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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25868| Document Type: | Dissertação |
| Title: | Representação e classificação de perfis térmicos de isoladores poliméricos para diagnóstico de poluição superficial |
| Authors: | Oliveira, Johnny Herbert Paixão de |
| Issue Date: | 5-Aug-2026 |
| Advisor: | Ferreira, Tarso Vilela |
| Co-advisor: | Xavier, George Victor Rocha |
| Resumo : | O monitoramento de isoladores em sistemas elétricos de potência é essencial para reduzir o risco de falhas associadas à poluição superficial. Em ambientes litorâneos, a deposição de sais e a presença de umidade podem intensificar a corrente de fuga superficial e provocar aquecimentos localizados capazes de conduzir o equipamento à falha e causar interrupções no fornecimento de energia. Nesse contexto, a termografia infravermelha constitui uma técnica não invasiva promissora, pois permite avaliar a condição térmica do equipamento sem contato direto e sem interrupção da operação. Nesta dissertação, propõe-se uma metodologia para classificar perfis térmicos de isoladores poliméricos, visando distinguir condições limpas e poluídas. Para isso, perfis térmicos unidimensionais são extraídos de termografias, corrigidos em relação à temperatura ambiente, segmentados em janelas sucessivas e descritos por atributos relacionados ao nível térmico, à dispersão de temperatura: variância e desvio padrão, ao contraste, à forma da distribuição: assimetria e curtose, à variação espacial e à dependência espacial. São avaliadas três formas de representação da informação ao longo do perfil: agregada, sequencial e simbólica. A representação agregada resume os atributos obtidos nas janelas, enquanto as representações sequencial e simbólica preservam explicitamente a ordem espacial dessas janelas. Para a classificação, são avaliados máquina de vetores de suporte, floresta aleatória, rede neural recorrente de memória de longo e curto prazo, modelo oculto de Markov com misturas gaussianas e modelo oculto de Markov discreto. A base de dados é composta por 344 perfis térmicos, distribuídos em 69 grupos de captura, e contempla isoladores limpos e isoladores submetidos à poluição artificial e natural. A seleção dos atributos, o ajuste dos modelos e a estimativa inicial do desempenho são realizados por validação aninhada, com separação por grupos de captura, evitando que amostras provenientes de uma mesma captura sejam distribuídas entre treinamento e teste. Os resultados indicam que todos os modelos avaliados apresentam capacidade de distinguir perfis limpos e poluídos. Posteriormente, realiza-se uma análise de robustez, na qual os melhores modelos de cada forma de representação são avaliados em diferentes viii repetições da divisão entre treinamento e teste, mantendo-se fixos os atributos selecionados, os hiperparâmetros e as estruturas definidas durante a validação aninhada. Nessa análise, a máquina de vetores de suporte aplicada à representação agregada apresenta o melhor desempenho, com acurácia balanceada de 0,923 ± 0,058 e métrica multicritério de 0,897 ± 0,067. Conclui-se que a segmentação espacial do perfil térmico fornece informações relevantes para a identificação da poluição superficial e constitui uma abordagem promissora para o diagnóstico de isoladores poliméricos. |
| Abstract: | Monitoring insulators in electric power systems is essential for reducing the risk of failures associated with surface pollution. In coastal environments, salt deposition and the presence of moisture can intensify surface leakage current and cause localized heating capable of leading the equipment to failure and causing interruptions in the power supply. In this context, infrared thermography is a promising non-invasive technique because it enables the thermal condition of the equipment to be assessed without direct contact or interruption of operation. This dissertation proposes a methodology for classifying the thermal profiles of polymeric insulators, aiming to distinguish between clean and polluted conditions. To this end, one-dimensional thermal profiles are extracted from thermograms, corrected relative to the ambient temperature, segmented into successive windows, and described using features related to thermal level, temperature dispersion, including variance and standard deviation, contrast, distribution shape, including skewness and kurtosis, spatial variation, and spatial dependence. Three forms of representing the information along the profile are evaluated: aggregated, sequential, and symbolic. The aggregated representation summarizes the features obtained from the windows, whereas the sequential and symbolic representations explicitly preserve the spatial order of these windows. For classification, a support vector machine, a random forest, a long short-term memory recurrent neural network, a hidden Markov model with Gaussian mixtures, and a discrete hidden Markov model are evaluated. The dataset comprises 344 thermal profiles distributed across 69 acquisition groups and includes clean insulators as well as insulators subjected to artificial and natural pollution. Feature selection, model tuning, and the initial performance estimation are conducted through nested validation with separation by acquisition groups, thereby preventing samples originating from the same acquisition from being distributed between the training and test sets. The results indicate that all evaluated models are capable of distinguishing between clean and polluted profiles. Subsequently, a robustness analysis is conducted in which the best models for each representation are evaluated over different repetitions of the training–test split, while keeping fixed the selected features, hyperparameters, and structures defined during nested validation. In this analysis, the support vector machine applied to the aggregated representation achieves the best performance, with a balanced x accuracy of 0.923 ± 0.058 and a multicriteria metric of 0.897 ± 0.067. It is concluded that the spatial segmentation of the thermal profile provides relevant information for identifying surface pollution and constitutes a promising approach for the diagnosis of polymeric insulators. |
| Keywords: | Isoladores poliméricos Termografia Perfis térmicos Poluição superficial Modelos Ocultos de Markov Aprendizado de máquina Polymeric insulators Thermography Thermal profiles Surface pollution Hidden Markov Models Machine learning |
| Subject CNPQ: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
| Sponsorship: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES |
| Language: | por |
| Institution: | Universidade Federal de Sergipe (UFS) |
| Program Affiliation: | Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
| Citation: | Oliveira Johnny Herbert Paixão de. Representação e classificação de perfis térmicos de isoladores poliméricos para diagnóstico de poluição superficial. 2026. 159 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026. |
| URI: | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25868 |
| Appears in Collections: | Mestrado em Engenharia Elétrica |
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