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KR101477755B1 - A distribution board, motor control panel and cabinet panel with a detecting system for arc or corona generation using ultra-sonic probes - Google Patents

A distribution board, motor control panel and cabinet panel with a detecting system for arc or corona generation using ultra-sonic probes Download PDF

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Publication number
KR101477755B1
KR101477755B1 KR1020140071690A KR20140071690A KR101477755B1 KR 101477755 B1 KR101477755 B1 KR 101477755B1 KR 1020140071690 A KR1020140071690 A KR 1020140071690A KR 20140071690 A KR20140071690 A KR 20140071690A KR 101477755 B1 KR101477755 B1 KR 101477755B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
arc
ultrasonic
discharge
fir
corona discharge
Prior art date
Application number
KR1020140071690A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
손석환
Original Assignee
(주)원방엔지니어링
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)원방엔지니어링 filed Critical (주)원방엔지니어링
Priority to KR1020140071690A priority Critical patent/KR101477755B1/en
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Abstract

The present invention relates to high-voltage and low-voltage distribution boards, a cabinet panel, and a motor control panel having a detection system for arc and corona discharges based on ultrasonic waves, the detection system which detects the arc and corona discharges in a housing including the high-voltage and low-voltage distribution boards, the cabinet panel, and the motor control panel inside thereof. The high-voltage and low-voltage distribution boards, the cabinet panel, and the motor control panel having the detection system for arc and corona discharges based on ultrasonic waves includes: a sensor unit including multiple ultrasonic sensors which are installed to be in contact with or closer to equipment provided in the housing and detects an ultrasonic wave generated by an arc or corona discharge; and a monitoring device including an abnormality determination unit which detects the arc or the corona discharge generated from the equipment based on the ultrasonic wave detected by the sensor unit and controls an internal state of the housing according to information on the detected arc or the corona discharge. The abnormality determination unit includes a noise elimination unit to eliminate noise from the ultrasonic wave through a finite impulse response (FIR) filter; and a discharge detection unit to detect the arc or the corona discharge based on the noise eliminated ultrasonic wave. According to the system described above, it is possible to perform more accurate and reliable detection by using the ultrasonic sensors and detecting the discharge after eliminating the noise included in the ultrasonic wave.

Description

초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반 { A distribution board, motor control panel and cabinet panel with a detecting system for arc or corona generation using ultra-sonic probes }[0001] The present invention relates to a high-voltage, low-voltage, distribution board, and motor control panel equipped with an ultrasonic wave-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system and a motor control panel and a cabinet panel using the ultrasonic probes.

본 발명은 초음파 센서의 신호를 FIR 필터로 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 초음파 신호를 이용하여, 수전반, 배전반, 전동기 제어반, 고압반, 저압반, 분전반을 내부에 포함하는 하우징 내의 접속불량 또는 단선에 의한 아크 또는 코로나의 발생 여부를 검출하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반에 관한 것이다.
The present invention eliminates noise by using an FIR filter of a signal of an ultrasonic sensor and uses a noise canceled ultrasonic signal to detect a connection failure in a housing including a water front panel, an electric switchboard, an electric motor control panel, a high- Pressure panel, a distribution board, and a motor control panel equipped with an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring and diagnosis system for detecting whether an arc or a corona occurs due to disconnection.

산업의 고도화로 전력수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 수배전반 내의 전력설비에 의한 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 사고는 경제적 손실뿐만 아니라 기술적 손실도 발생시킬 수 있다.Electricity demand is continuously increasing due to the advancement of the industry, and accidents caused by electric power facilities in the switchboard are frequently occurring. Such accidents can cause technical losses as well as economic losses.

통상적으로, 배전반 내의 접촉점이나 변압기 운전시 발생되는 진동 및 충격으로 인한 내부선로의 아크 방전에 의해 주위 절연물을 산화 및 열분해하여 탄화 도전로를 형성시킨다. 이러한 탄화 도전로 주위는 전자의 이동에 의해 줄열이 발생됨에 따라 절연내력이 저하되어 전기화재나 감전 등의 사고가 발생하게 된다.Generally, the surrounding insulating material is oxidized and pyrolyzed by the arc discharge of the internal line due to the contact point in the switchboard or the vibration and shock generated in the operation of the transformer, thereby forming the carbonized conductive path. As a result, electrons move around the carbonized conductive path to generate a short circuit, which causes a decrease in the dielectric strength, resulting in an accident such as electric fires or electric shocks.

또한, 수배전반 내부의 설치 기기들에는 고전압상황에서 발생하는 코로나, 부분방전, 섬락 등의 방전현상을 방지하기 위해서 여러 종류의 절연물이 사용되고 있다. 그런데 이러한 절연물은 공극 또는 박리 등과 같은 갭(gap)이 제조공정 중에 어떤 이유나 동작 중의 냉각 및 가열 과정에서 발생할 수 있다. 그러나 이러한 갭은 높은 전계가 인가될 때마다 부분 전기 방전을 발생하게 되고, 이러한 부분 방전이 반복되면, 절연물이 서서히 침식되고 절연 내력(dielectricstrength)을 감소시킴으로써 결국 심각한 절연 파괴 사고가 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 절연물 내의 갭을 미리 제거하여 부분 방전의 발생을 감소시키는 것이 바람직하지만 여러 원인을 고려할 때 갭을 완전히 제거하기는 어렵다. 또한, 절연물의 절연 특성은 제조시부터 충분히 검사되어야 하는데 이러한 검사는 초기 제조 결함의 검사에는 유효하나 시간의 흐름에 따른 절연 열화는 배전반의 동작 중에 발생하기 때문에 실질적인 검사가 어렵다. 따라서 종래에는 검사들 사이의 시간 간격이 증가하고 항상 정확하게 절연 특성을 파악하기가 불가능하므로 예측하지 못한 중대한 사고가 발생하게 된다. 또한, 부분 방전을 측정하여 열화를 감시할 수 있다.In addition, various kinds of insulators are used in the installation devices inside the switchgear to prevent discharge phenomena such as corona, partial discharge, flashover, etc. occurring in a high voltage situation. However, such insulation may cause gaps such as voids or delaminations during cooling and heating during operation for some reason or during operation. However, such a gap generates a partial electric discharge every time a high electric field is applied, and if such a partial discharge is repeated, the insulation is gradually eroded and the dielectric strength is reduced, resulting in serious dielectric breakdown. In order to solve this problem, it is desirable to remove the gap in the insulating material in advance to reduce the occurrence of partial discharge, but it is difficult to completely remove the gap in consideration of various reasons. In addition, the insulation characteristics of the insulator must be sufficiently inspected from the time of manufacture. Such inspections are effective for inspection of initial manufacturing defects, but insulative deterioration over time occurs during the operation of the switchboard, so that substantial inspection is difficult. Therefore, in the past, the time interval between inspections increases, and it is impossible to accurately grasp the insulation characteristic at all times, resulting in an unexpected serious accident. In addition, the deterioration can be monitored by measuring the partial discharge.

따라서 배전반에서 발생하는 사고를 예방하기 위해 다양한 점검기술에 대한 기술개발이 이루어지고 있다. 예를 들어, 종래에는 절연열화 시 방사되는 전자파를 측정하여 배전반의 이상 유무를 확인하는 전자파 검출법이 제시되었다. 이러한 종래의 전자파 검출법은 대부분 30Hz∼300MHz, 300MHz∼3GHz의 주파수 범위의 VHF와 UHF 대역의 전자파를 검출하는 것으로 높은 공진도와 민감도를 나타내지만, 진동 및 외부교란전파에 의한 영향을 쉽게 받아 정확한 열화측정이 어렵다. 또한, 종래에는 수배전반 및 전동기 제어반, 분전반 내에서 발생되는 진동 및 분진 등에 의해 전자파 수신안테나의 초기 설치환경 및 설정이 변화했는지를 확인할 수 없으며, 수배전반 및 전동기 제어반, 분전반의 내부 환경 변화 및 설치환경 변화도 확인할 수 없다.Therefore, various inspection technologies have been developed to prevent accidents in the switchboard. For example, there has been proposed an electromagnetic wave detection method in which an electromagnetic wave radiated at the time of insulation deterioration is measured to check whether or not there is an abnormality in the switchboard. The conventional electromagnetic wave detection method detects electromagnetic waves in the VHF and UHF bands in the frequency range of 30 Hz to 300 MHz and 300 MHz to 3 GHz in most cases and exhibits high resonance and sensitivity. However, it is easily influenced by vibration and external disturbance, This is difficult. In addition, conventionally, it can not be confirmed whether the initial installation environment and setting of the electromagnetic wave receiving antenna have changed due to vibrations and dust generated in the switchgear, the motor control panel, and the panel board, and the change in the internal environment of the switchgear, Can not be confirmed.

따라서, 종래에는 설치환경의 변화로 인해 전자파 수신안테나의 오동작 발생을 미연에 방지할 수 없었다. 이를 위해, 비접촉 복합센서나 전자파 또는 자외선 검출을 통해 아크 및 코로나 방전을 감시진단하는 기술이 제시되어 왔다[특허문헌 1,2].Therefore, conventionally, it is impossible to prevent the occurrence of malfunction of the electromagnetic wave receiving antenna due to the change of the installation environment. To this end, technologies for monitoring and diagnosing arc and corona discharges through non-contact composite sensors, electromagnetic waves or ultraviolet ray detection have been proposed (Patent Documents 1 and 2).

한편, 전기가 고전압 선 주변이나 저압부의 전기적 연결부의 결함부분을 흐를 때 주변의 공기 분자들을 교란시키고 이 공기의 교란에 의한 공기 분자들의 충돌에 의해 초음파를 발생한다. 흔히 이 소리들은 일반적으로 딱딱 때리는 것 같은 소리 또는 톡톡 튀기는 소리로 감지되기도 하며 부저를 울리는 소리로도 들린다.On the other hand, when electricity flows around the high-voltage line or the defective portion of the electrical connection portion of the low-pressure portion, the surrounding air molecules are disturbed and the ultrasonic wave is generated by the collision of the air molecules due to the disturbance of the air. Often these sounds are often perceived as crackling or popping, and they sound like a buzzer.

초음파 검출은 다양한 형태의 잠재적인 전기적 고장들, 특히 아킹, 코로나, 트래킹 같은 전기적 고장을 확인할 수 있다. 또한 전기적 고장들은 화재 및 정전 등의 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 인체에도 매우 치명적일 수가 있기 때문에 그 사고 유무를 정확히 찾아낼 필요성이 크게 대두되고 있다. 또한 고전압 전력설비에서 아크, 코로나같은 방전현상이 일어나면 여러 가지 장애를 일으킬 뿐만 아니라 인체에 치명적인 결과를 가져올 수 있기 때문에 사고 및 고장을 미연에 방지하기 위해서는 이러한 방전현상의 진전 상태를 운전 중 연속적으로 감시할 필요가 있다.Ultrasonic detection can identify various types of potential electrical failures, especially electrical failures such as arcing, corona, and tracking. In addition, electrical faults are not only costly for fire and power outage, but can also be extremely fatal to the human body. Therefore, there is a great need to accurately detect the occurrence of an accident. In addition, when a discharge phenomenon such as an arc or a corona occurs in a high-voltage electric power facility, it causes not only various troubles but also a fatal result to the human body. Therefore, in order to prevent accidents and failures, Needs to be.

초음파 측정이 주목을 받게 되는 주된 이유는 측정장치가 비교적 간단하여 현장적용에 용이하고 전기적인 측정법과 상호 간섭을 일으키지 않는 특징이 있고, 또한 고전압기기의 전기적 측정에서 문제가 되고 있는 정전용량 및 외부잡음에 대한 영향도 받지 않기 때문이다.The main reason that the ultrasonic measurement is noticed is that the measuring device is relatively simple, so it is easy to apply in the field, and it does not cause the electric measuring method and mutual interference. Also, the electrostatic capacity and the external noise As well.

배전선로 또는 옥내외용 전력기기에서 아크나 코로나방전이 일어나면, 그 방전에 의해 음향에너지가 방출되고 있음은 잘 알려진 사실이다. 특히 코로나방전은 도체의 구조, 인가전압의 크기 및 기상상태 등에 따라 규모의 차이는 있으나, 공기를 절연물로 사용하고 있는 옥외 전력설비에서는 불가피한 현상이다. 특히 도체 및 이를 지지하는 절연물의 오염이나 우천 시 코로나의 개시전압은 낮게 되고, 방전음은 크게 나타남을 알 수 있다. 고저압 전력설비에서 아크나 코로나 방전이 일어나면 여러가지 장해를 일으킬 뿐만 아니라 주변 절연물을 급속히 열화시켜 결국 절연파괴에 이르게 되는 경우가 많다. 따라서 기기의 고장을 미연에 방지하기 위해서는 이러한 아크나 코로나방전의 진전상태를 운전 중 연속적으로 감시할 필요가 있다. It is well known that when an arc or a corona discharge occurs in a distribution line or an indoor or outdoor power device, acoustic energy is emitted by the discharge. Particularly, corona discharge is an unavoidable phenomenon in outdoor power equipment which uses air as insulation, though there is a difference in scale depending on the structure of the conductor, the magnitude of the applied voltage, and the weather condition. Particularly, it can be seen that the starting voltage of the corona is lowered when the conductor and the insulator supporting the conductor are dirty or rainy, and the discharge noise is large. When an arc or a corona discharge occurs in a high-voltage power facility, it causes not only various troubles but also rapid deterioration of the surrounding insulation, resulting in breakdown of the insulation. Therefore, it is necessary to continuously monitor the progress of such arc or corona discharge during operation in order to prevent the device from failing.

