CZ202120A3 - Způsob extrakce signálu a zařízení k jeho provádění - Google Patents

Abstract

Způsob extrakce signálu, zejména způsob úzkopásmové extrakce signálu částečného výboje ze šumového pozadí, podle kterého nejprve sejme senzor (1) částečného výboje, umístěný na sledovaném objektu, širokospektrální analogový signál (a), který je frekvenčními filtry (2, 3) rozdělen do analogových signálů (b, c) s rozdílným rozsahem frekvence, a následně jsou tyto analogové signály (b, c) digitalizovány v digitalizačních prostředcích (4, 5) do datových signálů (d, e), které jsou následně zpracovány tak, že je stanovena velikost částečného výboje a jeho umístění v základní harmonické sinusoidě napětí. Zařízení pro extrakci signálu, zejména zařízení pro úzkopásmovou extrakci signálu částečného výboje ze šumového pozadí, které obsahuje senzor (1) částečného výboje, umístěný na sledovaném objektu, který je spojen s frekvenčními filtry (2, 3) s rozdílným rozsahem frekvence, přičemž frekvenčními filtry (2, 3) jsou dále spojeny s digitalizačními prostředky (4, 5).

Description

Způsob extrakce signálu a zařízení k jeho provádění

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu extrakce signálu, zejména způsobu úzkopásmové extrakce signálu částečného výboje ze šumového pozadí, a zařízení k jeho provádění.

Dosavadní stav techniky

Dobrý stav izolace elektrických obvodů je základní podmínkou jejich správné funkce. Izolační stav je ohrožován různými činiteli, například chemickými, elektrotechnickými či výrobní nedokonalostí. Koncový stav izolace je průraz elektrickým polem a tento průraz je vždy budován částečnými výboji, ať je znehodnocování izolačního stavu vytvářeno jakýmkoliv degradačním mechanismem, například degradace izolace díky nehomogenitám při výrobě izolace, při vzniku takzvaných dutinek.

Při přiblížení elektrického pole se díky polarizaci na jedné straně dutinky nahromadí kladný náboj a na druhé straně se nahromadí záporný náboj. Hodnota těchto malých nábojů se zvyšuje do okamžiku, kdy vzniklý elektrický potenciál překoná izolační barieru, a náboje se vyrovnají. V té chvíli vzniká malý výboj a vzhledem k tomu, že po vyrovnání nábojů dojde k zastavení protékání vyrovnávacího proudu, jsou tyto výboje označeny jako částečné výboje. Výsledný protékající proud má několik zcela unikátních vlastností, které se nikde jinde nevyskytují. Vyrovnání nábojů není ničím omezeno, a tak vzniká extrémně strmý a velmi krátkou dobu trvající elektrický impuls. Je tak výjimečný, že se dá připodobnit teoretickému impulsu definovanému jako Diracův impuls, jež se vyznačuje extrémní strmostí a jeho frekvenční odezva je konstantní přes všechna frekvenční pásma.

Tato vlastnost je základním přístupem k odlišení od jiných zdrojů rušení a zjištění částečného výboje. Částečný výboj se díky své podobnosti s Diracovým výbojem chová velmi podobně, rozprostírá se přes všechny frekvenční pásma, pouze s tou odchylkou, že se zvyšující se hodnotou frekvence nastává mírný útlum této hodnoty.

Základní myšlenkou je tedy to, že se zdroje rušení vyskytují převážně jen určitých pásmech a ne v celém frekvenčním spektru.

V současné době je známo velké množství patentově chráněných technických řešení zabývajících se problematikou částečných výbojů.

Známá jsou zařízení, které řeší měření částečných výbojů, nikoliv jejich vyhodnocování. Velmi často se jedná o způsob snímání nebo vyhodnocování, ale velmi klasickými nástroji, jakým je spektrální analyzátor nebo osciloskop.

