KR100401594B1 - 고감도 시간 영역, 주파수 영역 자동 선택형 부분방전측정 시스템 - Google Patents

고감도 시간 영역, 주파수 영역 자동 선택형 부분방전측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압 전력 설비의 진단 및 감시를 위한 부분방전 측정시스템에 관한 것으로, 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 주파수 영역만을 자동으로 선택하고 상기 선택된 주파수 영역에서 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 시간 영역만을 자동으로 선택하며 상기와 같이 자동 선택된 시간 영역과 주파수 영역에서 부분방전을 측정함으로서 부분방전 측정의 감도와 신뢰성이 향상되는 부분방전 측정시스템에 관한 것이다.

Description

고감도 시간 영역, 주파수 영역 자동 선택형 부분방전 측정 시스템{Partial discharge measurement system auto-selecting time and frequency domain}
본 발명은 부분방전 센서로부터의 부분방전 신호 및 노이즈 센서로부터의 노이즈 신호를 고속 푸리에 변환에 의하여 주파수 영역의 신호로 변환하고 주파수 영역의 신호 대 노이즈 비를 계산하여 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 주파수 영역만을 자동으로 선택하고 상기 선택된 주파수 영역의 모든 시간 영역에서 실시간으로 신호 대 노이즈 비를 계산하여 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 시간 영역만을 자동으로 선택하며 상기와 같이 자동 선택된 시간 영역과 주파수 영역에서 부분방전을 측정하도록 구성되어 신호 대 노이즈 비가 높은 주파수 영역과 시간 영역에서 부분방전을 측정함으로서 부분방전 측정의 감도와 신뢰성이 향상되는 부분방전 측정시스템에 관한 것이다.
종래의 측정시스템은 시간 영역에 대한 고려없이 일반적으로 신호 대 노이즈 비가 높다고 알려진 주파수 영역을 고정하여 부분방전을 측정하는 것으로서 부분방전 측정의 감도와 신뢰성이 낮다는 문제점이 있다.
따라서 상기한 문제점을 해결하려면 관련 전문가가 노이즈의 주파수 영역을 측정하여 신호 대 노이즈 비를 계산하고 그 계산 결과에 의거하여 측정 주파수 영역을 고정하는 튜닝 작업을 거쳐야 하므로 부분방전 측정 작업이 번거롭고 많은 비용이 소요된다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 노이즈 센서부 및 부분방전 센서부와 상기 센서부로부터의 신호들을 증폭하는 프리 앰프와 상기 증폭된 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 고속 푸리에 변환 연산부와 상기 주파수 영역의 신호로 신호 대 노이즈 비를 계산하는 계산부와 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 주파수 영역을 선택하는 주파수 영역 비교부와 상기 선택된 주파수 영역의 모든 시간 영역에서 신호 대 노이즈 비를 계산하고 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 시간 영역을 선택하여 제어 신호를 발생하는 시간 영역 비교부와 상기 제어 신호에 따라 초고속으로 스위칭하여 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 부분방전 신호만을 전송하는 스위칭 회로부와 전송된 부분방전 신호의 파형을 저장 판독하는 저장. 판독부와 부분방전 신호의 데이터를 디스플레이하고 처리하는 컴퓨터로 구성하며, 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 주파수 영역만을 자동으로 선택하고 상기 선택된 주파수 영역에서 신호 대 노이즈 비가 높은 시간 영역만을 자동으로 선택하며 상기와 같이 선택된 시간 영역과 주파수 영역에서 부분방전을 측정함으로서 전력설비의 부분방전 측정의 감도와 신뢰성을 향상시키며 측정 작업의 편의성과 경제성이 우수한 부분방전 측정시스템을 제공하는데 있다.
부분방전 신호의 주파수 특성이 알려지고 전력케이블 및 그 부속재, 변압기 등의 옥외 전력설비의 부분방전 측정이 현실화되면서 옥외 노이즈의 주파수 특성이 중요한 변수로 작용하는데, 1 ㎒ 이하인 종래의 측정 주파수 영역에서는 신호 대 노이즈 비가 작게 나타나는 특성이 있으므로, 본 발명에서는 측정 감도를 향상시키기 위해 신호 대 노이즈 비가 높은 1 ∼ 100 ㎒ 의 주파수 영역에서 부분방전 측정 실시를 원칙으로 한다.
