficiency estimation of induction motors. Some improvements are proposed in the computation of this resistance by using a direct method, as well as the possibility to estimate this parameter directly from the nameplate data of the induction motor. The proposed methodology only relies on line voltages, currents, and nameplate data and is not intrusive. The proposed methodology is analyzed through simulation and validated through experimental results with three-phase induction motors. Also, a comparison of methods for in-service induction motors efficiency estimation is presented for the tested motors

Power Flow Control Using Series Voltage Source Converters in Distribution Grids

This study presents an application for a series VSC (voltage source converter) in distribution grids for power flow management. Series devices have been widely studied for FACTS (flexible AC transmission systems), however, more recently these devices have gained increased interest in applications for loading balance in medium voltage distribution grids. As the number of distributed generation (DG) units increases, increasing the capacity and reliability of distribution grids while maximizing the benefits of installed DGs and loading behavior is an ever more important task. In this paper, we describe a test system and control proposals for a practical application of series converters interconnecting two distribution feeders at 13.8 kV under load variation disturbances. This approach provides solutions when installed at the end of distribution lines by interconnecting two feeders, resulting in capacity increases in the feeders without needing grid reconfigurations using a small-rated series VSC

A Study of Fault Diagnosis Based on Electrical Signature Analysis for Synchronous Generators Predictive Maintenance in Bulk Electric Systems

The condition of synchronous generators (SGs) is a matter of great attention, because they can be seen as equipment and also as fundamental elements of power systems. Thus, there is a growing interest in new technologies to improve SG protection and maintenance schemes. In this context, electrical signature analysis (ESA) is a non-invasive technique that has been increasingly applied to the predictive maintenance of rotating electrical machines. However, in general, the works applying ESA to SGs are focused on isolated machines. Thus, this paper presents a study on the condition monitoring of SGs in bulk electric systems by using ESA. The main contribution of this work is the practical results of ESA for fault detection in in-service SGs interconnected to a power system. Two types of faults were detected in an SG at a Brazilian hydroelectric power plant by using ESA, including stator electrical unbalance and mechanical misalignment. This paper also addresses peculiarities in the ESA of wound rotor SGs, including recommendations for signal analysis, how to discriminate rotor faults on fault patterns, and the particularities of two-pole SGs

Development and 24 Hour Behavior Analysis of a Peak-Shaving Equipment with Battery Storage

This paper presents the development of a peak-shaving equipment, composed by a multilevel converter in a cascaded H-bridge topology and battery banks on the DC links. Between specific time periods, when the demand is higher, the equipment injects active power from the batteries into the grid to provide support to the system. During the other times of the day, when the demand is lower, the converter charges its battery banks with the exceeding (and low producing cost) energy from the grid. The charge and discharge control algorithms are implemented in a digital signal processor (DSP). The precise time of the day information is obtained from a real-time-clock from a global positioning system module (GPS), which communicates with the DSP through the serial interface. This paper presents the control algorithms and experimental results obtained in a 24 h continuous operation of the equipment

Online Frequency Response Analysis of Electric Machinery through an Active Coupling System Based on Power Electronics

This paper presents an innovative concept for the online application of Frequency Response Analysis (FRA). FRA is a well known technique that is applied to detect damage in electric machinery. As an offline technique, the machine under testing has to be removed from service—which may cause loss of production. Experimental adaptations of FRA to online operation are usually based on the use of passive high pass coupling—which, ideally, should provide attenuation to the grid voltage, and at the same time, allow the high frequency FRA signals to be injected at the machine. In practice, however, the passive coupling results in a trade-off between the required attenuation and the useful area obtained at the FRA spectra. This paper proposes the use of an active coupling system, based on power electronics, in order to cancel the grid voltage at the terminals of FRA equipment and allow its safe connection to an energized machine. The paper presents the basic concepts of FRA and the issue of online measurements. It also presents basic concepts about power electronics converters and the operating principles of the Modular Multilevel Converter, which enables the generation of an output voltage with low THD, which is important for tracking the grid voltage with minimum error