KR101570506B1 - 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법 - Google Patents

선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101570506B1
KR101570506B1 KR1020140142078A KR20140142078A KR101570506B1 KR 101570506 B1 KR101570506 B1 KR 101570506B1 KR 1020140142078 A KR1020140142078 A KR 1020140142078A KR 20140142078 A KR20140142078 A KR 20140142078A KR 101570506 B1 KR101570506 B1 KR 101570506B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cable
reflected
signal
reference signal
defect
Prior art date
Application number
KR1020140142078A
Other languages
English (en)
Inventor
박진배
신용준
장승진
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
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 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020140142078A priority Critical patent/KR101570506B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101570506B1 publication Critical patent/KR101570506B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/04—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies
    • G01R27/06—Measuring reflection coefficients; Measuring standing-wave ratio
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Locating Faults (AREA)

Abstract

본 발명은 선형 첩 신호(linear chirp signal)가 혼합된 신호를 기준신호로 사용하고, 정규화된 상호 상관함수(normalized cross-correlation)를 이용하여 반사파를 검출하며, 검출된 반사파로부터 위그널 빌 분포를 사용하여 반사파 에너지 크기와 위상 변화를 측정하는 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 비접촉식 커플러 감쇠 특성을 고려한 선형 첩 신호(linear chirp signal)가 혼합된 기준신호를 생성하는 기준신호 생성부와, 케이블에 체결 가능하며, 전자기 유도 현상으로 상기 생성된 기준신호를 검사 대상 케이블에 인가하는 커플러와, 상기 기준신호가 상기 케이블의 임의의 지점에서 반사되어 되돌아온 반사신호를 기준신호와 함께 취득하는 신호 수신부와, 정규화된 시간-주파수 상호 상관함수(time-frequency cross correlation function)를 사용하여 기준신호와 반사신호 간의 위상차를 산출하는 위상차 분석부와, 위그널 빌 분포(wigner-ville distribution)를 사용하여 상기 신호 수신부에서 취득한 기준신호 및 반사신호의 에너지를 분석하여 케이블 자체의 감쇠상수와 결함 지점에서의 반사계수를 산출하는 연산부와, 상기 연산부에서 산출된 감쇠상수 및 반사계수를 기반으로 상기 위상차 분석부에서 산출된 위상차를 통해 케이블 결함 부분의 임피던스를 추정하는 결함 임피던스 추정부를 포함하여 구성되는데 있다.

Description

선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting cable fault location and impedance using linear chirp reflectometry}
본 발명은 케이블 고장 진단 시스템에 관한 것으로, 특히 선형 첩 광반사 측정법(linear chirp reflectometry)을 이용한 활선 상태 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 전기, 전자 배선 시스템은 초고속 인터넷이나 방송 통신 케이블뿐 아니라 항공기나 우주 발사체에 이르기까지 복잡하고 다양하게 쓰이고 있다. 90년대 중반이후 발생한 수차례의 항공기 추락사고의 주원인이 전기 배선의 결함 문제임이 밝혀진 것을 계기로, 정밀 배선 결함 진단 기술의 중요성과 공공에 미치는 파급효과가 중요하게 인식되기 시작하였다.
따라서 이와 같은 도선의 이상유무의 진단과 위치측정 기술, 즉 배선 진단시스템은 현재까지는 일정한 신호를 도선에 전송한 후 반사되는 신호를 분석하여 도선이 이상 유무를 진단하는 반사파 계측법(reflectometry)이 주를 이루고 있다.
상기 반사파 계측법은 시간영역 또는 주파수 영역에서만 이루어지는데, 일정한 신호를 도선에 전송한 후 반사되어 돌아오는 신호를 측정하여, 도선의 단선(open), 단락(short), 불연속점(sidcontinuity) 등의 결함(fault) 유무와 결함 위치, 도선의 특성 임피던스를 측정한다. 그리고 종래의 반사파 계측법은 시간영역 반사파 계측법(TDR: Time Domain Reflectometry), 정상파 반사파 계측법(SWR: Standing Wave Reflectometry) 및 주파수 영역 반사파 계측법(FDR: Frequency Domain Reflectometry) 등으로 요약된다.