도 1은 본 발명의 부분방전 측정 시스템의 블록도
본 발명은 전력 설비의 부분방전을 측정하는 부분방전 센서부(1)와, 전력 설비 주변의 노이즈를 측정하는 노이즈 센서부(2)와, 상기 부분방전 센서부(1) 및 노이즈 센서부(2)와 각각 연결되어 상기 센서부(1, 2)로부터 전송된 신호를 일정한 증폭률로 각각 증폭하는 프리 앰프(3a, 3b)와, 상기 프리 앰프(3a, 3b)와 각각 연결되어 증폭된 부분방전 신호 및 노이즈 신호를 각각 주파수 영역의 신호로 변환하는 고속 푸리에 변환 연산부(4a, 4b)와, 상기 고속 푸리에 변환 연산부(4a, 4b)에서 주파수 영역의 신호로 변환된 부분방전 신호 및 노이즈 신호에 의하여 신호 대 노이즈 비(S/N 비)를 계산하는 신호 대 노이즈 비 계산부(5)와, 상기 신호 대 노이즈 비 계산부(5)에서 계산된 신호 대 노이즈 비를 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비와 비교하여 상기 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 주파수 영역만을 선택하는 주파수 영역 비교부(6)와, 상기 주파수 영역 비교부(6)에서 선택된 주파수 영역의 모든 시간 영역에서 실시간으로 신호 대 노이즈 비를 계산하고 기준 레벨이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 시간 영역만을 선택하여 제어 신호를 발생하는 시간 영역 비교부(7)와, 상기 시간 영역 비교부(7)에서의 제어 신호에 따라 스위칭하여 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 부분방전 신호만을 전송하는 스위칭 회로부(8)와, 상기 스위칭 회로부(8)에서 전송된 부분방전 신호의 파형을 저장하고 판독하는 파형 저장. 판독부(9)와, 상기 파형 저장. 판독부(9)에서 저장. 판독된 부분방전 신호의 데이터를 디스플레이하고 처리하는 컴퓨터(10)로 구성된다.
도면과 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 고감도 시간 영역, 주파수 영역 자동 선택형 부분방전 측정 시스템의 블록도이다.
부분방전 센서부(1)는 전력 설비의 부분방전을 측정하는 초음파 센서 및 고주파 측정 센서와 부분방전의 측정치를 부분방전 신호로 변환하여 전송하는 변류기로 이루어지며, 측정된 부분방전 신호를 프리 앰프(3a)로 전송하도록 형성된다.
노이즈 센서부(2)는 전력 설비 주변의 노이즈를 측정하는 각종 안테나와 노이즈의 측정치를 노이즈 신호로 변환하여 전송하는 변류기로 이루어지며, 측정된 노이즈 신호를 프리 앰프(3b)로 전송하도록 형성된다.
프리 앰프(3a)는 부분방전 센서부(1)와 연결되어 상기 부분방전 센서부(1)에서 전송된 부분방전 신호를 일정한 증폭률로 증폭하여 고속 푸리에 변환 연산부(4a) 및 시간 영역 비교부(7)로 전송하는 주파수 1 ∼ 100 ㎒ 범위의 광대역 앰프이다. 상기 프리 앰프(3a)는 주파수 영역 비교부(6)로부터 전송된 부분방전 신호의 측정 주파수 영역을 고정하는 제어 신호에 따라 부분방전 신호의 측정 주파수 영역을 조절할 수 있으며, 컴퓨터(10)로부터 전송된 기준 레벨의 앰프의 증폭률 데이터에 따라 부분방전 신호의 증폭률을 조절할 수 있도록 형성된다.
