Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 ,  Septem be r   2020 , pp.  1241 ~ 1248   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 1 .i 3 . pp 1241 - 1248           1241       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Phase t o phase fa ult detec tion of  3 - phase in ductio n motor  using  FRA te chniq ue       A.   A. Al awady 1 , M .  F. M.  Yous of 2 ,  N .   Azis 3 ,  M . A. T alib 4     1, 2   Facul ty   of Electrical a nd   Elec t ronic   Engi ne eri n g,   Univer si ti T u n  Hus sein  Onn  Mala y sia ,   Ma la y sia   1   Coll ege of   Tec hnic a l  Eng ineeri ng,   Th e  Isl am i c Universit y,   Naj a f,   Ir aq   3   Facul ty   of Engi nee ring ,   Univ ersit i  Putr a  Ma la ysi a,   Ma la ysi a   4   Te nag a  Nasion al   B erh ad   Research,   K awa san  In stit usi Pe ny el idikan,   Ma la ysi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Dec  2 7 , 201 9   Re vised  Feb   1 2 , 2 0 20   Accepte d  M ar   5 , 2 0 20       The   purpose   for prepa ring   thi s p a per   is t o   innov ate  a   new  m et hod  to  detec ti on   and  di agnosis  th e  thr ee - ph ase   in duct ion   mot or   e le c tri c al  failure s ,   espe ciall y   the   f ai lur es  th at   occ ur  in  St at or  winding.   St at or   winding  bre akd own  la rge ly   cont ributes  to   i nduct ion   mo tor   fa il ure s .   To   u nder stand   intern al  fau l t   in  induc ti on   mo to rs  winding,  fo ur  c ase s  studies   of  diff ere n t  thre e - ph ase   induc ti on   mo tor s  (TPIM)  were   a nal ysed  accordi n g  to   two  condi t i ons:  normal   winding  condi t i on  and   windings   shorted   be tween  two   phase s.   In   t his   pap er,  the   m ea sure me nt   of  fre quen cy  r esponse  ana lysis  ( FR A)  on  the   stator  windin g   with  int er - ph as e  short   is  pr ese nte d .   Additi on al ly ,   Freque ncy   Response   Analysis  (FRA )  int erp r et a ti on   t echnique   class ify  a nd  quan ti fy   th e   f aul t   is   a lso  proposed.   For   i nte rp re ta t ion   of   th e  FR A,   a   st at isti cal  indi c ator,  whi ch   is   NCEPR I  al gori t hm  is use d   for c ompa rison  the m ea sured respons e s.   Ke yw or d s :   Fr e qu e nc y  re spon s e a nalysis   Ind uction m otor    NCEPRI  alg or i thm    Ph ase  to p hase  fau lt     Stat or   windin g fa ult   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   A.   A. Ala wady ,   Dep a rtme nt of  Ele ct rical  an d  Ele ct ro nic  Eng ineerin g,   Un i ver sit i   T un  Hu s sei n O nn  M al aysia  ( UT HM),   86400, Pa rit R aj a, Bat u  Pa hat , J oh or,  M al at sia .   Emai l:  ah me d.a.al awady @gmai l.com       1.   INTROD U CTION   Healt h  of  a ny  inducti on  m ot or  is  c riti cal   in  vie w  of  a vaila bili ty  asset   m anag e ment   an d  cost.   E very   machine   ha s  it s  own   est imat ed  li fe.   This   e sti mate   is  mad e  by  c on si der i ng  va rio us   fac tors  s uc h  as   m at erial   us e d,   operati ng  c onditi on,  e nv i ronme ntal  conditi ons  et c.   I nductio n  mot or s  fail ure  me chan is m  a re  diff e re nt   dep e nd  on d i fferent  par t,  the   mo st i m porta nt p a rt is stat or  wind in g [1].   Accor ding  to   study  t hat  pres ented  by  Ele ct ric  P ow e r  Re s earch   I ns ti tute  (EPR I),  s how   that  ( 36%)     of   mo t or   fail ure  is  beca us e  of   sta t or   windi ng   fa ults  [ 2,   3].  M ot or   sta tor   windin gs   fail ur e  or  brea kdown  is     the  m os t  c ommo n  reas on s   of  TP I M   fail ur e   [ 4] .   Ca ses   of  i nductio n  mo t or  fail ur e   am ount  re porte d  bec ause  of   this cat eg ory r ang e d nea rly fr om   30% t o 40% [ 5].    Seve ral  reas ons  r esult  to  armatu re  or   sta tor  windin gs   in su la ti on   fail ur e ,  am ong  these  a re     [6]:  (a)   S hort   ci rcu it   or   sta rting   stre sses,   (b)  Lo os e  braci ng   f or  en d  windin g,   (c )   High  sta tor  windin g  te mp erat ur es ,  ( d)  Leaka ge  i n  coo li ng  sy ste ms,  (e)  Ele ct rical   discha rges.   From   ot her   side,  i nsula ti on   fail ure   al way s  relat ed   TPIM  wi nd i ng s  fail ure  a nd   it   is  co untt ing   the  mai n  reas on  of  windin g  fail ur e  [5].     As  evi denced  by   c red i ble  surve y  [ 7 - 10] ,  sta tor  wi ndin g  br ea kdow n  is  a  la rg e  gr oup  of   in duct io n  mo to r   fail ur es   wh ic h  undetect ed   fa ul t  is  co ns ide re d  a s  t he  root  c ause   f or  this   c at egory  of  the   fau lt s.   A ny  fai lure   in   windin gs   sho ul d  be  detect ed   and  diag nosis   in  inci pient  le vel  to   a vo i d  a ny  cat ast r ophi c  fail ure  it   ma y  ca us e   unwa nted d owntime o f pro duct ion .