Známájsou i modernější zařízení, které ale mají výrazný zpětný vliv na síť, atím vlivem je výrazné rušení. Ty jednoduché postupy lze realizovat v málo zarušeném prostředí, neboje zařízení napájeno z izolovaného zdroje pro potřebu vlastního měření. S těmito postupy souvisí norma, která definuje způsob měření na jednu pásmovou propust a jeden detektor špiček. Tedy aby to fungovalo, je zapotřebí dominantní impulz částečného výboje, který je výrazně vyšší než okolní šum. Vyhodnocování výbojů realizuje obsluha. V okamžiku vyšší hladiny šumového pozadí a nižší úrovně částečného výboje je to nespolehlivé a vyhodnocování nelze provádět automatizovaně.

Po roce 2000 se prudce se zvyšuje míra šumového pozadí a také se výrazně zvyšují výkony výpočetních nástrojů. Většina patentových dokumentů, jako například patentové dokumenty EP 0408813 Bl, US 20050035768 AI, US 20040263179 AI, US 7676333, US 6822457,

- 1 CZ 2021 - 20 A3

US 6809523, US 6433557, US 5416430, US 5416430, US 4949001, US 4238733, US 4156846, JP 2008286715 A, CZ 284614 B6, CN 110907770 A, CN 106353649 A a CA 2656025 C, se věnuje odstranění šumového pozadí po tomto roce, se zaobírá širokopásmovým přístupem. Jsou proto využívány matematické metody a to DFT, HILBERTOVY transformace, Vínková transformace aprocesy statistického vážení. Vždy se jedná o obecné přístupy aty patenty řeší jejich aplikaci. Tyto metody vyžadují vysoce výkonné procesory s digitálním signálovým procesingem, který umožňuje relativně jednoduše sekvenčně naprogramovat zvolený matematický postup. To přináší značné nevýhody, mezi něž patří nutnost použití velmi drahého technické zařízení. Další nevýhodou je vzhledem k tomu, že snímání probíhá frekvencí 60 milionů vzorků za vteřinu, což znamená datový tok, který stěží přenese 1 GBIT, nutnost velmi silného internetového připojení. To vše brání masovému nasazení těchto metod měření.

Cílem vynálezu je sestavení způsobu extrakce signálu částečného výboje, který bude přinášet vysoce spolehlivé a přesné výsledky, přičemž zařízení, které bude nutné použít k jeho provozu, bude jednoduché a proto i levné, což bude umožňovat jeho masové použití.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje a cíle vynálezu naplňuje způsob extrakce signálu, zejména způsob úzkopásmové extrakce signálu částečného výboje ze šumového pozadí, jehož podstata spočívá v tom, že nejprve sejme senzor částečného výboje, umístěný na sledovaném objektu, širokospektrální analogový signál (a), který je frekvenčními filtry rozdělen do analogových signálů (b, c) s rozdílným rozsahem frekvence, a následně jsou tyto analogové signály (b, c) digitalizovány v digitalizačních prostředcích do datových signálů (d, e), které jsou následně zpracovány tak, že je stanovena velikost částečného výboje a jeho umístění v základní harmonické sinusoidě napětí. Sledovaným objektem může být energetický systém, ve kterém mohou vznikat částečné výboje, jako jsou například energetická vedení, kabely, transformátory, a podobně. Výhodou výše uvedeného způsobu úzkopásmové extrakce signálu částečného výboje ze šumového pozadí je to, že zařízení, které bude nutné použít k jeho provozu, bude jednoduché, a proto i levné, protože zpracovávaný datový objem bude výrazně nižší.

Výhodné je, když je širokospektrální analogový signál (a) je filtrován v dolnopropustném frekvenčním filtru na signál (a) o frekvenci v rozsahu 10 až 1000 Hz, a následně je tento signál (b) digitalizován v digitalizačním prostředku do datového signálu (d), který obsahuje datové informace o signálu (b) procházejícím dolnopropustným frekvenčním filtrem, a dále je tento datový signál (d) synchronizován kruhovým čítačem. Výhodou je to, že rozdělením měřeného signálu a odstraněním vyšší frekvence, dojde k výraznému zjednodušení následného zpracování měřeného signálu.