상기 각각의 방식들은 모두 물리적인 분해능(resolution)의 한계를 갖고 있으며, 노이즈에 민감하고, 한 영역(domain)에서 신호를 분석한다는 단점을 가지고 있다.
먼저, 상기 시간영역 반사파 계측법(TDR)은 도선에 펄스파를 인가하여 결함부분에 서 반사되어 돌아오는 펄스파의 위상(phase)을 분석하여 결함 상태를 예측하고, 지연시간으로부터 결함 위치를 알아내는 방식이다. 이 방식은 펄스파의 상승시간(rise time)으로부터 분해능의 한계를 가지며, 이러한 한계를 보완하기 위하여 디지털변환시간(time-to-digital conversion) 기법을 도입하고 있지만, 펄스파가 노이즈에 민감하고 또한 시간영역에서만 신호를 분석하기 때문에 신호의 왜곡 발생 시 거리계측 오차율이 커진다는 단점을 가진다.
또한 상기 주파수영역 반사파 계측법(FDR)은 사인파(sinusoidal wave)를 기준신호로 하여 도선의 입사파와 반사파 간의 위상 차이의 직접적인 측정을 통하여 도선의 이상 유무, 거리, 특성 임피던스를 측정하게 된다. 참고로 도선에 어떤 결함이 존재하면 두 신호사이에는 공명현상이 발생한다. 그러나 이 방식은 주파수영역에서만 신호를 분석하여 주파수 소인(sweep) 대역폭에 의해 분해능의 제한을 받으며, 또한 상기 시간영역 반사파 계측법(TDR)과 마찬가지로 노이즈가 존재 시 결함 거리 측정의 정확도가 낮아지는 단점을 가진다.
한편, 상기 정재파 반사파 계측법(SWR)은 사인파(sinusoidal wave)를 도선에 인가하여 입사된 사인파와 반사되는 사인파가 융합되어 정재파(standing wave)를 만들어 낸다. 이 정재파의 피크(peak)와 널(null)로부터 도선의 결함 상태, 거리, 특성 임피던스 등을 측정하는 방식다다. 그러나 이 방식은 주파수 소인(sweep) 대역폭에 의한 분해능의 한계 특징을 보이며, 또한 주파수영역에서만 신호를 분석하고, 노이즈에 민감하여 도선결함 측정의 정확도와 신뢰도가 낮아지는 기술적 문제점을 나타내고 있다.
특히, 기존의 첩 신호를 이용한 임피던스 추정 시스템은 케이블의 종단점에 저항값 R을 연결하여 종단에서 반사된 신호의 크기와 위상 변화 또한 케이블이 길이 정보를 이용하여 임피던스를 추정하였다. 그러나 실제 케이블의 결함은 어느 위치에 발생할 지 예측할 수 없기 때문에 결함 위치에 따른 케이블 자체 감쇠 특성을 보상해줘야 한다. 즉, 케이블의 50m 지점에서 결함이 생겼을 경우와 500m 지점에서 결함이 생겼을 경우 동일한 크기의 결함이어도 케이블 자체 감쇠 특성에 의해 취득된 반사파의 크기는 서로 다르다.
즉, 임피던스 크기는 다음 수학식 1과 같이 추정한다.
Figure 112014100064493-pat00001
이때, 상기
Figure 112014100064493-pat00002
는 로드(load) 인피던스이고, 상기
Figure 112014100064493-pat00003
는 케이블의 특성 임피던스이고, 상기
Figure 112014100064493-pat00004
는 임피던스 변화지점에서의 반사계수이다. 또한 상기
Figure 112014100064493-pat00005
는 인가 신호와 반사 신호의 위상차이며, 시간-주파수 상호분배(cross time frequency distribution) 함수를 통해 추정한다.
그리고 상기
Figure 112014100064493-pat00006
로 정의되며, 상기
Figure 112014100064493-pat00007
로 정의된다.
한편, 상기 임피던스 변화지점에서의 반사계수
Figure 112014100064493-pat00008
는 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014100064493-pat00009
이때, 상기
Figure 112014100064493-pat00010
와
Figure 112014100064493-pat00011
는 각각 입사파와 반사파의 에너지이다. 그리고 상기 반사계수를 구하기 위해서는 케이블 감쇠상수
Figure 112014100064493-pat00012
를 사용하여 케이블 자체에서 감쇠되는 부분을 보정해야 한다.
