Caracterización del crecimiento de árboles eléctricos en probetas con vacuolas e imperfecciones mediante análisis de componentes principales de parámetros característicos en señales de descargas parciales

Abstract

La integridad de los materiales aislantes en los sistemas de Alta Tensión es fundamental para la confiabilidad y seguridad operacional de los sistemas eléctricos de potencia, impactando directamente en el bienestar del consumidor final. La degradación de estos materiales representa un desafío ingenieril histórico, que ha impulsado una vasta gama de investigaciones y avances tecnológicos enfocados en entender las dinámicas de deterioro y desarrollar estrategias correctivas para prolongar la vida útil de los equipos. En este contexto, el presente trabajo de título se centra en el análisis de la arborescencia eléctrica en resinas con presencia de vacuolas e imperfecciones, con el propósito de evaluar la efectividad de técnicas avanzadas seleccionadas para caracterizar el crecimiento y la evolución de este fenómeno. A pesar de la utilidad de las metodologías tradicionales en la identificación de ruido y la clasificación de fuentes de descargas parciales, existen escasas publicaciones asociadas al estudio y su capacidad para analizar de manera exhaustiva las descargas parciales y su relación con la progresión de la arborescencia eléctrica en todas sus etapas. Con el objetivo de superar estas limitaciones, se propone una metodología innovadora que integra el análisis de mapas tiempo-frecuencia, técnicas cromáticas, y evaluación temporal y frecuencial de la señal, complementado con el Análisis de Componentes Principales (PCA). Este enfoque permite una exploración detallada de las descargas parciales desde perspectivas de tiempo y frecuencia, facilitando la reducción de la dimensionalidad y el descubrimiento de patrones clave en los datos, lo que resulta en una comprensión más profunda de la arborescencia eléctrica y el papel que juegan las imperfecciones en su desarrollo.

The integrity of insulating materials in High Voltage systems is crucial for the reliability and operational safety of power electrical systems, directly impacting the well-being of the end consumer. The degradation of these materials poses a historic engineering challenge, driving a wide range of research and technological advancements focused on understanding the dynamics of deterioration and developing corrective strategies to extend the lifespan of the equipment. In this context, the current thesis focuses on the analysis of electrical treeing in resins with the presence of vacuoles and imperfections, aiming to assess the effectiveness of selected advanced techniques in characterizing the growth and evolution of this phenomenon. Despite the utility of traditional methodologies in noise identification and the classification of partial discharge sources, there have been few publications associated with their study and their capacity to comprehensively analyze partial discharges and their relationship with the progression of electrical treeing through all its stages. To overcome these limitations, an innovative methodology is proposed that integrates the analysis of time-frequency maps, chromatic techniques, and temporal and spectral signal evaluation, complemented with Principal Component Analysis (PCA). This approach allows for a detailed exploration of partial discharges from time and frequency perspectives, facilitating the reduction of dimensionality and the discovery of key patterns in the data, resulting in a deeper understanding of electrical treeing and the role that imperfections play in its development.