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    12 41   –   12 48   1242   To   un der sta nd  the   ef fect  of  sh ort - ci rc uit  fa ult  bet ween  w ind in g  phases   in  th ree - phase   in du ct io n  mo to r  ( TPIM ),  this  pap e r  us e d  a  ne w  met hod  w hich  is  f re quenc y  r esp ons e  analysis  ( FR A)   te ch ni qu e .  This  is  achieve d  by   a nalysi ng   fou r  inducti on  m oto rs  with  eac h  has  a  diff e re nt  powe r  rati ng  an d  tw o  dif fer e nt  conditi ons:  ( no rmal  windin g  conditi ons  a nd  short - ci rc uit  be tween   phases .   The   f reque nc y  respo ns es   (FR )  of   norma l  a nd   fa ulty  wi nd i ng s  will   be  analys ed  by  usi ng  th e  North  C hin a   Ele ct ric  Po we r  Re searc h  I nst it ute  (N CEPR I)  al gorith m.  The   im portance   of  t hi s  stu dy  is  main ly  to   val uate  th e  abili ty  of  FR A  t o  detect   the   fa ulty   windin g  in  TP I M .       2.   LIT ERATUR E OR   BIB LIOGR AP HY S URVEY   S hort  ci rc uit  ( SC)  windin g  f aults  mig ht  de velo p  to   m or e  com plica te d  ty pes  of  sta tor   w ind in g  fa ults   [11] .  T ypic al ly,   SC  sta t or  windin gs   occ ur :  (a)   betwe en  i nter nal  tu rn s   in   same   ph a se  (turn - to - tur n),     (b)  betw een   t wo  c oils  in   sa me  phase  (c oil - to - c oil),   (c)  be tween   two  tu rn s   in   dif f re nt  phases ,   ( d)  be tween   ph a se  to  ne utra l  po i nt,  (e )  between   phase  t o  gro und  a nd   (f)  op e n  ci tc uit  c oi l  [1 2] .  Fig ur e  1  s how  the   co mmon   fau lt s in  in duct ion   mo t or s .           Figure  1 .   I nduc ti on  m otors  c ommo n   fa ults a nd Fail ures   [12 ].       The  t yp e s  of  windin g  fau lt s   that  was  cl ari f ie d  in   the  prev iou s   pa ra gr a ph  is  na me d  by  a   “st at or  tu rn  fau lt s”  [ 13].   T he  res pons i ble   for  sta tor  windin gs   fail ures  is  the  stresses,   wh ic h  are  ma y  be  cl assi fied   into  el ect rical ,  ther ma l,  mec ha nic al ,  an d  en vir on ment.   T he  factor  that  most   in flue nces  on  for   the   dete rior at i on  of  the  ins ulati on  in  m os t  of  the   cases  a mon g  them  is   the  t he rmal  stre ss  [14].  A  s hort - ci r cuit  (S C )  t urns   fa ult   causes  a   flo w  of   la rg e   ci rcu la ti ng   c urren t.   T hu s ,  this  c urre nt  ge nerat es  ex cessi ve  the rma l  stress  in  t he  point  of   sh ort ed  w i nd i ngs t hu s , th at   m ay  ca us e  for m achin fai lu re [1 5].    In  [ 16 ],  Stat ist ic al   process  c on t ro l  te c hn i que  (S PCT )  wa s  us e d   t o  diag no sis   an d  dete ct   windin g s   fau lt s  for  TPIM.   A   ne w   m odel   was  est im a te d   to   detect   s hort - ci rc uit  ( S C)  wi nd i ngs  f aul ts  in   ti me  domain .     An   aut hor  in  a rtic le   [ 17 ]  de ve lop e d  a  fu zz y  fau lt   detect or  (F F D)  by  us i ng  Co ncor dia  patte rn s   to  dia gnos is   op e n - ci rcu it   ( OC)  fa ults  an d  sta tor  unbala nc e.   A rtic le   [ 18 ],   Discu ssed   th e  pe rforma nce   of  the   TP IM  and  it s  vu l ner a bili ty by  m odel li ng fo r dete ct ion   of i nductio n  m ot or  windin g fa ult and it s locati on .   Re fer e nces  [ 19 ]   a nd  [ 20 ]   re ported   that   the y  us e d  ad va nc ed  sig nal - pr oc essing  te ch niques   ( AS PT )     and  sta to r - windin gs - c urre nts   f or  sta to r  wind i ng  fa ult  de te ct ion   of  the   IM .   T he  a ut hor s   in  [ 21 ]  a nalyse d    the  de viati on  in  fr e quenc y  r esp on se   (F R)   by  us in g  arti fi ci al - neural - network  (AN N)  for  fa ults  detect ion.     The  el ect rical   fau lt   f or  in duct ion  m oto r s   fiel d - windin gs  was  detect io n  f or  fir st  ap proac h  th rou gh  FR A  te chn iq ue wit h st at ic  ex ci ta ti on   was rep ort ed i n  [ 22 ] .   Fr e qu e nc y  Re s pons e  An al ys i s  FRA  is  an  e le ct rical   no n - i ntr us ive  a nd   powe rf ul  use d  t echn i qu e  t o  diag nosis  of   m any   c ha ng es ,  f aults,  or  ab nor mal  conditi ons   in  the  trans f ormer  wi nd i ng  [ 23 ].   FR A  res ponse   is  off - li ne  te c hn i qu e  for  fail ur e  diag nosis an d  f aults detec ti on   [ 24 ] . F RA is c on si der e d  as  one of the c omp arati ve   te sts  wh ic h  are   require d  a  refe ren ce  data  (R D)   (at  healt hy  op e rati on  co nd it ion )  to   co mpa re  with   it .  Th eref or e ,   the  dif fer e nces   betwee n  RD  and   t he  ne w  meas ured  res ponse s  re fer   to  there   fa ult  [ 25 ,  26 ].   