KR101791421B1 - Partial discharge diagnosis system and method by detection of ultrasonic signal - Google Patents
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Abstract
본 실시예는 배전반을 비롯한 전력 설비의 감시 대상체로부터 발생된 부분 방전을 초음파 신호로 변환하는 초음파 센서와, 변환된 초음파 신호를 증폭하여 부분 방전 증폭 신호를 생성하는 프리앰프와, 생성된 부분 방전 증폭 신호로부터 40kHZ 중심 주파수와 그 주변의 38kHZ의 주파수를 추출하는 밴드패스 증폭기와, 추출된 40kHZ의 중심 주파수와 상기 38kHZ의 주파수를 곱하여 하나의 부분 방전 감지 신호를 생성하는 승수기 및 상기 생성된 부분 방전 감지 신호를 음성 신호로 변환하여 출력하는 음성 변환기를 포함한다.
이에, 본 실시예는 부분 방전으로부터 발생된 초음파 신호를 주파수 응답 특성이 좋은 신호로 변환하기 위해서 필터 및 증폭회로를 설계하고, 이를 디지털 신호 처리 기술을 이용하여 보다 정확하고 신속하게 부분 방전 유무를 판단함으로써 배전반을 비롯한 전력 설비의 부분 방전에 의해 절연 파괴에 의한 고장 및 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.The present embodiment includes an ultrasonic sensor for converting a partial discharge generated from a monitoring object of a power facility including an electric distribution panel into an ultrasonic signal, a preamplifier for amplifying the converted ultrasonic signal to generate a partial discharge amplified signal, A band pass amplifier for extracting a center frequency of 40 kHz from the signal and a frequency of 38 kHz therearound; a multiplier for multiplying the extracted center frequency of 40 kHz by the frequency of 38 kHz to generate a partial discharge sense signal; And a voice converter for converting the detection signal into a voice signal and outputting the voice signal.
Therefore, in this embodiment, a filter and an amplifier circuit are designed to convert an ultrasonic signal generated from a partial discharge into a signal having a good frequency response characteristic, and the digital signal processing technology is used to judge whether a partial discharge is more accurately and quickly Thereby preventing breakdown and accident caused by dielectric breakdown by partial discharge of electric power facilities including the switchboard.
Description
본 실시예는 부분 방전 감시 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변압기, 개폐기, 차단기, 변성기, 부스바와 배전반을 비롯한 분전반, 모터 제어반에 대하여 부분 방전의 초음파 신호를 검출하여 진단하기 위한 부분 방전 감시 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a system and method for detecting and diagnosing partial discharge ultrasound signals for a transformer, a switch, a breaker, a transformer, a distribution board including a busbar and a switchboard, To a discharge monitoring diagnostic system and method.
초음파 감지는 전력 설비의 열화에 의해 절연이 파괴되기 직전에 부분방전이나 아크 방전이 발생할 때, 고유의 초음파를 방출하는 현상에 의거하여 부분 방전 및 아크 방전을 진단한다. 초음파 방출 감지의 주요 이점은 다중 위치에서 센서 신호를 검출하여 위치 정보를 얻을 수 있으며, 전자파 간섭(EMI)에 전기적인 면역성을 갖는다.Ultrasonic detection diagnoses partial discharge and arc discharge based on the phenomenon that the ultrasonic wave is emitted when partial discharge or arc discharge occurs immediately before the insulation is destroyed by the deterioration of electric power facilities. The main advantage of ultrasonic emission detection is that it can obtain position information by detecting sensor signals at multiple locations and has electrical immunity to electromagnetic interference (EMI).
초음파 신호에 있어서 신호 대 노이즈 비율(SNR)의 더 좋은 신호가 오 경보 발생의 비율을 낮추기 때문에 이러한 EMI에 대한 면역성은 실시간의 부분방전 감지에 있어서 이상적인 초음파 감지 조건을 형성한다.Because the better signal of the signal-to-noise ratio (SNR) in an ultrasonic signal lowers the rate of false alarms, this immunity to EMI forms an ideal sonic detection condition in real-time partial discharge detection.
일반적으로서, 부분방전은 수배전 설비와 같은 전력 설비의 어느 한 부분에 생기는 방전을 총칭하는 것으로서, 전극의 첨단 부근에 생기는 코로나 방전, 절연물의 표면을 따라서 생기는 연면 방전, 절연물 내의 공극에 생기는 보이드 방전, 그리고 접촉 불량에 의한 아크 방전 등을 들 수 있다.Generally, the partial discharge is a collective term for a discharge occurring in any part of a power facility such as a water distribution facility, and includes a corona discharge near the tip of the electrode, a surface discharge occurring along the surface of the insulating material, , And arc discharge due to contact failure.
이와 같이, 배전반 등의 전력 설비 등에서 부분 방전이 발생될 때, 부분 방전의 크기가 대부분 작기 때문에 부분 방전이 발생되는 위치를 정확하게 알 수 없고, 부분 방전을 발견하여 제거하는데 어려움이 따른다.Thus, when a partial discharge is generated in an electric power facility such as an electric distribution panel, since the size of the partial discharge is substantially small, the position where the partial discharge is generated can not be accurately known and it is difficult to find and remove the partial discharge.
이러한 부분 방전을 검출하기 위하여, 종래에는 다양한 기술들이 개발되었다. 예를 들면, 초음파 검출, 전기적인 검출 및 화학적 검출 등이 개발되었다.Various techniques have been developed in the past to detect such partial discharges. For example, ultrasonic detection, electrical detection, and chemical detection have been developed.
이중에서, 초음파 검출에 대한 대표적인 예로서, 2012년 06월 20일자로 공개된 한국공개특허 제2012-0064797호에서 초음파 센서를 이용한 초고압 설비 부분방전 진단 장치를 개시하였다.As a representative example of ultrasonic wave detection, Korean Unexamined Patent Publication No. 2002-0064797, published on June 20, 2012, discloses a partial discharge diagnosis apparatus for an ultra-high pressure facility using an ultrasonic sensor.
상기 공개 특허는 초고압 설비에 부착되는 초음파 센서와 상기 초음파 센서의 측정 신호를 인가받아 증폭하며 설정 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시키는 프리 앰프부와 상기 프리 앰프부의 출력을 전달받아 증폭하는 메인 앰프와 상기 메인 앰프의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와 상기 A/D 컨버터의 출력을 전달받아 측정 데이터의 분석을 수행하는 제어부를 구비하는 특징으로 한다.The present invention relates to an ultrasound system including an ultrasonic sensor attached to an ultrahigh pressure equipment, a preamplifier for receiving and amplifying a measurement signal of the ultrasonic sensor and selectively transmitting a signal of a predetermined frequency band, a main amplifier for receiving and amplifying the output of the preamplifier, An A / D converter for converting the output signal of the main amplifier into a digital signal, and a controller for receiving the output of the A / D converter and analyzing measurement data.
그러나, 상기 공개 특허는 측정 데이터를 분석해야하는 과정을 수행하게 되므로, 부분 방전 감지에 많은 시간이 소비되는 문제점을 안고 있으며, 설계 비용이 증가되는 문제점을 안고 있었다.However, since the above-mentioned patent discloses a process of analyzing measurement data, it takes a lot of time to detect a partial discharge, and the design cost is increased.
본 실시예는 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 정확하고, 신속한 부분 방전 검출과 진단을 실시할 수 있는 부분 방전의 초음파 신호를 검출하여 진단하기 위한 부분 방전 감시 진단 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above-described problems, the present embodiment provides a partial discharge monitoring diagnostic system and method for detecting and diagnosing an ultrasonic signal of partial discharge capable of performing accurate and quick partial discharge detection and diagnosis. have.
하나의 실시예에 따르면, 부분 방전의 초음파 신호를 검출하여 진단하기 위한 부분 방전 감시 진단 시스템으로서, 감시 대상체로부터 발생된 부분 방전을 초음파 신호로 변환하는 초음파 센서, 상기 변환된 초음파 신호를 증폭하여 부분 방전 증폭 신호를 생성하는 프리앰프, 상기 생성된 부분 방전 증폭 신호로부터 40kHZ의 중심 주파수와 그 주변의 38kHZ의 주파수를 추출하는 밴드패스 증폭기, 상기 40kHZ의 중심 주파수와 상기 38kHZ의 주파수를 곱하여 하나의 부분 방전 감지 신호를 생성하는 승수기, 및 상기 생성된 부분 방전 감지 신호를 음성 신호로 변환하여 출력하는 음성 변환기를 포함하는 부분 방전의 초음파 신호를 검출하여 진단하기 위한 부분 방전 감시 진단 시스템을 제공한다.According to one embodiment, there is provided a partial discharge monitoring diagnostic system for detecting and diagnosing an ultrasound signal of a partial discharge, comprising: an ultrasonic sensor for converting a partial discharge generated from a monitored object into an ultrasonic signal; A bandpass amplifier for extracting a center frequency of 40 kHz from the generated partial discharge amplified signal and a frequency of 38 kHz in the vicinity thereof, a multiplier for multiplying the center frequency of 40 kHz by the frequency of 38 kHz, A partial discharge monitoring diagnostic system for detecting and diagnosing a partial discharge ultrasound signal including a generator for generating a discharge detection signal and a voice converter for converting the generated partial discharge detection signal into a voice signal and outputting the voice signal.
상기 프리앰프는, CE-step의 프리앰프일 수 있다.The pre-amplifier may be a pre-amplifier of a CE-step.
상기 CE-step의 프리앰프는 R1, R2, RE, C1 및 C2을 설정하는 공통 이미터 증폭기를 이용하여 설계될 수 있다.The CE-step preamplifier can be designed using a common emitter amplifier that sets R 1 , R 2 , R E , C 1, and C 2 .
