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La fiabilidad de los equipos eléctricos depende directamente de la integridad del aislamiento eléctrico. La detección, identificación y localización de las Descargas Parciales (DP) se utiliza como una herramienta para obtener información que permite evaluar el estado del aislamiento. Para la detección existen diferentes métodos, siendo los principales: el eléctrico, el acústico y el electromagnético. Posterior a la detección se aplican métodos para la identificación de las descargas y otros métodos que se enfocan en su localización. Normalmente, estos métodos asumen la presencia de una sola fuente de descarga, sin embargo, en ambiente reales, siempre existe la posibilidad de varias fuentes de descarga localizadas en diferentes puntos del aislante. Aunque se han propuestos métodos con el objetivo de identificar en ambientes de múltiples descargas, sus resultados sólo indican la presencia de más de una descarga o logran clasificar si no existe solapamiento. Las señales provenientes de más de una fuente DP se mezclan en los sensores, efecto que cambia sus características en tiempo y frecuencia de tal forma que se distorsiona la forma de onda de la señal y dificulta el cálculo de los tiempos de llegada o TDOA (Time Delay On Arrival). Este problema no permite que los métodos tradicionales de identificación y localización trabajen adecuadamente. La tesis doctoral propone un método para separar estas mezclas en las fuentes originales de DP. El método utiliza Análisis de Componentes Independientes (ICA, siglas en ingles de Independent Component Analisys) y se demuestra su utilidad aplicándolo a señales detectadas por los métodos de detección acústico y electromagnético. Estos métodos son llamados métodos de detección no convencionales y se aplican como una alternativa o complemento al método eléctrico convencional. ICA, recupera la forma de onda original de cada fuente y de manera automática las identifica. Está sustentado en una sólida teoría matemática y estadística y que ha sido desarrollada específicamente para solucionar el problema de mezclado de señales en ambientes reales. Además, es transparente al tipo de señales que procesa; es decir, no es afectado por las características particulares de un proceso, sólo es necesario que sean estadísticamente independientes, lo que ofrece un marco general para trabajar con todo tipo de señales. En la tesis se utiliza el algoritmo ICA-Amari para mezclas convolutivas. Es aplicado a mezclas acústicas generadas en una plataforma de ensayos en las cuales se simulan descargas de tipo superficial e internas. En estas pruebas se comprueba como el mezclado afecta las características de la forma de onda de las señales originales dificultando su identificación. Las mezclas son separadas en las señales originales lo que es validado utilizando patrones de energía en frecuencia. El algoritmo ICA-Amari estima parámetros de los cuales se pueden obtener los TDOA de cada fuente de DP con el objetivo de localizarlas. Finalmente, ICA es aplicado a señales electromagnéticas detectadas por antenas UHF. En este caso se generan DP desde dos fuentes del mismo tipo, pero colocadas en diferentes posiciones espaciales. Las DP son del tipo superficial. Debido a que estas señales tienen características muy similares, un método tradicional de identificación puede llegar a generar falsos positivos en estas condiciones, sin embargo, ICA identifica las dos DP e incluso ofrece información de los TDOA para la localización The reliability of electrical equipment depends directly on the integrity of the electrical insulation. The detection, identification, and location of Partial Discharge (PD) is used as a tool to obtain information that allows to evaluate the state of the insulation. For detection there are different methods, the main ones being electric, acoustic, and electromagnetic. After detection methods are applied for the identification of discharges and other methods that focus on their location. Normally, these methods assume the presence of a single source of discharge, however, in real environments, there is always the possibility of several sources of discharge located in different points of the insulation. Although methods have been proposed with the aim of identifying multiple discharge, their results only indicate the presence of more than one discharge or they can classify if there is no overlap. Signals from more than one DP source are mixed in the sensors, an effect that changes their characteristics in time and frequency in a way that distorts the signal waveform and makes difficult to calculate the arrival times or TDOA (Time Delay On Arrival). This problem does not allow traditional identification and localization methods to work properly. The doctoral thesis proposes a