초음파진단법은 고압 및 저압기기에서 발생되는 아크나 코로나 방전현상을 검출하여 절연파괴 사고의 예방진단에 적용할 수 있다[특허문헌 3,4.5]. 지금까지 국내외에서 보고된 초음파 진단법은 거의 대부분 전달매체로서 절연유, 즉 액체유전체를 사용한 전력용변압기 또는 커패시터를 적용 대상으로 하였으나 고체 절연물에 대한 열화진단 뿐만 아니라, 공기 중에도 초음파 진단 방법이 확대 적용되고 있다. 공기 중에서 아크나 코로나방전에 의해 발생되는 음향에너지의 약 99 %는 초음파 영역에서 방출되므로 공중 초음파를 이용한 고전압기기의 예방진단에 대한 방법이 크게 기대되고 있다.
The ultrasonic diagnosis method can detect the arc or corona discharge phenomenon generated in the high-voltage and low-voltage equipment and can be applied to the prevention diagnosis of the insulation breakdown accident [Patent Literatures 3,4,5]. Ultrasonic diagnosis methods reported in domestic and foreign countries are mostly applied to electric power transformers or capacitors using dielectric oil or liquid dielectric as a transmission medium, but ultrasonic diagnosis methods are applied in air as well as deterioration diagnosis of solid insulators . Since about 99% of the acoustic energy generated by the arc or corona discharge in the air is emitted from the ultrasonic wave region, a method for prevention diagnosis of high voltage devices using air ultrasonic waves is highly expected.

한국등록특허 제10-1232750호 (2013.02.13.공고)Korean Patent No. 10-1232750 (Announcement of Mar. 23, 2013) 한국등록특허 제10-1232739호 (2013.02.13.공고)Korean Registered Patent No. 10-1232739 (Announcement of Mar. 23, 2013) 한국등록특허 제10-0900245호 (2009.05.29.공고)Korean Patent No. 10-0900245 (issued on May 29, 2009) 한국등록특허 제10-1077441호 (2011.10.26.공고)Korean Patent No. 10-1077441 (issued October 26, 2011) 한국공개특허 제10-2011-0070969호 (2011.06.27.공개)Korean Patent Publication No. 10-2011-0070969 (published on June 27, 2011)

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초음파 센서를 이용하여 수전반, 배전반, 전동기 제어반, 고압반, 저압반, 분전반을 내부에 포함하는 하우징 내의 접속불량 또는 단선에 의한 아크 또는 코로나의 발생 여부를 검출하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor for detecting an arc Pressure panel, a distribution board, and a motor control panel equipped with an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring and diagnosis system for detecting the occurrence of corona.

또한, 본 발명의 목적은 수배전반 하우징 내부의 설비에 초음파 센서를 구비하여, 센싱된 초음파 신호를 FIR 필터를 통해 잡음을 제거하여 아크 및 코로나 방전 발생 여부를 검출하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an ultrasound-based arc and corona discharge surveillance diagnostic system that includes an ultrasonic sensor in a facility inside a switchgear housing and detects the occurrence of an arc and a corona discharge by removing noise from a sensed ultrasonic signal through an FIR filter Pressure unit, a distribution board, and a motor control board on which the system is mounted.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 수전반, 배전반, 전동기 제어반, 고압반, 저압반, 분전반을 내부에 포함하는 하우징의 아크 또는 코로나의 방전 상태를 진단하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반에 관한 것으로서, 상기 하우징 내부에 구비된 설비에 접촉 또는 근접 설치되어, 아크나 코로나 방전에 의해 발생하는 초음파를 검출하는 다수의 초음파 센서로 구성된 센서부; 및, 상기 센서부에서 검출된 초음파 신호를 기초하여, 상기 설비에서 발생하는 아크나 코로나 방전을 감지하고, 감지된 상기 아크나 코로나 방전 정보에 따라 상기 하우징의 내부 상태를 제어하는 이상유무 판단부를 구성하는 감시장치를 포함하고, 상기 이상유무 판단부는, 상기 초음파 신호에 대하여 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 통해 상기 초음파 신호의 잡음을 제거하는 잡음제거부; 및, 잡음이 제거된 초음파 신호로부터 아크 또는 코로나 방전 여부를 검출하는 방전검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an ultrasound-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system for diagnosing a discharge state of an arc or a corona of a housing including a water turbine, an electric switchboard, an electric motor control board, a high- And a motor control panel mounted on the housing. The motor control panel includes a plurality of ultrasonic sensors for detecting ultrasonic waves generated by arc or corona discharge, part; And an abnormality determination unit for detecting an arc or a corona discharge generated in the facility based on the ultrasonic signal detected by the sensor unit and controlling the internal state of the housing in accordance with the detected arc or corona discharge information Wherein the abnormality determination unit comprises: a noise eliminator for removing noise of the ultrasonic signal through an FIR (Finite Impulse Response) filter for the ultrasonic signal; And a discharge detector for detecting an arc or a corona discharge from the ultrasonic signal from which noise has been removed.

또한, 본 발명은 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반에 있어서, 상기 FIR 필터는 N-1개의 지연탭으로 구성되고, 각 지연탭은 사전에 정해진 가중치와 곱해지고 가산부(∑)를 통해 하나의 값으로 출력하고, N개의 초음파 데이터 X1, X2, ..., XN 를 획득한 후 새로이 수신되는 초음파 데이터 Xnew만을 FIR 필터 연산을 적용한 후 초음파 신호를 분석하고, 다음번 연산을 위해 저장되어 있는 데이터를 하나씩 이동시켜서 저장한 후 새로 수신되는 초음파 신호 데이터의 저장 공간을 마련하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention provides a high-voltage, low-voltage, distribution board, and motor control panel equipped with an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system, wherein the FIR filter comprises N-1 delay taps, It is multiplied with a predetermined weight and outputting a single value from the addition section (Σ), N of ultrasonic data X 1, X 2, ..., X N and then obtaining only X new ultrasound data to be newly received FIR filter The ultrasonic signal is analyzed after applying the operation, and the stored data is moved and stored one by one for the next operation, and a storage space for newly received ultrasonic signal data is provided.

또한, 본 발명은 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반에 있어서, 상기 잡음제거부는 상기 초음파 신호에 잡음을 제거하기 위하여 LF-FIR(저주파 FIR) 필터와 HF-FIR(고주파 FIR) 필터를 이용하고, 상기 HF-FIR 필터는 상기 LF-FIR 필터로부터 다음 [수식 1]의 관계식을 이용하여 구하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a high-pressure panel, a low-pressure panel, a distribution panel, and a motor control panel equipped with an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system, wherein the noise eliminator includes an LF- ) Filter and an HF-FIR (high frequency FIR) filter are used, and the HF-FIR filter is obtained from the LF-FIR filter using the following relational expression (1).

[수식 1][Equation 1]

Figure 112014055092639-pat00001
Figure 112014055092639-pat00001

여기서, hhigh[n]는 HF-FIR 필터의 임펄스 응답이고, hlow[n]는 LF-FIR 필터의 임펄스 응답이고, n은 정수임.Where h high [n] is the impulse response of the HF-FIR filter, h low [n] is the impulse response of the LF-FIR filter, and n is an integer.

또한, 본 발명은 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반에 있어서, 상기 LF-FIR 필터의 필터 계수 h1[n]는 다음 [수식 2]에 의하여 구하는 것을 특징으로 한다.The filter coefficient h 1 [n] of the LF-FIR filter can be expressed by the following equation (2): H 1 [n] .

[수식 2][Equation 2]

Figure 112014055092639-pat00002
,
Figure 112014055092639-pat00003
Figure 112014055092639-pat00002
,
Figure 112014055092639-pat00003

또한, 본 발명은 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반에 있어서, 상기 초음파 센서는, 주파수 혼합 회로와 국부 발진 회로로 구성되어, 상기 초음파 신호를 중간 주파수로 떨어뜨리는 주파수 변환기; 상기 중간 주파수를 증폭하는 증폭부; 및, 증폭된 신호로부터 가청 주파수의 원 신호를 분리하는 복조부로 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a high-voltage, low-voltage, distribution board, and motor control board equipped with an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system, wherein the ultrasonic sensor comprises a frequency mixing circuit and a local oscillator circuit, To an intermediate frequency; An amplifying unit for amplifying the intermediate frequency; And a demodulator for separating the original signal of the audible frequency from the amplified signal.

또한, 본 발명은 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반에 있어서, 상기 초음파 센서는 전원선과 신호선을 함께 사용하고, 전원에 포함된 음향 신호만을 검출하기 위하여, 역결합 회로를 구성하고, 상기 역결합 회로는 상기 전원과 접지 사이에 병렬로 연결된 제1 및 제2 커패시티와, 상기 제1 및 제2 커패시티 사이에 직렬로 연결된 제1 컨덕터를 구성하여, 전원에 포함된 고주파 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a high-voltage panel, a low-voltage panel, a distribution panel, and a motor control board mounted with an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system, wherein the ultrasonic sensor uses a power line and a signal line together, Wherein the inverse coupling circuit comprises first and second capacitors connected in parallel between the power supply and ground and a second conductor connected in series between the first and second capacitors, So that the high frequency noise included in the power source is removed.

또한, 본 발명은 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반에 있어서, 상기 방전검출부는 잡음이 제거된 초음파 신호에서 소정의 크기 이상으로 진폭이 커지는 파형이 계속 나타나면, 아크 또는 코로나 방전이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a high-voltage panel, a low-voltage panel, a distribution panel, and a motor control panel on which an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system is mounted, When the waveform continues to appear, it is determined that an arc or a corona discharge has occurred.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반에 의하면, FIR 필터를 통해 초음파 신호에 섞여져 있는 잡음을 제거한 후 방전을 검출하여, 보다 정확하고 신뢰성을 갖는 방전 검출을 수행할 수 있는 효과가 얻어진다.
As described above, according to the ultrasonic wave-based arc and corona discharge monitoring and diagnosis system of the present invention, the high-pressure, low-pressure, distribution board, and motor control panel equipped with the system can eliminate the noise mixed in the ultrasonic signal through the FIR filter, It is possible to obtain more accurate and reliable discharge detection.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반의 구성에 대한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 센서의 구조도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 송신 회로의 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전원공급 회로의 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발진부 회로의 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인버팅 버퍼의 회로 구성도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 트랜스듀서 드라이버의 회로 구성도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 역결합회로의 회로 구성도 및 그 주파수응답특성 그래프.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 입력부의 회로 구성도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 증폭회로의 회로 구성도 및 그 주파수응답특성 그래프.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변환회로의 회로 구성도.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 대역통과필터의 회로도 및, 그 주파수 응답 특성 그래프.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 센서의 위치 배열을 도시한 구성도.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 감시장치의 구성에 대한 블록도.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 이상유무 판단부의 구성에 대한 블록도.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 코로나 방전의 대표적인 주파수 스펙트럼 분포를 나타낸 그래프.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 아크방전의 대표적인 주파수 스펙트럼 분포 그래프.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 코로나 방전 주파수 대역에 대한 그래프로서, (a) 초음파 신호(Ultrasonic signal) [100 mV/div, 10 ms/div]이고, (b) 주파수 스펙트럼(Frequency spectrum) [2.0 mV/div, 10 kHz/div]에 대한 그래프.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 카본-구리 전극 아크방전 주파수 대역에 대한 그래프로서, (a) 초음파 신호(Ultrasonic signal) [100 mV/div, 10 ms/div]이고, (b) 주파수 스펙트럼(Frequency spectrum) [2.0 mV/div, 10 kHz/div]에 대한 그래프.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 FIR 필터를 적용하기 위한 데이터 저장 방식을 도시한 도면.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 정상 파형의 초음파 신호 그래프.1 is a block diagram of a configuration of a high pressure panel, a low pressure panel, a distribution panel, and a motor control panel mounted with an ultrasonic wave based arc and corona discharge monitoring diagnostic system according to an embodiment of the present invention.
2 is a structural view of an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of an ultrasonic transmission circuit according to an embodiment of the present invention;
4 is a configuration diagram of a power supply circuit according to an embodiment of the present invention;
5 is a configuration diagram of an oscillation circuit according to an embodiment of the present invention;
6 is a circuit configuration diagram of an inverting buffer according to an embodiment of the present invention;
7 is a circuit configuration diagram of a transducer driver according to an embodiment of the present invention;
8 is a circuit diagram of an inverse coupling circuit according to an embodiment of the present invention and a graph of the frequency response characteristic thereof.
9 is a circuit configuration diagram of an input unit according to an embodiment of the present invention;
10 is a circuit diagram of an amplifying circuit according to an embodiment of the present invention and a graph of a frequency response characteristic thereof.
11 is a circuit configuration diagram of a frequency conversion circuit according to an embodiment of the present invention.
12 is a circuit diagram of a band pass filter according to an embodiment of the present invention and a graph of a frequency response characteristic thereof.
FIG. 13 is a view showing a positional arrangement of an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention; FIG.
14 is a block diagram of a configuration of a monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention;
15 is a block diagram of a configuration of an abnormality determination unit according to an embodiment of the present invention;
16 is a graph showing a representative frequency spectrum distribution of a corona discharge according to an embodiment of the present invention.
17 is a representative frequency spectrum distribution graph of an arc discharge according to an embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a graph of a corona discharge frequency band according to an embodiment of the present invention, wherein (a) is an ultrasonic signal [100 mV / div, 10 ms / ) [2.0 mV / div, 10 kHz / div].
FIG. 19 is a graph of a carbon-copper electrode arc discharge frequency band according to an embodiment of the present invention. FIG. 19 (a) shows an ultrasonic signal [100 mV / div, 10 ms / A graph for the spectrum (Frequency spectrum) [2.0 mV / div, 10 kHz / div].
20 is a diagram illustrating a data storage method for applying an FIR filter according to an embodiment of the present invention.
21 is a graph of a normal waveform ultrasonic signal according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
In the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof will be omitted.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.First, a configuration of a high-pressure panel, a low-pressure panel, a distribution panel, and a motor control panel equipped with an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반,저압반,분전반,모터제어반은 수배전반 하우징(10)에 설치된 센서부(20), 감시 장치(30), 및, 원격 서버(40)로 구성된다. 추가적으로, 감시장치(30)의 부하율을 모니터링 하는 부하율 모니터링 장치(50)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 부하율은 변압기의 용량 대비 현재의 부하전력의 백분률로 구한다.1, a high-pressure panel, a low-pressure panel, a distribution panel, and a motor control panel on which an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring and diagnosis system according to an embodiment of the present invention is mounted are mounted on a sensor unit 20 ), A monitoring device 30, and a remote server 40. In addition, it may further comprise a load factor monitoring device 50 for monitoring the load factor of the monitoring device 30. [ The load factor is obtained as a percentage of the current load power versus the capacity of the transformer.