그리고 상기
Figure 112014100064493-pat00013
로 정의되며, 상기
Figure 112014100064493-pat00014
로 정의된다.
또한, 기존에는 감쇠상수를 측정하기 위해 케이블의 양단을 네트워크 분석기(analyzer)로 연결한 후 s-파라미터(parameter)를 구했으나, 이러한 방법은 활선 상태 케이블에는 적용이 안되는 문제점이 있다. 그리고 네트워크 분석기를 통하여 구한 s-파라미터는 케이블 전체 길이에 대한 감쇠상수 이므로 케이블 중간 지점에 모의한 결함일 경우 결함 지점까지의 감쇠상수는 구할 수 없다는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2004-0005288호 : 시간-주파수 영역 반사파 처리장치 및 방법
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 선형 첩 신호(linear chirp signal)가 혼합된 신호를 기준신호로 사용하고, 정규화된 상호 상관함수(normalized cross-correlation)를 이용하여 반사파를 검출하며, 검출된 반사파로부터 위그널 빌 분포를 사용하여 반사파 에너지 크기와 위상 변화를 측정하는 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치의 특징은 비접촉식 커플러 감쇠 특성을 고려한 선형 첩 신호(linear chirp signal)가 혼합된 기준신호를 생성하는 기준신호 생성부와, 케이블에 체결 가능하며, 전자기 유도 현상으로 상기 생성된 기준신호를 검사 대상 케이블에 인가하는 커플러와, 상기 기준신호가 상기 케이블의 임의의 지점에서 반사되어 되돌아온 반사신호를 기준신호와 함께 취득하는 신호 수신부와, 정규화된 시간-주파수 상호 상관함수(time-frequency cross correlation function)를 사용하여 기준신호와 반사신호 간의 위상차를 산출하는 위상차 분석부와, 위그널 빌 분포(wigner-ville distribution)를 사용하여 상기 신호 수신부에서 취득한 기준신호 및 반사신호의 에너지를 분석하여 케이블 자체의 감쇠상수와 결함 지점에서의 반사계수를 산출하는 연산부와, 상기 연산부에서 산출된 감쇠상수 및 반사계수를 기반으로 상기 위상차 분석부에서 산출된 위상차를 통해 케이블 결함 부분의 임피던스를 추정하는 결함 임피던스 추정부를 포함하여 구성되는데 있다.
바람직하게 상기 반사신호가 반사되는 임의의 지점은 케이블 결함지점 및 케이블 종단지점인 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 연산부는 커플러를 통해 검사 대상 케이블로 기준신호가 인가되면, 케이블 결함 부분에서 반사되어 취득되는 결함 반사파와 검사 대상 케이블의 종단에서 반사되어 취득되는 종단 반사파의 에너지 크기 비교를 통하여 케이블 자체의 감쇠상수를 산출하고, 이렇게 산출된 감쇠상수를 이용하여 결함 지점에서의 반사계수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 방법의 특징은 (A) 기준신호 생성부에서 비접촉식 커플러 감쇠 특성을 고려하여 선형 첩 신호(linear chirp signal)가 혼합된 기준신호를 생성하는 단계와, (B) 상기 생성된 기준신호를 활선 상태 케이블에 체결된 커플러를 통해 검사 대상 케이블에 전자기 유도 현상으로 기준신호를 인가하는 단계와, (C) 상기 생성된 기준신호가 케이블의 임의의 지점에서 반사되어 되돌아온 반사신호를 신호 수신부를 통해 상기 생성된 기준신호와 함께 취득하는 단계와, (D) 연산부를 통해 상기 취득한 반사신호와 기준신호에서 에너지를 검출하고, 위그널 빌 분포(wigner-ville distribution)를 사용하여 각각의 반사신호 및 기준신호의 에너지 크기를 비교 분석하여 케이블 자체의 감쇠상수와 결함 지점에서의 반사계수를 산출하는 단계와, (E) 위상차 분석부를 통해 상기 취득한 반사신호와 기준신호에서 위상을 검출하고, 정규화된 시간-주파수 상호 상관함수(time-frequency cross correlation function)를 사용한 상관정보를 기반으로 기준신호와 반사신호 간의 위상차를 산출하는 단계와, (F) 결함 임피던스 추정부를 통해 상기 산출된 감쇠상수 및 반사계수를 기반으로 상기 산출된 위상차를 통해 케이블 결함부분의 임피던스를 추정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 반사신호는 케이블에 결함이 존재하는 경우에는 케이블 결함 부분에서 반사되어 취득되는 결함 반사파와, 검사 대상 케이블의 종단에서 반사되어 취득되는 종단 반사파를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (D) 단계는 커플러를 통해 검사 대상 케이블로 기준신호가 인가되면, 케이블 결함 부분에서 반사되어 취득되는 결함 반사파와 검사 대상 케이블의 종단에서 반사되어 취득되는 종단 반사파의 에너지 크기 비교를 통하여 케이블 자체의 감쇠상수를 산출하는 단계와, 상기 산출된 감쇠상수를 이용하여 결함 지점에서의 반사계수를 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 활선 상태 진단이 가능하게 됨으로 인해 케이블의 실시간 진단이 가능해질 것이며, 진단을 위해 시스템을 멈추는데 발생하였던 사회적인 비용이 대폭 축소할 수 있다.