method to separate these mixtures in the original sources of DP. The method uses Independent Component Analysis (ICA) and demonstrates its usefulness by applying it to signals detected by acoustic and electromagnetic detection methods. These methods are called non-conventional methods and are applied as an alternative or complement to the conventional electrical method. ICA, retrieves the original waveform from each source and automatically identifies them. It is based on a solid mathematical and statistical theory and has been developed specifically to solve the problem of signal mixing in real environments. In addition, it is transparent to the type of signals it processes; it is not affected by the characteristics of a process and it is only necessary that signals are statistically independent. This provides a general framework for working with all kinds of signals. The thesis uses the ICA-Amari algorithm for convolutive mixtures. It is applied to acoustic mixtures generated in a test platform in which superficial and internal type discharges are simulated. In these tests, it is verified how the mixing affects the characteristics of the waveform of the original signals, making it difficult to identify them. The mixtures are separated into the original signals which is validated using frequency energy patterns. The ICA-Amari algorithm estimates parameters from which the TDOA can be obtained from each DP source to locate them. Finally, ICA is applied to electromagnetic signals detected by UHF antennas. In this case DP is generated from two sources of the same type, but placed in different spatial positions. DPs are of the superficial type. Because these signals have very similar characteristics, a traditional method of identification may lead to false positives under these conditions, however, ICA identifies the two PDs and even provides TDOA information for localization. Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática Presidente: Horacio Lamela Rivera.- Secretario: Romano Giannetti.- Vocal: Miguel A. Sánchez-Urán González

Partial Discharges (PD) are one of the possible causes for unexpected faults in power systems equipment, so that its measure is an essential tool for high-voltage electrical equipment maintenance. In order to characterize the PD activity, some statistic magnitudes are necessary. For this reason, the acquisition and processing of PD is very important when making critical decisions regarding disconnection or repairing assets in power systems. On the other hand, the measurement environments often present multiple sources of electrical noise, thus the proper interpretation of PD patterns is a challenge in the identification of sources of different nature. In this paper, the development of a PD monitoring system capable of displaying in real time the classic PD parameters, the PD waveform, its frequency spectrum and calculating statistical parameters of the acquisition, are presented. On the whole, a new method of identifying sources of PD and electrical noise, developed by the authors, which is based on measuring the relative spectral power of PD pulses, is shown. This method has proven effective in characterizing PD and electrical noise; a series of experiments conducted in several test objects are presented in order to validate the performance of the proposed system Las descargas parciales (PD) son responsables de las fallas inesperadas en los equipos de sistemas de potencia, por lo que su medida es una herramienta fundamental en el mantenimiento de equipos eléctricos de Alta Tensión. Con el fin de caracterizar la actividad de PD, algunas magnitudes estadísticas son necesarias. Por esta razón, la adquisición y procesamiento de PD es muy importante en el momento de tomar decisiones críticas en relación con la desconexión o reparación de los sistemas de potencia. Por otro lado, los entornos de medida suelen tener presentes múltiples focos de ruido eléctrico, por lo que la interpretación adecuada de patrones de PD es un reto al que se añade la identificación de fuentes de diferente naturaleza. En este artículo se presenta el desarrollo de un sistema de monitorización de descargas parciales, capaz de visualizar en tiempo real los parámetros clásicos de descargas parciales, la forma de onda de un pulso de PD, su espectro de frecuencia y calcular los parámetros estadísticos de la adquisición. Conjuntamente se presenta un nuevo método de identificación de fuentes de PD y ruido eléctrico que han desarrollado los autores, el cual se basa en la medida de la potencia espectral relativa de los pulsos de PD. Éste método ha probado ser eficiente en la caracterización de PD y ruido eléctrico, Una serie de experimentos realizados en varios objetos de ensayo son presentados, con el fin de validar el comportamiento del sistema propuesto.