프리 앰프(3b)는 노이즈 센서부(2)와 연결되어 상기 노이즈 센서부(2)로부터 전송된 노이즈 신호를 일정한 증폭률로 증폭하여 고속 푸리에 변환 연산부(4b) 및 시간 영역 비교부(7)로 전송하는 주파수 1 ∼ 100 ㎒ 범위의 광대역 앰프이다. 상기 프리 앰프(3b)는 주파수 영역 비교부(6)로부터 전송된 노이즈 신호의 측정 주파수 영역을 고정하는 제어 신호에 따라 노이즈 신호의 측정 주파수 영역을 조절할 수 있으며, 컴퓨터(10)로부터 전송된 기준 레벨의 앰프의 증폭률 데이터에 따라 노이즈 신호의 증폭률을 조절할 수 있도록 형성된다.
고속 푸리에 변환 연산부(4a)는 상기 프리 앰프(3a)에서 증폭되어 전송된 부분방전 신호를 실시간으로 주파수 영역의 부분방전 신호로 변환하고, 변환된 주파수 영역의 부분방전 신호를 신호 대 노이즈 비 계산부(5)로 전송하도록 형성된다.
고속 푸리에 변환 연산부(4b)는 프리 앰프(3b)에서 증폭되어 전송된 노이즈 신호를 실시간으로 주파수 영역의 노이즈 신호로 변환하고, 변환된 주파수 영역의 노이즈 신호를 신호 대 노이즈 비 계산부(5)로 전송하도록 형성된다.
신호 대 노이즈 비 계산부(5)는 고속 푸리에 변환 연산부(4a)에서 주파수 영역의 신호로 변환된 부분방전 신호와, 고속 푸리에 변환 연산부(4b)에서 주파수 영역의 신호로 변환된 노이즈 신호에 의거하여 신호 대 노이즈 비를 계산하며, 계산된 신호 대 노이즈 비를 주파수 영역 비교부(6)로 전송하도록 형성된다.
주파수 영역 비교부(6)는 상기 신호 대 노이즈 비 계산부(5)에서 계산된 신호 대 노이즈 비와 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비를 비교하여 상기 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 주파수 영역만을 자동으로 선택하며, 선택된 주파수 영역을 시간 영역 비교부(7)로 전송하도록 형성된다. 아울러 부분방전 신호의 측정 주파수 영역을 고정하는 제어 신호를 프리 앰프(3a)로 전송하며, 노이즈 신호의 측정 주파수 영역을 고정하는 제어 신호를 다른 프리 앰프(3b)로 전송하도록 형성된다.
시간 영역 비교부(7)는 상기 주파수 영역 비교부(6)에서 자동으로 선택된 주파수 영역을 모든 시간 영역에서 실시간으로 신호 대 노이즈 비를 계산하고 계산된 신호 대 노이즈 비와 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비를 비교하여 상기 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 시간 영역만을 자동으로 선택하여 제어 신호를 발생하며, 상기 제어 신호를 스위칭 회로부(8)로 전송하도록 형성된다. 또한 프리 앰프(3a)로부터 전송된 부분방전 신호 및 프리 앰프(3b)로부터 전송된 노이즈 신호를 받아서 스위칭 회로부(8)로 전송하도록 형성된다.
스위칭 회로부(8)는 상기 시간 영역 비교부(7)로부터 전송된 제어 신호에 따라 스위칭 타임 수십 ∼ 수백 ㎱ 의 초고속으로 스위칭하므로서 프리 앰프(3a)로부터 상기 시간 영역 비교부(7)를 거쳐 전송된 부분방전 신호중에서 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 주파수 영역과 시간 영역의 부분방전 신호만을 파형 저장. 판독부(9)로 전송하도록 형성된다.
파형 저장. 판독부(9)는 상기 스위칭 회로부(8)로부터 전송된 부분방전 신호의 파형을 저장하고 부분방전량, 방전 개수, 방전 위상 등을 판독하며, 판독된 부분방전 신호의 데이터를 컴퓨터(10)로 전송하도록 형성된다.