둘째, 결함 위치로 인한 감쇠를 보상해주는 알고리즘을 통해 케이블의 결함 위치에 상관없는 위치 및 임피던스를 추정할 수 있어, 이를 이용하여 결함 발생 위치를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
셋째, 케이블의 상태에 기반한 진단 기법으로, 비접촉식 커플러를 이용하여 활선 상태 포설된 케이블에 적용 가능하므로 장기 가동 중인 원전 내 케이블 및 지중 전력구에 포설된 전력 케이블 진단에 활용될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치의 구성을 나타낸 구성도
도 2 는 도 1의 연산부에서 감쇠상수 및 반사계수를 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 발명은 비접촉식 커플러 감쇠 특성을 고려한 선형 첩 신호(linear chirp signal)가 혼합된 기준신호를 생성하는 기준신호 생성부(10)와, 활선 상태 케이블에 체결 가능하며, 전자기 유도 현상으로 상기 생성된 기준신호를 검사 대상 케이블에 인가하는 커플러(20)와, 상기 기준신호가 상기 케이블의 임의의 지점에서 반사되어 되돌아온 반사신호를 기준신호와 함께 취득하는 신호 수신부(30)와, 정규화된 시간-주파수 상호 상관함수(time-frequency cross correlation function)를 사용하여 기준신호와 반사신호 간의 위상차를 산출하는 위상차 분석부(40)와, 위그널 빌 분포(wigner-ville distribution)를 사용하여 상기 신호 수신부(30)에서 취득한 기준신호 및 반사신호의 에너지를 분석하여 케이블 자체의 감쇠상수와 결함 지점에서의 반사계수를 산출하는 연산부(50)와, 상기 연산부(50)에서 산출된 감쇠상수 및 반사계수를 기반으로 상기 위상차 분석부(40)에서 산출된 위상차를 통해 케이블 결함 부분의 임피던스를 추정하는 결함 임피던스 추정부(60)로 구성된다.
이때, 상기 반사신호가 반사되는 임의의 지점은 케이블 결함지점 및 케이블 종단지점을 말한다.
그리고 상기 연산부(50)는 커플러(20)를 통해 검사 대상 케이블로 기준신호가 인가되면, 케이블 결함 부분에서 반사되어 취득되는 결함 반사파와 검사 대상 케이블의 종단에서 반사되어 취득되는 종단 반사파의 에너지 크기 비교를 통하여 케이블 자체의 감쇠상수를 산출한다. 즉, 상기 종단 반사파의 에너지에서 결함 반사파의 에너지를 나누어주면, 검사 대상 케이블의 결함 위치로 인한 감쇠를 보상한 감쇠상수를 도출할 수 있다.
그리고 이렇게 산출된 감쇠상수를 이용하여 이미 공지된 반사계수 수식(수학식 1 참조)을 이용하여 결함 지점에서의 반사계수를 산출할 수 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 커플러(20)를 통해 검사 대상 케이블로 기준신호가 인가되면, 신호 수신부(30)에서는 케이블 결함 부분에서 반사되어 취득되는 결함 반사파(2A[m])의 에너지를 1차적으로 취득하게 된다. 이어 케이블 종단에서 반사되어 취득되는 종단 반사파(2(A+B[m])의 에너지를 2차적으로 취득하게 된다.