Se implementó un simulador de impulsos de tensión basado en Matlab para diferentes circuitos del generador tipo Marx, el cual permite analizar cinco configuraciones de circuitos bien sea determinando: los parámetros resistivos para unos parámetros capacitivos y una onda dados, o la onda resultante para un circuito elegido. Se diseñó y construyó un generador de impulsos de alta tensión de una etapa reconfigurable y portátil, para obtener ondas tipo rayo y tipo maniobra de baja energía (1,8 Julios) hasta 12 kV (20kVmax). Se realizó un análisis de los componentes del generador considerando tanto los materiales de construcción como la disposición espacial de sus elementos. Cada componente fue ensamblado con materiales y elementos comerciales de bajo costo. El generador se concibió tanto para efectuar ensayos de dispositivos o de materiales aislantes que se encuentren en el nivel de tensión indicado, como para fines académicos e investigativos. Así mismo, fue concebido para ser transportado y empleado en sitios diferentes a instalaciones de laboratorio. El desempeño del simulador y del generador se comparó tanto con circuitos de generadores de impulso comerciales como con algunas herramientas de simulación, arrojando resultandos satisfactorios tanto para los tiempos y las formas de onda como para los parámetros de circuito. Los resultados mostraron una amplia flexibilidad en la implementación de las configuraciones de los circuitos considerados, mientras que el uso del simulador se convirtió en un complemento muy útil para la estimación del funcionamiento de estos circuitos generadores, ofreciendo al usuario mayor información tanto sobre el desempeño de los circuitos como de las características de sus ondas generadas Abstract : A Matlab based impulse voltage simulator was implemented for different circuits of Marx generator allowing the analysis of five circuit configurations by determining resistances for both capacitors and a given wave, or the resulting wave for a chosen circuit. A single-stage portable and reconfigurable high voltage-low energy impulse generator was designed and built. It delivers up to 12 kV (20kVmax) 1.8 Joules of lightning and switching voltages. An analysis of generator components was done, considering both building materials and the spatial arrangement of the elements. Each component was assembled with low cost commercial elements and material. The generator was designed both for testing of material or insulating devices that are in the indicated voltage level, or academic and research purposes. It also was designed to be transported and used in places other than laboratory facilities. Both the performance of generator and the simulator were compared with commercial impulse generator circuits and some simulation tools, exhibiting satisfactory results for times, the wave shapes and circuit parameters. The results showed a wide flexibility in implementing the considered circuit configurations while the use of the simulator became a very useful complement for estimating the performance of these generator circuits, giving to the user more information both the generators circuit performance and the characteristics of their generated waves Maestría

Ingeniería técnica Industrial. Especialidad en Electricidad

En este trabajo se presenta un generador portátil de impulsos de tensión, diseñado y construido con un aislamiento hasta para 20 kV. El diseño fue basado en un trabajo previo en el cual se desarrolla un software de simulación implementado exclusivamente para ondas de impulso normalizadas. Los componentes empleados fueron en su totalidad de bajo presupuesto, comerciales y algunos generalmente no son usados en alta tensión. Con el generador de impulsos se obtuvieron resultados satisfactorios en cuanto a tiempos y formas de onda, comparados con otros generadores de impulsos comerciales y el simulador de ondas de impulso normalizadas. Los generadores de impulso utilizados en la industria y laboratorios eléctricos son normalmente de gran tamaño, costosos y fabricados para soportar trabajos en extra alta tensión, ocupando demasiado espacio e imposibilitando su transporte. De ahí la importancia de este proyecto, pues siendo portátil facilita realizar pruebas en elementos que no se puedan desplazar de su ubicación. This paper presents a portable high voltage impulse generator which was designed and built with insulation up to 20 kV. This design was based on previous work in which simulation software for standard waves was developed. Commercial components and low-cost components were used in this work; however, these particular elements are not generally used for high voltage applications. The impulse generators used in industry and laboratories are usually expensive; they are built to withstand extra high voltage and they are big, making them impossible to transport. The proposed generator is portable, thereby allowing tests to be made on devices that cannot be moved from their location. The results obtained with the proposed impulse generator were satisfactory in terms of time and waveforms compared to other commercial impulse generators and the standard impulse wave simulator.