센서부(20)는 다수의 초음파 센서(21)로 구성된다. 초음파 센서(21)는 수배전반 하우징(10) 내부에 구비된 설비(11)의 접촉 또는 근접 설치되어, 아크나 코로나 방전에 의하여 발생하는 초음파를 측정한다.The sensor unit 20 includes a plurality of ultrasonic sensors 21. The ultrasonic sensor 21 measures the ultrasonic waves generated by the arc or the corona discharge by contacting or in proximity to the facility 11 provided inside the power room 10.

또한, 수배전반은 대용량의 전력을 사용하는 건축물 또는 공장 등지에 설치되는 것으로서, 그 용도에 따라 수전반, 배전반, 분전반 등으로 구분되며, 하우징(10)의 내측에 전력을 분배하고 안정적으로 공급하기 위한 다양한 전력장비들이 설치된다.In addition, the switchgear is installed in a building or a factory using a large-capacity electric power, and is divided into a water main, an electric switchboard, a distribution board and the like depending on its use. In order to distribute electric power to the inside of the housing 10 and supply it stably Various power equipment are installed.

수배전반 하우징(10)의 내부에 설치되는 기기 또는 설비(11)는 부스바, 진공차단기(VCB), 계기용변압기(PT), 전력량계량기(MOF), 부하개폐기(LBS), 부싱소자 등과 같이, 각종 몰드형 절연기기와 기기 연결 부품 및 절연 열화 예측이 요구되는 구성품 등이다. 예컨대, 본 발명의 수배전반의 방전 진단 시스템은 수배전반 내부의 저압측 구성장치인 배선용차단기(MCCB: Molded Case Circuit Breaker), 각종 배전 라인 등의 설비를 감시하는 장치로서 응용하여 사용할 수 있음은 물론이다.The equipment or the equipment 11 installed in the interior of the switchgear housing 10 can be installed in a variety of ways such as a bus bar, a vacuum breaker VCB, a power transformer PT, a power meter, a load break switch (LBS) Various mold-type insulation devices, component connecting parts, and components for which insulation deterioration prediction is required. For example, it is needless to say that the discharge diagnosis system of the present invention can be applied as a device for monitoring facilities such as a molded case circuit breaker (MCCB) and various distribution lines, which are low-voltage side constituent devices inside a switchgear.

본 발명에 따른 수배전반의 방전 진단 시스템은 이러한 하우징(10) 내의 각각의 기기 상태를 감지하기 위한 감지 수단을 마련하여 수배전반의 방전 또는 이를 통한 열화 상태를 감지하는 것이다.The discharge diagnosis system for a switchgear according to the present invention is provided with a sensing means for sensing the state of each device in the housing 10 to detect a discharge or a deterioration state through the discharge of the switchgear.

한편, 센서부(20)와 감시 장치(30), 감시 장치(30) 및 원격 서버(40)는 각각 네트워크에 의해 연결되어 데이터 통신을 수행한다. 바람직하게는, 센서부(20) 및 감시 장치(30)는 UDP 프로토콜에 의한 인터넷으로 연결되고, 감시 장치(30) 및 원격 서버(40)는 TCP 프로토콜에 의한 인터넷으로 연결된다.Meanwhile, the sensor unit 20 and the monitoring device 30, the monitoring device 30, and the remote server 40 are connected by a network to perform data communication. Preferably, the sensor unit 20 and the monitoring device 30 are connected to the Internet by the UDP protocol, and the monitoring device 30 and the remote server 40 are connected to the Internet by the TCP protocol.

센서부(20)는 앞서 설명한 바와 같이 부스바, 차단기, MOF, CT, PT 및 변압기 등의 고압기기를 포함하는 수배전반 하우징 내에 있는 구성 설비(11)의 아크 또는 코로나 방전에 의한 초음파를 감지하는 센서로 구성된다. 바람직하게는 센서부(20)는 다수의 초음파 센서(21)로 구성된다. 초음파 센서(21)는 수배전반 하우징(10)의 내부에 절연물 또는 방전이 예상되는 설비 지점에 설치되어, 수배전반 하우징(10) 내부에 구비된 설비(11)의 아크 또는 코로나 방전에 의한 초음파 신호를 측정한다.As described above, the sensor unit 20 includes a sensor (not shown) for detecting ultrasonic waves generated by arc or corona discharge of the component equipment 11 in the power plant housing including high-voltage devices such as busbars, breakers, MOFs, CTs, PTs, . Preferably, the sensor unit 20 is composed of a plurality of ultrasonic sensors 21. The ultrasonic sensor 21 is installed at an installation site where insulation or discharge is expected in the interior of the switchgear housing 10 and measures an ultrasonic signal due to an arc or a corona discharge of the facility 11 provided in the interior of the switchgear housing 10 do.

다음으로, 감시 장치(30)는 센서부(20)로부터 센싱된 초음파 신호를 수신하고, 수신된 초음파를 분석하여 수배전반의 이상 유무를 판단한다. 감시 장치(30)는 수배전반 하우징(10) 내부 영역 또는 각 설비(11)에서의 방전 상태를 모니터링하고, 기준 초음파 신호 패턴(방전 현상일 때의 초음파 신호 패턴)과 비교하여 전체, 또는, 설비 구성별로 이상 유무를 판단한다. 또한, 감시 장치(30)는 측정된 내부 또는 설비의 방전 상태를 영상으로 디스플레이에 표시하거나, 이상 유무를 감지하면 감지 사항을 알람으로 관리자 등에 알린다.Next, the monitoring apparatus 30 receives the ultrasonic signal sensed from the sensor unit 20, and analyzes the received ultrasonic wave to determine whether or not there is an abnormality in the transmission / reception panel. The monitoring apparatus 30 monitors the discharge state in the area inside the housing 10 or each facility 11 and compares the discharge state with the reference ultrasonic signal pattern (ultrasonic signal pattern at the time of the discharge phenomenon) It is judged whether there is abnormality. In addition, the monitoring device 30 displays the measured discharge state of the inside or the equipment on the display as an image, or notifies the manager of the detection of the abnormality when the abnormality is detected.

즉, 감시장치(30)는 센서부(20)에서 검출된 내부 영역의 초음파 신호, 및, 각 설비의 초음파 신호에 기초하여 상기 하우징 내부의 방전 상태 또는 이를 통한 열화 상태를 추론하여 진단하고, 진단된 상기 하우징 내의 방전 또는 열화 상태 정보에 따라 상기 하우징의 내부 상태를 제어하거나 알람 신호를 발생한다.That is, the monitoring apparatus 30 diagnoses the discharge state inside the housing or the deteriorated state thereof based on the ultrasonic signal of the internal area detected by the sensor unit 20 and the ultrasonic signal of each facility, And controls an internal state of the housing or generates an alarm signal according to discharge or deterioration state information in the housing.

바람직하게는, 감시 장치(30)는 수배전반 하우징(10)에 부착하여 설치될 수 있다. 예를 들어, 센서부(20)는 수배전반 하우징(10) 내부에 설치되거나 각 설비(11)에 부착되어 설치되고, 수배전반 하우징(10) 외부에 감시 장치(30)를 설치할 수 있다. 이때, 내부에 설치된 초음파 센서(21)로부터 내부 또는 설비의 초음파 신호를 획득하고, 감시 장치(30)가 측정된 초음파 신호를 분석하여 수배전반 하우징(10) 내부의 이상 유무를 판단할 수 있다.Preferably, the monitoring device 30 may be attached to the housing 10 of the switchgear. For example, the sensor unit 20 can be installed in the interior of the switchgear housing 10 or attached to each facility 11, and the monitoring device 30 can be installed outside the switchgear housing 10. At this time, ultrasonic signals of the inside or the equipment are acquired from the ultrasonic sensor 21 installed therein, and the surveillance device 30 analyzes the measured ultrasonic signals to judge whether or not the inside of the housing 10 is abnormal.

원격 서버(40)는 개인용 컴퓨터(PC) 또는 서버 장치 등 컴퓨팅 처리 기능을 가진 장치로서, 네트워크를 통해 감시 장치(30)와 연결되어, 감시 장치(30)로부터 측정된 초음파 신호 또는, 방전/열화 상태에 대한 판단된 데이터 등을 수신한다.The remote server 40 is a device having a computing processing function such as a personal computer (PC) or a server device and is connected to the monitoring device 30 via a network to detect an ultrasonic signal measured from the monitoring device 30, And judged data on the status.

원격 서버(40)는 감시 장치(30)와 역할을 분담하여 처리할 수 있다. 예를 들어, 감시 장치(30)는 실시간으로 측정된 초음파 신호를 모니터링하여 간단한 패턴 비교만 수행하여 이상 여부를 감시하고, 원격 서버(40)는 과거 초음파 패턴 데이터 및 이상 결과를 학습하여 온도에 따른 이상유무 규칙 등을 도출하거나, 방전 상태 패턴 등을 설정하거나 관리하는 등의 기능을 수행한다. 특히, 원격 서버(40)는 데이터 저장 용량이나 컴퓨팅 능력 등 뛰어난 성능을 가지고 있고, 감시 장치(30)는 현장에 설비된 장비로서 원견 서버(40)에 비하여 성능이 떨어질 수 있다. 이러한 성능 차를 감안하여, 원격서버(40)와 감시 장치(30) 간의 기능을 분담할 수 있다. 이하에서는, 감시 장치(30)에서 상기 모든 기능을 수행하는 것으로 설명한다.The remote server 40 can share the role with the monitoring device 30 and can process it. For example, the monitoring apparatus 30 monitors an ultrasonic signal measured in real time to perform only a simple pattern comparison to monitor an abnormality, and the remote server 40 learns past ultrasonic pattern data and an abnormal result, An abnormality rule, and the like, or to set or manage a discharge state pattern and the like. In particular, the remote server 40 has excellent performance such as data storage capacity and computing ability, and the monitoring apparatus 30 may be inferior in performance to the remote server 40 as equipment installed in the field. In consideration of such a difference in performance, the functions between the remote server 40 and the monitoring apparatus 30 can be shared. Hereinafter, it will be described that the monitoring device 30 performs all the above functions.

한편, 원격 서버(40)는 수배전반이 장착된 중앙관제소의 컴퓨터 시스템으로 구현되지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 관리자의 휴대용 통신기기, 예를 들어 스마트폰, PDA 등이어도 좋다.Meanwhile, the remote server 40 is implemented as a computer system of a central control station equipped with a switchboard, but is not limited thereto, and may be a manager's portable communication device, for example, a smart phone, a PDA, or the like.

또한, 감시장치(30)에는 부하율 모니터링 장치(50)가 연결되어, 부하율을 모니터링 한다.
Further, the monitoring device 30 is connected to the load factor monitoring device 50 to monitor the load factor.

다음으로, 본 발명에 따른 초음파 센서(21)의 구조에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.Next, the structure of the ultrasonic sensor 21 according to the present invention will be described with reference to Fig.

초음파 센서(21)는 초음파 신호를 검출하는 센서이다. 파장이 짧아 방향성을 가지는 초음파의 성질과 공기의 비선형 성질, 그리고 두 신호가 비선형 믹서에 입력되면 두 개의 새로운 부가 신호들이 생긴다. 인간의 귀로 들을 수 있는 소리들은 그 파장이 길기 때문에 소리가 사방으로 퍼져 나가는데 반해, 파장이 짧은 초음파는 레이저 광선처럼 단일 방향으로만 퍼져 나가도록 조종할 수 있다. 초음파는 약 20KHz 이상의 음파로서 사람의 귀로는 소리로 느낄 수 없기 때문에, 사람이 소리로 느낄 수 있는 가청주파수로 변환하기 위하여 주파수 변환기를 통해서 일정한 주파수의 중간주파수로 떨어뜨려 중간주파수 증폭기로 충분한 증폭도와 선택도를 취한 다음 다시 검파한다.The ultrasonic sensor 21 is a sensor for detecting an ultrasonic signal. The properties of ultrasonic waves with shorter wavelengths, the nonlinear nature of air, and the introduction of two signals into a nonlinear mixer result in two new additional signals. Sounds that can be heard by human ears can be controlled to spread out in a single direction like a laser beam, while sound waves spread in all directions because of their long wavelengths. Because ultrasound is a sound wave of about 20KHz or more and can not be perceived as sound by the human ear, it is dropped by the intermediate frequency of the constant frequency through the frequency converter to convert it into the audible frequency that a person can perceive as sound, Take the selectivity and detect again.

진폭이 충분히 큰 두 초음파 주파수가 공기와 접촉하면, 공기의 비선형 성질 때문에 원래의 두 주파수에 더해, 두 주파수를 합한 합주파수와 감한 차주파수가 생긴다.When two ultrasonic frequencies with sufficiently large amplitudes are in contact with the air, due to the nonlinear nature of the air, both the summed frequency and the subtracted difference frequency result in addition to the original two frequencies.

고주파 증폭단은 입력을 정합하는 입력 회로와 증폭 회로로 구성되고, 주파수 변환부는 주파수 혼합 회로와 국부 발진 회로로 구성된다. 입력 신호를 중간 주파수로 떨어뜨려 변환하고 중간 주파수 증폭부로 변환된 신호를 증폭한다. 복조부는 신호 입력에서 가청주파수의 원 신호를 분리하는 회로이다.The high-frequency amplifier stage consists of an input circuit and an amplifier circuit for matching inputs, and the frequency converter is composed of a frequency mixing circuit and a local oscillator circuit. Converts the input signal to an intermediate frequency, and amplifies the signal converted by the intermediate frequency amplifying unit. The demodulator is a circuit that separates the original signal of the audible frequency from the signal input.