상기 결함 반사파의 에너지는 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있으며, 상기 종단 반사파의 에너지는 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014100064493-pat00015
Figure 112014100064493-pat00016
이때, 상기
Figure 112014100064493-pat00017
는 기준신호의 에너지를 나타내며, 상기
Figure 112014100064493-pat00018
는 케이블의 단위길이 당 감쇠상수[db/m]를 나타낸다.
따라서 감쇠상수는 수학식 4에서 나타내고 있는 종단 반사파의 에너지에서 수학식 3에서 나타내고 있는 결함 반사파의 에너지를 나누어주면, 다음 수학식 5와 같이 케이블의 결함 위치로 인한 감쇠를 보상한 감쇠상수를 도출할 수 있다.
Figure 112014100064493-pat00019
그리고 상기 수학식 5에서 도출된 케이블의 결함 위치로 인한 감쇠를 보상한 감쇠상수를 통해 케이블 결함에서의 반사계수를 산출하면 다음 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014100064493-pat00020
이에 따라, 상기 결함 임피던스 추정부(60)는 케이블의 결함 위치로 인한 감쇠를 보상해 주는 감쇠상수를 이용하여 케이블 결함 부분의 임피던스를 추정함에 따라, 케이블의 결함 위치에 상관없이 케이블 결함 부분의 위치 및 임피던스를 추정할 수 있게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1 또는 도 2와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 먼저 기준신호 생성부(10)에서 비접촉식 커플러 감쇠 특성을 고려하여 선형 첩 신호(linear chirp signal)가 혼합된 기준신호를 생성한다(S10).
그리고 이렇게 생성된 기준신호를 활선 상태 케이블에 체결된 커플러(20)를 통해 검사 대상 케이블에 전자기 유도 현상으로 기준신호를 인가한다(S20).
그러면, 신호 수신부(30)는 상기 생성된 기준신호가 케이블의 임의의 지점에서 반사되어 되돌아온 반사신호를 상기 생성된 기준신호와 함께 취득한다(S30). 이때, 상기 반사신호는 케이블에 결함이 존재하는 경우에는 케이블 결함 부분에서 반사되어 취득되는 결함 반사파와, 검사 대상 케이블의 종단에서 반사되어 취득되는 종단 반사파를 각각 취득하게 된다.
이어 연산부(50)는 상기 취득한 반사신호와 기준신호에서 에너지를 검출하고(S40), 위그널 빌 분포(wigner-ville distribution)를 사용하여 각각의 반사신호 및 기준신호의 에너지 크기를 비교 분석한다(S50). 그리고 연산부(50)는 상기 비교 분석을 통하여 케이블 자체의 감쇠상수와 결함 지점에서의 반사계수를 산출한다(S60).
이때, 상기 감쇠상수의 산출은 커플러(20)를 통해 검사 대상 케이블로 기준신호가 인가되면, 케이블 결함 부분에서 반사되어 취득되는 결함 반사파와 검사 대상 케이블의 종단에서 반사되어 취득되는 종단 반사파의 에너지 크기 비교를 통하여 케이블 자체의 감쇠상수를 산출한다. 즉, 상기 종단 반사파의 에너지에서 결함 반사파의 에너지를 나누어주면, 검사 대상 케이블의 결함 위치로 인한 감쇠를 보상한 감쇠상수를 도출할 수 있다.
그리고 상기 반사계수의 산출은 이렇게 산출된 감쇠상수를 이용하여 이미 공지된 반사계수 수식을 이용하여 결함 지점에서의 반사계수를 산출할 수 있다.
한편, 위상차 분석부(40)는 상기 취득한 반사신호와 기준신호에서 위상을 검출하고(S40), 정규화된 시간-주파수 상호 상관함수(time-frequency cross correlation function)를 사용하여 상관정보를 계산하여(S70) 기준신호와 반사신호 간의 위상차를 산출한다(S80).