Eac h  f au lt   hav e   fin ger - pri nt   or   cha racteri sti c   fr e qu e nc y  res ponse .   By   ob se rv at io n  of   dif f eren t   res pons e s  of  data   mea su re d,   mu lt iple  t yp es   of  fa ult  a re  det ect ed  a nd  al s o  fau lt   se ve rity  i s  ide ntifie d  [ 27 ] .  T he   FR A  r esp on se   to ol   c an  get  h ol d  of   t he  volt age  tra nsfer   functi on  for   windin gs   fr e qu e nc y  betwe en   ( 20  Hz  to   2  MHz )   [ 28,  29] .    The   imp ort ant  measu reme nts  connecti ons   be tween   the   FR A  i ns tr um e nt  dev ic e   a nd  othe r  e quipme nt   s uch  a s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Ph as e to  ph as e  fau lt   detect ion of  3 - phas e  in duct ion m otor  usi ng FRA tec hniq ue   ( A.  A.  Alawa dy )   1243   trans forme r  a r e  f our   fa ults  cases   wh ic h  a re  e nd - to - e nd  sh ort   ci rcu it   c onnecti on,   int er - windin g  in duct ive  connecti on, i nt er - windin g  ca pa ci ti ve  co nn ect ion   a nd   op e n  ci rcu it  c onnecti on  [ 26 ].       3.   METHO DOL OGY FO R   F AU LT   A ND   MEASU REM ENT   3.1.   Ex peri ment al un it s   ch o ose   Four   unit s  of  three - phase  i nduction  m otors  wer e  c hose n  to  c onduct   this   study,   these  unit s  ha ve  a   diff e re nt  rati ng   powe r  w hich  are  1,   2,  3  a nd  5.5  horse   po w er  re sp ect ivel y.  T he  s pecifica ti on s  for  t hese  te ste d  un it s  a re   sho w n  i n  Ta ble  1.  T his  pap e r   f ocus   on  t he  W ye  ( Y)  co nnect io n  config ur at io n  betwee n  phase s  U ,  V  and   W  wh ic h  is  widely  us e d  for  TP IM.  T he rfor e ,  phases  for  al l  exp e ri mental   unit s  of  TPIM  windi ng s  a re   connecte d as  Wy e  (Y)  w i nd i ng con fig ur at io n.       Table   1.   S peci f ic at ion s  of  t hr e e  phase i nduction m o tor   un it s   Moto r   Moto r  1  Specific at io n s   Moto r  2  Specific at io n   Moto r  3  Specific at io n s   Moto r  4  Specific at io n   Manu facturer   JILAN G   JILAN G   JILAN G   JILAN G   Mod el   1 1 0 RK - 3 DS   Y9 0 S - 2   Y9 0 L - 2   Y1 1 2 M - 2   Ph ases   3 - Ph  ind u ctio n  m o to r   3 - Ph  ind u ctio n  m o to r   3 - Ph   in d u ctio n  m o to r   3 - Ph  ind u ctio n  m o to r   Po wer   0 .75  KW / 1HP   1 .5 KW  /  2 HP   2 .2 KW  /  3 HP   4  KW / 5.5 HP   Rated  Voltag e   4 1 5 V /  5 0  Hz   4 1 5 V /  5 0  Hz   4 1 5 V /  5 0  Hz   4 1 5 V /  5 0  Hz   RPM   1 5 0 0  r p m   2 8 4 0  r p m   2 8 4 0  r p m   2 8 8 0  r p m       3.2 .   Cre ati on  of  f au lt     The  a rtific ia l  fau lt s  in  windin gs   wh ic h  are   pe rformed  e xpe rimental ly  i n  la borato ry,  will   us e  t o  stu dy   the  diff e re nces   in   wi nd i ng s   r esp on se   that   may   be   occur  du e   to   this   fa ul t.  I n  this   stu dy,   the   arti fici al   fa ult  create d  bet wee n  t wo  phases  of  th ree - phase  i nduct io n  mo t or. P has e - to - ph a se  (PP)   fa ult o ccur  w he n  si ngle - tur n  in  phase  U  s ho rted  with  si ngle - tur n  in  phase   V  or  betwe en  two  c oils  from   ph ase s.  T his  pa per   fo c us   on   ph a se - to - ph ase   tu rns   (PPT)   fa ults,   f our  unit s  of   TP IM  wer e   us e d  to   cre at e  sho rt  ci rc uit  fau lt   b et wee n  ph a ses  windin gs   to   ge t  PPT  fa ult.  I n  this  stu dy,  the  sh ort   ci rc uit  fa ult  was  a ppli ed   in  the  la borato ry   betwee n  ph ase  U   and phase  V w ind in gs o nly.  T he  P PT  fau lt s  proce dures  for o ne  cas e  of T PIM a re sh own  i n  Fi gure  2 .           (a)   (b)   (c)     Figure  2 .   PPT   f aults   c reati on  sta ges   on   TP I M , (a )  N ormal   windin g,     (b)  Re m ovin g some  con du ct ors to  create t he fault , (c)  Co mpl et ed  windi ng  with P PT  fau lt .       3. 3 .   F RA   m ea suremen ts   se t up     Ph ase - to - phase   tu rn s   (P PT )  fa ult  co mm on l y  occurs   to   TP I M .   Ge ne rall y,  at   an y  short - ci rcu it   (S C)   in   the  windin gs  s uffer  from   ins ulati on  fail ur e   because   of  t he   thermal   stress   wh ic h  occ urs  du e   t o  t he   incr ease  of   current   in   the   windin gs .   In  th is  pa pe r,  FRA   meas ureme nts  are  pe rformed   on  phases   U ,  V  a nd   W   t o  di agnos e   the  fa ult  in  TP IM   windin gs.  The  mea surem ents  are  pe rformed  befo re  an d  afte r  the  fau l t  has  create d.   F igure  3   sh ows   co nnect ion   betwee n  t he   eq uip me nts  wh ic h  a re  us ed   to  perform   the   FRA  meas ur e ments.   I n  t his   study,   the  wi nd i ngs  ha ve  wy e   ( Y)  c onnecti on  c onf igurat ion.  