다음 수학식은 이득을 구하는 식을 나타내고 있다.The following equation expresses an equation for obtaining a gain.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014055092639-pat00004
Figure 112014055092639-pat00004

고저압 전력 설비에서 방출되는 초음파는 독특한 특성으로 초음파 방출을 유발하는 특유한 소리를 갖고 있기 때문에 초음파를 가청주파수로 변환하여 청각으로 그 초음파를 분석한다.Ultrasound emitted from a high-voltage power plant has a characteristic sound that causes the emission of ultrasonic waves as a unique characteristic. Therefore, the ultrasonic waves are converted into audible frequencies, and the ultrasonic waves are analyzed by auditory sense.

주파수 변환의 원리는 도 2에 나타내듯이 비직선상의 특성을 가진 다이오드, 트랜지스터, FET 등에 2개의 신호 f1 f2 를 가하면, 출력 측에 다시 그 합 f1 + f2과 차 f2 - f1 (f2 > f1)의 신호가 발생한다. 출력 측에 동조회로를 구성함으로써 합과 차의 신호를 골라 낼 수가 있다.The principle of the frequency conversion is as shown in Fig. 2. When two signals f 1 f 2 are applied to a diode, a transistor, and an FET having nonlinear characteristics, the sum f 1 + f 2 and the difference f 2 - f 1 (f 2 > f 1 ). The sum and difference signals can be selected by configuring a tuning circuit on the output side.

이러한 초음파 탐지기 회로를 도 2와 같이 구성한다. 도 2는 주파수 변환의 원리를 나타낸 도면이다. 상기 회로는 전기적인 신호에 대한 간섭이 없기 때문에 전기설비의 예방진단 분야에서 사용되어지고 있다. 일반적으로 초음파 탐지기는 20~100kHz 대역을 측정하여 사용한다. 이 중 전기설비의 코로나, 아크는 30kHz~48kHz 대역에서 발생하는 초음파를 측정하여 열화유무를 진단한다.Such an ultrasonic detector circuit is constructed as shown in FIG. 2 is a diagram showing the principle of frequency conversion. The circuit has been used in the field of preventive diagnosis of electrical equipment since there is no interference with electrical signals. Generally, ultrasonic detectors measure 20 ~ 100kHz band. Among them, the corona and arc of electric equipment diagnose the deterioration by measuring the ultrasonic waves occurring in the 30 kHz to 48 kHz band.

도 3에서 보는 바와 같이, 40kHZ 초음파 송신 회로는 LM555에 의한 시간을 기반으로 한 40kHZ 멀티 바이브레이터 회로로서 RP 저항을 가변하여 발진 주파수를 바꿀 수 있다. LM555 초음파 변환기로부터 초음파 신호를 방출한다. 회로의 전압은 9V, 작동 전류는 40~50mA이다. 송신 초음파 신호는 8m보다 커야 한다.As shown in FIG. 3, the 40 kHz ultrasonic transmission circuit is a 40 kHz multivibrator circuit based on time by the LM555, and the oscillation frequency can be changed by varying the RP resistance. LM555 Ultrasonic signal is emitted from the ultrasonic transducer. The voltage of the circuit is 9V and the operating current is 40 ~ 50mA. The transmitted ultrasound signal should be greater than 8 m.

바람직하게는, 상기 초음파 송신 회로에서 테스트 부가기능을 추가하여 안정적인 초음파 트랜스듀서의 드라이버 회로를 다음과 같이 구성한다.Preferably, a driver circuit of a stable ultrasonic transducer is constituted as follows by adding a test additional function in the ultrasonic transmission circuit.

먼저, 도 4와 같이, 전원공급 회로를 구성한다. 이때, DC 9V를 사용하여 전원을 공급한다. 특히, 드라이브 전원(DRIVE POWER)은 DC 18V이고, 레퍼런스 전원(REFERANCE POWER)은 DC 9V이다.First, as shown in Fig. 4, a power supply circuit is constructed. At this time, DC 9V is used to supply power. In particular, the drive power (DRIVE POWER) is DC 18V and the reference power (REFERENCE POWER) is DC 9V.

다음으로, 40KHz 발진부(OSCILLATION)는 도 5와 같이 구성헌다. 부귀환 버퍼(INVERTING U1A)를 사용하여 40KHz 크리스탈 발진기를 구성한다. Next, a 40 KHz oscillation unit is constructed as shown in FIG. Use a negative feedback buffer (INVERTING U1A) to construct a 40KHz crystal oscillator.

도 6에서 보는 바와 같이, 인버팅 버퍼(INVERTING BUFFER)는 트랜스듀서( TRANSDUCER)를 구동시키기 위한 전류를 증폭하고, 위상을 반전시켜 양측 드라이버로 입력한다. 도 6에서, U1B, U1C에는 정현파 출력이, U1D, U1E, U1F는 부정현파 출력이 된다.As shown in FIG. 6, the inverting buffer amplifies the current for driving the transducer, inverts the phase, and inputs the amplified current to both drivers. In Fig. 6, the sine wave output is U1B and U1C, and the negative sine wave output is U1D, U1E and U1F.

트랜스듀서 드라이버(TRANSDUCER DRIVER)는 도 7과 같이 구성된다. 인버팅된 9Vpp/40KHz의 클럭을 18V의 전원을 갖는 배전압 회로를 이용하여 36Vpp/MAX 의 파형을 발생시킨다. 이 신호는 Y1(TRANSDUCER)를 통해 방출된다. 동작상태는 상위회로(Q1)의 동작 시 GKDNLGHLFH(Q3)가 OFF되도록하여 각각 18Vpp의 출력을 내도록 하여 최대 36Vpp의 전압펄스를 발생시킨다
A transducer driver (TRANSDUCER DRIVER) is constructed as shown in FIG. A waveform of 36 Vpp / MAX is generated by using a double voltage circuit having an inverted 9 Vpp / 40 KHz clock and an 18 V power supply. This signal is emitted through Y1 (TRANSDUCER). The operation state is such that GKDNLGHLFH (Q3) is turned off at the time of operation of the upper circuit (Q1) to output a voltage of 18 Vpp, thereby generating a voltage pulse of maximum 36 Vpp

다음으로, 역결합회로에 대하여 설명한다.Next, the inverse coupling circuit will be described.

마이크로폰은 전원선과 신호선을 함께 사용하기 때문에 전원에 포함된 음향신호만을 검출하기 위해서 도 8a와 같이 역결합 회로를 구성한다. 저항 R1에 의해서 전류가 제한되어 정전류가 공급되며, 전원에 포함된 고주파 노이즈는 L1, C1 및 C2에 의해 차단된다. 역결합회로의 주파수 응답은 도 8b에 나타내었다. 도 8a는 역결합회로도의 구성도이고, 도 8b는 역결합회로 주파수응답특성을 나타낸 그래프이다.Since the microphone uses a power line and a signal line together, an inverse coupling circuit is formed as shown in FIG. 8A in order to detect only acoustic signals included in the power source. The current is limited by the resistor R1 and a constant current is supplied, and the high frequency noise included in the power supply is cut off by L1, C1 and C2. The frequency response of the inverse coupling circuit is shown in Figure 8B. FIG. 8A is a configuration diagram of an inverse coupling circuit diagram, and FIG. 8B is a graph showing frequency response characteristics of an inverse coupling circuit.

프리앰프(Pre Amp)는 초음파 발진기를 통해 입력된 40KHz 대역의 반송파를 감지하여 VFO(variable frequency oscillator)를 통해 가청대역으로 변환 후, 아크 및 코로나의 발생여부를 판단하는 장치로서, 도 9와 같은 회로를 구성한다. 도 9는 입력부(PREAMPLIFIER TRANSISTOR)의 회로 구성도이다.The preamplifier (Pre Amp) detects a carrier wave of 40 KHz input through an ultrasonic oscillator and converts it into an audible band through a variable frequency oscillator (VFO), and determines whether an arc or a corona occurs. Circuit. 9 is a circuit block diagram of an input section (PREAMPLIFIER TRANSISTOR).

또한, 측정된 미소한 신호의 감도를 개선하기 위하여 도 10에 나타낸 것과 같이 이득 40 dB인 증폭회로를 구성한다. -3 dB의 주파수 대역은 280 Hz~320 kHz이고, 0.1 dB의 주파수 대역은 1 kHz~100 kHz로 마이크로폰의 주파수 대역을 충분히 포함한다. 증폭회로의 주파수 응답을 도 10b에 나타내었다.In order to improve the sensitivity of the measured minute signal, an amplifier circuit having a gain of 40 dB is constructed as shown in FIG. The -3 dB frequency band is 280 Hz to 320 kHz, and the 0.1 dB frequency band covers the frequency band of the microphone from 1 kHz to 100 kHz. The frequency response of the amplification circuit is shown in Fig. 10B.

다음으로, 주파수 변환회로는 도 11과 같이 구성한다. 트랜듀서 리시버를 통해 입력된 40KHz 대역의 반송신호는 Q1, Q2로 구성된 프리앰프를 통해 증폭된다. 도 11은 오디오 대역 신호 증폭부와 VFO의 회로 구성도를 도시한 것이다.Next, the frequency conversion circuit is constructed as shown in FIG. The 40 kHz band carrier signal input via the transducer receiver is amplified through a preamplifier composed of Q1 and Q2. 11 shows a circuit diagram of the audio band signal amplifying unit and the VFO.

입력부의 프리앰프를 통해 증폭된 신호는 R11, C3 를 통해 U1의 VFO의 신호와 MIX된다. TP1은 믹스된 주파수의 측정포인트 이며 J5(50Kohm VR)의 가변으로 VFO 주파수를 결정하게 된다. 프리앰프 출력과 U1의 출력 차에 의해 가청주파수로 변환된 신호는 도 12에서처럼 대역통과 필터를 거친 후 U2(LM386) 오디오 파워 앰프를 통해 증폭되어 J5(SPEAKER 또는 마이크로 헤드폰)으로 초음파 신호를 청취할 수 있도록 되어 있다.The signal amplified by the input preamplifier is mixed with the signal of V1 of U1 through R11, C3. TP1 is the measurement point of the mixed frequency and determines the VFO frequency by the variable of J5 (50Kohm VR). The signal converted to the audible frequency by the preamplifier output and the output difference of U1 is amplified through the U2 (LM386) audio power amplifier after passing through the band pass filter as shown in FIG. 12, and the ultrasound signal is heard by J5 (SPEAKER or micro headphone) .

시뮬레이션을 통하여 결정된 30 kHz~60 kHz 대역의 신호만을 검출하기 위하여 도 12a와 같이 대역통과필터를 구성하였으며, 주파수 응답은 도 12b와 같다. -3 dB의 주파수 대역은 30kHz~60 kHz이고 -0.1 dB에서의 주파수 대역은 38 kHz~48 kHz이다. 도 12a는 대역통과필터의 회로도이고, 도 12b는 대역통과 필터의 주파수 응답 특성을 나타낸 그래프이다.In order to detect only the signals in the 30 kHz to 60 kHz band determined through the simulation, a band-pass filter is constructed as shown in FIG. 12A, and the frequency response is shown in FIG. 12B. The -3 dB frequency band is 30 kHz to 60 kHz and the -0.1 dB frequency band is 38 kHz to 48 kHz. 12A is a circuit diagram of a band-pass filter, and FIG. 12B is a graph showing a frequency response characteristic of a band-pass filter.

트랜듀서에 유기된 40KHz대역의 캐리어신호는 0.01uF을 통해 Q3를 구동한다. Q3를 통한 캐리어 신호는 LPF를 통해 콤퍼레이터(LM386)으로 입력된다.The carrier signal in the 40 kHz band induced by the transducer drives Q3 through 0.01 uF. The carrier signal through Q3 is input to the comparator (LM386) via the LPF.

컴퍼레이터의 레퍼런스 레벨은 2.48V로 고정되며 이 레벨보다 케리어 신호가 높을 때 컴퍼레이터의 출력이 나오게 된다. 컴퍼레이터의 +입력 스윙 레벨은 2.51를 기준으로 하여 동작하도록 하였다.The reference level of the comparator is fixed at 2.48V and the comparator output is output when the carrier signal is higher than this level. The + input swing level of the comparator was set to 2.51.

상기와 같은 초음파 센서(21)를 통해 애자, 부스바(Busbars), 변압기, 개폐기 등의 결함 시 발생하는 초음파 음을 탐지한다.
Busbars, transformers, switches, and the like are detected through the ultrasonic sensor 21 as described above.

한편, 초음파 센서(21)는 초음파 신호를 얻기 위하여, 도 13과 같이 위치되어 배열되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 초음파 센서(21)는 20kHz에서 100kHz의 주파수 범위를 가진다. 더욱 바람직하게는, 초음파 센서(21)에서 사용한 중심주파수는 40kHz를 적용한다.On the other hand, the ultrasonic sensor 21 is preferably positioned and arranged as shown in FIG. 13 in order to obtain an ultrasonic signal. Preferably, the ultrasonic sensor 21 has a frequency range of 20 kHz to 100 kHz. More preferably, the center frequency used in the ultrasonic sensor 21 is 40 kHz.

초음파 프르브(probe)는 초음파 신호의 선명한 응답을 얻기 위해 측정 대상 설비 앞에 50cm에서 100cm사이에 설치한다. 초음파 소스는 각종 전극 배열에 의해 생성한다. 변압기로 이루어진 회로는 동축 케이블을 통해 방전 소스에 접속된다. 초음파 음향 신호가 명확하게 측정되는 최대 거리는 50cm이며, 해당 측정 각도는 45°, 0°, 135°에 위치한다. 즉, 초음파 센서(21)의 초음파 프로브는 측정대상 설비에서 10cm 내지 50cm 내에 위치한다.
The ultrasonic probes are installed between 50 cm and 100 cm in front of the measuring object to obtain a clear response of the ultrasonic signal. Ultrasonic sources are generated by various electrode arrangements. A circuit consisting of a transformer is connected to the discharge source via a coaxial cable. The maximum distance at which ultrasonic acoustic signals are clearly measured is 50 cm, and the corresponding measurement angles are located at 45 °, 0 ° and 135 °. That is, the ultrasonic probe of the ultrasonic sensor 21 is located within 10 cm to 50 cm from the measurement target facility.