이어 결함 임피던스 추정부(60)는 에너지 분석을 통하여 케이블의 결함 위치로 인한 감쇠를 보상해 주는 감쇠상수 및 반사계수를 기반으로 상기 산출된 위상차를 통해 케이블 결함부분의 임피던스를 추정한다(S90). 이는 케이블의 결함 위치로 인한 감쇠를 보상하여 케이블 결함 부분의 임피던스를 추정함에 따라, 케이블의 결함 위치에 상관없이 케이블 결함 부분의 위치 및 임피던스를 추정할 수 있게 된다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 비접촉식 커플러 감쇠 특성을 고려한 선형 첩 신호(linear chirp signal)가 혼합된 기준신호를 생성하는 기준신호 생성부와,
    케이블에 체결 가능하며, 전자기 유도 현상으로 상기 생성된 기준신호를 검사 대상 케이블에 인가하는 커플러와,
    상기 기준신호가 상기 케이블의 임의의 지점에서 반사되어 되돌아온 반사신호를 기준신호와 함께 취득하는 신호 수신부와,
    정규화된 시간-주파수 상호 상관함수(time-frequency cross correlation function)를 사용하여 기준신호와 반사신호 간의 위상차를 산출하는 위상차 분석부와,
    위그널 빌 분포(wigner-ville distribution)를 사용하여 상기 신호 수신부에서 취득한 기준신호의 에너지, 결함에서 반사된 신호 에너지, 종단에서 반사된 에너지 및 결함에서 두 번째 반사된 에너지 크기 비율을 이용하여 케이블 자체의 감쇠상수와 결함 지점에서의 반사계수를 산출하는 연산부와,
    상기 연산부에서 산출된 감쇠상수 및 반사계수를 기반으로 상기 위상차 분석부에서 산출된 위상차를 통한 케이블의 거리에 따른 감쇠 오차로 케이블 결함 부분의 임피던스를 추정하는 결함 임피던스 추정부를 포함하여 구성되고,
    이때, 상기 연산부는 커플러를 통해 검사 대상 케이블로 기준신호가 인가되면, 케이블 결함 부분에서 반사되어 취득되는 결함 반사파와 검사 대상 케이블의 종단에서 반사되어 취득되는 종단 반사파의 에너지 크기 비교를 통하여 케이블 자체의 감쇠상수를 산출하고, 이렇게 산출된 감쇠상수를 이용하여 결함 지점에서의 반사계수를 산출하는 것으로, 반사 및 입사 신호의 에너지 크기만으로 케이블 결함 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사신호가 반사되는 임의의 지점은 케이블 결함지점 및 케이블 종단지점인 것을 특징으로 하는 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치.
  3. 삭제
  4. (A) 기준신호 생성부에서 비접촉식 커플러 감쇠 특성을 고려하여 선형 첩 신호(linear chirp signal)가 혼합된 기준신호를 생성하는 단계와,
    (B) 상기 생성된 기준신호를 활선 상태 케이블에 체결된 커플러를 통해 검사 대상 케이블에 전자기 유도 현상으로 기준신호를 인가하는 단계와,
    (C) 상기 생성된 기준신호가 케이블의 임의의 지점에서 반사되어 되돌아온 반사신호를 신호 수신부를 통해 상기 생성된 기준신호와 함께 취득하는 단계와,
    (D) 연산부를 통해 신호 수신부에서 취득한 기준신호의 에너지, 결함에서 반사된 신호 에너지, 종단에서 반사된 에너지 및 결함에서 두 번째 반사된 에너지 크기 비율을 검출하고, 위그널 빌 분포(wigner-ville distribution)를 사용하여 각각의 반사신호 및 기준신호의 에너지 크기를 비교 분석하여 케이블 자체의 감쇠상수와 결함 지점에서의 반사계수를 산출하는 단계와,
    (E) 위상차 분석부를 통해 상기 취득한 반사신호와 기준신호에서 위상을 검출하고, 정규화된 시간-주파수 상호 상관함수(time-frequency cross correlation function)를 사용한 상관정보를 기반으로 기준신호와 반사신호 간의 위상차를 산출하는 단계와,
    (F) 결함 임피던스 추정부를 통해 상기 산출된 감쇠상수 및 반사계수를 기반으로 상기 산출된 위상차를 통한 케이블의 거리에 따른 감쇠 오차로 케이블 결함부분의 임피던스를 추정하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    이때, 상기 (D) 단계는
    커플러를 통해 검사 대상 케이블로 기준신호가 인가되면, 케이블 결함 부분에서 반사되어 취득되는 결함 반사파와 검사 대상 케이블의 종단에서 반사되어 취득되는 종단 반사파의 에너지 크기 비교를 통하여 케이블 자체의 감쇠상수를 산출하는 단계와,
    상기 산출된 감쇠상수를 이용하여 결함 지점에서의 반사계수를 산출하는 단계로서, 반사 및 입사 신호의 에너지 크기만으로 케이블 결함 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사신호는 케이블에 결함이 존재하는 경우에는 케이블 결함 부분에서 반사되어 취득되는 결함 반사파와, 검사 대상 케이블의 종단에서 반사되어 취득되는 종단 반사파를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 방법.
