Tesis:
Method for the characterization of partial discharge measuring systems and scale test platform for its application
- Autor: ARCONES DEL ÁLAMO, Eduardo
- Título: Method for the characterization of partial discharge measuring systems and scale test platform for its application
- Fecha: 2025
- Materia:
- Escuela: E.T.S.I. DISEÑO INDUSTRIAL
- Departamentos: INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA AUTOMATICA Y FISICA APLICADA
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/88628/
- Director/a 1º: ÁLVAREZ GÓMEZ, Fernando
- Director/a 2º: GARNACHO VECINO, Fernando
- Resumen: In this thesis research related to the characterization, in a complete and reproducible way, of the systems for measuring and monitoring the state of high voltage (HV) electrical networks is carried out. The research is mainly focused on the approach of new developments, suitable for the characterization of systems used in the monitoring of the dielectrics status by measuring the activity of partial discharges (PD). The research can be extended to the possibility of characterizing systems that monitor the occurrence of insulation faults leading to intermittent or permanent short circuits.
The study covers the characterization of PD measuring and monitoring systems operating both on-line, i.e. under normal operating conditions of the installations, and off-line, with the installations out of service. In these two cases, non-conventional measurements are carried out and the IEC-62437 technical specification serves as a reference. The performance of characterizations is also envisaged when the measuring and monitoring systems operate in laboratory tests. In this case, the measurements are performed according to the normative method being the IEC 60270 standard the reference.
Fundamentally, for each system, the aim is to characterize both the measuring technique implemented and the processing and analysis techniques or functionalities with which the diagnostics are carried out.
Special interest has been devoted to providing solutions to the problems faced by companies of the electricity sector, given the need to characterize measuring and monitoring systems when considering their operability in on-site installations.
In this sense, the main objective of this thesis is to provide the necessary resources to characterize the systems in a controlled way, when they operate under the same technical conditions they face in industrial environments. To address this objective, several solutions are proposed and mainly a new characterization method associated to a scaled modular test platform.
The implementation of the method using the test platform enables the characterization of the systems in a complete and reproducible way. Furthermore, the method is useful to support the training tasks of specialist technicians in the diagnosis of dielectrics.
An adequate characterization of the systems and a quality training of specialist technicians will make it possible to carry out more accurate diagnoses and, consequently, will lead to more robust and efficient electrical systems. In this regard, the research presented here contributes significantly to the technological progress of the smart supervised networks of the future, known as smart grids.
Part of the approaches developed in this thesis to carry out the characterization of the measuring systems are focused on the measurement and prior analysis of real insulation defects, for their subsequent controlled reproduction and measurement in the same conditions as in on-site installations. For the test or practical validation of the contributions of this thesis, laboratory assemblies, test cells and scale platforms with and without real defects were designed and developed, with which the necessary experimental measurements were performed.
Most of the developments and experimental measurements were carried out at the High Voltage Laboratory of Polytechnic University of Madrid (LAT-UPM) and at the High Voltage Technological Centre (CTAT) of the Official Central Laboratory of Electrical Engineering (LCOE), of the Foundation for the Promotion of Industrial Innovation (FFII). Experimental measurements were also carried out at the High Voltage Laboratory of University of Delft (The Netherlands).
RESUMEN
En esta tesis se realiza una investigación relacionada con la caracterización, de forma completa y reproducible, de los sistemas de medida y monitorización del estado de las redes eléctricas de alta tensión. Principalmente la investigación se centra en el planteamiento de nuevos desarrollos, útiles para la caracterización de los sistemas empleados en la supervisión del estado de los dieléctricos, mediante la medida de la actividad de las descargas parciales. La investigación se puede hacer extensible a la posibilidad de caracterizar los sistemas que supervisan la aparición de faltas de aislamiento conducentes a cortocircuitos intermitentes o permanentes. Meter en las líneas futuras.
El estudio abarca la realización de caracterizaciones de sistemas de medida y monitorización de DP que operan tanto on-line, es decir en las condiciones normales de operación de las instalaciones, como off-line, con las instalaciones fuera de servicio. En estos dos casos se realizan medidas no convencionales y sirve de referencia la especificación técnica IEC-62478. También se contempla la realización de caracterizaciones cuando los sistemas de medida y monitorización operan en medidas de laboratorio. En este caso, se realizan medidas de acuerdo al método normativo y sirve de referencia la norma IEC 60270.
Fundamentalmente, para cada sistema se pretende caracterizar tanto la técnica de medida utilizada, como las técnicas o funcionalidades de procesado y análisis con las que se realizan los diagnósticos.
Se ha dedicado especial interés en dar solución a los problemas que tienen las empresas del sector eléctrico, ante la necesidad de caracterizar los sistemas de medida y monitorización cuando se considera su operatividad en instalaciones de campo.
En este sentido, el objetivo principal de esta tesis es facilitar los medios necesarios para poder hacer la caracterización de los sistemas de forma controlada, cuando éstos operan con las mismas condiciones técnicas a las que se enfrentan en los entornos industriales. Para abordar este objetivo, se proponen varias soluciones y principalmente un nuevo método de caracterización asociado a una plataforma de ensayos modular a escala.
La implementación del método empleando la plataforma de ensayos, permite hacer las caracterizaciones de los sistemas de forma completa y reproducible. También es útil para dar apoyo en las tareas formativas de los técnicos especialistas en diagnóstico de los aislamientos.
Una caracterización adecuada de los sistemas y una formación de calidad de los técnicos especialistas hará posible la realización de diagnósticos más precisos y, en consecuencia, permitirá disponer de sistemas eléctricos más robustos y eficientes. En este sentido, la investigación que se presenta contribuye de forma significativa al avance tecnológico de las redes supervisadas inteligentes del futuro, conocidas como Smart grids.
Parte de los planteamientos desarrollados en esta tesis para realizar las caracterizaciones de los sistemas de medida se han enfocado en la medida y análisis previo de defectos de aislamiento reales, para su posterior reproducción y medida de forma controlada en las mismas condiciones que se tienen en las instalaciones de campo. Para la prueba o validación práctica de las aportaciones de esta tesis, se han diseñado y realizado montajes de laboratorio, celdas de ensayo y plataformas a escala con y sin defectos reales, con los que se han hecho las medidas experimentales necesarias.
La mayor parte de los desarrollos y de las medidas experimentales se han realizado en el Laboratorio de Alta Tensión de la Universidad Politécnica de Madrid (LAT-UPM) y en el Centro Tecnológico de Alta Tensión (CTAT) del Laboratorio Central Oficial de Electrotecnia (LCOE), de la Fundación para el Fomento de la Innovación Industrial (FFII). También se han realizado medias experimentales en el Laboratorio de Alta Tensión de la Universidad de Delft (Países Bajos).