Dále je výhodné, když je širokospektrální analogový signál (a) filtrován v homopropustném frekvenčním filtru na signál (c) o frekvenci vyšší než 100 kHz, a následně je tento signál (c) digitalizován v digitalizačním prostředku do datového signálu (e), který obsahuje datové informace o signálu (c) procházejícím homopropustným frekvenčním filtrem. Výhodou je to, že odstraněním dolního pásma je následné zpracování propuštěného signálu a vyhodnocení částečných výbojů podstatně jednoduší.

Výhodné také je, když dále datový signál (e) vystupující z digitalizačního prostředku současně paralelně vstupuje do nejméně dvou frekvenčních pásmových propustí, přičemž každá z frekvenčních pásmových propustí je nastavena na jiný rozsah propuštěných frekvencí a ostatní frekvence j sou touto frekvenční pásmovou propustí potlačeny, a dále datové signály (f) vystupuj ící z frekvenčních pásmových propustí vstupují do obálkových bloků, které vytvoří z datových signálů (f) datové obálkové soubory (a), které obsahují číselnou hodnotu, kterou je maximum hodnoty v daném pásmu, kterým je maximum hodnoty změřeného signálu v daném pásmu, a dále vstupují datové obálkové soubory (a) do korekčních bloků, ve kterých je provedena konverze naměřených

-2CZ 2021 - 20 A3 dat na hodnotu výboje (pC) vzhledem k impedanci měřené soustavy, a dále stupují korigované datové obálkové soubory (a) do porovnávacích bloků, ve kterých je porovnána aktuální hodnota obálky, kterou je maximum hodnoty pro dané pásmo, s hodnotou nastavenou, přičemž z porovnávacích bloků vystupuje datová informace (x), zdali v příslušné frekvenční fázové propusti byla překonána hodnota pozadí a tedy, že je přítomný další signál, nebo nebyla překonána hodnota pozadí, atedy, že není přítomný další signál, přičemž hodnota pozadí je pro jednotlivé porovnávací bloky nastavitelná. Meze frekvenčních pásmových propustí těchto propustí jsou nastavitelné a jsou rozprostřeny postupně v celém frekvenčním pásmu. Výhodou je to, že zpracování dat může probíhat paralelně na všech kanálech, což snižuje nároky na hardware. V opačném případě, pokud by zpracování dat probíhalo sekvenčně, tedy postupně, by bylo nezbytně nutné použití velmi výkonného hardware, tak aby vše bylo vyhodnoceno rychle a aby nedošlo ke zkreslení výsledku.

Dále je výhodné, když jsou datové informace (x) vystupující z jednotlivých porovnávacích bloků zavedeny do bloku logického součinu porovnávaných hodnot, přičemž pokud jsou všechny hodnoty jednotlivých datových informací (x) aktivní je výstupem logický součin, kterým je datová informace (y), která je také aktivní. To znamená, že v tomto okamžiku je naplněn předpoklad, že se jedná o částečný výboj, v opačném případě jde o přivážející rušení, které není tak homogenně rozprostřeno přes celé frekvenční spektrum.

Výhodné také je, když z korekčních bloků vystupují korigované datové obálkové soubory (a) současně do vyhodnocovacích bloků, a do vyhodnocovacích bloků současně vstupuje z bloku logického součinu datová informace (y), přičemž každý z vyhodnocovacích bloků vyhodnotí, zdali v něm jsou překonány hodnoty šumového pozadí, přičemž pokud jsou hodnoty šumového pozadí překonány, tak je hodnota výboje (pC) předána do výpočtového bloku, ve kterém je stanovena výsledná velikost výboje, kterou je nejvyšší hodnota výboje (pC) z hodnot dodaných z jednotlivých vyhodnocovacích bloků. Vyhodnocovací bloky jsou bloky hledání maximální hodnoty z průběhu datových obálkových souborů (a) vystupujících z korekčních bloků. V podstatě to znamená, že je sledováno, zdali jsou ve všech pásmech překonány hodnoty šumového pozadí. Pokud jsou ve všech pásmech překonány, je tento sledovaný signál prohlášen za právě změřený částečný výboj, a protože je nutné znát jeho velikost, tak je sledována nejvyšší hodnota, která je prohlášena za velikost právě změřeného částečného výboje.

