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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Modelagem matemática aplicada ao diagnóstico de falha de componentes elétricos de subestação
Authors: Rafael Augusto Magalhaes Ferreira
First Advisor: Roberto Marcio de Andrade
First Referee: Ramon Molina Valle
Second Referee: Jose Luiz Silvino
Third Referee: Matheus Pereira Porto
Abstract: A manutenção de componentes elétricos das subestações de energia é parte fundamental na busca por uma maior eficiência dentro do sistema elétrico de potência nacional. Como o desgaste de equipamentos elétricos é normalmente acompanhado por alterações em sua temperatura de funcionamento, a termografia infravermelha é atualmente a técnica mais utilizada para o monitoramento da condição dos ativos nas subestações. No entanto, o desconhecimento dos princípios físicos envolvidos e das interferências associadas ao processo de medição conduz, muitas vezes, à má utilização da termografia e o não aproveitamento da potencialidade da técnica. Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos matemáticos para descrição do processo de aquecimento e resfriamento de conectores elétricos e chaves seccionadoras frente a condições típicas de funcionamento desses componentes em ambiente de subestação de energia do tipo desabrigada. A validação desses modelos foi realizada a partir de uma bateria de testes em laboratório, túnel de vento e ambiente aberto, incluindo, nesse último caso, efeitos de radiação solar sobre as amostras ensaiadas. Resultados teóricos dos modelos foram utilizados para avaliar fatores de influência sobre as medições, bem como os melhores momentos para realizar as inspeções termográficas de forma a minimizar tais interferências. Além disso, foi investigada a resposta térmica teórica apresentada por conectores elétricos e chaves seccionadoras após aplicação de um histórico anual de carregamento de correntes, obtido a partir de um banco de dados de operação de uma subestação da CEMIG. Essas simulações em regime transiente permitiram avaliar o mecanismo de perda de resistência mecânica dos cabos condutores na região das conexões elétricas ao longo de vários anos de funcionamento e, para as chaves seccionadoras, o processo de formação e crescimento da camada de óxido nas interfaces metálicas em contato. Os resultados mostraram que a perda de resistência mecânica dos condutores de uma conexão nova não é expressiva no primeiro ano de funcionamento, mas pode se tornar significativa nos anos seguintes, necessitando de monitoramento contínuo. Já o crescimento do filme de óxido nos contatos nas chaves seccionadoras não é um mecanismo crítico de aumento de resistência elétrica em condições normais de funcionamento, porém, para correntes próximas ao valor nominal, o fenômeno influencia significativamente a falha elétrica do contato.
Abstract: Electrical components maintenance in power substations is a fundamental part in the search for greater efficiency within the national electric power system. As the wear of electrical equipment is normally followed by changes in its operating temperature, infrared thermography is currently the most used technique for monitoring assets condition in substations. However, the lack of knowledge of physical principles involved and interferences associated with measurement process often leads to the misuse of thermography and the non-use of its potential. In this work, mathematical models were developed in order to describe the heating and cooling process of electrical connectors and switchgears under typical operating conditions of these components in an unsheltered power substations environment. The validation of these models was performed from a battery of laboratory tests, wind tunnel and outdoor environment, including, in the latter case, solar radiation effects on test samples. Theoretical results of the models were used to evaluate influence factors on measurements, and also the best moment to perform thermographic inspections in order to minimize such interferences. Furthermore, a theoretical thermal response of electrical connectors and switchgears was investigated after implementing an annual historical load, obtained from an operational database of a substation CEMIG. These simulations in transient regime allowed the evaluation of mechanical resistance loss mechanism in conductors within electrical connections over several years of operation; and to switchgears, the formation process and growth of oxide layer on metal interfaces in touch. The results showed that conductors strength loss on a new connection is not significant in the first year of operation, but can be significant in following years, requiring a continuous monitoring. The growth of the oxide layer on the contacts in switchgears is not a critical mechanism that increases electrical resistance under normal operating conditions, however for currents close to nominal value, the phenomenon significantly influences electrical contact failure.
Subject: Engenharia mecânica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9WEQP6
Issue Date: 23-Feb-2015
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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