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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.106.2020.tde-11112020-125830
Document
Author
Full name
Fernando Pereira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Tatizawa, Hédio (President)
Bassi, Welson
Kanashiro, Arnaldo Gakiya
Silva, Daiana Antonio da
Title in Portuguese
Desenvolvimento de método de análise e diagnóstico das descargas parciais para identificação de defeitos na camada condutiva de barras estatóricas para hidrogeradores
Keywords in Portuguese
Barras Estatóricas
Descargas Parciais
Hidrogeradores
Abstract in Portuguese
O objetivo deste trabalho foi desenvolver um método de análise e diagnóstico das descargas parciais (DP) em barras estatóricas para hidrogeradores. O foco principal foi a identificação de defeitos na camada condutiva de ranhura (CCR) da isolação de barras do tipo Roebel utilizando a técnica de medição de DP. CCR tem a função de realizar o contato elétrico de baixa resistência entre a superfície da isolação da barra com a ranhura do núcleo estatórico do gerador prevenindo concentrações de campo elétrico e assim evitando a formação de descargas elétricas entre o núcleo e a isolação da barra. Problemas de descargas elétricas de superfície na CCR de barras podem surgir durante a operação do gerador, estas produzem alta temperatura que poderá erodir a CCR e em alguns casos poderá levar a substituição da barra. Existem situações nas quais os defeitos são tão pequenos tornando difícil sua identificação por inspeção visual. Para abordar este problema foram intencionalmente confeccionados defeitos na CCR de barras projetadas para operarem na tensão nominal de 11 kVca. Defeitos com dimensões variadas e similares com uma situação real esperada foram realizados para simular possíveis danos mecânicos. As medições de DP foram realizadas para avaliar a condição da isolação da barra, antes e após a introdução dos defeitos utilizando dois tipos de equipamento, um que mede em uma faixa de frequência entre 125 a 925 kHz e outro entre 40 a 400 MHz. Os ensaios foram realizados em vários níveis de tensões e em barras com diferentes tamanhos de defeitos na CCR. Foram avaliados três configurações de arranjo de eletrodos, um com o defeito exposto, no segundo foi colocado sobre o defeito uma placa metálica aterrada e para o terceiro arranjo foi posicionada uma placa metálica aterrada distanciada do defeito. Os resultados mostraram que a amplitude das DP não discrimina a barra com defeitos menores e iguais a 5x10 mm2, apresentando valores de DP muito similares da barra na condição anterior a introdução do defeito. Entretanto, a análise dos padrões produzidos pelas DP em função da tensão senoidal, que neste caso forneceu a predominância de polaridade positiva foram mais eficientes para identificar os defeitos na CCR. Comparando os arranjos de eletrodos que utilizaram placa aterrada em contato ou distanciada de 1 mm em relação ao defeito na CCR, os valores de DP diminuíram abruptamente durante o tempo de condicionamento em 1 minuto em 11 kVca, o qual não ocorreu no arranjo de eletrodo onde o defeito na CCR estava exposto, este fenômeno provavelmente é devido a ionização do ar entre o defeito e a placa metálica. Em resumo, o método de diagnóstico e análise desenvolvido nesta pesquisa mostrou que o equipamento de medição de DP em baixa frequência ou frequência muito alta utilizando o arranjo de eletrodos onde o defeito está exposto, ou seja, diferentemente do recomendado pelas normas, e selecionando uma tensão de teste adequada, poderá ser aplicado na identificação de defeitos na CCR de barras como controle de qualidade da fabricação em larga escala de barras estatóricas.
Title in English
DEVELOPMENT OF DIAGNOSTIC AND ANALISYS METHOD OF PARTIAL DISCHARGES ON IDENTIFICATION OF HYDROGENERATORS STATOR BARS SEMICONDUCTING SLOT COATING DEFECTS.
Keywords in English
Hydrogenerator
Partial Discharges
Stator Bar
Abstract in English
The purpose of this research was development of diagnostic and analysis method of partial discharges (PD) in hydro generators stator bars, the focus was on identification of semiconducting slot coating (SSC) defects of Roebel stator bars insulation by using partial discharges technique. SSC has the function to perform a low resistance electrical contact between the insulation surface and stator core slot, which prevent electrical field concentrations and then avoiding the formation of electrical discharges between the stator core and bar´s insulation. Problems of electrical discharges on the surface on the SSC of stator bars can appear during the generator operation, they produce high temperature that can erode the SSC, in some cases this problem could lead to a stator bar replacement. In some situations, the defects are too small that is difficult to identify by visual inspection. To address this problem, bars designed to operate at 11 kVac received in their SSC some defects. The defects with different sizes and similar from those expected in real situation were performed to simulate possible mechanical damages. PD measurements performed to assess the condition of the stator bar insulation, before and after the introduction of defects on SSC by using two types of PD equipment, one has a frequency range from 125 to 925 kHz and another in the range of 40 to 400 MHz. The tests were carried it out in different voltages level in a set of stator bars with several size of defects on SSC. Three configurations of electrodes have been evaluated, one with the SSC defect uncovered, the second one with a grounded metallic plate in direct contact with it and the last one with a grounded metallic plate away from the surface by one millimeter. The obtained results showed that small SSC defects, equal and less than 5 x 10 mm2 size, presented PD values very similar to the same bar before the introduction of the defect, however, the PD phase pattern analyses, which provided the positive predominance polarity was more efficient to identify the SSC defects. Comparing the simulated slot with grounded plates in contact or with a gap of 1 millimeter from de SSC defect, the PD values decreased abruptly during the conditioning time at 11 kVac, which did not occurred in the uncovered setup, this phenomena is likely due to ionization of the air between the defect and grounded metallic plate. In summary, the diagnostic and analysis method developed in the research showed that low or very high frequency PD equipment with uncovered setup instead of simulated slot recommended by standards and choosing a suitable test voltage can be used on the identification of stator bars SSC defects during the stator bar manufacturing quality control tests in large scale.
 
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Publishing Date
2020-12-14
 
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