  6. 삭제
KR1020140142078A 2014-10-20 2014-10-20 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법 KR101570506B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140142078A KR101570506B1 (ko) 2014-10-20 2014-10-20 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140142078A KR101570506B1 (ko) 2014-10-20 2014-10-20 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101570506B1 true KR101570506B1 (ko) 2015-11-19

Family

ID=54843531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140142078A KR101570506B1 (ko) 2014-10-20 2014-10-20 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101570506B1 (ko)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3249416A1 (de) * 2016-05-24 2017-11-29 Airbus Defence and Space GmbH Kabelschadendiagnostik
WO2018151932A1 (en) * 2017-02-14 2018-08-23 Medtronic, Inc. Method of confirming safe delivery pathway to patient prior to energy delivery
KR101926995B1 (ko) * 2017-10-24 2018-12-07 한국전력공사 지중케이블 고장위치 탐지 장치 및 그 방법
KR20190019760A (ko) * 2017-08-18 2019-02-27 한국전력공사 반사파 처리 장치
KR102036790B1 (ko) * 2018-09-10 2019-10-25 연세대학교 산학협력단 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템 및 방법
KR102058230B1 (ko) * 2018-08-27 2019-12-20 연세대학교 산학협력단 케이블 고장 예측 장치, 방법 및 시스템
KR102063668B1 (ko) * 2017-09-26 2020-01-09 한국전력공사 지중케이블 길이측정 장치 및 방법
KR102163619B1 (ko) * 2019-07-15 2020-10-08 연세대학교 산학협력단 시간 영역 반사파 계측법 및 일반 회귀 신경망을 이용한 케이블 모델링 시스템 및 방법
US10942210B2 (en) 2016-10-31 2021-03-09 Korea Electric Power Corporation Reflected-wave processing apparatus
US20210231725A1 (en) * 2018-08-16 2021-07-29 General Electric Technology Gmbh Apparatus for monitoring a condition of an electrical power transmisison medium
KR20230065052A (ko) * 2021-11-04 2023-05-11 국방과학연구소 고주파수 대역의 입력파 및 반사파를 이용한 회로 결함 검출 방법 및 장치
CN117310393A (zh) * 2023-11-29 2023-12-29 广东电网有限责任公司 一种电缆局部缺陷检测方法、装置及存储介质

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문1*

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3249416A1 (de) * 2016-05-24 2017-11-29 Airbus Defence and Space GmbH Kabelschadendiagnostik
US10942210B2 (en) 2016-10-31 2021-03-09 Korea Electric Power Corporation Reflected-wave processing apparatus
US10555768B2 (en) 2017-02-14 2020-02-11 Medtronic, Inc. Method of confirming safe delivery pathway to patient prior to energy delivery
WO2018151932A1 (en) * 2017-02-14 2018-08-23 Medtronic, Inc. Method of confirming safe delivery pathway to patient prior to energy delivery
EP3808297A1 (en) * 2017-02-14 2021-04-21 Medtronic, Inc. A system for determining a location within a medical device of a fault in an energy delivery pathway
KR20190019760A (ko) * 2017-08-18 2019-02-27 한국전력공사 반사파 처리 장치
KR101958299B1 (ko) * 2017-08-18 2019-03-15 한국전력공사 반사파 처리 장치
KR102063668B1 (ko) * 2017-09-26 2020-01-09 한국전력공사 지중케이블 길이측정 장치 및 방법
WO2019083144A1 (ko) * 2017-10-24 2019-05-02 한국전력공사 지중케이블 고장위치 탐지 장치 및 그 방법
KR101926995B1 (ko) * 2017-10-24 2018-12-07 한국전력공사 지중케이블 고장위치 탐지 장치 및 그 방법
US11226361B2 (en) 2017-10-24 2022-01-18 Korea Electric Power Corporation Device and method for detecting failure location of underground cable