With  wy e   co nnect ion ,   the  fr e que ncy  res ponse s  can  be  measu red  betw een  t wo  phase   te rmin al s  (U - V ,  V - W,  an d  W - U)  only ,  with  a ssu mi ng  that  t he  ne utral  po i nt   (N)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    12 41   –   12 48   1244   is  hi dd e n.  T he   FRA  meas ur e ments   are   m a de   on   f our   unit s   of   TP IM  wh ic h  a re   li ste d  i n  Table  1.  T he   windin g  fr e qu e nc y respon s es a re lat er  analyze d  a nd i nter pr et ed .         (a)   (b)   (c)     Figure  3 .   Eq ui pm e nts  c onnec ti on  to  meas ur ed  FR A  for  mot or   windin gs   (a )  Co mputer , (b )  FR AN E O 8 00  equ i pm e nt, (c)   Thr ee - ph ase  in du ct io n mot ot       4.   FRA RE SU L TS A ND AN A LYSIS   In   t his  sect io n,  the  FRA  res pons e  res ults  for  the   PPT   f ault  create d  pr act ic al ly  in  th e  la borato ry    on   T PIM  sta tor  windin gs   a re  presente d  a nd   discu ssed .  Fo r  eac h  case ,  three  ph a ses   fr e qu e nc y  res pons e   measu red  via  t wo   ste ps ,   the  f irst  one  duri ng   healt hy  wi nd i ng s   co ndit ion   and   t he  sec ond  at   PPT  fa ult  in  the   TPIM  windin gs.  Fig ur e  4 ,  Fi gure   5   an d  Fi gure   6   s hows  t he   fr e qu e nc y  re sp onses   (F R )  curves  of   t he  t est ed   fou r  unit s.  As  sh ow n,   the  FR   curve  wa s  dif fer e nt  from  m achine  to  oth e r,   this  is  li kely   dep e ndin g  on   four   TPIM  un it s  po wer rati ng.           (a)     (b)         (c)     (d)       Figure  4 .   FRA   M eas ur e ment  f or   te rmin al  U - V  at   normal c onditi on a nd  PP T   fa ult i n p has e s   U   an d V.   (a)   FRA  f or  1HP   T PIM,  (b)  FRA  for 2H P   TPIM, (c )  FR A  f or  3HP   TP I M  a nd (d )  FR A  f or  5.5HP T PIM.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Ph as e to  ph as e  fau lt   detect ion of  3 - phas e  in duct ion m otor  usi ng FRA tec hniq ue   ( A.  A.  Alawa dy )   1245     ( a )     (b)     ( c )     ( d )     Figure  5 .   FRA   M eas ur e ment  f or   te rmin al  V - W  at   normal c onditi on and  P PT   fa ult i n p ha se s   U   an d V.   (a)   FRA  f or 1HP   T PIM,  (b)  FRA  for 2H P   TPIM, (c )  FR A  f or  3HP   TP I M  a nd (d )  FR A  f or  5.5HP T PIM.           (a)     (b)         (c)     (d)     Figure  6 .   FRA   M eas ur e ment  f or   te rmin al  W - U  at   normal c onditi on a nd  PP T   fa ult i n p has e s   U   an d V.   (a)   FRA  f or 1HP   T PIM,  (b)  FRA  for 2H P   TPIM, (c )  FR A  f or  3HP   TP I M  a nd (d )  FR A  f or  5.5HP T PIM.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    12 41   –   12 48   1246   The  main   ef fe ct   of  PP T  f ault   was   by  c reats   a  s hort  ci rc uit  betwe en   phas es  wi nd i ng s   le ad  to   re duce  the  num ber  o f  tur ns   le ss  than  the  normal  c onditi on .  T hus,  t ha t  will   red uce   t he  wi nd i ng s  le ng t h  of  the  c oils.  So  that,  the   t otal  resist ance   of  t he  c oils  t hat  m ake   up   the   phase   will   decre ase .  Also,  t he   fl ux  in   the   c oi ls  will  reduce.   Creat ion  of  the   PP T   fau lt   will   le ad  to   re duced  mag netiz ing  in du ct a nce  of  phase  U  a nd  phase  V ,   because   of  th e  sho rted   tur ns  bet ween  ph a ses  U - V  a nd  the  tu r ns   rem ov e d  f rom  ph ase  U   a nd  ph ase  V .     Th us ,   cause s  a n  i ncr ease   the   mag nitud e   of  the  res pons e   an d  t his  c on si dered  def ect i ve  re sp onse .  And   s ur el y,  the  co mp a rison  of   fr e que ncy  res pons es   (F R )  in  case  of  no rmal  c onditi on  an d  at   P PT  fa ult  in  windin gs  was   cl early v isi ble  in  Fi gure  4 ,   Fi gure   5   a nd Fig ur e  6 ,   a nd  the  re spon ses   s how s  the   case s of  e ff ect   acco rd i ng   to   the   connecti ons  of  measu reme nts  cond ucted, w hi ch  a re th e  FRA  meas ur e d for t erminals  ( U - V, V - W  and  W - U).   Fo r   m ore  cl ari f ic at ion ,  t he  ma gn it ude   of  de fe ct ive  res ponse   betwee n  t he  re fer e nc e  FR  a nd  t he  FR   at  PPT  fau lt   c ondi ti on   f or  te rmi na ls  U - V  we re  ve ry  evi den ts  as   show n  i n  Fig ure  4,   beca us e  of  the   PPT   fa ult  was  create d  in  t he  ph a ses  U  a nd  V  windin gs  to gethe r  si nce  t he  be ginnin g  f or  al l  TP IMs.  On  the   ot her  hand,     the  healt hy  phase  W  from  t he   oth e r  side .T he   reas on   f or   t he se  de fecti ve  r esp on se  was  due  to  t he  ma gn et iz ing   inducta nce   li m it at ion   in   the   ph a ses  windin gs   of  T PIM,   wh ic h  is   di rec tl y  af fected   w hen  a ny  fa ult  occur  i n  mo to r win ding s.       5.   