상기 밴드패스 증폭기는 단일 증폭기 4차 능동필터를 이용하여 상기 중심 주파수 및 주파수를 추출할 수 있다.The bandpass amplifier may extract the center frequency and the frequency using a single amplifier fourth-order active filter.
상기 승수기는 상기 중심 주파수가 입력된 하기의 식을 이용하여 상기 부분 방전 감지 신호를 생성할 수 있다.The multiplier may generate the partial discharge detection signal using the following equation in which the center frequency is input.
상기 초음파 센서는 압전 변환기를 포함한 초음파 변환기를 이용하여 초음파 신호로 변환할 수 있다.The ultrasonic sensor can be converted into an ultrasonic signal by using an ultrasonic transducer including a piezoelectric transducer.
상기 초음파 센서는 압전 센서를 이용하여 상기 초음파 신호로 변환할 수 있다.The ultrasonic sensor can be converted into the ultrasonic signal by using a piezoelectric sensor.
하나의 실시예에 따르면, 부분 방전의 초음파 신호를 검출하여 진단하기 위한 방법으로서, 초음파 센서가 감시 대상체로부터 발생된 부분 방전을 초음파 신호로 변환하는 단계, 상기 변환된 초음파 신호를 프리앰프에서 증폭하여 부분 방전 증폭 신호를 생성하는 단계, 상기 생성된 부분 방전 증폭 신호로부터 40kHZ의 중심 주파수와 그 주변의 38kHZ의 주파수를 밴드패스 증폭기에서 추출하는 단계, 상기 40kHZ의 중심 주파수와 상기 38kHZ의 주파수를 승수기에서 곱하여 하나의 부분 방전 감지 신호를 생성하는 단계, 및 음성 변환기가 상기 생성된 부분 방전 감지 신호를 음성 신호로 변환하여 출력하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.According to one embodiment, there is provided a method of detecting and diagnosing an ultrasound signal of a partial discharge, the method comprising: converting an ultrasound signal generated by a ultrasound sensor into ultrasound signals; amplifying the ultrasound signals by a preamplifier Extracting a center frequency of 40 kHz from the generated partial discharge amplified signal and a frequency of 38 kHz in the vicinity of the central frequency from the generated partial discharge amplified signal by a bandpass amplifier, To generate a partial discharge detection signal, and converting the generated partial discharge detection signal into a voice signal and outputting the partial discharge detection signal.
상기 밴드패스 증폭기에서 추출하는 단계는 단일 증폭기 4차 능동필터를 이용하여 상기 중심 주파수 및 주파수를 추출할 수 있다.The step of extracting from the band-pass amplifier may extract the center frequency and the frequency using a single amplifier fourth-order active filter.
상기 하나의 부분 방전 감지 신호를 생성하는 단계는, 상기 중심 주파수가 입력된 하기의 식을 이용하여 부분 방전 감지 신호를 생성할 수 있다.The generating of the one partial discharge detection signal may generate the partial discharge detection signal using the following equation in which the center frequency is input.
상기 초음파 신호로 변환하는 단계는 압전 변환기를 포함한 초음파 변환기를 이용하여 초음파 신호로 변환할 수 있다.The step of converting into the ultrasound signal may be converted into an ultrasound signal using an ultrasound transducer including a piezoelectric transducer.
상기 초음파 신호로 변환하는 단계는 압전 센서를 이용하여 상기 초음파 신호로 변환할 수 있다.The step of converting into the ultrasonic signal can be converted into the ultrasonic signal using a piezoelectric sensor.
이상과 같이, 본 실시예는 부분 방전으로부터 발생된 초음파 신호를 주파수 응답 특성이 좋은 신호로 변환하기 위해서 필터 및 증폭회로를 설계하고, 이를 디지털 신호 처리 기술을 이용하여 보다 정확하고 신속하게 부분 방전 유무를 판단함으로써 배전반을 비롯한 전력 설비의 부분 방전에 의해 절연 파괴에 의한 고장 및 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.As described above, in this embodiment, a filter and an amplifier circuit are designed so as to convert an ultrasonic signal generated from a partial discharge into a signal having a good frequency response characteristic, and it is possible to more precisely and quickly perform partial discharge It is possible to prevent breakdown and accident caused by insulation breakdown by partial discharge of electric power facilities including the switchboard.
더욱이, 본 실시예는 부분 방전 감지 신호를 음성 신호로 변환함으로써, 전문가가 아니어도 쉽게 부분 방전을 확인할 수 있는 효과가 있다.Furthermore, the present embodiment has the effect of easily confirming the partial discharge even if it is not an expert by converting the partial discharge detection signal into the voice signal.
도 1은 일 실시예에 따른 부분 방전 감시 진단을 위한 부분 방전 감시 진단 시스템의 일례를 간략하게 나타낸 블럭 구성도이다.
도 2는 도 1의 부분 방전의 검출 대상이 되는 감시 대상체의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 12는 부분 방전 감시 진단 시스템의 각 구성을 뒷받침하기 위한 회로 또는 그래프를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 도 1의 초음파 센서에 의해 생성된 초음파 신호의 입력 파형과 도 1의 밴드패스 증폭기에서 추출된 초음파 신호의 출력 파형(FET 결과)을 나타낸 도면이다.
도 14는 도 1의 프리앰프에 대한 이득 특성을 나타낸 그래프이다.
도 15는 도 1의 밴드패스 증폭기에 대한 이득 특성을 나타낸 그래프이다.
도 16은 일 실시예에 따른 부분 방전의 초음파 신호를 검출하여 진단하기 위한 방법의 일례를 나타낸 순서도이다.1 is a block diagram schematically illustrating an example of a partial discharge monitoring diagnostic system for partial discharge monitoring diagnosis according to an embodiment.
Fig. 2 is a diagram showing a configuration of a monitored object to be detected of the partial discharge of Fig. 1; Fig.
FIGS. 3 to 12 are diagrams illustrating a circuit or a graph for supporting each configuration of the partial discharge monitoring diagnostic system.
FIG. 13 is a diagram showing an input waveform of the ultrasonic signal generated by the ultrasonic sensor of FIG. 1 and an output waveform (FET result) of the ultrasonic signal extracted by the bandpass amplifier of FIG.
14 is a graph showing gain characteristics of the preamplifier of FIG.
15 is a graph illustrating gain characteristics of the bandpass amplifier of FIG.
16 is a flowchart showing an example of a method for detecting and diagnosing an ultrasonic signal of a partial discharge according to an embodiment.
이하의 실시예들이 적용된 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.The system to which the following embodiments are applied will be described in more detail with reference to the drawings.
이하의 본 명세서에서 개시되는 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것이지, 이들로 제한하려는 의도는 아니다.It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting.
예를 들면, 실시예에서 개시되는 "포함하다", "구비하다", "가지다" 또는 "이루어지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것으로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비하는 것으로 이해되어야 한다.For example, terms such as " comprising, "" comprising," " having ", or "performed ", as used in the examples, It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes other elements.
또한, 이하의 본 명세서에서 개시되는 실시예들의 설명 및 특허청구범위에 사용되는 단수 표현인 "상기"는 아래위 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현도 포함하는 것으로 이해될 수 있다.It is also to be understood that the singular expression "above " used in the description of the embodiments disclosed in the following specification and claims is intended to include plural representations unless the context clearly dictates otherwise.
이하의 본 명세서에서 개시되는 부분 방전 대신에 아크 방전으로 대체할 수 있다. 이런 경우, 아크 방전도 부분 방전과 마찬가지로 고유의 스펙트럼을 갖는 초음파 신호에 의해서 검출이 가능하므로 주파수 대역을 다르게 하여 필터링함으로써 아크 방전도 검출할 수 있는 구조로 변형 설계될 수 있다.Instead of the partial discharge disclosed in the following description, an arc discharge can be substituted. In this case, since the arc discharge can be detected by an ultrasonic signal having an intrinsic spectrum as in the case of the partial discharge, it can be designed to have a structure capable of detecting arc discharge by filtering with different frequency bands.
이하에서는 부분 방전을 검출하고 감시 진단하기 위한 하드웨어 구성과 방법 관점에 대하여 설명하고자 한다.Hereinafter, the hardware configuration and method view for detecting and monitoring the partial discharge will be described.
<부분 방전 감시 진단 시스템의 예><Example of partial discharge monitoring diagnosis system>
도 1은 일 실시예에 따른 부분 방전 감시 진단을 위한 부분 방전 감시 진단 시스템의 일례를 간략하게 나타낸 블럭 구성도이고, 도 2는 도 1의 부분 방전의 검출 대상이 되는 감시 대상체의 구성을 나타낸 도면이며, 도 3 내지 도 12은 부분 방전 감시 진단 시스템의 각 구성을 뒷받침하기 위한 회로 또는 그래프를 예시적으로 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example of a partial discharge monitoring diagnostic system for partial discharge monitoring diagnosis according to an embodiment. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a monitored object to be a detection target of the partial discharge of FIG. 1 And FIGS. 3 to 12 are diagrams illustrating a circuit or a graph for supporting each configuration of the partial discharge monitoring diagnostic system.
도 2 내지 도 15는 도 1를 설명할 때, 보조적으로 인용하기로 한다.Figs. 2 to 15 will be supplementarily referred to when describing Fig. 1. Fig.
도 1를 참조하면, 일 실시예에 따른 부분 방전 감시 진단 시스템(100)은 초음파 센서(110), 프리앰프(120), 밴드패스 증폭기(130), 승수기(140) 및 음성 변환기(150)를 포함한다.1, a partial discharge monitoring
먼저, 초음파 센서(110)는 감시 대상체에 의해 공중으로 전파되는 광범위하고 유용한 부분 방전을 수신하고, 이를 초음파 신호로 변환하여 초음파 신호를 생성할 수 있다.First, the ultrasonic sensor 110 receives a wide and useful partial discharge propagated to the air by a monitoring object, and converts the partial discharge into an ultrasonic signal to generate an ultrasonic signal.