US11927617B2 (en) * 2018-08-16 2024-03-12 General Electric Technology Gmbh Apparatus for monitoring a condition of an electrical power transmission medium
US20210231725A1 (en) * 2018-08-16 2021-07-29 General Electric Technology Gmbh Apparatus for monitoring a condition of an electrical power transmisison medium
KR102058230B1 (ko) * 2018-08-27 2019-12-20 연세대학교 산학협력단 케이블 고장 예측 장치, 방법 및 시스템
KR102036790B1 (ko) * 2018-09-10 2019-10-25 연세대학교 산학협력단 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템 및 방법
KR102163619B1 (ko) * 2019-07-15 2020-10-08 연세대학교 산학협력단 시간 영역 반사파 계측법 및 일반 회귀 신경망을 이용한 케이블 모델링 시스템 및 방법
KR102627922B1 (ko) 2021-11-04 2024-01-23 국방과학연구소 고주파수 대역의 입력파 및 반사파를 이용한 회로 결함 검출 방법 및 장치
KR20230065052A (ko) * 2021-11-04 2023-05-11 국방과학연구소 고주파수 대역의 입력파 및 반사파를 이용한 회로 결함 검출 방법 및 장치
CN117310393A (zh) * 2023-11-29 2023-12-29 广东电网有限责任公司 一种电缆局部缺陷检测方法、装置及存储介质
CN117310393B (zh) * 2023-11-29 2024-03-08 广东电网有限责任公司 一种电缆局部缺陷检测方法、装置及存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101570506B1 (ko) 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법
US7966137B2 (en) Line resonance analysis system
US10338124B2 (en) Cable fault diagnosis method and system
RU2650717C2 (ru) Способ и система контроля состояния электрических кабелей
KR102014582B1 (ko) 반사파 처리 장치
EP2221626B1 (en) A method for testing a power distribution system an a power distribution system analyser device
KR101213195B1 (ko) 케이블 고장 진단 방법 및 시스템
US9746508B2 (en) Method of measuring the aging of electrical cables
CN110261739B (zh) 一种电缆软故障定位装置及定位方法
KR20180124570A (ko) 케이블 고장점 탐지 신뢰도 측정 시스템 및 방법
EP3563163A1 (en) Travelling wave based method for locating a fault in a transmission line and device therefor
GB2496121A (en) Fault location in a vehicle electrical system by time domain reflectometry
KR101403346B1 (ko) 도선의 결함을 진단하는 방법 및 시스템
KR20130031106A (ko) 누설 전류 진단 장치 및 그 방법
CN112595913B (zh) 一种电缆局部老化检测方法及检测装置
Giaquinto et al. Accuracy analysis in the estimation of ToF of TDR signals
RU2783502C1 (ru) Локационный способ определения места повреждения на линии электропередачи с отпайкой
Jeon et al. Cable fault and assessment using multiple frequency autoencoder regression-based reflectometry
KR101958299B1 (ko) 반사파 처리 장치
Seong et al. Development of a Fault Localization Algorithm Based on SFWR Considering Propagation Velocity Changes with Propagation Distance
Jang et al. Study on measurement method of shield continuity for shielded cable with drain wire
Poluektov et al. Diagnostics of Low-Voltage Power Cables by Frequency-Response Analysis of Power-Line Communication Channel
Kwak et al. Application of time-frequency domain reflectometry for measuring load impedance
Kho et al. Application to Time-Frequency Domain Reflectometry for Load Impedance Measurement
CN118209821A (zh) 基于时域电压法定位电力电缆缺陷的时域诊断方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
X091 Application refused [patent]
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190225

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191212

Year of fee payment: 5