ANALY SIS   U SIN G  NCEP R I A LG ORI T H M   NCEPRI   al gor it hm   was  pro pose d  in  [ 30 ] ,  [ 31 ]   a nd   has  be en  use d  as  one   of   sta ti sti cal   methods  for  analysi ng   t he  FRA  res ults .  I n  this  stu dy,  th e  NCEPRI  al gorith m  is   us e d   for   inter pr et at ion   a nd  validat i on   t he   respo ns e.   This   performe d   by  c ompu ti ng   t he  e ff ect ive  de viati on ( E D ) or  a ss essment  facto r (E 12 ) b y usin g  (1).     12   =   1 ∑ (  1 −  2 ) 2   = 1     (1)     Wh e re   N   is  th e  num ber  of   point  i n  a  f requ ency  re spo ns e,    1   an d   2   are   t he  t ran s f er  f unct io n   values  of     the freq ue ncy r esp on se  of  nor mal win ding  a nd f a ulty  windi ng  res pecti vel y   at  f re quenc y  i .   NCEPRI   al go rithm   was   util iz ed  f or  disti nguis h  the   diff e ren ces   between  f re qu e nc y  res pons es     at   normal  c on diti on   a nd  with  P PT  fau lt   ca se  f or   f our  un i ts  wh ic h  a re  c le arly   visible  i n  Fi gure  4,   Figure  5    and  Fi gure  6.  I n  t his  st udy,  the   f reque ncy  res pons e   ( FR )  c urves   di vide d  i nto  f our  r egio ns   a cco rd i ng  to     the r es ponse   w ave - s ha pe.   As   sh ow n  in  Ta ble  2 .       Table  2 .   A sses sment  facto r   (E 12 )  of   PPT  fa ult   fr e quenc y r esp on ses   by  u s ing   NCEPR I  al gorithm     Frequ en cy   rang e   E12  in d B for 1HP  m o to r   E12  in d B for 2HP  m o to r   E12  in d B for 3HP  m o to r   E12  in d B for 5.5 HP m o to r   U - V   V - W   W - U   U - V   V - W   W - U   U - V   V - W   W - U   U - V   V - W   W - U   2 0 Hz - 2 k Hz   4 .31 0 7   0 .84 7 9   0 .77 0 7   2 .68 0 7   0 .57 4 3   0 .63 4 1   4 .94 9 4   1 .12 3 5   0 .88 8 6   4 .00 9 3   1 .21 5 3   0 .53 4 2   2 k Hz - 2 0 k Hz   7 .56 6 0   1 .31 1 9   1 .28 3 4   4 .35 1 2   0 .87 6 7   0 .95 3 5   1 0 .62 5 6   1 .90 9 2   1 .48 3 9   7 .58 3 4   2 .01 3 0   0 .87 0 6   2 0 k Hz - 2 0 0 k Hz   7 .03 6 7   1 .46 2 1   1 .32 1 1   4 .73 0 2   0 .96 9 0   0 .91 7 1   1 1 .48 0 9   1 .80 7 8   1 .59 9 7   8 .75 5 2   2 .28 7 8   1 .12 0 5   2 0 0 k Hz - 2 MHz   1 .57 3 3   0 .83 7 9   0 .15 9 5   0 .45 1 7   0 .13 4 1   0 .24 0 7   0 .99 0 8   0 .29 5 2   0 .34 9 3   1 .10 7 9   0 .84 3 1   1 .12 0 7       The  asse ssme nt   factor   (E 12)  values  was  cal culat ed  f or  al l  cases  in  this  study  by  us i ng  the  e qu at io n  (1).   Table   2  shows  the   val ues   of  E 12  for  t he   f our  unit s  of  TPIM.   As   cl ea rly,  the  E1 2  va lues  f or  P PT  fa ult  are   high  f or   t he  f reque ncy   reg i on   (20 Hz - 2kH z),  it   range d  betwee n  ( 2.6 807  t o  4.9 494)   wh e n  it   cal culat ed    for  te r minal  U - V.   A nd   f or  te r minals  V - W  a nd  W - U  the  E 12 r an ge d betwee n  ( 0.5 342  t o 1.215 3). As E 12  vales  sh owe d,   t he  e f fecti ve  of   fau lt   was  more  e vid ent  at   U - V  ca lc ulati on .  This  du e   to  t he  im pa ct   of   PPT  fa ul t  was  occure d  directl y  on  t his  phas e .  T heref or e ,  t his  reg i on  is   c on si der e d  as   s erio us   fail ure.   Fo r   fr e quenc y  reg i on s  (2kHz - 20kHz)   and  ( 20kHz - 20 0kHz ),   t he  E1 2  value s  for  te rmin al s   U - V ,  V - W  a nd  W - U   was   range d  be twee n  (4.35 12  to   11. 4809) ,  (0.87 67  to   2.2 87 8)  a nd  (0.87 06  to   1.599 7)  res pecti vely   as  sho wn  in  Ta ble  2.  T ha t  mean   it   was  hi gh e r  t han  the f irst  va lues.  S o  th at ,  this  re gion  is  c onside red  as  se r iou s d ist ort ed, t his  due  to  t he  eff ect s  of   PPT  fa ult  in   mo t or   windin gs .  For  the   f re qu e nc y  re gi on   (20 0kHz - 2MH z),  the   rec orde d  values  we re  lowe r   than  t he values  in  the  r est   re gio ns. T his  mean s that the  ef fect o f  PP T fa ult i s  r el at ive in  this  f re quenc y re gio n.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Ph as e to  ph as e  fau lt   detect ion of  3 - phas e  in duct ion m otor  usi ng FRA tec hniq ue   ( A.  A.  Alawa dy )   1247   6.   CONCL US I O N   Ph ase   to   phase   tur ns  ( PPT )  f ault  in   TP IM  windin g  was   presents   in   this  pap e r.  T he  c ompa rison  of   fr e qu e nc y  re spon s es  ( FR)  c onfirme d  that  th e   PPT  fau lt   in  T PIM  wi nd i ng  gi ves  some   of   va riat ion   in   the  FRA   respo ns e.   T he   va riat ion s   i n  FRA   si gn at ures  f or  wi nd i ng s   was   inter pr et e d  a nd  a na lyzed   in   sect ion  4.    