생성된 초음파 신호는 초음파 센서(110)의 압전 센서를 이용하여 40kHz 중심주파수 대역을 가질 수 있다.The generated ultrasonic signal may have a center frequency band of 40 kHz using the piezoelectric sensor of the ultrasonic sensor 110.
상기 감시 대상체는 배전반, 분전반 및 수배전반과 같은 전력 설비이거나, 접속반과 인버터 및 모터 제어반을 포함한 태양광 발전설비일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 도 2에서와 같이 배전반(10)이 감시 대상체일 경우, 초음파 센서(110)는 배전반(10)의 여러 구성 중 적어도 하나의 주변에 배치되어 부분 방전을 검출할 수 있다.The monitoring target may be a power facility such as an electricity distribution board, a distribution board, and a switchboard, or a photovoltaic power generation facility including a connection panel, an inverter, and a motor control panel. However, it is not limited thereto. For example, when the
여기서, 배전반(10)은 소정 크기의 함체를 형성하기 위한 프레임(1)을 구성하고 있으며, 상기 프레임(1)은 전면 공간과 후면 공간으로 구분하여 전면 공간은 전력 수배전의 디스플레이 및 스위칭 소자를 장착하도록 하고, 상기 후면 공간은 상단 및 하단으로 구분하여 전력 제어 소자의 배치가 중첩되어 있다.The
상기 프레임(1)의 상단은 자동 고장구간 개폐기(AISS : Automatic Section Switch 2), 파워 퓨즈(PF : Power Fuse, 3)가 내설되며, 상기 프레임(1)의 하단으로는 트랜스(TR : Transformer, 4) 및 계기용 변성기(MOF : Metering Out Fit, 5)가 설치된 다. 상기 계기용 변성기(5)에는 변압기 PC/변류기(6)가 내장되어 있다.An upper end of the
또한, 상기 프레임(1)의 전면 공간은 저압 주차단기(ACB : Air Circuit Breaker, 7) 및 배선 차단기(MCCB : Molded Case Circuit Breaker, 8)를 장착하며, 필요에 따라 웹 기반의 무인원방 감시 제어 시스템의 조작 패널이 장착된다.The front space of the
프레임(1)의 내부는 계기용 변성기(5)의 일측 단자로 전력 공급이 이루어지고, 타측으로 파워 퓨즈(3)를 거쳐 피뢰기(L.A) 및 자동 고장구간 개폐기(2)로 연결된다. 상기 계기용 변성기(5)의 또 다른 타측으로 트랜스(4)가 연결되어 1 차측으로 △ 권선을 형성하고 2차측으로 Y 결선을 형성한 후, 저압 주차단기(7)를 거치게 된다.The inside of the
또한, 초음파 센서(110)는 전술한 배전반(10)의 감시 대상체에서 발생된 고체 또는 액체에서 전파된 부분 방전을 수신하고, 이를 초음파 신호로 변환하여 초음파 신호를 생성할 수 있다.The ultrasonic sensor 110 receives the partial discharge propagated in the solid or liquid generated in the monitoring object of the
이러한 초음파 센서(110)는 초음파 변환기일 수 있다. 상기 초음파 변환기는 초음파의 확산이 부분방전(PD)으로부터 초음파를 전파하는 세 가지 기본 방정식(Fubini 방정식, Burgers 방정식, KZK 방정식)의 연속성을 설명하는 매체의 힘과 탄력성의 보존을 결합시켜 초음파 파동의 일반적인 미분 방정식을 형성하는 매체를 이용하여 초음파를 검출할 수 있다. The ultrasonic sensor 110 may be an ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer combines the preservation of the force and elasticity of the medium to describe the continuity of the three basic equations (Fubini equation, Burgers equation, KZK equation) in which the diffusion of ultrasonic waves propagates ultrasonic waves from a partial discharge (PD) Ultrasonic waves can be detected using a medium that forms a general differential equation.
이때, 상기 매체는 압전 변환기일 수 있다. 통상, 부분방전(PD)의 초음파 검출의 문제점은 아주 작은 초음파 압력을 만드는 것이 관건이므로, RMS 초음파 기압이 되기 위해서는 100밀리미터의 1-pC 방전으로부터 0.2Pa이 되고 있으며, 1미터 떨어진 곳에서는 0.02Pa 되기 때문에, 매우 작은 압력을 검출 가능한 압전 변환기를 이용하여, 초음파 센서(110)는 감시 대상체의 부분 방전으로부터 초음파 측정할 수 있다.At this time, the medium may be a piezoelectric transducer. Generally, the problem of ultrasonic detection of a partial discharge (PD) is that it is necessary to make a very small ultrasonic pressure. Therefore, in order to obtain an RMS ultrasonic pressure, it is 0.2 Pa from 1 mm of 1-pC discharge, and 0.02 Pa The ultrasonic sensor 110 can perform ultrasonic measurement from the partial discharge of the object to be monitored by using a piezoelectric transducer capable of detecting a very small pressure.
이러한 압전 변환기는 부분 방전으로부터 측정된 압전 결정체를 사용하여 기계적 에너지(움직임, 압력)를 전기 에너지 변환하여 초음파 신호를 생성할 수 있게 된다.Such a piezoelectric transducer is capable of generating an ultrasonic signal by converting the mechanical energy (motion, pressure) into electric energy using the piezoelectric crystal measured from the partial discharge.
다음으로, 프리앰프(120)는 변환된 초음파 신호를 증폭하여 부분 방전 증폭 신호를 생성할 수 있다.Next, the
부분 방전 증폭 신호를 생성하기 위하여, 프리앰프(120)는 도 3에 도시된 공통 이미터 증폭기를 도 7과 같이 변형하여 초음파 신호를 부분 방전 증폭 신호로 증폭시킬 수 있다.In order to generate the partial discharge amplified signal, the
도 7의 회로는 조절이 가능한 입력 임피던스，높은 증폭도와 낮은 찌그러짐을 가질 수 있다. 이러한 도 7의 회로에 기초가 되는 공통 이미터 증폭기는 도 3 내지 도 6와 같이 나타낼 수 있다.The circuit of Figure 7 may have adjustable input impedance, high amplification and low distortion. The common emitter amplifier based on the circuit of Fig. 7 can be shown in Figs. 3 to 6.
도 3에 도시된 공통 이미터 증폭 회로는 300 오옴 입력 임피던스와 대략 100 신호 이득값을 가지고, 임의의 선택된 값을 갖는 R1, R2, RE, C1 및 C2를 가지며, NPN 트랜지스터 등으로 이루어질 수 있다.The common emitter amplifier circuit shown in FIG. 3 has a 300 ohm input impedance and approximately 100 signal gain values, having R 1 , R 2 , R E , C 1, and C 2 with any selected value, ≪ / RTI >
각 값을 선택하고자, 도 4에 도시된 바와 같이 트랜지스터의 작은 신호 모델을 적용할 수 있다. 도 4의 모델에서, 키르히호프 전압 방정식과 전류 방정식을 적용하여 아래와 같은 결과를 얻을 수 있다.In order to select each value, a small signal model of the transistor can be applied as shown in FIG. In the model of FIG. 4, the following results can be obtained by applying the Kirchhoff voltage equation and the current equation.
사용된 트랜지스터는 2N2222A이며 콜랙터 전류는 데이터 시트를 참고하여 10mA임을 알 수 있었다. The transistor used is 2N2222A and the collector current is 10mA by referring to the data sheet.
식 (1)에서 hje=750Ω이고, hfe=225 이며, hoe=113μＳ일 경우 , Rc의 값은 다음과 같이 주어질 수 있다.If h je = 750 Ω, h fe = 225 and h oe = 113 μS in equation (1), the value of Rc can be given by
식 (2)에서, Rin=300Ω으로 요구된 AC 입력 저항값을 맞추기 위하여 등가 저항을 다음과 같이 설정할 수 있다.In Equation (2), to equalize the required AC input resistance value with Rin = 300Ω, the equivalent resistance can be set as follows.
한편, 요구된 AC 특성을 나타내야 하므로, 공통 이미터 증폭기에 대한 적절한 DC 작동점을 찾아야 한다. 이를 찾기 위하여, 이를 찾기 위하여, 식 (3)에서 도 5 및 도 6(테브난의 등가 회로)를 적용하면, 하기의 식 (4) 및 식 (5)와 같이 Veq 및 Req의 값을 획득할 수 있다.On the other hand, the required AC operating point for the common emitter amplifier must be found, since it must exhibit the required AC characteristics. In order to find this, the values of V eq and R eq are obtained as shown in the following equations (4) and (5) by applying the equations (5) and (6) can do.
식 (4) 및 식 (5)에 근사 값으로 입, 출력 루프에 키르히호프의 전압 법칙을 적용하고, 다음과 같은 식 (6)에 의해 주어진 컬렉터 전류와 CE사이의 전압 값은 Ic ≒ -Ie 및 Vbe=0.65V를 적용하면, 식 (7)과 같은 결과를 얻을 수 있다.Expression voltage between (4) and (5) enter the approximation, the output loop, and applies a voltage law of Kirchhoff, the collector current is given by the following equation (6) and CE is I c ≒ - I e and V be = 0.65 V, the same result as in equation (7) can be obtained.
여기서, Vc의 동작 범위에서 Vce=Vcc/2=9V/2=4.5V로 선택되면, 입력 신호가 공통 이미터 증폭기의 선형 영역 안에서 동작하는 것을 허용할 수 있다.Here, if Vce = Vcc / 2 = 9V / 2 = 4.5V is selected in the operating range of Vc, the input signal can be allowed to operate in the linear region of the common emitter amplifier.