컴퓨터(10)는 상기 파형 저장. 판독부(9)에서 전송된 부분방전 신호의 데이터를 모니터 등의 디스플레이 장치에서 디스플레이하고 관련된 프로그램에서 처리하도록 형성된다. 컴퓨터(10)에는 설정된 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비를 입력할 수 있도록 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비를 입력하는 프로그램을 형성하며, 입력된 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비를 주파수 영역 비교부(6) 및 시간 영역 비교부(7)로 전송하도록 형성된다. 또한 설정된 기준 레벨의 앰프의 증폭률 데이터를 프리 앰프(3a, 3b)로 각각 전송하도록 형성된다.
기준 레벨의 신호 대 노이즈 비 및 기준 레벨의 앰프의 증폭률 데이터를 설정하고 컴퓨터(10)에 상기 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비 및 기준 레벨의 앰프의 증폭률 데이터를 입력한다. 입력된 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비는 주파수 영역 비교부(6) 및 시간 영역 비교부(7)로 전송되고, 기준 레벨의 앰프의 증폭률 데이터는 프리 앰프(3a, 3b)로 각각 전송된다.
부분방전 센서부(1)에서 측정된 부분방전 신호 및 노이즈 센서부(2)에서 측정된 노이즈 신호는 프리 앰프(3a, 3b)에서 각각 일정한 증폭률로 증폭되어 고속 푸리에 변환 연산부(4a, 4b) 및 시간 영역 비교부(7)로 각각 전송된다. 상기 프리 앰프(3a, 3b)에서 각각 증폭된 부분방전 신호 및 노이즈 신호는 고속 푸리에 변환 연산부(4a, 4b)에서 각각 주파수 영역의 부분방전 신호 및 노이즈 신호로 변환되어 신호 대 노이즈 비 계산부(5)로 전송된다. 상기 고속 푸리에 변환 연산부(4a, 4b)에서 각각 주파수 영역으로 변환된 부분방전 신호 및 노이즈 신호에 의하여 신호 대 노이즈 비 계산부(5)에서 신호 대 노이즈 비가 계산되고, 계산된 신호 대 노이즈 비는 주파수 영역 비교부(6)로 전송된다. 상기 신호 대 노이즈 비 계산부(5)에서 계산된 신호 대 노이즈 비는 주파수 영역 비교부(6)에서 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비와 비교되어 상기 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 주파수 영역만이 자동으로 선택되고, 선택된 주파수 영역은 시간 영역 비교부(7)로 전송된다. 상기 주파수 영역 비교부(6)에서 선택된 주파수 영역은 시간 영역 비교부(7)에서 모든 시간 영역에 걸쳐 실시간으로 신호 대 노이즈 비가 계산되고, 계산된 신호 대 노이즈 비는 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비와 비교되어 상기 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 시간 영역만이 자동으로 선택되고, 선택된 시간 영역에 의하여 스위칭 회로부(8)를 제어하는 제어 신호가 발생된다. 상기 제어 신호에 따라 스위칭 회로부(8)가 스위칭 타임 수십 ∼ 수백 ㎱ 의 초고속으로 스위칭되므로 프리 앰프(3a)로부터 상기 시간 영역 비교부(7)를 거쳐 전송된 부분방전 신호중에서 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 주파수 영역과 시간 영역의 부분방전 신호만이 파형 저장. 판독부(9)로 전송된다. 상기 스위칭 회로부(8)로부터 전송된 부분방전 신호는 파형 저장. 판독부(9)에서 파형이 저장되고 부분방전량, 방전 개수, 방전 위상 등이 판독되며, 저장. 판독된 부분방전 신호의 데이터는 컴퓨터(10)로 전송된다. 컴퓨터(10)로 전송된 부분방전 신호의 데이터는 모니터 등의 디스플레이 장치에서 디스플레이되고 관련된 프로그램에서 처리된다.
본 발명에 의한 부분방전 측정 시스템은 부분방전 센서 및 노이즈 센서로부터의 신호로 주파수 영역의 신호 대 노이즈 비를 계산하여 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 주파수 영역만을 자동으로 선택하고 선택된 주파수 영역의 모든 시간 영역에서 신호 대 노이즈 비를 계산하여 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 시간 영역만을 자동으로 선택하여 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 시간 영역과 주파수 영역에서 부분방전을 측정하도록 구성되므로 전력설비의 부분방전 측정의 감도와 신뢰성이 대폭 향상되며, 튜닝 작업이 불필요하므로 부분방전 측정 작업의 편의성과 경제성이 우수하다.