다음으로, 감시장치(30)의 구성에 대하여 도 14를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, the configuration of the monitoring apparatus 30 will be described in more detail with reference to Fig.

도 14에서 보는 바와 같이, 감시 장치(30)는 센서 수신부(31), 표시부(32), 설정부(33), 이상유무 판단부(34), 및, 저장부(36)로 구성된다. 바람직하게는, 알람부(35)를 추가하여 구성될 수 있다.14, the monitoring apparatus 30 includes a sensor receiving unit 31, a display unit 32, a setting unit 33, an abnormality determination unit 34, and a storage unit 36. [ Preferably, an alarm unit 35 may be added.

센서 수신부(31)는 초음파 센서부(20)로부터 측정된 방전 신호의 데이터를 수신한다.The sensor receiving unit 31 receives the data of the discharge signal measured from the ultrasonic sensor unit 20.

설정부(33)는 기준 패턴이나, 알람 기준, 알람 형태 등 각종 감시장치의 감시를 위한 변수나 상수, 조건 등을 사전에 설정하는 입력장치이다.The setting unit 33 is an input device that sets variables, constants, conditions, and the like for monitoring various monitoring apparatuses such as a reference pattern, an alarm reference, and an alarm type in advance.

다음으로, 이상유무 판단부(34)는 하우징(10)의 각 설비(11) 또는 주변의 아크 또는 코로나 방전 신호, 및, 상기 방전 신호의 주파수 스펙트럼 등을 이용하여, 이상 유무를 판단한다. 구체적 판단 방법은 이하에서 설명한다.Next, the abnormality determination unit 34 determines whether or not an abnormality exists by using the arc or corona discharge signal of each facility 11 of the housing 10, the frequency spectrum of the discharge signal, and the like. A concrete determination method will be described below.

표시부(32)는 방전 상태 또는 열화 상태의 데이터를 2차원 디스플레이에 표시한다. 즉, 표시부(32)는 하우징(10)의 내부 설비의 위치 및 해당 설비에서의 측정된 방전 상태를 표시하거나, 추론된 방전 상태 또는 열화 상태, 또는 열화 판단 결과를 화면에 표시한다. 특히, 수배전반 배치도 상에서 각 설비 별로 이상 유무를 표시할 수 있다.The display unit 32 displays the data of the discharge state or the deteriorated state on the two-dimensional display. That is, the display unit 32 displays the position of the internal equipment of the housing 10 and the measured discharge state in the facility, or displays the deduced discharge state, deterioration state, or deterioration determination result on the screen. Particularly, it is possible to indicate the abnormality of each facility on the layout diagram of the switchboard.

저장부(36)는 하우징(10)의 각 설비(11), 또는 설치된 초음파 센서(21)의 위치, 방전 신호, 방전 신호에서 추출한 특징 및 패턴, 패턴 매칭의 연산 결과 등을 필요한 데이터를 저장한다. 또한, 실시간으로 수집된 신호의 패턴과 비교하기 위한 이력 신호 패턴 등을 저장한다.The storage unit 36 stores necessary data such as the positions and positions of the facilities 11 of the housing 10 or the installed ultrasonic sensors 21, the characteristics and patterns extracted from the discharge signals and the discharge signals, and the calculation results of pattern matching . Also, a hysteresis signal pattern for comparing with a pattern of a signal collected in real time is stored.

알람부(35)는 판단부(34)에서 이상이 있는 것으로 판단하는 경우, 이상 상태를 알린다. 특히, 이상 상태와, 해당 설비 또는 이상 상태의 설비에 대한 정보를 같이 알린다. 실시간 측정 초음파 신호의 패턴이 기준 패턴과 일치(유사)하면, 경보가 작동한다. 또는, 방전 상태 또는 열화상태 추론에 의하여 이상상태로 판단되면 해당 이상상태에 대응되는 알람을 발생시킨다.When the determination unit 34 determines that there is an error, the alarm unit 35 notifies the abnormal state. Particularly, information on the abnormal state and the equipment of the facility or the abnormal state are informed together. When the pattern of the real-time measurement ultrasonic signal coincides with (similar to) the reference pattern, the alarm is activated. Alternatively, if it is determined that the abnormal state is caused by the discharge state or the deterioration state inference, an alarm corresponding to the abnormal state is generated.

초음파 센서를 통하여 수집된 정보를 데이터베이스에 저장하고 실시간 측정 초음파가 경계의 패턴과 일치하거나 유사하면 경보가 작동한다. 이때 초음파 센서 및 주변 기기의 고장 또는 주변의 화재 등으로 인하여 급격한 아크 또는 코로나 방전의 변화가 발생할 수 있기 때문에 신속한 대처가 필요하다. 그래서 경보가 발생하면 자동으로 경보 발생 위치를 화면에 나타내어 주어야 하고 문제점을 찾을 수 있도록 한다.
The information collected through the ultrasonic sensor is stored in the database and the alarm is activated if the real-time measurement ultrasonic wave matches or is similar to the pattern of the boundary. At this time, sudden arc or corona discharge may be changed due to a failure of the ultrasonic sensor and peripheral devices, or a fire in the vicinity, so that quick action is required. Therefore, when an alarm occurs, the location of the alarm should be automatically displayed on the screen and the problem can be found.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 이상유무 판단부(34)의 대략적인 구성에 대해 도 15에 따라 구체적으로 설명한다. 도 15는 본 발명에 따른 이상유무 판단부(34)의 구성도이다.Next, a rough configuration of the abnormality determination unit 34 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 15 is a configuration diagram of the abnormality determination unit 34 according to the present invention.

도 15에 도시된 바와 같이, 이상유무 판단부(34)는 센서부(20)로부터 검출된 수배전반의 내부 초음파 신호 또는 각 설비의 초음파 신호 등 환경정보에 기초하여 하우징(10) 내부의 방전 상태 또는 열화 상태정보를 추출하여 진단하도록, 신호변환부(131), 잡음제거부(132), 방전검출부(133), 및, 제어부(135)를 포함하여 구성된다.15, the abnormality determination unit 34 determines whether or not the discharge state inside the housing 10 or the discharge state of the inside of the housing 10 based on the environmental information such as the internal ultrasonic signal of the power distribution panel detected from the sensor unit 20, A noise removing unit 132, a discharge detecting unit 133, and a control unit 135 so as to extract and diagnose degradation state information.

초음파 센서(21)에서 측정한 음을 듣고 판정하는 방법은 개개인의 주관적인 반응에 따라 달라지며 소리를 듣고 판별하기 매우 어렵다. 또한 초음파 발생은 기계적 설비의 이상(베어링, 배관의 누설 등)에 의해 발생될 수 있음을 유의해야 한다. 그럼에도 불구하고 현장에서 초음파 센서(21)를 이용하여 측정할 경우 소리를 들어 판별하고 있으므로 코로나는 지속적으로 윙윙하는 소리가 나고, 아크는 에너지의 급격한 시작 및 정지를 갖는 비정상적인 폭발음 또는 파열음이 발생한다.The method of hearing and determining the sound measured by the ultrasonic sensor 21 depends on the subjective response of the individual, and it is very difficult to hear and discriminate the sound. It should also be noted that the generation of ultrasonic waves may be caused by an abnormality of the mechanical equipment (bearing, piping leakage, etc.). Nevertheless, when the ultrasonic sensor 21 is used to measure the sound, the corona is constantly buzzing because the sound is heard, and the arc generates an abnormal explosive sound or a plosive sound with a sudden start and stop of energy.

바람직하게는, 1,000V이하에서 초음파를 측정하여 윙윙하는 소리가 들릴 경우에는 아크로 판별할 수 있다. 이는 코로나가 1,000 V 이하에서 발생할 가능성이 거의 없기 때문이다.
Preferably, when ultrasonic waves are measured at 1,000 V or less and a buzzing sound is heard, it can be discriminated as an arc. This is because corona is unlikely to occur at 1,000 V or less.

초음파 진단은 방전에 의한 초음파 신호특성을 이용한 진단기법으로 방전에 의하여 발생하는 초음파의 중심주파수 40kHz를 세라믹 폰으로 수신하고 이것을 전기신호로 변환, 증폭, 검파하고 레벨을 표시하여 발생원을 탐지하는 것이다.Ultrasonic diagnosis is a diagnostic method using ultrasound signal characteristics by discharging. It receives ultrasound center frequency of 40 kHz generated by discharge by a ceramic phone, converts it into an electric signal, amplifies and detects it, and detects the source by displaying the level.

검출된 초음파 노이즈는 동시에 스피커로 소리를 들을 수 있으며 방전개소에서 발생하는 초음파의 검출거리를 확보하기 위해서 청취가능 주파수보다 상위 대역인 30kHz~60kHz를 수신하는 방식이다. 수신 주파수 대역을 30kHz~60kHz로 선정한 이유는 낮은 주파수에서는 주위 소음과의 구별이 어렵고 또한 높은 주파수에서는 대기 중의 전반손실이 커지기 때문이다.The detected ultrasonic noise can be heard by a speaker at the same time and receives 30kHz ~ 60kHz which is higher than the audible frequency in order to secure the detection distance of the ultrasonic wave generated at the discharge spot. The reason for choosing the reception frequency band from 30 kHz to 60 kHz is that it is difficult to distinguish it from the ambient noise at low frequencies and at the higher frequencies, the overall loss in the atmosphere increases.

아크나 코로나 방전은 주위의 공기 분자가 전기적으로 방전 또는 이온화되어 발생하며, 전기적 힘이 부도체 주위의 공기분자를 이온화 시킬 때 발생하는 화학적 반응은 금속부분의 부식과 절연 합성물의 고장을 유발한다. 코로나 방전위치에서의 높은 에너지는 기계적 구성요소에 손상을 주어 고장을 발생시킬 수 있다.The arc or corona discharge occurs when the surrounding air molecules are electrically discharged or ionized, and the chemical reaction that occurs when the electrical force ionizes the air molecules around the insulator causes corrosion of the metal part and failure of the insulation compound. The high energy at the corona discharge site can damage the mechanical components and cause failures.

초음파 대역의 방전 중 트랙킹은 주로 절연물 표면의 오염원을 타고 흐르는 전류에 의해 생기며, 이 때 흐르는 전류는 에너지원이 되지 못해 어떠한 열도 발생되지 않다. 따라서 초음파 진단 외에는 이를 탐지하기가 매우 힘들다.Tracking during the discharge of ultrasonic waves is mainly caused by the electric current flowing through the contamination source on the surface of the insulator, and the current flowing at this time is not an energy source and no heat is generated. Therefore, it is very difficult to detect it except ultrasonic diagnosis.

오염원은 주로 먼지, 습기 등에 기인하며 지글지글거리는 낮은 음이 지속되면 플래시오버 현상까지 이르게 된다. 이 플래시오버에는 잠잠해지는 듯하다가 점차 아크성 전류로 발전하고 결국엔 파괴적인 아크로 발전하게 된다.Contamination is mainly caused by dust, moisture, etc., and flashing phenomenon occurs when a low sound with a sizzling sound is sustained. This flashover seems to be quiet, but gradually develops into an arc current and eventually develops into a destructive arc.

초음파에서 다루는 코로나방전이 대표적이며 전계의 집중부화 접지부, 전위차간에 발생하는 현상으로 극히 주기가 짧은 일정패턴을 보인다. 도 16은 코로나 방전의 대표적인 주파수 스펙트럼 분포를 나타낸다.Corona discharges treated by ultrasonic waves are typical, and the phenomenon occurring between the grounded part of the electric field and the potential difference shows a very short cycle pattern. 16 shows a representative frequency spectrum distribution of the corona discharge.

앞서의 트랙킹에서 발전한 최종현상으로 진폭이 극히 크고 방전주기가 일정하지 않은 것이 특징으로 아크가 발생된다면 운전 중인 설비를 정지시킬 필요가 있다. 도 17은 아크방전의 대표적인 주파수 스펙트럼 분포를 나타낸다.It is a final phenomenon developed from the previous tracking. It is characterized in that the amplitude is extremely large and the discharge cycle is not constant. If an arc is generated, it is necessary to stop the apparatus in operation. 17 shows a typical frequency spectrum distribution of the arc discharge.

코로나 방전 발생 시 측정된 초음파 신호와 전류펄스 파형의 예를 도 18에 나타내었다. 코로나 방전 발생시 20 kHz~100 kHz 대역의 초음파 성분이 존재하였으며, 특히 30 kHz~50 kHz의 성분이 8mV~10mV로 크게 나타났다.Fig. 18 shows an example of the ultrasonic signal and the current pulse waveform measured when the corona discharge is generated. Ultrasonic components of 20 kHz ~ 100 kHz band were present in the corona discharge, and especially, components of 30 kHz ~ 50 kHz were 8 mV ~ 10 mV.

도 18은 코로나 방전 주파수 대역에 대한 그래프로서, (a) 초음파 신호(Ultrasonic signal) [100 mV/div, 10 ms/div]이고, (b) 주파수 스펙트럼(Frequency spectrum) [2.0 mV/div, 10 kHz/div]에 대한 그래프이다.FIG. 18 is a graph of the corona discharge frequency band. FIG. 18 (a) shows an ultrasonic signal [100 mV / div, 10 ms / kHz / div].

탄소-구리전극, 전선-전선 및 터미널 블록에서 직렬 아크방전 시 측정된 초음파 신호와 주파수 스펙트럼 분포를 도 19에 나타내었다. 초음파 신호의 주파수 스펙트럼 분석결과, 탄소-구리 전극에서는 코로나 방전과 마찬가지로 30 kHz~50 kHz의 성분이 존재하였으며, 전선-전선 및 터미널 블록에서는 30 kHz~60 kHz 성분이 크게 나타났다.Fig. 19 shows the measured ultrasound signals and the frequency spectrum distribution at the time of series arc discharge in the carbon-copper electrode, the wire-wire and the terminal block. As a result of frequency spectrum analysis of ultrasound signals, 30 kHz ~ 50 kHz components were present in the carbon - copper electrode as well as corona discharge, and 30 kHz ~ 60 kHz components were large in the wire - conductor and terminal block.