이런 경우, 공통 이미터 증폭기에 9V의 직류 전압이 공급 되고, Vce의 값이 Re=103.6197Ω≒100Ω으로 식 (1)에 적용되면, Vcc은 Veq=1.7084V로 결정될 수 있다. 이에 따라, R1과 R2는 하기의 식 (8)과 식 (9)과 같이 계산될 수 있다.In this case, if a DC voltage of 9 V is supplied to the common emitter amplifier and the value of Vce is applied to Equation (1) with Re = 103.6197?? 100 ?, Vcc can be determined as Veq = 1.7084V. Accordingly, R 1 and R 2 can be calculated by the following equations (8) and (9).
전술한 방법과 같이, C1과 C2 값을 결정할 수 있다. 먼저, C1은 공통 이미터 증폭기의 입력으로부터 DC 전압을 차단하는데 사용되는데, 요구된 주파수 신호는 차단하지 않는다.The values of C 1 and C 2 can be determined in the same manner as described above. First, C 1 is used to block the DC voltage from the input of the common emitter amplifier, but does not block the required frequency signal.
이런 경우, 요구된 주파수는 정확히 40kHz일 수 있다. 이 경우, C1은 입력 저항과 함께 하이 패스 필터가 될 수 있다.In this case, the required frequency may be exactly 40kHz. In this case, C 1 can be a high-pass filter with an input resistance.
원하는 차단 주파수는 40 kHz 이하이므로, C1 값은 fc=1/2πRinC1 =>C1 ≒13nF로 계산될 수 있다.Because the desired cutoff frequency is 40 kHz or less, C 1 value may be calculated as fc = 1 / 2πR in C 1 =>
더욱이, 더 강한 신호를 C1 의 콘덴서로 빠져나가도록 fc의 정의에 의하여 최종적인 회로에서 68nF의 값이 주어지며, 입력 전력의 절반에서 주파수는 Rc 하이패스 필터의 출력으로 전송된다.Furthermore, by definition of fc, a stronger signal is passed to the capacitor of C 1 , giving a value of 68nF in the final circuit, and at half of the input power the frequency is transmitted to the output of the Rc high pass filter.
C2 는 공통 이미터 증폭기에서 가능한 한 큰 증폭을 발생시키기 위하여 사용될 수 있다. 모든 주파수에서 이미터 저항기는 DC조건을 위해 트랜지스터 바이어스를 안정되게 한다.C 2 can be used to generate the largest possible amplification in the common emitter amplifier. At all frequencies, the emitter resistors stabilize the transistor bias for DC conditions.
도 3에 도시된 숏아웃 콘덴서는 약간의 주파수보다 위에 AC신호에 대해서 이미터 저항기로 숏아웃 주파수보다 위에서 잃어버린 AC 이득을 본래 상태로 되돌린다. 도 3에서 100μF값이 적당한 값으로 취할 수 있다.The short-out capacitor shown in FIG. 3 returns the AC gain lost above the short-out frequency to the emitter resistor for the AC signal above some frequency. In Fig. 3, a value of 100 mu F can be taken as an appropriate value.
한편, CE-증폭기를 실현하기 위하여 필요한 계산으로 하기의 식 (10)과 같이 결정될 수 있다.On the other hand, the calculation necessary for realizing the CE-amplifier can be determined as the following equation (10).
다음으로, 밴드패스 증폭기(130)는 전술한 프리앰프(120)에 의해 생성된 부분 방전 증폭 신호로부터 40kHZ 중심 주파수와 그 주변의 38kHZ 주파수를 추출할 수 있다.Next, the bandpass amplifier 130 can extract the center frequency of 40 kHz from the partial discharge amplified signal generated by the
이러한 밴드패스 증폭기(130)는 단일 증폭기 4차 능동필터를 이용하여 상기 중심 주파수 및 주파수를 추출할 수 있다.The band pass amplifier 130 may extract the center frequency and the frequency using a single amplifier fourth-order active filter.
단일 증폭기 4차 능동필터는 도 8 내지 도 11에 도시되었다. 먼저 도 8에 도시된 회로는 피드백 루프를 합성하기 위하여 T 브릿지 네트워크를 사용하여 한 쌍의 complex-conjugate pole을 실현하는 것이다.A single amplifier fourth order active filter is shown in Figures 8-11. First, the circuit shown in FIG. 8 realizes a pair of complex-conjugate poles using a T-bridge network to synthesize a feedback loop.
이것은 가장 단순한 RC 네트워크을 사용하여 실현 할 수 있다. 도 8에 도시된 네트워크는 열린 회로로 b로부터 a까지의 식 (11)과 같은 전달 함수(t(s))를 함께 보여줄 수 있다. 쉽게 나타낸 중요한 다른 하나의 관점은 필터 극은 RC 네트워크의 영점 수와 동일하다 할 수 있다.This can be achieved using the simplest RC network. The network shown in Fig. 8 can show the transfer function t (s) as an equation (11) from b to a in an open circuit together. Another important point that is easily shown is that the filter poles are equal to the number of zeroes in the RC network.
식 (11)의 전달 함수로부터 능동 필터 회로의 다항식의 극은 하기의 식 (12)와 같은 T 브릿지 네트워크의 분자 다항식의 수와 같을 수 있다.From the transfer function of equation (11), the pole of the polynomial of the active filter circuit may be equal to the number of molecular polynomials of the T-bridge network as in equation (12) below.
식 (12)에서 ωo와 Q를 취하면, 식 (12)는 하기의 식 (13)과 같이 리모델링 될 수 있다.Taking ω o and Q in Eq. (12), Eq. (12) can be remodeled as Eq. (13).
식 (13)에서, ωo와 Q가 구성되면, R3=R 및 R4=R/m의 저항과 C1=C2=C의 콘덴서의 부품 선택은 쉬워지며, 상기 식 (13)은 하기의 식 (14)와 같이 다시 나타낼 수 있다.If ω o and Q are constructed in Eq. (13), then the resistance of R 3 = R and R 4 = R / m and the component selection of the capacitor with C 1 = C 2 = C becomes easy, Can be re-expressed as the following equation (14).
여기서, Q값이 주어지고, 식 (14)에서 첫 번째 식은 저항기의 사이에서 비율(m)로 결정되고, 식 (13)의 ωo와 Q의 값은 식 (14)의 시정수 RC를 결정하기 위하여 대체될 수 있다. 이때, C와 R의 값은 임의적으로 선택될 수 있다.Here, given the Q value, the first equation in Eq. (14) is determined as the ratio (m) between the resistors, and the values of ω o and Q in Eq. (13) determine the time constant RC in Eq. (14) Can be replaced. At this time, the values of C and R may be arbitrarily selected.
이를 통해, 피드백 루프가 설계될 때, 입력 신호는 접속될 필요가 있다．그 이유로는 도 9에서와 같이 저항 R4는 2개의 부분으로 나눠지며, 이러한 저항은 R4/α및 R4/(1-α)일 수 있다.This time through, the feedback loop is designed, input signals need to be connected. The reason is becomes a resistance R 4 is divided into two parts, as shown in Figure 9, the resistance is R 4 / α and R 4 / ( 1-a). ≪ / RTI >
이러한 저항의 병렬 등가 저항은 R4이다. 신호가 입력될 때, R4를 선택하는 이유는 회로 마디를 접지에 접속하는 것 대신에 바뀌는 전달 함수에서 폴을 일으키는 것이 없이 입력 전압 소스에 접속 할 수 있기 때문이다.The parallel equivalent resistance of this resistor is R 4 . When a signal is input, the reason for choosing R 4 is to connect the input voltage source without causing a pole in the transfer function that changes instead of connecting the circuit node to ground.
회로 마디의 해석은 도 10에서와 같이 1 내지 9 스텝의 회로 구성으로 이루어지며, X에서 최종적인 스텝, 넘버 9는 스텝 5에서 결정된 값으로 Vx를 대치하면 하기와 같은 식 (15)의 전달 함수를 얻을 수 있다.10, the final step in X, the
식 (15)에서의 방정식은 밴드패스 방정식이며 중심 주파수 이득은 α의 값으로 제어 되며, 예상한 바와 같이, 분모 다항식은 t(s)의 분자 다항식과 동일함을 알 수 있을 것이다. The equation in Eq. (15) is the band-pass equation and the center frequency gain is controlled to the value of α. As expected, the denominator polynomial is identical to the molecular polynomial of t (s).
도 11에 도시된 협대역 필터는 하기의 식 (16)과 같은 순서로 설계되며, 이전의 도 8 내지 도 10보다 더 작으며, Q값은 10으로 설정될 수 있다. 이때, 이득과 Q 요소의 관계는 하기의 식 (17)과 같이 나타낼 수 있다.The narrowband filter shown in Fig. 11 is designed in the following order of Equation (16), which is smaller than the previous Figs. 8 to 10, and the Q value can be set to 10. At this time, the relationship between the gain and the Q factor can be expressed by the following equation (17).
이러한 협대역 필터는 연산 증폭기에 의해 실현될 수 있다. 즉, 식 (18)에서와 같이 Ao는 연산 증폭기의 DC 이득이며 ωb는 3-dB 주파수이며 ω>>ωb는 근사의 관계에 의해 서로 연동되고, ωt로 표시되는 주파수에서 ωt=Aoωb로 주어지며, 이득 │A│가 단일 0dB에 도달하는 것을 알 수 있다.This narrowband filter can be realized by an operational amplifier. That is, as shown in equation (18) A o is the DC gain of the operational amplifier ω b is 3-dB frequency is ω ω >> b are linked to each other by a relationship of approximation, the frequency ω t represented by ω t = A o ω b , and the gain │A│ reaches a single 0 dB.
주파수 ft=ωt/2π는 기존의 연산 증폭기의 데이터 시트에서 보통 규격화된 단일-이득 대역폭을 가리킬 수 있다.The frequency ft = ω t / 2π can indicate a single-gain bandwidth, which is usually normalized in the data sheets of conventional op amps.
