Partial discharges in low-pressure atmosphere: an experimental approach to improving electrical protection

Abstract

(English) This thesis contributes to the field of partial discharges in low-pressure environments, aiming to improve electrical wire interconnecting systems (EWIS) protection in aerospace applications. A series of experimental studies have been conducted to evaluate the potential of corona and surface discharges as indicators of electrical insulation degradation. To this end, the influence of variables such as pressure, pressure drop, frequency, and geometry on corona discharge behaviour has been examined. Furthermore, the performance of various sensors, including CMOS image sensors, photoelectric UV sensors, and acoustic cameras, in detecting corona discharges has been investigated and compared. Additionally, by employing RGB image processing techniques, this thesis presents a novel method for the quantification of corona discharges. This method allowed studying the correlation between the light intensity of electrical discharges and the dissipated electrical energy, with a particular focus on how pressure and frequency variation impacts on this relationship. The feasibility of utilizing corona and surface discharges as an indicator for the degradation of wire insulation has also been explored, providing foundational knowledge for the future development of electrical protection tools aimed at predictive maintenance. The findings from this research contribute to the advancement of predictive maintenance strategies, offering potential for early detection of insulation failures, thereby enhancing the safety and reliability of aerospace electrical systems.

(Català) Aquesta tesi contribueix al camp de les descàrregues parcials en ambients de baixa pressió, amb l'objectiu de millorar la protecció dels sistemes d'interconnexió de cables elèctrics (EWIS) en aplicacions aeroespacials. S'han dut a terme una sèrie d'estudis experimentals per avaluar el potencial de les descàrregues superficials i corona com a indicadors de la degradació de l'aïllament elèctric. Amb aquesta finalitat, s'ha examinat la influència de variables com la pressió, la variació dinàmica de pressió, la freqüència i la geometria en el comportament de les descàrregues de corona. A més, s'ha investigat i comparat el rendiment de diversos sensors, incloent sensors d'imatge CMOS, sensors UV fotoelèctrics i càmeres acústiques, en la detecció de descàrregues de corona. Addicionalment, mitjançant l'ús de tècniques de processament d'imatges RGB, aquesta tesi presenta un mètode nou per a la quantificació de les descàrregues de corona. Aquest mètode ha permès estudiar la correlació entre la intensitat lluminosa de les descàrregues elèctriques i l'energia elèctrica dissipada, amb un enfoc particular en com la variació de pressió i freqüència impacta en aquesta relació. També s'ha explorat la viabilitat d'utilitzar les descàrregues superficials i corona com a indicador de la degradació de l'aïllament dels cables, proporcionant coneixement fonamental per al desenvolupament futur d'eines de protecció elèctrica destinades al manteniment predictiu. Les troballes d'aquesta recerca contribueixen al progrés de les estratègies de manteniment predictiu, oferint potencial per a la detecció de fallades en l'aïllament, millorant així la seguretat i la fiabilitat dels sistemes elèctrics aeroespacials.