도 19는 카본-구리 전극 아크방전 주파수 대역에 대한 그래프로서, (a) 초음파 신호(Ultrasonic signal) [100 mV/div, 10 ms/div]이고, (b) 주파수 스펙트럼(Frequency spectrum) [2.0 mV/div, 10 kHz/div]에 대한 그래프이다.
FIG. 19 is a graph of a carbon-copper electrode arc discharge frequency band. FIG. 19 (a) shows an ultrasonic signal [100 mV / div, 10 ms / / div, 10 kHz / div].

먼저, 신호변환부(131)에 대하여 설명한다.First, the signal conversion unit 131 will be described.

신호변환부(131)는 방전소스의 신호, 즉, 수신한 초음파 신호를 신호 파형으로 변환한다. 상기 초음파 신호는 방전소스로부터 50cm에 위치한 초음파 센서(21)에 의해 측정된 신호이다. 상기 초음파 신호 데이터는 신호 파형으로 변환된다.
The signal conversion unit 131 converts the signal of the discharge source, that is, the received ultrasonic signal into a signal waveform. The ultrasonic signal is a signal measured by the ultrasonic sensor 21 located at 50 cm from the discharge source. The ultrasonic signal data is converted into a signal waveform.

다음으로, 잡음제거부(132)는 변환된 신호 파형에 대하여 FIR 필터(Finite Impulse Response filter)를 적용하여, 초음파 신호에 포함되어 있는 회로 노이즈 및 기타 임펄스를 제거한다.Next, the noise removing unit 132 applies a FIR filter (Finite Impulse Response filter) to the converted signal waveform to remove circuit noise and other impulses included in the ultrasonic signal.

초음파 식별의 성능은 정확한 키를 찾아내는 데 필요한 초음파 신호의 개수와 관계가 있다. 따라서 높은 식별 성능을 얻기 위해서는 원치 않는 왜곡이 제거된 순수한 초음파 신호를 획득하는 것이 필요하다. 그러나 잡음과 같은 왜곡 요소는 측정된 초음파 신호에 필연적으로 포함된다.The performance of ultrasound identification is related to the number of ultrasound signals needed to find the correct key. Therefore, in order to obtain high identification performance, it is necessary to acquire a pure ultrasound signal from which unwanted distortion is removed. However, distortion factors such as noise are inevitably included in the measured ultrasound signal.

FIR 필터는 필터링 대상이 되는 데이터를 중앙으로 하여 좌우 인접한 데이터들이 구성되며, 미리 정의된 가중치(예를 들면, 계수)로 구성된 윈도우(window)와의 곱과 전체 합으로 필터링 동작을 하게 된다.The FIR filter is composed of left and right adjacent data centered on the data to be filtered, and performs a filtering operation with a product of a window composed of predefined weights (for example, coefficients) and the sum of the products.

이때 입력데이터는 가중치로 구성된 윈도우에 대해 이동과 연산을 반복하며 필터링 대상이 되는 데이터가 가중치 윈도우 즉, 필터의 중앙에 왔을 때 대상 데이터와 인접 데이터에 가중치가 적용된 결과로 필터링이 된 데이터를 얻을 수 있다.In this case, the input data is repeatedly moved and operated on the window composed of weights. When the data to be filtered is weighted to the center of the filter, the filtered data is obtained as a result of applying the weight to the target data and the adjacent data. have.

FIR 필터로부터 회로 노이즈(circuit noise)와 임펄스가 제거된 초음파 신호를 제공받은 이동평균필터는 초음파 실측값의 변화량에 따라 버퍼 수를 달리하여 안정되고 적당한 응답속도를 가지는 이동 평균값으로 선형화한다. 여기서 이동평균필터는 FIR 필터에 의해 얻어진 정현파 샘플 중에서 보호구간 내의 모든 샘플들에 대해 일정한 샘플간격 동안 평균을 취하는 필터이다. 이동평균필터는 N-1개의 지연탭으로 구성되기 때문에 FIR 필터와 같은 구조이다. 각 지연탭의 내용은 해당 가중치와 곱해지고 가산부(∑)를 통해 하나의 값으로 출력된다. 모든 가중치 1/NT 로 각각 설정된다면 평균화 효과에 의해 ICI 및 잡음성분이 감소하게 되고 필터의 출력에서는 신호대 잡음비가 개선된 샘플 성분이 나타난다. 지연탭의 개수 NT는 필터의 복잡도와 성능에 높은 상관성을 갖는다. NT가 클수록 복잡도는 증가하고 평균화에 따른 ICI 및 잡음성분의 감소폭이 커지는 반면에 NT가 작으면 복잡도는 작아지고 그에 비례하여 잡음 감소폭도 작아진다. 따라서 복잡도와 성능을 고려하여 적절한 NT값을 선택할 필요가 있다.The moving average filter provided with the circuit noise and the impulse removed ultrasonic signal from the FIR filter linearizes the moving average value having a stable and appropriate response speed by varying the number of buffers according to the variation of the measured values of the ultrasonic waves. Wherein the moving average filter is a filter that takes an average over a constant sample interval for all samples in the guard interval from the sinusoidal samples obtained by the FIR filter. The moving average filter has the same structure as the FIR filter because it is composed of N-1 delay taps. The content of each delay tap is multiplied by the corresponding weight and output as a single value through the adder (?). If all the weights are set to 1 / N T , the averaging effect reduces ICI and noise components, and at the output of the filter, a sample component with improved signal-to-noise ratio appears. The number of delay taps N T has a high correlation with the complexity and performance of the filter. The larger the N T , the higher the complexity, the smaller the ICI and the noise reduction due to the averaging, while the smaller the N T , the smaller the complexity and the smaller the noise reduction. Therefore, it is necessary to select an appropriate N T value in consideration of complexity and performance.

또한, FIR 필터는 입력신호의 일정한 값들만을 가지고 필터링을 수행하기 때문에 동일한 특성을 구현할 때 IIR(Infinite Impulse Response) 필터와 비교하면 차수가 높아서 연산량이 많다는 단점이 존재하지만 항상 안정하다는 특징을 갖는다.In addition, since the FIR filter performs filtering with only certain values of the input signal, when the same characteristic is implemented, the FIR filter has a disadvantage in that it has a higher degree of computation compared to an IIR (Infinite Impulse Response) filter, but is stable at all times.

HF-FIR 필터를 설계하기 위해서는 먼저 LF-FIR 필터를 설계해주어야 한다. 다음 수식에 따라서 차단주파수 fc를 설정한다.In order to design the HF-FIR filter, the LF-FIR filter must be designed first. Set the cutoff frequency f c according to the following formula.

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Figure 112014055092639-pat00005
Figure 112014055092639-pat00005

[수학식 2]에서 통과대역 주파수는 이득이 감소되는 시점이며 차단대역 주파수는 이득이 최대로 감소되는 시점을 말한다.In Equation (2), the passband frequency is a time point at which the gain is reduced, and the cutoff frequency is a time at which the gain is reduced to the maximum.

디지털 주파수(Ω1)는 다음과 같이 계산된다.The digital frequency (Ω 1 ) is calculated as follows.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112014055092639-pat00006
Figure 112014055092639-pat00006

여기서, fs는 샘플링 주파수이다.Where f s is the sampling frequency.

다음 수학식을 이용하여 LF-FIR 필터 계수 h1[n]을 구한다.The LF-FIR filter coefficient h 1 [n] is obtained using the following equation.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112014055092639-pat00007

Figure 112014055092639-pat00007

LF-FIR 필터의 차수 (N, 홀수로 제한)를 결정하고 주파수 스펙트럼 유출(leakage)을 감소시키기 위해서 창문(Window) w[n]을 선택한다. 다음 수학식 5는 FIR 필터 설계 과정에서 사용된 Hamming 창문 함수를 표현한다.Select window w [n] to determine the order of the LF-FIR filter (N, limited by an odd number) and reduce frequency spectrum leakage. Equation (5) represents the Hamming window function used in the FIR filter design process.

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112014055092639-pat00008
Figure 112014055092639-pat00008

결과적으로, LF-FIR 필터의 임펄스 응답 h[n]은 다음 수학식과 같이 표현된다.As a result, the impulse response h [n] of the LF-FIR filter is expressed by the following equation.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112014055092639-pat00009
Figure 112014055092639-pat00009

신호 잡음을 제거하기 위해서 HF-FIR 필터 임펄스 응답(hhigh[n])과 LF-FIR 필터 임펄스 응답(hlow[n])의 관계를 다음 수학식과 같이 설정하여 구한다.The relationship between the HF-FIR filter impulse response (h high [n]) and the LF-FIR filter impulse response (h low [n]) is determined by the following equation to eliminate signal noise.

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure 112014055092639-pat00010
Figure 112014055092639-pat00010

따라서 초음파 신호의 잡음 제거는 hhigh[n]을 다음 수학식에서 입력신호 x[n]과 콘볼루션(convolution) 연산을 통해 구현한다.Therefore, noise reduction of the ultrasonic signal, implements a high h [n] using the following equation input signal x [n] and the convolution (convolution) operation.

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure 112014055092639-pat00011
Figure 112014055092639-pat00011

한편, 임펄스 응답을 초음파 신호와 실시간으로 연산해야한다. 그러나 FIR 필터 연산 특성상 차수 N만큼 데이터를 사용하지 못하기 때문에 화면에 초음파 신호를 분석하기 위해서 분석 대상의 초음파 길이(또는 초음파 수)와 차수 N만큼의 데이터 개수가 존재해야 한다. 따라서 매번 화면에 출력하기 위한 초음파 신호 연산량은 초음파 수 × N이 된다.On the other hand, the impulse response must be calculated in real time with the ultrasonic signal. However, in order to analyze the ultrasonic signal on the screen, the ultrasonic wave length (or the number of ultrasonic waves) and the number of data of the order N must exist in order to analyze the ultrasonic signal on the screen because the data can not be used by the degree N in the characteristics of the FIR filter operation. Therefore, the amount of ultrasound signal computation for outputting to the screen every time becomes the number of ultrasonic waves × N.

이를 위해서 본 발명에서는 데이터 연산량을 줄이기 위해서 데이터 이동 방식을 사용하였다. 즉, 작업 스레드에서 N개의 초음파 데이터[X1, X2, ..., XN]를 획득한 후 새로이 수신되는 초음파 데이터 Xnew만을 LF-FIR 필터 연산을 적용한 후 초음파 신호를 분석한다. 그리고 다음번 연산을 위해 저장되어 있는 데이터를 하나씩 이동시켜서 저장한 후 새로 수신되는 초음파 신호 데이터의 저장 공간을 마련한다. 도 20은 초음파 신호 데이터에 실시간으로 FIR 필터링을 적용하기 위해서 제안된 데이터 이동 방식을 보여준다.To this end, the present invention uses a data movement method to reduce the amount of data operation. That is, after obtaining the N pieces of the ultrasonic data [X 1 , X 2 , ..., X N ] in the work thread, the LF-FIR filter operation is applied to only the newly received ultrasonic data X new and the ultrasonic signal is analyzed. The stored data is moved and stored one by one for the next calculation, and a storage space for newly received ultrasonic signal data is prepared. FIG. 20 shows a proposed data movement method for applying FIR filtering to ultrasound signal data in real time.

도 20에서 Xnew 데이터만을 추가적으로 포함시켜서 FIR 필터링을 적용할 초음파 신호 데이터로 해석한다. 따라서 FIR 필터링 연산량은 원래의 초음파 수 × N에서 N의 연산량으로 감소된다.In FIG. 20, only the X new data is additionally included, and the FIR filtering is interpreted as ultrasonic signal data to be applied. Therefore, the FIR filtering operation amount is reduced from the original number of ultrasonic waves × N to the operation amount of N.

따라서 도 20에서 보여준 연산 방식과 같이 FIR 필터링을 수행하는 경우, 처음 5분 동안 데이터를 획득하는 과정을 제외하고는 실시간으로 데이터를 수신 및 필요한 과정이 이루어지며 필요한 디지털 신호처리 과정이 수행된다.Therefore, when FIR filtering is performed as in the calculation method shown in FIG. 20, except for the process of acquiring data for the first 5 minutes, data reception and necessary processes are performed in real time, and a required digital signal processing process is performed.

초음파 신호의 방전 피크 위치를 검출하기 위해 다음과 같은 방법을 적용하였다. 우선, 수학식 9와 같이 초음파 신호의 미분 값인 d(n)을 구한다.The following method was applied to detect the discharge peak position of the ultrasonic signal. First, the differential value d (n) of the ultrasonic signal is obtained as shown in Equation (9).

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112014055092639-pat00012
Figure 112014055092639-pat00012

여기서 e(n)은 심전도 신호를 의미한다. d(n)의 값을 양수로 표현하기 위해서 이 값을 제곱한 후에, 수학식 10과 같이 이동평균필터를 사용하여 방전의 피크 값의 특성을 강조한다. 여기서 필터의 구간 길이는 5로 하였다.Where e (n) is the electrocardiogram signal. After expressing the value of d (n) as a positive number, the value of the peak value of the discharge is emphasized by using a moving average filter as shown in Equation (10). Here, the length of the filter is 5.

?[수학식 10]? (10)

Figure 112014055092639-pat00013
Figure 112014055092639-pat00013

결과적으로, 수학식 10의 값을 기준으로 해서 일정한 범위 내에서 데이터 최대값을 방전에 의한 피크라고 해석한다.As a result, the maximum value of data is interpreted as a peak due to discharge within a certain range based on the value of Equation (10).

