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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34485
Título: | Análise de falhas de comutação em contator AC utilizando redes de Bragg em fibra óptica como elemento sensor |
Título(s) alternativo(s): | Analysis of switching failures in AC contactor using fiber Bragg gratings as sensor element |
Autor(es): | Dureck, Eduardo Henrique |
Orientador(es): | Dreyer, Uilian José |
Palavras-chave: | Fibras ópticas Detectores ópticos Sistemas de reconhecimento de padrões Circuitos de comutação Optical fibers Optical detectors Pattern recognition systems Switching circuits |
Data do documento: | 29-Nov-2021 |
Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
Câmpus: | Curitiba |
Citação: | DURECK, Eduardo Henrique. Análise de falhas de comutação em contator AC utilizando redes de Bragg em fibra óptica como elemento sensor. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
Resumo: | Circuitos elétricos funcionam baseados no chaveamento de cargas utilizando chaves eletromecânicas de comutação. Dispositivos de chaveamento são utilizados em sistemas de potência em diferentes níveis de tensões e, para garantir a segurança das instalações elétricas, é necessário o acompanhamento da condição de operação destes equipamentos. Este trabalho propõe o estudo em tempo real das condições de comutação de um contator AC. Para isso, foi utilizada a Rede de Bragg em Fibra Óptica (FBG) como elemento sensor e um contator eletromecânico AX40-30-10-75 da ABB como dispositivo de comutação. Também foi disposto o uso da Máquina de Vetor de Suporte (SVM) como método primário de reconhecimento do padrão de degradação dos mecanismos e contatos. Foram pesquisadas falhas recorrentes em elementos dos artefatos comutadores para que possam ser devidamente simuladas. O contator, instrumentado apenas com um elemento sensor FBG, foi submetido a condições de falhas simuladas para a validação da utilização da rede de Bragg como elemento sensor, seguindo como base o método já aplicado em experimentos prévios utilizando relés DC. Após a validação bem sucedida, testes adicionais foram propostos para a análise de bloqueio mecânico de comutação e testes com a ausência de molas de pressão de contatos. Com os sinais de vibração mecânica adquiridos pela FBG, tanto na validação quanto nos testes finais, foi possível extrair suas principais características e criar um gráfico de dispersão por onde aplicou-se a função Gaussiana de Kernel no SVM. Os resultados indicaram probabilidade de erro de classificação de 0% entre amostras íntegras e com bloqueio de comutação, todavia para as amostras relacionadas à pressão nos contatos, uma análise adicional do espectro de frequência foi necessária. Pelos diversos testes realizados, observou-se que a FBG é um sensor adequado para detectar as variações do sinal e o SVM um método eficiente para se adquirir os padrões de cada condição de falha. |
Abstract: | Electrical circuits work based on switching loads using electromechanical switches. Switching devices are used in power systems at different voltage levels and, to ensure the safety of electrical installations, it is necessary to monitor the operating condition of these equipment. This work proposes the real-time study of the switching conditions of an AC contactor. For this purpose, the Fiber Bragg Grating (FBG) was used as sensor element and an ABB electromechanical contactor AX40-30-10-75 as switching device. The usage of the Support Vector Machine (SVM) as the primary method to recognize the degradation pattern of mechanisms and contacts was also proposed. Recurring failures in elements of switching artifacts were researched só that they can be properly simulated. The contactor, instrumented with only one FBG sensor element, was subjected to simulated failure conditions to validate the use of the Bragg gratings as a sensor element, based on the method already applied in previous experiments using DC relays. After the successful validation, additional tests were proposed for the analysis of mechanical switching blockage and tests with the absence of contact pressure springs. With the mechanical vibration signals acquired by FBG both in the validation and in the final tests, it was possible to extract their main characteristics and create a scatter plot through which the Gaussian Kernel function was applied in the SVM. The results indicated a probability of misclassification of 0% between samples with integrity and with switching blockage, however, for samples related to contact pressure, an additional analysis of the frequency spectrum was necessary. Through the various tests performed, it was observed that the FBG is an adequate sensor to detect the signal variations and the SVM an efficient method to acquire the patterns of each fault condition. |
URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34485 |
Aparece nas coleções: | CT - Engenharia Elétrica |
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