Sensor UHF elíptico para detecção de descargas parciais

Campos, Antônio Luiz Pereira de Siqueira

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

2022-12-15

Antenas planares

Superfícies seletivas em frequência

Descargas parciais

Sensor UHF

Neste trabalho, foi projetado e implementado um sensor UHF, para detecção de descargas parciais (Partial Discharges - PD). Foram avaliadas e otimizadas geometrias simplificadas de antenas patch de microfita, com o objetivo de selecionar uma geometria adequada. Para melhorar o desempenho da antena selecionada, superfícies seletivas em frequência (Frequency Selective Surfaces - FSS) cascateadas foram integradas à antena. As FSSs foram projetadas com espiras quadradas duplas, como elemento de célula unitária. As medições do coeficiente de reflexão da antena sem e com as FSS integradas foram realizadas e comparadas com os resultados simulados. Os resultados mostram que a inserção das FSSs não impactou na largura de banda operacional da antena, que compreende 100% da faixa de frequência característica da atividade PD (300 – 1500 MHz). A inserção das FSSs resultou em um ganho médio de 4 dBi, referente à antena isolada, aumentando a sensibilidade de detecção de PD, dentro da faixa de frequências proposta. Foi avaliada a detecção de PD de três dispositivos, uma barra de um hidrogerador, um tanque de óleo com eletrodos na configuração de ponta-plano e um transformador potencial (PT). O sensor UHF proposto para detecção foi capaz de detectar a atividade de PD em todos os três cenários com níveis inferiores a 10 mV.

In this work, simplified geometries for microstrip antennas were evaluated and optimized, to select one appropriate geometry, aiming for its application of partial discharge (PD) detection, as a UHF sensor. To improve the performance of the proposed antenna, cascaded frequency selective surfaces (FSS), using double square loops as a unit cell element, were designed and evaluated. Antenna reflection coefficient measurements without and with the integrated FSS were performed and compared with simulated results. The results show that the insertion of the FSSs did not impact the operational bandwidth of the antenna, which comprises 100% of the characteristic frequency range, of the PD activity (300 – 1500 MHz). The insertion of the FSSs resulted in an average gain of 4 dBi, concerning the isolated antenna, increasing the sensitivity for PD detection, within the proposed frequency range. We evaluated the PD detection of the structure through measurements in three devices, a bar of a hydro generator, an oil tank with electrodes in the flat-tip configuration, and a potential transformer (PT). The proposed UHF sensor for PD detection could detect PD activity in all three scenarios and for levels lower than 10 mV.