이런 경우, ωt=Aoωb을 적용하여 식 (18)을 다시 정리하면 하기의 식 (19)와 같이 나타낼 수 있다.In this case, we can summarize Eq. (18) by applying ω t = A o ω b as shown in the following equation (19).
식 (19)은 협대역 필터에서 사용되는 연산 증폭기를 선택하기 위해 매우 중요하며, 낮은 단일-이득 대역폭은 회로에서 요구되는 증폭을 가지기 위해 허락 되지 않을 수 있다.Equation (19) is crucial for selecting the operational amplifier used in the narrowband filter, and a low single-gain bandwidth may not be allowed to have the amplification required in the circuit.
이런 경우, 본 실시예에서 선택되는 연산 증폭기는 3MHz의 단일-이득 대역폭을 가질 경우, 하기의 식 (20)과 같은 최대의 증폭도를 가질 수 있다.In this case, when the operational amplifier selected in this embodiment has a single-gain bandwidth of 3 MHz, it can have the maximum amplification as shown in the following equation (20).
이에 따라, 일 실시예에 따른 밴드패스 증폭기(130)는 전술한 단일 증폭기 4차 능동필터를 함축한 도 12에서와 같은 회로가 제작될 수 있다. 도 12에 도시된 밴드패스 증폭기(130)는 Deliyannis 필터에 기초한 협대역 증폭기를 나타낸다.Accordingly, the band-pass amplifier 130 according to the embodiment can produce a circuit as shown in FIG. 12 in which the single-amplifier fourth-order active filter described above is implied. The bandpass amplifier 130 shown in FIG. 12 represents a narrowband amplifier based on a Deliyannis filter.
Deliyannis 필터는 연산 증폭기 예컨대 TL074 연산 증폭기에 의거하며, 이 적용에서 Q 인자 및 이득은 10으로 설정될 수 있다.The Deliyannis filter is based on an operational amplifier, such as a TL074 operational amplifier, in which the Q factor and gain can be set to 10.
이러한 설정값은 모든 스텝에서 요구되며, 연산 증폭기는 증폭의 어떤 마진을 가질 뿐이며 통과될 수 없으며, 이 경우 대략 75배로 증폭될 수 있다. 각각의 연산 증폭기의 입력에서 저지 68nF 커패시터를 첨가할 수 있는데, 이것은 인의적으로 조금의 인덕턴스 값도 포함하지 않으며, 고전압과 어떤 연결도 피하기 위하여 존재한다.These settings are required at every step, and the operational amplifier only has some margin of amplification and can not be passed, and can be amplified roughly 75 times in this case. A 68 nF lowpass capacitor can be added at the input of each op amp, which does not include any inductance value in the sense that it exists to avoid any connection with the high voltage.
이와 같이, 본 실시예에서는 전술한 밴드패스 증폭기(130)를 적용함으로써, 부분 방전 증폭 신호로부터 40kHZ 중심 주파수와 그 주변의 38kHZ 주파수를 추출할 수 있다.As described above, in this embodiment, by applying the above-described band-pass amplifier 130, it is possible to extract the center frequency of 40 kHz from the partial discharge amplified signal and the 38 kHz frequency around the central frequency.
다음으로, 승수기(140)는 전술한 밴드패스 증폭기(130)에서 추출된 2개의 신호를 곱하는 회로로서, 예컨대 40kHZ 중심 주파수와 상기 38kHZ 주파수를 곱하여 하나의 부분 방전 감지 신호를 생성할 수 있다.Next, the
예를 들면, 40kHZ 중심 주파수 및 38kHZ 주파수의 두 정현파가 승수기(140)에 입력되는 경우, 두 사인 웨이브 신호(40kHZ 중심 주파수(f1) 및 38kHZ 주파수(f2))를 서로 곱하면, 하기의 식 (21) 또는 식 (22)에서와 같이 정현파(sinθsinρ) 형태인 하나의 부분 방전 감지 신호 또는 구형파(sin(2πf1t)sin(2πf2t)) 형태인 하나의 부분 방전 감지 신호를 획득할 수 있다.For example, when two sinusoidal waves of 40 kHz center frequency and 38 kHz frequency are input to the
마지막으로, 음성 변환기(150)는 승수기(140)에 의해 생성된 부분 방전 감지 신호를 음성 신호로 변환하여 헤드폰과 같은 장치로 출력시킬 수 있다. 이러한 음성 변환기(150)는 저비용이고, 저전압의 특성을 갖는 LM386 음성 증폭기일 수 있다.Finally, the
이에 따라, 감시자는 감시 대상체에서 발생된 부분 방전을 음성 신호로 쉽게 확인함으로써, 부분 방전 상태를 체크할 수 있을 것이다.Accordingly, the observer can easily check the partial discharge generated in the monitored object by the voice signal, thereby checking the partial discharge state.
<초음파 신호의 입력과 출력 파형의 예>≪ Example of input and output waveform of ultrasonic signal >
도 13은 도 1의 초음파 센서에 의해 생성된 초음파 신호의 입력 파형과 도 1의 밴드패스 증폭기에서 추출된 초음파 신호의 출력 파형(FET 결과)을 나타낸 도면이다.FIG. 13 is a diagram showing an input waveform of the ultrasonic signal generated by the ultrasonic sensor of FIG. 1 and an output waveform (FET result) of the ultrasonic signal extracted by the bandpass amplifier of FIG.
도시된 바와 같이, 도 1의 초음파 센서(110)에 의해 획득된 부분 방전의 초음파 신호의 입력 파형(획득 파형)은 76[kHz]～210[kHz]의 주파수 특성과 130[kHz]의 최대 주파수 특성을 가진다. 이런 경우, 도 1의 밴드패스 증폭기(130)에 의해 획득된 초음파 신호의 출력 파형은 필터링된 40[kHz]의 주파수 특성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.As shown in the figure, the input waveform (acquired waveform) of the ultrasonic signal of the partial discharge obtained by the ultrasonic sensor 110 of FIG. 1 has a frequency characteristic of 76 kHz to 210 kHz and a maximum frequency of 130 kHz . In this case, it can be seen that the output waveform of the ultrasonic signal obtained by the band-pass amplifier 130 of FIG. 1 has a filtered frequency characteristic of 40 [kHz].
<주파수 응답 특성의 모의 실험예>≪ Simulation example of frequency response characteristic >
도 14는 도 1의 프리앰프에 대한 이득 특성을 나타낸 그래프이고, 도 15는 도 1의 밴드패스 증폭기에 대한 이득 특성을 나타낸 그래프로서, 도 14 및 도 15의 그래프에 그려진 곡선으로부터 프리앰프(110)와 협대역 밴드패스 증폭기는 이득 면에서 모의 실험 결과 일치한다. 즉, 37kHz와 40kHz에서 최고의 응답 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.FIG. 14 is a graph illustrating gain characteristics of the preamplifier of FIG. 1, FIG. 15 is a graph illustrating gain characteristics of the bandpass amplifier of FIG. 1, ) And the narrowband bandpass amplifier match the simulation results on the gain side. In other words, it has the best response characteristic at 37 kHz and 40 kHz.
도 16은 일 실시예에 따른 부분 방전의 초음파 신호를 검출하여 진단하기 위한 방법의 일례를 나타낸 순서도이다.16 is a flowchart showing an example of a method for detecting and diagnosing an ultrasonic signal of a partial discharge according to an embodiment.
전술한 도 2 내지 도 15는 도 1를 설명할 때, 보조적으로 인용하기로 한다.The above-mentioned Figs. 2 to 15 will be supplementarily referred to when describing Fig.
도 16을 참조하면, 일 실시예에 따른 방법(S100)은 부분 방전 감시 진단 시스템(100)을 통해 배전반의 부분 방전에 대한 초음파 신호를 검출하고 감시 진단하기 위하여, S110 단계 내지 S150 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 16, a method S100 according to an exemplary embodiment includes steps S110 to S150 for detecting and monitoring and diagnosing an ultrasound signal for a partial discharge of a switchboard through a partial discharge monitoring
먼저, S110 단계에서, 초음파 센서(110)는 감시 대상체에 의해 공중으로 전파되는 광범위하고 유용한 부분 방전을 수신하고, 이를 초음파 신호로 변환하여 초음파 신호를 생성할 수 있다.First, in step S110, the ultrasonic sensor 110 receives a wide and useful partial discharge propagated to the air by the monitoring object, and converts the partial discharge into an ultrasonic signal to generate an ultrasonic signal.
생성된 초음파 신호는 초음파 센서(110)의 압전 센서를 이용하여 40kHz 중심주파수 대역을 가질 수 있다.The generated ultrasonic signal may have a center frequency band of 40 kHz using the piezoelectric sensor of the ultrasonic sensor 110.
