Método dos elementos finitos aplicado para cálculo de campos eletromagnéticos excitados por descargas parciais em hidrogerador

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: LOPES, Nathan Mastrange lattes
Outros Autores: https://orcid.org/0000-0003-4822-7418
Orientador(a): OLIVEIRA, Rodrigo Melo e Silva de lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Pará
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Departamento: Instituto de Tecnologia
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17912
Resumo: This study aims to develop and numerically simulate a three-dimensional model of a hydrogenerator subjected to partial discharge (PD) and analyze the resulting induced voltage and field. To achieve this, an electromagnetic model was developed based on the finite element method, representing a twelve-degree angular sector of a hydrogenerator from the Campos Novos power plant. The model’s properties were carefully selected to accurately reflect the physical characteristics of the real machine. The definition of the magnetic core parameters of the stator was based on a study of losses and wear mechanisms in the material used in hydrogenerator stator cores, allowing for the selection of appropriate magnetic permeability for a linear simulation. To simulate PD in the numerical model, a small unitary current source was introduced to represent the discharge channel at two different positions on one of the stator windings, using a frequency of 40 MHz. For the calculation of the induced voltage, line integrals of the electric field were computed between the grounded floor of the enclosure and different points of the windings. The obtained results indicated mechanisms of electromagnetic wave propagation within the hydrogenerator environment, with the stator’s magnetic core acting as a wave guide for the induced field and the stator bars functioning as shielding. It was observed that the induced voltages were of higher intensity in the windings closest to the PDs, suggesting that this methodology can be used for the localization of partial discharges.
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The model’s properties were carefully selected to accurately reflect the physical characteristics of the real machine. The definition of the magnetic core parameters of the stator was based on a study of losses and wear mechanisms in the material used in hydrogenerator stator cores, allowing for the selection of appropriate magnetic permeability for a linear simulation. To simulate PD in the numerical model, a small unitary current source was introduced to represent the discharge channel at two different positions on one of the stator windings, using a frequency of 40 MHz. For the calculation of the induced voltage, line integrals of the electric field were computed between the grounded floor of the enclosure and different points of the windings. The obtained results indicated mechanisms of electromagnetic wave propagation within the hydrogenerator environment, with the stator’s magnetic core acting as a wave guide for the induced field and the stator bars functioning as shielding. It was observed that the induced voltages were of higher intensity in the windings closest to the PDs, suggesting that this methodology can be used for the localization of partial discharges.Este trabalho tem como objetivo desenvolver e simular numericamente um modelo tridimensional de um hidrogerador sujeito à ocorrência de descarga parcial (DP) e analisar os resultados obtidos para a voltagem e o campo induzidos. Para isso, foi elaborado um modelo eletromagnético baseado no método dos elementos finitos, representando um setor de doze graus angulares de um hidrogerador da usina de Campos Novos. As propriedades do modelo foram selecionadas para refletir com precisão as características físicas da máquina real. A definição dos parâmetros do núcleo magnético do estator teve como referência um estudo sobre perdas e mecanismos de desgaste no material utilizado no núcleo estatórico de hidrogeradores, permitindo a seleção da permeabilidade magnética adequada para uma simulação linear. Para a simulação da DP no modelo numérico, foi introduzida uma pequena fonte de corrente unitária para representar o canal de descarga, em duas posições diferentes sobre uma das espiras do estator, utilizando uma frequência de 40 MHz. Para o cálculo da voltagem induzida, foram calculadas integrais de linha do campo elétrico entre o piso aterrado do recinto e diferentes pontos das espiras. Os resultados obtidos indicaram mecanismos de propagação de onda eletromagnética no ambiente do hidrogerador, com o núcleo magnético do estator atuando como guia para o campo induzido e as barras estatóricas funcionando como blindagem. Observou-se que as voltagens induzidas foram de maior intensidade nas espiras mais próximas das DPs, o que sugere que essa metodologia pode ser utilizada para a localização de descargas parciais.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporptUniversidade Federal do ParáPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFPABrasilInstituto de TecnologiaAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessDisponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.brreponame:Repositório Institucional da UFPAinstname:Universidade Federal do Pará (UFPA)instacron:UFPACNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOESELETROMAGNETISMO APLICADOTELECOMUNICAÇÕESHidrogeradorDescargas parciaisElementos finitosDefeitos no estatorOndas eletromagnéticasHydrogeneratorPartial dischargesFinite elementsStator defectsElectromagnetic wavesMétodo dos elementos finitos aplicado para cálculo de campos eletromagnéticos excitados por descargas parciais em hidrogeradorinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisOLIVEIRA, Rodrigo Melo e Silva dehttp://lattes.cnpq.br/4768904697900863DMITRIEV, Victor Alexandrovichhttp://lattes.cnpq.br/3139536479960191https://orcid.org/0000-0002-7715-7300VIEIRA, João Paulo AbreuZAMPOLO, Ronaldo de FreitasALCANTARA, Licinius Dimitri Sá dehttp://lattes.cnpq.br/8188999223769913http://lattes.cnpq.br/9088524620828017http://lattes.cnpq.br/9588130677160311xxxhttps://orcid.org/0000-0002-2460-3135xxxhttp://lattes.cnpq.br/4764330446827176LOPES, Nathan Mastrangehttps://orcid.org/0000-0003-4822-7418ORIGINALDissertacao_MetodoElementosFinitos.pdfDissertacao_MetodoElementosFinitos.pdfapplication/pdf3822077https://repositorio.ufpa.br/bitstreams/66a5c9ae-b574-40f4-a0fd-1aa155fa776f/download0c6e633ce2d622f11c274249eb4172faMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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