Claims (6)

  1. 전력 설비의 부분방전을 측정하는 부분방전 센서부(1)와, 전력 설비 주변의 노이즈를 측정하는 노이즈 센서부(2)와, 상기 부분방전 센서부(1) 및 노이즈 센서부(2)와 각각 연결되어 상기 센서부(1, 2)로부터 전송된 신호를 일정한 증폭률로 각각 증폭하는 프리 앰프(Pre-amp 3a, 3b)와, 상기 프리 앰프(3a, 3b)와 각각 연결되어 증폭된 부분방전 신호 및 노이즈 신호를 각각 주파수 영역의 신호로 변환하는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform) 연산부(4a, 4b)와, 상기 고속 푸리에 변환 연산부(4a, 4b)에서 주파수 영역의 신호로 변환된 부분방전 신호 및 노이즈 신호에 의하여 신호 대 노이즈 비(S/N 비)를 계산하는 신호 대 노이즈 비 계산부(5)와, 상기 신호 대 노이즈 비 계산부(5)에서 계산된 신호 대 노이즈 비를 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비와 비교하여 상기 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 주파수 영역만을 선택하는 주파수 영역 비교부(6)와, 상기 주파수 영역 비교부(6)에서 선택된 주파수 영역의 모든 시간 영역에서 실시간으로 신호 대 노이즈 비를 계산하고 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 시간 영역만을 선택하여 제어 신호를 발생하는 시간 영역 비교부(7)와, 상기 시간 영역 비교부(7)에서의 제어 신호에 따라 스위칭하여 기준 레벨 이상의 신호 대 노이즈 비를 지닌 부분방전 신호만을 전송하는 스위칭 회로부(8)와, 상기 스위칭 회로부(8)에서 전송된 부분방전 신호의 파형을 저장하고 판독하는 파형 저장. 판독부(9)와, 상기 파형 저장. 판독부(9)에서 저장. 판독된 부분방전 신호의 데이터를 디스플레이하고 처리하는 컴퓨터(10)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고감도 시간 영역, 주파수 영역 자동 선택형 부분방전 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 컴퓨터(10)는 설정된 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비를 주파수 영역 비교부(6) 및 시간 영역 비교부(7)로 전송하며, 기준 레벨의 앰프의 증폭률 데이터를 프리 앰프(3a, 3b)로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고감도 시간 영역, 주파수 영역 자동 선택형 부분방전 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 컴퓨터(10)는 기준 레벨의 신호 대 노이즈 비를 입력하는 프로그램을 형성하는 것을 특징으로 하는 고감도 시간 영역, 주파수 영역 자동 선택형 부분방전 측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 주파수 영역 비교부(6)는 프리 앰프(3a, 3b)로 측정 신호의 주파수 영역을 고정하는 제어 신호를 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고감도 시간 영역, 주파수 영역 자동 선택형 부분방전 측정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 프리 앰프(3a)는 주파수 영역 비교부(6)로부터 전송된 부분방전 신호의 측정 주파수 영역을 고정하는 제어 신호에 의하여 부분방전 신호의 측정 주파수 영역을 조절하며, 컴퓨터(10)로부터 전송된 기준 레벨의 앰프의 증폭률 데이터에 의하여 부분 방전 신호의 증폭률을 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고감도 시간 영역, 주파수 영역 자동 선택형 부분방전 측정 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 프리 앰프(3b)는 주파수 영역 비교부(6)로부터 전송된 노이즈 신호의 측정 주파수 영역을 고정하는 제어 신호에 의하여 노이즈 신호의 측정 주파수 영역을 조절하며, 컴퓨터(10)로부터 전송된 기준 레벨의 앰프의 증폭률 데이터에 의하여 노이즈 신호의 증폭률을 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고감도 시간 영역, 주파수 영역 자동 선택형 부분방전 측정 시스템.
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