상기 감시 대상체는 배전반, 분전반 및 수배전반과 같은 전력 설비이거나, 접속반과 인버터 및 모터 제어반을 포함한 태양광 발전설비일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 도 2에서와 같이 배전반(10)이 감시 대상체일 경우, 음샹 방출 센서(110)는 배전반(10)의 여러 구성 중 적어도 하나의 주변에 배치되어 부분 방전을 검출할 수 있다.The monitoring target may be a power facility such as an electricity distribution board, a distribution board, and a switchboard, or a photovoltaic power generation facility including a connection panel, an inverter, and a motor control panel. However, it is not limited thereto. For example, when the
여기서, 배전반(10)은 소정 크기의 함체를 형성하기 위한 프레임(1)을 구성하고 있으며, 상기 프레임(1)은 전면 공간과 후면 공간으로 구분하여 전면 공간은 전력 수배전의 디스플레이 및 스위칭 소자를 장착하도록 하고, 상기 후면 공간은 상단 및 하단으로 구분하여 전력 제어 소자의 배치가 중첩되어 있다.The
상기 프레임(1)의 상단은 자동 고장구간 개폐기(AISS : Automatic Section Switch 2), 파워 퓨즈(PF : Power Fuse, 3)가 내설되며, 상기 프레임(1)의 하단으로는 트랜스(TR : Transformer, 4) 및 계기용 변성기(MOF : Metering Out Fit, 5)가 설치된 다. 상기 계기용 변성기(5)에는 변압기 PC/변류기(6)가 내장되어 있다.An upper end of the
또한, 상기 프레임(1)의 전면 공간은 저압 주차단기(ACB : Air Circuit Breaker, 7) 및 배선 차단기(MCCB : Molded Case Circuit Breaker, 8)를 장착하며, 필요에 따라 웹 기반의 무인원방 감시 제어 시스템의 조작 패널이 장착된다.The front space of the
프레임(1)의 내부는 계기용 변성기(5)의 일측 단자로 전력 공급이 이루어지고, 타측으로 파워 퓨즈(3)를 거쳐 피뢰기(L.A) 및 자동 고장구간 개폐기(2)로 연결된다. 상기 계기용 변성기(5)의 또 다른 타측으로 트랜스(4)가 연결되어 1차측으로 △권선을 형성하고 2차측으로 Y결선을 형성한 후, 저압 주차단기(7)를 거치게 된다.The inside of the
또한, S110 단계에서, 초음파 센서(110)는 전술한 배전반(10)의 감시 대상체에서 발생된 고체 또는 액체에서 전파된 부분 방전을 수신하고, 이를 초음파 신호로 변환하여 초음파 신호를 생성할 수 있다.In addition, in step S110, the ultrasonic sensor 110 receives the partial discharge propagated in the solid or liquid generated in the monitoring object of the
이러한 초음파 센서(110)는 초음파 변환기일 수 있다. 상기 초음파 변환기는 초음파의 확산이 부분방전(PD)으로부터 초음파를 전파하는 세 가지 기본 방정식(Fubini 방정식, Burgers 방정식, KZK 방정식)의 연속성을 설명하는 매체의 힘과 탄력성의 보존을 결합시켜 초음파 파동의 일반적인 미분 방정식을 형성하는 매체를 이용하여 초음파를 검출할 수 있다. The ultrasonic sensor 110 may be an ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer combines the preservation of the force and elasticity of the medium to describe the continuity of the three basic equations (Fubini equation, Burgers equation, KZK equation) in which the diffusion of ultrasonic waves propagates ultrasonic waves from a partial discharge (PD) Ultrasonic waves can be detected using a medium that forms a general differential equation.
이때, 상기 매체는 압전 변환기일 수 있다. 통상, 부분 방전(PD)의 초음파 검출의 문제점은 아주 작은 초음파 압력을 만드는 것이 관건이므로, RMS 초음파 기압이 되기 위해서는 100밀리미터의 1-pC 방전으로부터 0.2Pa이 되고 있으며, 1미터 떨어진 곳에서는 0.02Pa 되기 때문에, 매우 작은 압력을 검출 가능한 압전 변환기를 이용하여, 초음파 센서(110)는 감시 대상체의 부분 방전으로부터 초음파를 측정할 수 있다.At this time, the medium may be a piezoelectric transducer. Generally, the problem of ultrasonic detection of a partial discharge (PD) is that it is necessary to make a very small ultrasonic pressure. Therefore, in order to obtain an RMS ultrasonic pressure, it is 0.2 Pa from 1 mm of 1-pC discharge, and 0.02 Pa The ultrasonic sensor 110 can measure the ultrasonic wave from the partial discharge of the object to be monitored by using the piezoelectric transducer capable of detecting a very small pressure.
이러한 압전 변환기는 부분 방전으로부터 측정된 압전 결정체를 사용하여 기계적 에너지(움직임, 압력)를 전기 에너지 변환하여 초음파 신호를 생성할 수 있게 된다.Such a piezoelectric transducer is capable of generating an ultrasonic signal by converting the mechanical energy (motion, pressure) into electric energy using the piezoelectric crystal measured from the partial discharge.
S120 단계에서, 프리앰프(120)는 변환된 초음파 신호를 증폭하여 부분 방전 증폭 신호를 생성할 수 있다.In step S120, the
부분 방전 증폭 신호를 생성하기 위하여, 프리앰프(120)는 도 3에 도시된 공통 이미터 증폭기를 도 7과 같이 변형하여 초음파 신호를 부분 방전 증폭 신호로 증폭시킬 수 있다.In order to generate the partial discharge amplified signal, the
도 7의 회로는 조절이 가능한 입력 임피던스，높은 증폭도와 낮은 찌그러짐을 가질 수 있다. 이러한 도 7의 회로에 기초가 되는 공통 이미터 증폭기는 도 3 내지 도 6와 같이 나타낼 수 있다.The circuit of Figure 7 may have adjustable input impedance, high amplification and low distortion. The common emitter amplifier based on the circuit of Fig. 7 can be shown in Figs. 3 to 6.
도 3에 도시된 공통 이미터 증폭 회로는 300 오옴 입력 임피던스와 대략 100 신호 이득값을 가지고, 임의의 선택된 값을 갖는 R1, R2, RE, C1 및 C2를 가지며, NPN 트랜지스터 등으로 이루어질 수 있다.The common emitter amplifier circuit shown in FIG. 3 has a 300 ohm input impedance and approximately 100 signal gain values, having R 1 , R 2 , R E , C 1, and C 2 with any selected value, ≪ / RTI >
각 값을 선택하고자, 도 4에 도시된 바와 같이 트랜지스터의 작은 신호 모델을 적용할 수 있다. 도 4의 모델에서, 키르히호프 전압 방정식과 전류 방정식을 적용하여 아래의 식 (23)과 같은 결과를 얻을 수 있다.In order to select each value, a small signal model of the transistor can be applied as shown in FIG. In the model of FIG. 4, the Kirchhoff voltage equation and the current equation can be applied to obtain the following equation (23).
사용된 트랜지스터는 2N2222A이며 콜랙터 전류는 데이터 시트를 참고하여 10mA임을 알 수 있었다. The transistor used is 2N2222A and the collector current is 10mA by referring to the data sheet.
식 (23)에서 hje=750Ω이고, hfe=225 이며, hoe=113μＳ일 경우 , Rc의 값은 다음과 같이 주어질 수 있다.If h je = 750 Ω, h fe = 225 and h oe = 113 μS in equation (23), the value of Rc can be given by
식 (24)에서, Rin=300Ω으로 요구된 AC 입력 저항값을 맞추기 위하여 등가 저항을 다음과 같이 설정할 수 있다.In equation (24), the equivalent resistance can be set as follows to match the required AC input resistance value with Rin = 300Ω.
한편, 요구된 AC 특성을 나타내야 하므로, 공통 이미터 증폭기에 대한 적절한 DC 작동점을 찾아야 한다. 이를 찾기 위하여, 식 (25)에서 도 5 및 도 6(테브난의 등가 회로)를 적용하면, 하기의 식 (26) 및 식 (27)과 같이 Veq 및 Req의 값을 획득할 수 있다.On the other hand, the required AC operating point for the common emitter amplifier must be found, since it must exhibit the required AC characteristics. To find this, the values of V eq and R eq can be obtained as shown in the following equations (26) and (27) by applying the equations (5) and (6)
식 (26) 및 식 (27)에 근사 값으로 입, 출력 루프에 키르히호프의 전압 법칙을 적용하고, 다음과 같은 식 (28)에 의해 주어진 컬렉터 전류와 CE사이의 전압 값은 Ic ≒ -Ie 및 Vbe=0.65V를 적용하면, 식 (29)와 같은 결과를 얻을 수 있다.Expression voltage value between 26 and Expression (27) input to the approximation, the output loop, and applies a voltage law of Kirchhoff, the collector current is given by the following equation (28) and CE is I c ≒ - I e and V be = 0.65 V, the same result as in equation (29) can be obtained.
여기서, Vc의 동작 범위에서 Vce=Vcc/2=9V/2=4.5V로 선택되면, 입력 신호가 공통 이미터 증폭기의 선형 영역 안에서 동작하는 것을 허용할 수 있다.Here, if Vce = Vcc / 2 = 9V / 2 = 4.5V is selected in the operating range of Vc, the input signal can be allowed to operate in the linear region of the common emitter amplifier.
이런 경우, 공통 이미터 증폭기에 9V의 직류 전압이 공급 되고, Vce의 값이 Re=103.6197Ω≒100Ω으로 식 (23)에 적용되면, Vcc은 Veq=1.7084V로 결정될 수 있다. 이에 따라, R1과 R2는 하기의 식 (30)과 식 (31)과 같이 계산될 수 있다.In this case, if a DC voltage of 9 V is supplied to the common emitter amplifier and the value of Vce is applied to equation (23) with Re = 103.6197?? 100 ?, Vcc can be determined as Veq = 1.7084V. Accordingly, R 1 and R 2 can be calculated as the following equations (30) and (31).
전술한 방법과 같이, C1과 C2 값을 결정할 수 있다. 먼저, C1은 공통 이미터 증폭기의 입력으로부터 DC 전압을 차단하는데 사용되는데, 요구된 주파수 신호는 차단하지 않는다.The values of C 1 and C 2 can be determined in the same manner as described above. First, C 1 is used to block the DC voltage from the input of the common emitter amplifier, but does not block the required frequency signal.
이런 경우, 요구된 주파수는 정확히 40kHz일 수 있다. 이 경우, C1은 입력 저항과 함께 하이 패스 필터가 될 수 있다.In this case, the required frequency may be exactly 40kHz. In this case, C 1 can be a high-pass filter with an input resistance.