A  fi nd i ng  of  t hi s  paper ,   it   has  been  pr ov e n  t ha t  the  de fect  th at   occurre d  du e  to  P PT  fau lt   can  be  diag nos e  an d  detect ed,   t hro ugh  the  var ia ti on  in  the   FR A  re spo ns e  in   phases  wh e n  measu rin g  t he   fr e quenc y  re sp onse .    And  al s o,   this   pap e r  pr ese nt ed  the  validat ion   f or   FR A  at   the  PPT  fa ult  case  by  usi ng  one  of   a  ce rtifie d  sta ti sti cal   ind ic at or s ,  w hich  is  NCEPRI  al gorithm .  W he r e,  the  cal culat ion   of   t he  ass essment  facto r   (E12 )  sh ows  t he  highest  dist or ti on   ind ic at or  of   f req ue ncy   re gio ns  that  has  l ow   an d  me dium  f reque ncies  range.     And   in   high  frequ e ncies   ra ng e,  th e  disto rtio n  le vel  will   be   relat ively   i ns ign i ficant.   T he  method   propos ed  i n  this  pa per   ha d  a  us ef ul  re su lt ,   it   can  be  c ons idere d  as  a  ne w  met hod  to  de te ct ion   an d  dia gnos is  th e  PP T  fau lt   in three - ph a se  inducti on m otor.  And  al s o,  t he  appli cat ion s  of d e vel op e d m et hod  ca n be  use d for  diag nos is and   detect ion t he o ther  t yp es  of  fa ults in T PIM.       REFERE NCE S    [1]   Za mudi o - Ramir ez ,   Isra el,  Roq ue  Alfr edo  Os ornio - Rios,   Mi guel   Trejo - H er nande z ,   Rene  de  Jesus   Ro mero - Tronc oso,   and  J ose  Alfonso  Ant onino - Daviu,   "S ma rt - sensors   to   esti mate   insulati on  health   in  ind uct ion   mo tors  v i a  ana lysis of   stray   fl ux, "   Ene rgies ,   vol.   12 ,   no .   9 ,   pp .   1658 ,  2019 .   [2]   Akar  Me hme t ,   Ankaya   Ilya s  C. ,   '' Broken  rotor  bar   fau l t  detec tion  in  inve r te r - f e d  squirre l  c age   i nduct ion  mo tors   using sta tor   c urr ent   ana lysis   and fuzz y  logi c , ''   Tur k  J   E le c   Eng   &   Comp Sc i ,  v ol .   2 0,   no .   1,   pp .   107 7 – 1089,   2012 .   [3]   Pezz an i   C,   Don olo  P. ,   Boss io  G . ,   Donolo   M. ,   G uzm an   A. ,   Zo ch oll  S.   E.,   " Det ecting   broke n   roto r  bar s   with   ze ro - sett ing  pro tecti on , "   Industrial  &   Comm erc ial   P ower  Syste ms   Technical  Con fe r enc e   (I& CPS) ,   IEE E /IA S  48 th. ,    pp.   1 – 12 ,   2012 .   [4]   Qi,   Xiang. ,   "P ra ct i ca l  C irc ui t  de sign  to  protect   mot or's  phase   fa il ure   op era t ion , "   2010  Asia - Pa ci f ic   Confe r enc e  o n   Powe r E le c troni cs  and  Design ,   p p.   104 – 107 ,   201 0 .   [5]   G.  B.   Kl im an ,   W.  J.   Prem erl an i ,   R .   A.   Koegl ,   a nd  D.   Hoewel er,  " A  n ew  appr oa ch  to  on - lin e  tur n  fau lt  de te c ti on   in   ac   mot ors,"   Proc .   IE EE Industry Appli ca ti ons So c .   Annua l  M ee t in g  Conf . ,   San   Die go,   CA ,   pp .   687 – 693 ,   1996 .   [6]   P.  J.  Ta vn er  a nd  J.  Pen ma n ,   ''El e ct ri ca l   t ec h nique s  for   mon it oring , ''  in   Co ndit ion   Monit or ing  of   Elec trical  Mac hine s ,  L et ch worth,   Her tfordshire ,   U.K.: Re se arc h  S tud ie s Pre ss   Lt d . ,   vol .   1 ,   p p.   93 – 132 ,   1987 .   [7]   P.  Zh ang,  Yi   Du ,   T.  G.   Hab etler ,   Bin   Lu ,   " A  sur vey  of   condi t ion   mon it oring   and   prote c ti on   m et h ods  for   me d ium - volt ag e  indu ct io n  mot ors , "   IEEE   Tr ans.  Ind .  Appl ,   vol .   47 ,   no .   1 ,   p p.   34 - 46 ,   2011 .   [8]   Benbouz id ,   M.   El   Ha chemi ,   "A   rev i ew  of   indu ct ion   mot ors   signat ure   an al ysis  a s  a   me d ium  for   fau l ts  de te c ti on , "   IEE E   transacti o ns on  industrial   el e ct ronics ,   vol .   47,   no .   5 ,   pp .   98 4 – 993 ,  2000 .   [9]   Siddique ,   Arfa t ,   G.  S.   Yada va ,   and  Bhim   Sing h,   "A   rev ie w  of   stat or   fau l t  mo nit oring  techniq ues  of  indu ct ion   mot ors , "   I EE E   tr ansacti ons on en ergy   con ve rs ion ,   vol.   20,   no.   1 ,  p p.   106 – 114 ,  200 5.   [10]   Singh,  Arvind ,   Bevon  Grant ,   R onal d  DeFour ,   Chandra bhan   Sh arm a ,   and  San jay  Baha doorsing h ,   "A   r evi ew   of   induc ti on   mo tor faul t   modeling , "   El e ct ric   Pow er  S yste ms   Re sear ch ,   vol .   133 ,   pp .   19 1 – 197 ,  2016 .   [11]   M.  Arkan ,   D.   K.  Pe rovic,   and   P.   Uns worth,   " Onl ine  stat or   f ault  d ia gnosis  in   indu ct ion   mo tors, "   P roc.   Inst.   E lect.   Eng. ,   E le c t. P ow er  Appl . ,   vol .   14 8,   no .   6 ,   pp .   537 – 547,   2001 .   [12]   A.  H.  Bonn et  a nd  G.  C .   Souku p,   " Cause   and   a nal ysis  of  st at or   and   rotor  failu res  in   three - pha se  squirre l - ca g e   induc ti on   mo tors ,"   IE EE   Tr ansac ti ons on  Industry   Application ,   vol .   