또한 방전 피크 간의 간격을 구하기 위해선 수학식 10에서 제시한 방법으로 검출한 피크의 시간 값들을 RN 으로 구성해야 한다. 수학식 11은 N개의 R1, R2, ..., RN으로 이루어진 데이터이다.Also, in order to obtain the interval between the discharge peaks, the time values of the peaks detected by the method shown in Equation (10) must be composed of R N. Equation (11) is data consisting of N R 1 , R 2 , ..., R N.

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure 112014055092639-pat00014
Figure 112014055092639-pat00014

즉, 방전의 피크 간격 값을 얻기 위해서는 n+1번째의 시간에서 n번째의 시간의 차이로 구할 수 있다. 구해진 피크 간격 값을 데이터는 방전을 식별하는 기초 데이터로 사용하게 된다.That is, to obtain the peak interval value of the discharge, it is possible to obtain the difference of the nth time from the (n + 1) th time. The obtained peak interval value is used as basic data for identifying the discharge.

앞서 구한 피크 간격의 검출된 데이터는 비등간격 데이터이다. 기본적으로 초음파 신호의 스펙트럼을 계산하기 위해서 3차 스플라인(Cubic Spline) 보간법을 사용하여 비등간격 데이터를 등간격 데이터로 변환 시킨다. 바람직하게는, 3차 스플라인 보간법은 두 점을 3차 다항식으로 연결하는 곡선으로 표현하는 방법을 사용하였다.The detected data of the previously obtained peak interval is non-equilibrium data. Basically, to calculate the spectrum of an ultrasonic signal, cubic spline interpolation is used to convert boiling interval data into equidistant data. Preferably, the cubic spline interpolation method is expressed by a curve connecting two points by a third degree polynomial.

3차 스플라인 보간 과정을 거친 피크 간격의 데이터를 주파수 영역으로 바꾸면 DC 성분이 다른 주파수에 비하여 너무 크게 표현되기 때문에 다른 주파수 영역의 스펙트럼 정보를 왜곡시킨다. 이에 따라서 LF-FIR 필터 파라미터를 설계한다.If the data of the peak interval after the third spline interpolation process is changed to the frequency domain, the DC component is expressed too large compared to other frequencies, so that the spectrum information of the other frequency domain is distorted. Accordingly, the LF-FIR filter parameters are designed.

바람직하게는, LF-FIR 필터 파라미터는 다음과 같이 설계한다. 패스 밴드 주파수를 1.96 ㎐, 차단 밴드 주파수는 2 ㎐, 샘플링 주파수는 4 ㎐, 윈도우는 해밍(Hamming)을 사용하고, 필터 차수는 345로 정한다.Preferably, the LF-FIR filter parameters are designed as follows. The passband frequency is 1.96 Hz, the cutoff frequency is 2 Hz, the sampling frequency is 4 Hz, the window is Hamming, and the filter degree is 345.

그리고 앞서 수학식 5에서 7을 적용하여 HF-FIR 필터의 임펄스 응답을 구한다.Then, the impulse response of the HF-FIR filter is obtained by applying equations (5) to (7).

방전에 의한 초음파 신호의 주파수영역을 추정하기 위해서 FFT를 사용한다. FFT는 푸리에 변환의 계산 연산횟수를 줄일 수 있는 알고리즘으로 FFT를 계산하기 위해서는 반드시 데이터의 개수가 2의 승수개로 되어 있어야한다. 앞서 설명한 바와 같이 방전 피크 간격의 데이터를 3차 스플라인 보간법, FIR 필터 과정을 거친 후 FFT를 계산한다. FIR 필터링을 거친 데이터의 개수가, 2의 승수로 표현되지 않기 때문에 0의 값으로 채우는 제로 패딩(zero-padding) 기법을 활용한다.
FFT is used to estimate the frequency domain of the ultrasonic signal due to discharge. FFT is an algorithm that can reduce the number of calculation operations of Fourier transform. In order to calculate FFT, the number of data must be a multiplier of 2. As described above, the data of the discharge peak interval is subjected to the cubic spline interpolation method and the FIR filter process, and then the FFT is calculated. The zero-padding scheme is used to fill a zero value because the number of FIR-filtered data is not represented by a multiplier of 2.

다음으로, 방전검출부(133)는 앞서 잡음이 제거된 초음파 신호를 이용하여 아크 또는 코로나 방전 발생 여부를 검출한다. 앞서 FIR 필터링을 통해 잡음이 제거되었으므로, 잡음이 제거된 초음파 신호는 사실상 아크 또는 코로나 방전에 의한 신호이다.Next, the discharge detector 133 detects whether an arc or a corona discharge is generated using the ultrasonic signal from which noise has been removed. Since the noise was removed by FIR filtering, the noise-canceled ultrasonic signal is actually a signal due to arc or corona discharge.

잡음이 제거된 초음파 신호를 타임 시리즈(time series)에 따라 아크 또는 코로나 방전을 검출할 수 있다. 도 21, 도 18, 도 19는 분석된 초음파 신호의 파형을 도시하고 있다. 도 21는 정상 파형, 즉, 아크 또는 코로나 방전이 발생되지 않은 정상 파형을 보여주고 있고, 도 18(a) 및 19(a)는 각각 아크 및 코로나 방전 시의 파형을 보여주고 있다.An ultrasonic signal from which noise has been removed can be detected by an arc or a corona discharge according to a time series. FIGS. 21, 18, and 19 show the waveforms of the analyzed ultrasonic signals. FIG. 21 shows a normal waveform, that is, a normal waveform in which no arc or corona discharge is generated, and FIGS. 18 (a) and 19 (a) show waveforms at the time of arc and corona discharge, respectively.

먼저, 도 21의 정상 파형의 경우, 시간의 경과에 일정한 유형의 파형이 검출되며, 진폭의 변화가 거의 없다. 도 18(a)의 아크 방전의 파형의 경우, 도 21의 정상파형과 비교하여 보면, 아크가 발생할 때마다 파형의 진폭이 커지는 것을 알 수 있다. 도 19(a)의 코로나 방전은 큰 진폭의 파형이 연속적으로 나타나는 것을 알 수 있다.First, in the case of the normal waveform of FIG. 21, a certain type of waveform is detected over time and there is little change in amplitude. In the case of the waveform of the arc discharge shown in Fig. 18 (a), it can be seen that the amplitude of the waveform increases every time an arc is generated as compared with the normal waveform of Fig. It can be seen that the corona discharge of FIG. 19 (a) continuously exhibits a waveform of a large amplitude.

따라서 방전검출부(133)는 잡음이 제거된 초음파 신호에서 소정의 크기 이상으로 진폭이 커지는 파형이 계속 나타나면, 아크 또는 코로나 방전이 발생한 것으로 판단한다.
Therefore, if the waveform of the amplitude of the ultrasound signal from which the noise has been removed continues to increase beyond a predetermined size, the discharge detector 133 determines that an arc or a corona discharge has occurred.

다음으로, 제어부(135)는 방전검출부(133)로부터 초음파 파형 분류에 의한 아크 또는 코로나 방전의 검출 결과에 기초하여, 상기 표시부(140)에 표시하여 관리자가 인식하게 하거나, 통신망을 통해 원격 서버(50)로 수배전반의 방전 또는 열화 상태를 통지한다.Next, the control unit 135 causes the display unit 140 to display the result of detection of the arc or the corona discharge by the ultrasonic wave classification from the discharge detection unit 133 so that the manager can recognize it, 50 to notify the discharge or deterioration state of the switchboard.

또는 표시부(140)에 잡음이 제거된 초음파 신호를 표시하거나, 스피커 등을 통해 초음파 신호를 출력한다. 관리자는 초음파 신호를 청취하여 아크 방전 또는 코로나 방전의 유형을 판단하거나, 결함 정도를 판단할 수 있다.Or the display unit 140, or outputs an ultrasonic signal through a speaker or the like. The manager can listen to the ultrasonic signal to determine the type of arc discharge or corona discharge, or determine the degree of defect.

또한, 제어부(134)는 산출된 방전 정보에 기초하여 수배전반 활선부의 방전 정도를 제어하도록 원격 서버(50)로 진단된 하우징(10) 내의 방전 정보를 전송한다.Further, the control unit 134 transmits the discharge information in the housing 10 diagnosed by the remote server 50 so as to control the degree of discharge of the power-saving half-live portion based on the calculated discharge information.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

10 : 수배전반 하우징 11 : 구성 설비
20 : 센서부 21 : 초음파 센서
30 : 감시 장치 31 : 센서 수신부
32 : 표시부 33 : 설정부
34 : 이상유무 판단부 35 : 알람부
36 : 저장부 40 : 원격 서버
131 : 신호변환부 132 : 잡음제거부
133 : 방전검출부 135 : 제어부10: Switchgear housing 11: Components
20: sensor part 21: ultrasonic sensor
30: Monitoring device 31: Sensor receiving part
32: display section 33: setting section
34: abnormality determination unit 35: alarm unit
36: Storage unit 40: Remote server
131: Signal conversion unit 132: Noise removal unit
133: discharge detector 135:

Claims (9)

고압반을 내부에 포함하는 하우징의 아크 또는 코로나의 방전 상태를 진단하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반에 있어서,
상기 하우징 내부에 구비된 설비에 접촉 또는 근접 설치되어, 아크나 코로나 방전에 의해 발생하는 초음파를 검출하는 다수의 초음파 센서로 구성된 센서부; 및,
상기 센서부에서 검출된 초음파 신호를 기초하여, 상기 설비에서 발생하는 아크나 코로나 방전을 감지하고, 감지된 상기 아크나 코로나 방전 정보에 따라 상기 하우징의 내부 상태를 제어하는 이상유무 판단부를 구성하는 감시장치를 포함하고,
상기 이상유무 판단부는,
상기 초음파 신호에 대하여 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 통해 상기 초음파 신호의 잡음을 제거하는 잡음제거부; 및,
잡음이 제거된 초음파 신호로부터 아크 또는 코로나 방전 여부를 검출하는 방전검출부를 포함하고,
상기 잡음제거부는 상기 초음파 신호에 잡음을 제거하기 위하여 LF-FIR(저주파 FIR) 필터와 HF-FIR(고주파 FIR) 필터를 이용하고, 상기 HF-FIR 필터는 상기 LF-FIR 필터로부터 다음 [수식 1]의 관계식을 이용하여 구하고,
[수식 1]
Figure 112014102048251-pat00042

여기서, hhigh[n]는 HF-FIR 필터의 임펄스 응답이고, hlow[n]는 LF-FIR 필터의 임펄스 응답이고, n은 정수임.
상기 이상유무 판단부는,
다음 [수식 3]의 F(n) 값을 기준으로 해서 사전에 정해진 범위 내에서 데이터 최대값을 방전에 의한 피크로 검출하고,
[수식 3]
Figure 112014102048251-pat00043

여기서, n은 정수이고, d(n)은 초음파 신호의 미분값임.
검출한 피크의 시간 값들 N개를 다음 [수식 4]와 같이 RN으로 구성하고,
[수식 4]
Figure 112014102048251-pat00044

방전의 피크 간격 값을 n+1번째의 시간에서 n번째의 시간의 차이로 구하고,
구해진 피크 간격 값들을 3차 스플라인(Cubic Spline) 보간법을 사용하여 비등간격 데이터를 등간격 데이터로 변환하고,
변환된 등간격 데이터를 기초로 방전을 식별하는 것을 특징으로 하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반.
In a high-pressure chamber equipped with an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system for diagnosing a discharge state of an arc or corona of a housing including a high-pressure chamber,
A sensor unit including a plurality of ultrasonic sensors for detecting ultrasonic waves generated by arc or corona discharge, And
A monitoring unit configured to detect an arc or a corona discharge generated in the facility based on the ultrasonic signal detected by the sensor unit and to control an internal state of the housing in accordance with the detected arc or corona discharge information, Device,
The abnormal presence /
A noise eliminator for removing noise of the ultrasonic signal through an FIR (Finite Impulse Response) filter for the ultrasonic signal; And
And a discharge detector for detecting whether an arc or a corona discharge is generated from the noise-removed ultrasonic signal,
The noise eliminator uses an LF-FIR (Low Frequency FIR) filter and an HF-FIR (High Frequency FIR) filter to remove noise from the ultrasonic signal, and the HF- ] Is obtained by using the following equation,
[Equation 1]
Figure 112014102048251-pat00042

Where h high [n] is the impulse response of the HF-FIR filter, h low [n] is the impulse response of the LF-FIR filter, and n is an integer.
The abnormal presence /
The maximum value of the data is detected as a peak due to discharge within a predetermined range based on the value of F (n) in the next [Expression 3]
[Equation 3]
Figure 112014102048251-pat00043

Here, n is an integer, and d (n) is a differential value of an ultrasonic signal.
N pieces of time values of the detected peaks are configured as R N as shown in the following equation (4)
[Equation 4]
Figure 112014102048251-pat00044

The peak interval value of the discharge is obtained as the difference of the n-th time from the (n + 1) -th time,
The obtained peak interval values are converted into uniform interval data using cubic spline interpolation,
And the discharge is identified on the basis of the converted equal interval data.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 LF-FIR 필터의 필터 계수 h1[n]는 다음 [수식 2]에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반.
[수식 2]
Figure 112014102048251-pat00016
,
Figure 112014102048251-pat00017

여기서, fc는 차단 주파수이고, fs는 샘플링 주파수.
The method according to claim 1,
Wherein the filter coefficient h 1 [n] of the LF-FIR filter is obtained by the following equation [2].
[Equation 2]
Figure 112014102048251-pat00016
,
Figure 112014102048251-pat00017