원하는 차단 주파수는 40 kHz 이하이므로, C1 값은 fc=1/2πRinC1 =>C1 ≒13nF로 계산될 수 있다.Because the desired cutoff frequency is 40 kHz or less, C 1 value may be calculated as fc = 1 / 2πR in C 1 =>
더욱이, 더 강한 신호를 C1 의 콘덴서로 빠져나가도록 fc의 정의에 의하여 최종적인 회로에서 68nF의 값이 주어지며, 입력 전력의 절반에서 주파수는 Rc 하이패스 필터의 출력으로 전송된다.Furthermore, by definition of fc, a stronger signal is passed to the capacitor of C 1 , giving a value of 68nF in the final circuit, and at half of the input power the frequency is transmitted to the output of the Rc high pass filter.
C2 는 공통 이미터 증폭기에서 가능한 한 큰 증폭을 발생시키기 위하여 사용될 수 있다. 모든 주파수에서 이미터 저항기는 DC조건을 위해 트랜지스터 바이어스를 안정되게 한다.C 2 can be used to generate the largest possible amplification in the common emitter amplifier. At all frequencies, the emitter resistors stabilize the transistor bias for DC conditions.
도 3에 도시된 숏아웃 콘덴서는 약간의 주파수보다 위에 AC신호에 대해서 이미터 저항기로 숏아웃 주파수보다 위에서 잃어버린 AC 이득을 본래 상태로 되돌린다. 도 3에서 100μF값이 적당한 값으로 취할 수 있다.The short-out capacitor shown in FIG. 3 returns the AC gain lost above the short-out frequency to the emitter resistor for the AC signal above some frequency. In Fig. 3, a value of 100 mu F can be taken as an appropriate value.
한편, CE-증폭기를 실현하기 위하여 필요한 계산으로 하기의 식 (32)과 같이 결정될 수 있다.On the other hand, the necessary calculation for realizing the CE-amplifier can be determined as the following equation (32).
S130 단계에서, 밴드패스 증폭기(130)는 전술한 프리앰프(120)에 의해 생성된 부분 방전 증폭 신호로부터 40kHZ 중심 주파수와 그 주변의 38kHZ 주파수를 추출할 수 있다.In step S130, the bandpass amplifier 130 can extract the center frequency of 40 kHz from the partial discharge amplified signal generated by the
이러한 밴드패스 증폭기(130)는 단일 증폭기 4차 능동필터를 이용하여 상기 중심 주파수 및 주파수를 추출할 수 있다.The band pass amplifier 130 may extract the center frequency and the frequency using a single amplifier fourth-order active filter.
단일 증폭기 4차 능동필터는 도 8 내지 도 11에 도시되었다. 먼저 도 8에 도시된 회로는 피드백 루프를 합성하기 위하여 T 브릿지 네트워크를 사용하여 한 쌍의 complex-conjugate pole을 실현하는 것이다.A single amplifier fourth order active filter is shown in Figures 8-11. First, the circuit shown in FIG. 8 realizes a pair of complex-conjugate poles using a T-bridge network to synthesize a feedback loop.
이것은 가장 단순한 RC 네트워크을 사용하여 실현 할 수 있다. 도 8에 도시된 네트워크는 열린 회로로 b로부터 a까지의 식 (33)과 같은 전달 함수(t(s))를 함께 보여줄 수 있다. 쉽게 나타낸 중요한 다른 하나의 관점은 필터 극은 RC 네트워크의 영점 수와 동일하다 할 수 있다.This can be achieved using the simplest RC network. The network shown in Fig. 8 can show the transfer function t (s) as an equation (33) from b to a with an open circuit. Another important point that is easily shown is that the filter poles are equal to the number of zeroes in the RC network.
식 (11)의 전달 함수로부터 능동 필터 회로의 다항식의 극은 하기의 식 (34)와 같은 T 브릿지 네트워크의 분자 다항식의 수와 같을 수 있다.From the transfer function of equation (11), the pole of the polynomial of the active filter circuit may be equal to the number of molecular polynomials of the T-bridge network as in equation (34) below.
식 (34)에서 ωo와 Q를 취하면, 식 (34)는 하기의 식 (35)과 같이 리모델링 될 수 있다.If we take ω o and Q in Eq. (34), Eq. (34) can be remodeled as Eq. (35).
식 (35)에서, ωo와 Q가 구성되면, R3=R 및 R4=R/m의 저항과 C1=C2=C의 콘덴서의 부품 선택은 쉬워지며, 상기 식 (35)는 하기의 식 (36)과 같이 다시 나타낼 수 있다.If ω o and Q are constructed in Eq. (35), then the resistance of R 3 = R and R 4 = R / m and the component selection of the capacitor with C 1 = C 2 = C becomes easy, Can be re-expressed as the following equation (36).
여기서, Q값이 주어지고, 식 (36)에서 첫 번째 식은 저항기의 사이에서 비율(m)로 결정되고, 식 (35)의 ωo와 Q의 값은 식 (36)의 시정수 RC를 결정하기 위하여 대체될 수 있다. 이때, C와 R의 값은 임의적으로 선택될 수 있다.Here, the Q value is given, it is determined as the first ratio (m) between the second expression resistor in Equation 36, the values of ω o and Q of formula (35) determines the time constant RC of the formula (36) Can be replaced. At this time, the values of C and R may be arbitrarily selected.
이를 통해, 피드백 루프가 설계될 때, 입력 신호는 접속될 필요가 있다．그 이유로는 도 9에서와 같이 저항 R4는 2개의 부분으로 나눠지며, 이러한 저항은 R4/α및 R4/(1-α)일 수 있다.This time through, the feedback loop is designed, input signals need to be connected. The reason is becomes a resistance R 4 is divided into two parts, as shown in Figure 9, the resistance is R 4 / α and R 4 / ( 1-a). ≪ / RTI >
이러한 저항의 병렬 등가 저항은 R4이다. 신호가 입력될 때, R4를 선택하는 이유는 회로 마디를 접지에 접속하는 것 대신에 바뀌는 전달 함수에서 폴을 일으키는 것이 없이 입력 전압 소스에 접속 할 수 있기 때문이다.The parallel equivalent resistance of this resistor is R 4 . When a signal is input, the reason for choosing R 4 is to connect the input voltage source without causing a pole in the transfer function that changes instead of connecting the circuit node to ground.
회로 마디의 해석은 도 10에서와 같이 1 내지 9 스텝의 회로 구성으로 이루어지며, X에서 최종적인 스텝, 넘버 9는 스텝 5에서 결정된 값으로 Vx를 대치하면 하기와 같은 식 (37)의 전달 함수를 얻을 수 있다.10, the final step in X, the
식 (37)에서의 방정식은 밴드패스 방정식이며 중심 주파수 이득은 α의 값으로 제어 되며, 예상한 바와 같이, 분모 다항식은 t(s)의 분자 다항식과 동일함을 알 수 있을 것이다. The equation in Eq. (37) is the bandpass equation and the center frequency gain is controlled by the value of α. As expected, the denominator polynomial is identical to the molecular polynomial of t (s).
도 11에 도시된 협대역 필터는 하기의 식 (38)과 같은 순서로 설계되며, 이전의 도 8 내지 도 10보다 더 작으며, Q값은 10으로 설정될 수 있다. 이때, 이득과 Q 요소의 관계는 하기의 식 (39)와 같이 나타낼 수 있다.The narrowband filter shown in Fig. 11 is designed in the order of the following equation (38), which is smaller than the previous Figs. 8 to 10, and the Q value can be set to 10. At this time, the relationship between the gain and the Q element can be expressed by the following equation (39).
이러한 협대역 필터는 연산 증폭기에 의해 실현될 수 있다. 즉, 하기의 식 (40)에서와 같이 Ao는 연산 증폭기의 DC 이득이며 ωb는 3-dB 주파수이며 ω>>ωb는 근사의 관계에 의해 서로 연동되고, ωt로 표시되는 주파수에서 ωt=Aoωb로 주어지며, 이득 │A│가 단일 0dB에 도달하는 것을 알 수 있다.This narrowband filter can be realized by an operational amplifier. That is, A o, as shown in equation (40) below is the DC gain of the operational amplifier ω b is 3-dB frequency is ω ω >> b are linked to each other by a relationship of approximation, the frequency represented by ω t ω t = A o ω b , and it can be seen that the gain │A│ reaches a single 0 dB.
주파수 ft=ωt/2π는 기존의 연산 증폭기의 데이터 시트에서 보통 규격화된 단일-이득 대역폭을 가리킬 수 있다.The frequency ft = ω t / 2π can indicate a single-gain bandwidth, which is usually normalized in the data sheets of conventional op amps.
이런 경우, ωt=Aoωb을 적용하여 식 (40)을 다시 정리하면 하기의 식 (41)과 같이 나타낼 수 있다.In this case, we can rearrange equation (40) by applying ω t = A o ω b as shown in the following equation (41).
식 (41)은 협대역 필터에서 사용되는 연산 증폭기를 선택하기 위해 매우 중요하며, 낮은 단일-이득 대역폭은 회로에서 요구되는 증폭을 가지기 위해 허락 되지 않을 수 있다.Equation (41) is crucial for selecting the op amp used in the narrowband filter, and the low single-gain bandwidth may not be allowed to have the amplification required in the circuit.
이런 경우, 본 실시예에서 선택되는 연산 증폭기는 3MHz의 단일-이득 대역폭을 가질 경우, 하기의 식 (42)과 같은 최대의 증폭도를 가질 수 있다.In this case, when the operational amplifier selected in this embodiment has a single-gain bandwidth of 3 MHz, it can have the maximum amplification as shown in Equation (42) below.