28 ,   no .   4 ,   pp .   9 21 – 937,   1992 .   [13]   J.  Scot ti l e,  J.   L.  Ko hle r,  " An  on - l ine  method   to   d e te c t  incipie n t   fail ure   o f  turn   insul at ion   in   r andom - wound  mot ors ,"   IEE E   Tr ans.  on  Ene rgy  Con ve rs i on ,   vol .   8 ,   no .   4 ,   pp.   762 – 768 ,   19 93.   [14]   P.  J.   T avne r   a nd  J.   Penma n ,   '' T em per at ur e  moni tori ng , ''   in   Condit ion  Mo nit oring  o f  Ele ct rical  Ma chi ne s ,  Le t chwort h,   Her tfordshire ,   U.K. :   Resea r ch  Stud ies   Press   Lt d . ,   vol .   1,   pp.   228 – 239,   1987 .   [15]   S.  B.   L ee,  R.   M.  Ta l lam  and   T.   G.   Habe t le r ,   " A  robust,   on - li ne  turn - fau lt   det e ct ion  techni que  for  indu ct i on   ma ch ine s  b ase d   on  moni tor ing   the  sequ e nc e  c ompone nt   im p e danc e   m at rix ,"   IEE E   Tr ans.  P ower  Elec tronics ,    vol.   18 ,   no .   3 ,   pp .   865 – 872 ,   2003 .   [16]   C.   Xianr ong ,   V .   Cocque mpot,  an d  C.   Chr istophe,   " A  mode l   of  async hronous  mac hine s  for  st at or   f aul t   detec t ion  an d   isola ti on , "   I EE E   Tr ans.  Ind.   E le c t ron . ,   vol .   50 ,   no .   3,   pp.   578 – 584,   2003.   [17]   F.  Zi dan i,   M .   E .   H.  Benbouzid,   D .   Diallo,   and  M.  S.  Nait - Said ,   " In duct ion  mot or  st at or  fau lt s  di agn osis  by  a  cur r ent  Concordi a   patter n - base d  fu zz y  d e ci sion syste m, "   I EE E   Tr ans.  Ener gy  Conve rs . ,   vo l.   18 ,   no .   4 ,   pp .   4 69 – 475,   2003 .   [18]   D.  C.   Pat el,  M.   C.   Chandork ar,  " Modeli ng  and   ana lysis  of   stator  int er turn  f ault  locati on   eff ec t s  on  induc t io n   ma ch ine s , "   I EEE  Tr ans.  Ind. Elec troni cs ,   vo l. 6 1,   pp .   4552 – 456 4,   2014 .   [19]   M.  E .   H .   B enbo uzi d,   M.   Vieira,  C.   The ys,   " Indu ct ion   mot o rs ’   fa ult s  de tecti on   an d  local iz a ti on   using  sta tor  cur ren t   adva nc ed  sign al   proc essing  t ec hn ique s ,"   I EE E   Tr ans.  Powe r   Elec t ron . ,   vol .   14 ,   no .   1,   pp.   14 – 22,   19 99.   [20]   Tushar   G.   Vilh e kar ,   Maka r and  S .   Ba llal,  and   H.   M.  Suryawanshi ,   " Appli ca t ion  of   double  par ks   ve c tor  appr oa ch  fo r  det e ct ion   of  in terturn  fau lt   in  in duct ion  mot or ,"   Inte rnational   Co nfe renc e  on  Con dit ion  Assess ment  Techni qu es  in   El e ct rica l  S ystem s (CA TC ON),   pp.   173 – 178 ,  20 15.   [21]   Gandhi,   Ke ta n  R. ,   and  Ket an  P.   Badguj a r,   "A rt i fic i al   n eur al  ne t work  base d  id en ti ficat ion  of  d eviati on  in  fr eque n cy  respons e  of   po wer  tr ansforme r   windings, "   201 4  Annual  Int ernati onal   Confe re nce  on  Eme rgin g  Re s earc h  Are as:  Magne tics,  Ma c hine s and  Dr ives   (AI CE RA / iCM MD) ,   pp.   1 – 8.   I EE E ,   2014 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    12 41   –   12 48   1248   [22]   F.R.   Bl nqu ez,  C . A.  Pl at ero ,   E.  R ebol lo ,   F.   Bl zqu ez ,   " Fiel d - wind i ng  fau l t  d etec t io n  in   synchronou s  ma ch ine s  wi th  stat ic  ex ci t at ion   through  fr equency  response  a nal ysis ,"   Int ernati onal  Journal   of  E lectric a l  Powe r  &  Ene r gy   Syste ms ,  vol .   73 ,   pp   229 – 239 ,   20 15 .   [23]   J.  C.   G.   Arispe   and  E.   E.   Mo mbe ll o ,   " Det ec t i on  of  fai lur es  withi n  tr ansformers  by  FR A  usin g  mul ti r esolut io n  dec omposition, "   IEE E   Tr ans.  Po wer  Deliv . ,   vo l.  29,   no .   3 ,   pp .   11 27 – 1137,   2014 .   [24]   Vilhe kar ,   Tusha r  Gulabr ao,  Mak ara nd   Sudhakar   Bal lal,   a nd   Bhi mra o  S .   Umr e,   " Ap pli cation  o f  S wee p  Frequ enc y  Response  Analy sis  for  the   d et e ction  of  winding  f aul ts  in  inductio n  mot or , "   IECO N  2016 - 42nd  An nual  Confe ren ce  of  th e  I EE E   Indu strial  Elec tronics   Soci e ty ,   pp .   14 58 – 1463,   2016 .   [25]   " IEE E  guid e  for   the   app li c ation  and  interpre t atio n  of   fre quen cy  r esponse  ana lysis   for  oil - i mm ers e d  tra nsforme rs ,"   IEE E   power  and   ene rgy   soci et y ,   IEE E   Std   C57. 1 49 - 2012 ,   pp .   1 – 72,   2013 .   [26]   P.  Piche r,   " Me c hani c al   cond it io n  assess me nt  of   tra nsformer   wi ndings  using  fre quenc y  response   ana lysis  (F RA ), "   Cigre,   Ev alua ti o n ,   vol .   A2 . 26,   pp .   30 – 34 ,   2008 .   [27]   Behj at  V . ,   Vah edi   A . ,   Seta y eshme hr  A . ,   Borsi  H . ,   Gock enbach  E . ,  " Sw ee p  fre quenc y   respo nse  analysis  fo r   dia gnosis  of   lo w  l ev el  short   c irc uit  f aults  on   th e   windings   of  power   tr ansf orme rs:   An  exp eri m ent a l   study ,"   Inte rnational   Jo urnal  of   Elec tri c al  Pow er  and  En ergy   Syst ems ,   vo l.   42 ,   no .   1 ,   pp .   7 8 - 90,   2012 .   [28]   S.  Al - Amer i ,   A .   A.  Al awa dy,   M.  F.   M.  Yous of,  H.  Ahmad ,   Ali .   A.  Salem,   and   M.  A.  Ta l ib,   ''Freque ncy   respons e  ana lysis  for  tra n sforme r  t ap  ch a nger   damage   de te c ti on , ''   Inte rna ti onal  Journal  o f  Powe r  El e ct ro nic s  and  Dr iv e   Syste ms   (IJ PE D S) ,  v ol .   11 ,   no .   1 ,   pp .   350 – 358 ,   2 020 .   [29]   N.  F.  M.   Yasid,   A.  A.   Alawa dy ,   M.   F.  M.   Yous of,   S.  Al - Am er i  and   M.  S.   Ka ma rudin ,   ''Int erp ret a ti on  of   sw eep   fre quenc y   respo nse  analysis  trac es  on  inter - turn  s hort  ci r cuit  fau lt , ''  Inte rnationa l  J ournal  of  Pow er  El e ct roni cs  and   Dr iv e  Syst ems   (I JP EDS) ,   vol .   11 ,   no.   1,   pp.   309 – 3 16,   2020 .   [30]   OM ICRON ,   " FR   an al yz er   user   ma nua l  -   SF RA  ana ly ze r   for   po wer  tr ansforme r   winding   di agno sis , "   O MICR O N   el ect ro nics ,   20 06.     [31]   NCEPR I,   " Appli ca t ion  guid el in e for  tra nsform er winding  distor tion te st   technolo gy , "   1999.       BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS        Ahmed  All awy  Alawa dy.   He  r e ce iv ed  h is  ba ch el or  d egr e e  (B . Eng. )   in  Elec tr i ca l   Engi n ee r ing   from  Univ ersit y   of  Kufa ,   Ir aq   in   2007.   He   r ecei v ed  ma ster   d egr e e  (M. Eng. )   in  Elec tr ic a l   power  sys te m  from   (S HU ATS),  India  in  2012.   He   is  a   lectur er  at  Coll age   o f  Te chn ica l  E ng ineeri ng,   The   Isla mi c  Uni ver sity,   Ir aq  sinc e  2007.   Curr ent l y  he  is  pursuing  his  Ph.D.  Degre e  in  Univer si ti  Tun  Hus sein  On n  Mala ysi a  (UT HM ).   His  rese ar ch  is  on   mo tors  f aul ts  d et e ct ion   u sing  Freque ncy   Response  Analy sis (FRA )  te chnique.           Mohd  Fairouz  Mohd  Yous of .   He  obt ai ned   Di p.   Eng,  B.   Eng   and   M.   Eng   f rom  Unive rsiti   Te knologi  Mal a ysia.   H e  com pl eted  his   Ph.D.  stu dy  in   2015  fro m   The  Unive rsity  of  Quee nsl and,  Aus tra li a   and   cu rre ntl y   a   l ec tur er   at  th e  D epa rt ment  of   Elec tri c al  Pow er  Engi n ee ri ng,   U niv ersit i   Tun  Hus sein   Onn  Mal aysia  (UT HM ).   He   was a   visit ing   rese arc h er  for   a  y ea r   wi t h  TNB   Rese arc h   in  2018.   His  main  rese arc h  is  co ndit ion - bas ed  m onit oring  and  assess me nt  of  pow er  tr ansforme r   and  rot at ing   m ac hin e.  He  is  ac t ive ly   invol v e d  with  pro je c ts  fr om  loc a l  an d  int e rna t iona l   industri es.         Norhafi z  A zi s.   He  re ce iv ed  B .   Eng  degr ee i n   Elec tr ic a l and Elec troni c   Engi n ee r i ng  (2007)  fro m  Univer siti   Putra M al aysia a nd   PhD   degr e e  in   E le c tri c al   Pow er   Eng ine er ing  (2012)   f rom  Th e  Univer sity  of   Manc hest er in  UK .   Curre nt ly, he i s  an  associ ate  prof essor a t the   Dep art m ent   of   El e ct ri ca l   and   E l ec tron ic   Engi n eering,   Univ ersit i   Putra  Mal aysia, M al aysia.  His r e se arc h  int er ests  ar e  in - s erv ice agei ng   of transforme r   insu la ti on ,   condition monit oring ,   asset  ma nag em en t, high voltage   engi n ee ring   and   alter n at iv e  insul at ion   ma t eri a ls f or  h ig h  voltage   equi pm ent .         Mohd  Aiza m  Talib.   He   re ce iv ed   his  Bac h el or  in   El e ct r ic a l  Eng i nee ring  from  th e  Univer sity   of   Portsmouth,   U K  in  1997,   Ma ster  degr e e  in  El e ct ri ca l   Engi n ee ring  fro m  Un ive rsiti   Te n aga   Nasiona l  (UN IT EN),   Mal aysia   i n  2001,   and  Ph. D.  degr e e  fro m  Univer siti   Te kno logi   Mal aysia   in  2017.   Upon   gra d uat ion   in   1997,   h e  worked   with   A BB  Tra nsm ission  and   Distributio n  Sdn  Bhd   as  a  Design   Eng ineer.  Since  1998 ,   h e  h as  be en   em p l oyed  by   TNB   R ese arc h   Sdn  Bhd   as   a   Rese arc h  Engi ne er  and  no w  is  a   te chn ical   expe rt   on   tra nsf orme r.  His  r ese a rch   int er ests  a re   in  tr ansforme r   condi ti on   mon itoring,   insula t ion dia gnostic a nd   d ie l ec tr ic m e asure me nts.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.