Where f c is the cutoff frequency, and f s is the sampling frequency.
제1항에 있어서, 상기 초음파 센서는,
주파수 혼합 회로와 국부 발진 회로로 구성되어, 상기 초음파 신호를 중간 주파수로 떨어뜨리는 주파수 변환기;
상기 중간 주파수를 증폭하는 증폭부; 및,
증폭된 신호로부터 가청 주파수의 원 신호를 분리하는 복조부로 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
A frequency converter including a frequency mixing circuit and a local oscillation circuit for dropping the ultrasonic signal to an intermediate frequency;
An amplifying unit for amplifying the intermediate frequency; And
And a demodulator for separating the original signal of the audible frequency from the amplified signal. The ultrasonic wave-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system includes the high-pressure bar.
제4항에 있어서,
상기 초음파 센서는 전원선과 신호선을 함께 사용하고, 전원에 포함된 음향 신호만을 검출하기 위하여, 역결합 회로를 구성하고,
상기 역결합 회로는 상기 전원과 접지 사이에 병렬로 연결된 제1 및 제2 커패시티와, 상기 제1 및 제2 커패시티 사이에 직렬로 연결된 제1 컨덕터를 구성하여, 전원에 포함된 고주파 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반.
5. The method of claim 4,
The ultrasonic sensor uses a power supply line and a signal line together and forms an inverse coupling circuit to detect only an acoustic signal included in the power supply,
Wherein the inverse coupling circuit comprises first and second capacitors connected in parallel between the power source and the ground and a first conductor connected in series between the first and second capacities to generate a high frequency noise included in the power source And the ultrasonic wave-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system.
제1항에 있어서,
상기 방전검출부는 잡음이 제거된 초음파 신호에서 소정의 크기 이상으로 진폭이 커지는 파형이 계속 나타나면, 아크 또는 코로나 방전이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반.
The method according to claim 1,
Wherein the discharge detection unit determines that an arc or a corona discharge is generated when a waveform continuously increasing in amplitude from a noise-removed ultrasonic signal exceeds a predetermined magnitude, wherein the ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system High pressure half.
저압반을 내부에 포함하는 하우징의 아크 또는 코로나의 방전 상태를 진단하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 저압반에 있어서,
상기 하우징 내부에 구비된 설비에 접촉 또는 근접 설치되어, 아크나 코로나 방전에 의해 발생하는 초음파를 검출하는 다수의 초음파 센서로 구성된 센서부; 및,
상기 센서부에서 검출된 초음파 신호를 기초하여, 상기 설비에서 발생하는 아크나 코로나 방전을 감지하고, 감지된 상기 아크나 코로나 방전 정보에 따라 상기 하우징의 내부 상태를 제어하는 이상유무 판단부를 구성하는 감시장치를 포함하고,
상기 이상유무 판단부는,
상기 초음파 신호에 대하여 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 통해 상기 초음파 신호의 잡음을 제거하는 잡음제거부; 및,
잡음이 제거된 초음파 신호로부터 아크 또는 코로나 방전 여부를 검출하는 방전검출부를 포함하고,
상기 잡음제거부는 상기 초음파 신호에 잡음을 제거하기 위하여 LF-FIR(저주파 FIR) 필터와 HF-FIR(고주파 FIR) 필터를 이용하고, 상기 HF-FIR 필터는 상기 LF-FIR 필터로부터 다음 [수식 1]의 관계식을 이용하여 구하고,
[수식 1]
Figure 112014102048251-pat00045

여기서, hhigh[n]는 HF-FIR 필터의 임펄스 응답이고, hlow[n]는 LF-FIR 필터의 임펄스 응답이고, n은 정수임.
상기 이상유무 판단부는,
다음 [수식 3]의 F(n) 값을 기준으로 해서 사전에 정해진 범위 내에서 데이터 최대값을 방전에 의한 피크로 검출하고,
[수식 3]
Figure 112014102048251-pat00046

여기서, n은 정수이고, d(n)은 초음파 신호의 미분값임.
검출한 피크의 시간 값들 N개를 다음 [수식 4]와 같이 RN으로 구성하고,
[수식 4]
Figure 112014102048251-pat00047

방전의 피크 간격 값을 n+1번째의 시간에서 n번째의 시간의 차이로 구하고,
구해진 피크 간격 값들을 3차 스플라인(Cubic Spline) 보간법을 사용하여 비등간격 데이터를 등간격 데이터로 변환하고,
변환된 등간격 데이터를 기초로 방전을 식별하는 것을 특징으로 하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 저압반.A low-pressure chamber equipped with an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system for diagnosing a discharge state of an arc or a corona of a housing containing a low-pressure chamber,
A sensor unit including a plurality of ultrasonic sensors for detecting ultrasonic waves generated by arc or corona discharge, And
A monitoring unit configured to detect an arc or a corona discharge generated in the facility based on the ultrasonic signal detected by the sensor unit and to control an internal state of the housing in accordance with the detected arc or corona discharge information, Device,
The abnormal presence /
A noise eliminator for removing noise of the ultrasonic signal through an FIR (Finite Impulse Response) filter for the ultrasonic signal; And
And a discharge detector for detecting whether an arc or a corona discharge is generated from the noise-removed ultrasonic signal,
The noise eliminator uses an LF-FIR (Low Frequency FIR) filter and an HF-FIR (High Frequency FIR) filter to remove noise from the ultrasonic signal, and the HF- ] Is obtained by using the following equation,
[Equation 1]
Figure 112014102048251-pat00045

Where h high [n] is the impulse response of the HF-FIR filter, h low [n] is the impulse response of the LF-FIR filter, and n is an integer.
The abnormal presence /
The maximum value of the data is detected as a peak due to discharge within a predetermined range based on the value of F (n) in the next [Expression 3]
[Equation 3]
Figure 112014102048251-pat00046

Here, n is an integer, and d (n) is a differential value of an ultrasonic signal.
N pieces of time values of the detected peaks are configured as R N as shown in the following equation (4)
[Equation 4]
Figure 112014102048251-pat00047

The peak interval value of the discharge is obtained as the difference of the n-th time from the (n + 1) -th time,
The obtained peak interval values are converted into uniform interval data using cubic spline interpolation,
And the discharge is identified on the basis of the converted equal interval data. 분전반을 내부에 포함하는 하우징의 아크 또는 코로나의 방전 상태를 진단하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 분전반에 있어서,
상기 하우징 내부에 구비된 설비에 접촉 또는 근접 설치되어, 아크나 코로나 방전에 의해 발생하는 초음파를 검출하는 다수의 초음파 센서로 구성된 센서부; 및,
상기 센서부에서 검출된 초음파 신호를 기초하여, 상기 설비에서 발생하는 아크나 코로나 방전을 감지하고, 감지된 상기 아크나 코로나 방전 정보에 따라 상기 하우징의 내부 상태를 제어하는 이상유무 판단부를 구성하는 감시장치를 포함하고,
상기 이상유무 판단부는,
상기 초음파 신호에 대하여 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 통해 상기 초음파 신호의 잡음을 제거하는 잡음제거부; 및,
잡음이 제거된 초음파 신호로부터 아크 또는 코로나 방전 여부를 검출하는 방전검출부를 포함하고,
상기 잡음제거부는 상기 초음파 신호에 잡음을 제거하기 위하여 LF-FIR(저주파 FIR) 필터와 HF-FIR(고주파 FIR) 필터를 이용하고, 상기 HF-FIR 필터는 상기 LF-FIR 필터로부터 다음 [수식 1]의 관계식을 이용하여 구하고,
[수식 1]
Figure 112014102048251-pat00048

여기서, hhigh[n]는 HF-FIR 필터의 임펄스 응답이고, hlow[n]는 LF-FIR 필터의 임펄스 응답이고, n은 정수임.
상기 이상유무 판단부는,
다음 [수식 3]의 F(n) 값을 기준으로 해서 사전에 정해진 범위 내에서 데이터 최대값을 방전에 의한 피크로 검출하고,
[수식 3]
Figure 112014102048251-pat00049

여기서, n은 정수이고, d(n)은 초음파 신호의 미분값임.
검출한 피크의 시간 값들 N개를 다음 [수식 4]와 같이 RN으로 구성하고,
[수식 4]
Figure 112014102048251-pat00050

방전의 피크 간격 값을 n+1번째의 시간에서 n번째의 시간의 차이로 구하고,
구해진 피크 간격 값들을 3차 스플라인(Cubic Spline) 보간법을 사용하여 비등간격 데이터를 등간격 데이터로 변환하고,
변환된 등간격 데이터를 기초로 방전을 식별하는 것을 특징으로 하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 분전반.1. A distribution board mounted with an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring and diagnosis system for diagnosing a discharge state of an arc or a corona of a housing including a distribution board,
A sensor unit including a plurality of ultrasonic sensors for detecting ultrasonic waves generated by arc or corona discharge, And
A monitoring unit configured to detect an arc or a corona discharge generated in the facility based on the ultrasonic signal detected by the sensor unit and to control an internal state of the housing in accordance with the detected arc or corona discharge information, Device,
The abnormal presence /
A noise eliminator for removing noise of the ultrasonic signal through an FIR (Finite Impulse Response) filter for the ultrasonic signal; And
And a discharge detector for detecting whether an arc or a corona discharge is generated from the noise-removed ultrasonic signal,
The noise eliminator uses an LF-FIR (Low Frequency FIR) filter and an HF-FIR (High Frequency FIR) filter to remove noise from the ultrasonic signal, and the HF- ] Is obtained by using the following equation,
[Equation 1]
Figure 112014102048251-pat00048

Where h high [n] is the impulse response of the HF-FIR filter, h low [n] is the impulse response of the LF-FIR filter, and n is an integer.
The abnormal presence /
The maximum value of the data is detected as a peak due to discharge within a predetermined range based on the value of F (n) in the next [Expression 3]
[Equation 3]
Figure 112014102048251-pat00049

Here, n is an integer, and d (n) is a differential value of an ultrasonic signal.
N pieces of time values of the detected peaks are configured as R N as shown in the following equation (4)
[Equation 4]
Figure 112014102048251-pat00050

The peak interval value of the discharge is obtained as the difference of the n-th time from the (n + 1) -th time,
The obtained peak interval values are converted into uniform interval data using cubic spline interpolation,
And the discharge is identified on the basis of the converted equal interval data. 모터제어반을 내부에 포함하는 하우징의 아크 또는 코로나의 방전 상태를 진단하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 모터제어반에 있어서,
상기 하우징 내부에 구비된 설비에 접촉 또는 근접 설치되어, 아크나 코로나 방전에 의해 발생하는 초음파를 검출하는 다수의 초음파 센서로 구성된 센서부; 및,
상기 센서부에서 검출된 초음파 신호를 기초하여, 상기 설비에서 발생하는 아크나 코로나 방전을 감지하고, 감지된 상기 아크나 코로나 방전 정보에 따라 상기 하우징의 내부 상태를 제어하는 이상유무 판단부를 구성하는 감시장치를 포함하고,
상기 이상유무 판단부는,
상기 초음파 신호에 대하여 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 통해 상기 초음파 신호의 잡음을 제거하는 잡음제거부; 및,
잡음이 제거된 초음파 신호로부터 아크 또는 코로나 방전 여부를 검출하는 방전검출부를 포함하고,
상기 잡음제거부는 상기 초음파 신호에 잡음을 제거하기 위하여 LF-FIR(저주파 FIR) 필터와 HF-FIR(고주파 FIR) 필터를 이용하고, 상기 HF-FIR 필터는 상기 LF-FIR 필터로부터 다음 [수식 1]의 관계식을 이용하여 구하고,
[수식 1]
Figure 112014102048251-pat00051

여기서, hhigh[n]는 HF-FIR 필터의 임펄스 응답이고, hlow[n]는 LF-FIR 필터의 임펄스 응답이고, n은 정수임.
상기 이상유무 판단부는,
다음 [수식 3]의 F(n) 값을 기준으로 해서 사전에 정해진 범위 내에서 데이터 최대값을 방전에 의한 피크로 검출하고,
[수식 3]
Figure 112014102048251-pat00052

여기서, n은 정수이고, d(n)은 초음파 신호의 미분값임.
검출한 피크의 시간 값들 N개를 다음 [수식 4]와 같이 RN으로 구성하고,
[수식 4]
Figure 112014102048251-pat00053

방전의 피크 간격 값을 n+1번째의 시간에서 n번째의 시간의 차이로 구하고,
구해진 피크 간격 값들을 3차 스플라인(Cubic Spline) 보간법을 사용하여 비등간격 데이터를 등간격 데이터로 변환하고,
변환된 등간격 데이터를 기초로 방전을 식별하는 것을 특징으로 하는 초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 모터제어반.
A motor control panel equipped with an ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system for diagnosing a discharge state of an arc or a corona of a housing including a motor control board,
A sensor unit including a plurality of ultrasonic sensors for detecting ultrasonic waves generated by arc or corona discharge, And
A monitoring unit configured to detect an arc or a corona discharge generated in the facility based on the ultrasonic signal detected by the sensor unit and to control an internal state of the housing in accordance with the detected arc or corona discharge information, Device,
The abnormal presence /
A noise eliminator for removing noise of the ultrasonic signal through an FIR (Finite Impulse Response) filter for the ultrasonic signal; And
And a discharge detector for detecting whether an arc or a corona discharge is generated from the noise-removed ultrasonic signal,
The noise eliminator uses an LF-FIR (Low Frequency FIR) filter and an HF-FIR (High Frequency FIR) filter to remove noise from the ultrasonic signal, and the HF- ] Is obtained by using the following equation,
[Equation 1]
Figure 112014102048251-pat00051

Where h high [n] is the impulse response of the HF-FIR filter, h low [n] is the impulse response of the LF-FIR filter, and n is an integer.
The abnormal presence /
The maximum value of the data is detected as a peak due to discharge within a predetermined range based on the value of F (n) in the next [Expression 3]
[Equation 3]
Figure 112014102048251-pat00052

Here, n is an integer, and d (n) is a differential value of an ultrasonic signal.
N pieces of time values of the detected peaks are configured as R N as shown in the following equation (4)
[Equation 4]
Figure 112014102048251-pat00053

The peak interval value of the discharge is obtained as the difference of the n-th time from the (n + 1) -th time,
The obtained peak interval values are converted into uniform interval data using cubic spline interpolation,
And the discharge is discriminated on the basis of the converted equal interval data. The motor control panel equipped with the ultrasound-based arc and corona discharge monitoring diagnostic system.
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