이에 따라, S130 단계의 밴드패스 증폭기(130)는 전술한 단일 증폭기 4차 능동필터를 함축한 도 12에서와 같은 회로가 제작될 수 있다. 도 12에 도시된 밴드패스 증폭기(130)는 Deliyannis 필터에 기초한 협대역 증폭기를 나타낸다.Accordingly, the band-pass amplifier 130 in step S130 can produce a circuit as shown in FIG. 12 in which the single-amplifier fourth-order active filter described above is implied. The bandpass amplifier 130 shown in FIG. 12 represents a narrowband amplifier based on a Deliyannis filter.
Deliyannis 필터는 연산 증폭기 예컨대 TL074 연산 증폭기에 의거하며, 이 적용에서 Q 인자 및 이득은 10으로 설정될 수 있다.The Deliyannis filter is based on an operational amplifier, such as a TL074 operational amplifier, in which the Q factor and gain can be set to 10.
이러한 설정값은 모든 스텝에서 요구되며, 연산 증폭기는 증폭의 어떤 마진을 가질 뿐이며 통과될 수 없으며, 이 경우 대략 75배로 증폭될 수 있다. 각각의 연산 증폭기의 입력에서 저지 68nF 커패시터를 첨가할 수 있는데, 이것은 인의적으로 조금의 인덕턴스 값도 포함하지 않으며, 고전압과 어떤 연결도 피하기 위하여 존재한다.These settings are required at every step, and the operational amplifier only has some margin of amplification and can not be passed, and can be amplified roughly 75 times in this case. A 68 nF lowpass capacitor can be added at the input of each op amp, which does not include any inductance value in the sense that it exists to avoid any connection with the high voltage.
이와 같이, 본 실시예에서는 전술한 밴드패스 증폭기(130)를 적용함으로써, 부분 방전 증폭 신호로부터 40kHZ 중심 주파수와 그 주변의 38kHZ 주파수를 추출할 수 있다.As described above, in this embodiment, by applying the above-described band-pass amplifier 130, it is possible to extract the center frequency of 40 kHz from the partial discharge amplified signal and the 38 kHz frequency around the central frequency.
S140 단계에서, 승수기(140)는 전술한 밴드패스 증폭기(130)에서 추출된 2개의 신호를 곱하는 회로로서, 예컨대 40kHZ 중심 주파수와 상기 38kHZ 주파수를 곱하여 하나의 부분 방전 감지 신호를 생성할 수 있다.In step S140, the
예를 들면, 40kHZ 중심 주파수 및 38kHZ 주파수의 두 정현파가 승수기(140)에 입력되는 경우, 두 사인 웨이브 신호(40kHZ 중심 주파수(f1) 및 38kHZ 주파수(f2))를 서로 곱하면, 하기의 식 (43) 또는 식 (44)에서와 같이 정현파(sinθsinρ) 형태인 하나의 부분 방전 감지 신호 또는 구형파(sin(2πf1t)sin(2πf2t)) 형태인 하나의 부분 방전 감지 신호를 획득할 수 있다.For example, when two sinusoidal waves of 40 kHz center frequency and 38 kHz frequency are input to the
마지막으로, S150 단계에서, 음성 변환기(150)는 승수기(140)에 의해 생성된 부분 방전 감지 신호를 음성 신호로 변환하여 헤드폰과 같은 장치로 출력시킬 수 있다. 이러한 음성 변환기(150)는 저비용이고, 저전압의 특성을 갖는 LM386 음성 증폭기일 수 있다.Finally, in step S150, the
이에 따라, 감시자는 감시 대상체에서 발생된 부분 방전을 음성 신호로 쉽게 확인함으로써, 부분 방전 상태를 체크할 수 있을 것이다.Accordingly, the observer can easily check the partial discharge generated in the monitored object by the voice signal, thereby checking the partial discharge state.
이와 같이, 본 실시예는 초음파 센서, 프리앰프, 밴드패스 증폭기, 승수기 및 음성 변환기를 통해 부분 방전으로부터 초음판 신호로 변환하고, 이를 주파수 응답 특성이 좋은 부분 방전 신호로 증폭함으로써, 보다 정확하고 신속한 부분 방전을 검출하도록 도와준다.As described above, the present embodiment converts a partial discharge to a supersonic plate signal through an ultrasonic sensor, a preamplifier, a bandpass amplifier, a winner and a voice converter, and amplifies it by a partial discharge signal having a good frequency response characteristic, And helps to detect rapid partial discharge.
이상에서와 같이, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. You can understand that you can. The embodiments described above are therefore to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.
100 : 부분 방전 감시 진단 시스템 110 : 초음파 센서
120 : 프리앰프 130 : 밴드패스 증폭기
140 : 승수기 150 : 음성 변환기100: Partial discharge monitoring diagnostic system 110: Ultrasonic sensor
120: Preamplifier 130: Bandpass amplifier
140: winner 150: voice converter
Claims (12)
감시 대상체로부터 발생된 부분 방전을 초음파 신호로 변환하는 초음파 센서;
상기 변환된 초음파 신호를 증폭하여 부분 방전 증폭 신호를 생성하는 프리앰프;
상기 생성된 부분 방전 증폭 신호로부터 단일 증폭기 4차 능동필터를 이용하여 40kHZ의 중심 주파수와 그 주변의 38kHZ의 주파수를 추출하는 밴드패스 증폭기;
상기 40kHZ의 중심 주파수와 상기 38kHZ의 주파수를 곱하여 하나의 부분 방전 감지 신호를 생성하는 승수기; 및
상기 생성된 부분 방전 감지 신호를 음성 신호로 변환하여 출력하는 음성 변환기를 포함하고,
상기 승수기는,
상기 중심 주파수가 입력된 수학식 1을 이용하여 상기 부분 방전 감지 신호를 생성하는 부분 방전 감시 진단 시스템.
(수학식 1)
An ultrasonic sensor for converting the partial discharge generated from the monitoring object into an ultrasonic signal;
A preamplifier for amplifying the converted ultrasonic signal to generate a partial discharge amplified signal;
A band pass amplifier for extracting a central frequency of 40 kHz from the generated partial discharge amplified signal using a single amplifier fourth order active filter and a frequency of 38 kHz around the center frequency;
A multiplier for multiplying the center frequency of 40 kHz by the frequency of 38 kHz to generate a partial discharge detection signal; And
And a voice converter for converting the generated partial discharge detection signal into a voice signal and outputting the voice signal,
The multiplier
Wherein the partial discharge detection signal is generated using Equation (1) in which the center frequency is input.
(1)
상기 프리앰프는, CE-step의 프리앰프인 것인 부분 방전 감시 진단 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the preamplifier is a CE-step preamplifier.
상기 CE-step의 프리앰프는,
R1, R2, RE, C1 및 C2을 설정하는 공통 이미터 증폭기를 이용하여 설계되는 부분 방전 감시 진단 시스템.3. The method of claim 2,
The pre-amplifier of the CE-
A partial discharge monitoring diagnostic system designed using a common emitter amplifier that sets R 1 , R 2 , R E , C 1, and C 2 .
상기 초음파 센서는, 압전 변환기를 포함한 초음파 변환기를 이용하여 초음파 신호로 변환하는 부분 방전 감시 진단 시스템.The method according to claim 1,
The ultrasonic sensor is a partial discharge monitoring diagnostic system that converts ultrasonic signals into ultrasound signals using an ultrasonic transducer including a piezoelectric transducer.
상기 초음파 센서는,
압전 센서를 이용하여 상기 초음파 신호로 변환하는 부분 방전 감시 진단 시스템.The method according to claim 1,
The ultrasonic sensor includes:
A partial discharge monitoring diagnostic system for converting into ultrasound signals using a piezoelectric sensor.
초음파 센서가 감시 대상체로부터 발생된 부분 방전을 초음파 신호로 변환하는 단계;
상기 변환된 초음파 신호를 프리앰프에서 증폭하여 부분 방전 증폭 신호를 생성하는 단계;
상기 생성된 부분 방전 증폭 신호로부터 단일 증폭기 4차 능동필터를 이용하여 40kHZ의 중심 주파수와 그 주변의 38kHZ의 주파수를 밴드패스 증폭기에서 추출하는 단계;
상기 40kHZ의 중심 주파수와 상기 38kHZ의 주파수를 승수기에서 곱하여 하나의 부분 방전 감지 신호를 생성하는 단계; 및
음성 변환기가 상기 생성된 부분 방전 감지 신호를 음성 신호로 변환하여 출력하는 단계를 포함하고,
상기 하나의 부분 방전 감지 신호를 생성하는 단계는,
상기 중심 주파수가 입력된 수학식 2를 이용하여 부분 방전 감지 신호를 생성하는 방법.
(수학식 2)
Converting the partial discharge generated from the object to be monitored into an ultrasonic signal by the ultrasonic sensor;
Amplifying the converted ultrasound signal in a preamplifier to generate a partial discharge amplified signal;
Extracting a center frequency of 40 kHz and a frequency of 38 kHz from the generated partial discharge amplified signal using a single amplifier fourth order active filter in a band pass amplifier;
Multiplying the center frequency of 40 kHz and the frequency of 38 kHz by a multiplier to produce a partial discharge sense signal; And
And converting the generated partial discharge detection signal into a voice signal and outputting the voice signal,
Wherein generating the one partial discharge sense signal comprises:
Wherein the partial discharge detection signal is generated using Equation (2) in which the center frequency is input.
(2)
상기 초음파 신호로 변환하는 단계는,
압전 변환기를 포함한 초음파 변환기를 이용하여 초음파 신호로 변환하는 방법.9. The method of claim 8,
The step of converting into the ultrasound signal includes:
A method of converting into an ultrasonic signal using an ultrasonic transducer including a piezoelectric transducer.
상기 초음파 신호로 변환하는 단계는, 압전 센서를 이용하여 상기 초음파 신호로 변환하는 방법.9. The method of claim 8,
And converting the ultrasonic signal into the ultrasonic signal by using a piezoelectric sensor.
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