Desenvolvimento de uma metodologia experimental para análise de descargas parciais: estudo da influência de arranjos de multiaterramento e ruído em laboratório de alta tensão

Abstract

O diagnóstico de falhas em transformadores de corrente de alta tensão é essencial para garantir a confiabilidade e a continuidade dos serviços no setor elétrico. A análise de sinais de descargas parciais se destaca como uma técnica sensível para a detecção precoce de defeitos nesses equipamentos. No entanto, a realização de ensaios em campo enfrenta limitações significativas, pois as infraestruturas das subestações podem impactar diretamente a captura e a interpretação dos sinais. A ausência de tecnologias e metodologias consolidadas para medições em equipamentos energizados, associada às dificuldades decorrentes das condições de instalação, das características dos instrumentos de medição, de sistemas com multiaterramento e de interferências eletromagnéticas, reforça a necessidade de estudos mais aprofundados em ambientes controlados de laboratório. Nesse contexto, esta dissertação tem como objetivo desenvolver uma metodologia de análise de sinais de descargas parciais em laboratório de alta tensão, simulando diferentes arranjos experimentais que representem as principais condições observadas em subestações de transmissão. A metodologia proposta envolve a aplicação de alta tensão em transformadores de corrente e a captura dos sinais de descarga parcial — que apresentam componentes de alta frequência — utilizando transformadores de corrente de alta frequência (High Frequency Current Transformer – HFCT). Diferentes topologias são avaliadas, para avaliar os efeitos de multiaterramento, a presença de efeito corona e fontes de ruído eletromagnético. Os resultados parciais obtidos indicam que diferentes configurações de instalação impactam significativamente a detecção e a interpretação dos sinais de descargas parciais, influenciando parâmetros como forma de onda, amplitude e conteúdo espectral dos pulsos capturados. Verificou-se que fatores como o tipo e o posicionamento do HFCT, o diâmetro interno do sensor, o comprimento dos cabos coaxiais, a presença de multiaterramentos e as interferências eletromagnéticas contribuem para a degradação da relação sinal-ruído, dificultando a identificação precisa das descargas. Além disso, observou-se que a introdução de amplificadores e técnicas de casamento de impedância pode mitigar parte dessas limitações. Esses resultados reforçam a necessidade de metodologias específicas para diferentes topologias e indicam que a abordagem proposta contribui diretamente para o aprimoramento das práticas de medição, manutenção preditiva e gestão de ativos no setor elétrico.

The diagnosis of faults in high-voltage current transformers is essential to ensure reliability and continuity of services in the electric power sector. The analysis of partial discharge signals stands out as a sensitive technique for the early detection of defects in these devices. However, conducting field tests still faces limitations, as substation infrastructures can directly impact the acquisition and interpretation of signals. The lack of consolidated technologies and methodologies for measurements in energized equipment within substations, combined with challenges related to installation conditions, measurement equipment characteristics, multi-grounding systems, and electromagnetic interference, underscores the need for more in-depth studies under controlled laboratory conditions. In this context, this dissertation aims to develop a methodology for analyzing partial discharge signals in a high-voltage laboratory, simulating different experimental setups that replicate the main conditions found in transmission substations. The proposed methodology involves applying high voltage to current transformer samples and acquiring partial discharge signals — which exhibit high-frequency components — using High-Frequency Current Transformers (HFCTs). Different topologies will be assessed, including the effects of multi-grounding, corona discharge, and electromagnetic noise sources. Preliminary results indicate that installation configurations significantly affect the detection and interpretation of partial discharge signals, influencing the waveform shape, amplitude, and spectral content of the captured pulses. It was observed that factors such as the type and positioning of the HFCT, the sensor’s internal diameter, coaxial cable length, presence of multi-grounding, and electromagnetic interference contribute to the degradation of the signal-to-noise ratio, hindering accurate PD identification. Additionally, the use of amplifiers and impedance matching techniques has shown potential to mitigate some of these limitations. These findings reinforce the need for tailored methodologies for each specific topology and demonstrate that the proposed approach directly contributes to improving measurement practices, predictive maintenance, and asset management in the electric power sector.