Dále je výhodné, když synchronizovaný datový signál (d) dále vstupuje do bloku sledování výboje, do kterého zároveň vstupují datové informace (y) vystupující z bloku logického součinu porovnávaných hodnot, přičemž na základě logického rozhodnutí bloku, který vyhodnotil přítomnost částečného výboje, je odečteno umístění částečného výboje v základní harmonické sinusoidě napětí.

S výhodou je také, když datový signál (d) kruhový čítač synchronizuje tak, že ho vynuluje při každém průchodu nulou.

Výhodné také je, když je datovým signálem (d) osmibitový datový signál (d). Výhodou je to, že datová šíře osmibitového datového signálu je pro toto zpracování dostatečná, přičemž příslušný integrovaný obvod je levnější.

Datovým signálem (e) je s výhodou šestnáctibitový datový signál (e). Výhodou je to, že šestnáctibitový datový signál umožňuje obsáhnout celou šíři signálu, přičemž méně bitový převodník by zanášel nepřesnost do jeho zpracování.

Velice výhodné je, když je předtím než senzor částečného výboje sejme širokospektrální analogový signál (a) ze sledovaného objektu, je senzor částečného výboje umístěn na umělý zdroj signálů, které mají přesně definovaný průběh signálů podobný částečnému výboji, a dále senzor částečného výboje sejme širokospektrální analogový signál (a) a je provedena průchodem vyhodnocovacího řetězce kalibrace. Provedení kalibrace je důležité, protože měření vstupním senzorem částečného výboje je zatíženo impedancí, například připojeného kabelu, který je pro různá měření na různých

-3 CZ 2021 - 20 A3 zařízeních jiný. S výhodou má umělý zdroj signálů velmi podobný průběh jako částečné výboje, u kterých známe jejich velikost. Protože známé, jaký výboj je z umělého zdroje signálů vysílán, tak pro změřenou hodnotu, která vyjde z měřicího řetězce po zpracování, přiřadíme právě hodnotu výboje vysílaného umělého zdroje signálů. Pokud nám po zpracování vyjde z měřicího řetězce hodnota vyšší či nižší, je pouze matematicky upravena. Základní kalibrovaná hodnota se vezme jako konstanta, a je-li výsledné číslo vyšší, bude to, co bylo spočítáno, lineárně upraveno. Bude-li například o 10 procent vyšší, k výsledné hodnotě spočítaného výboje provedeme tak, že kalibrovanou hodnotu zvýšíme o 10 procent a opačně. Právě před kalibrací, když není přítomen žádný částečný výboj, protože sledovaný objekt je v beznapěťovém stavu, a tedy není tedy připojen žádný zdroj částečných výbojů, pouze hodnoty okolní šumu, nastavíme si tuto hodnotu v režimu kalibrace jako hodnotu šumového pozadí.

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje a cíle vynálezu naplňuje zařízení pro extrakci signálu, zejména zařízení pro úzkopásmovou extrakci signálu částečného výboje ze šumového pozadí, jehož podstata spočívá vtom, že obsahuje senzor částečného výboje, umístěný na sledovaném objektu, který je spojen s frekvenčními filtry s rozdílným rozsahem frekvence, přičemž frekvenčními filtry jsou dále spojeny s digitalizačními prostředky. Výhodou tohoto zařízení je to, že dokáže připravit datový signál tak, že je ho možné zpracovat relativně jednoduše a levně.

Výhodné je, když jsou frekvenčními filtry s rozdílným rozsahem frekvence dolnopropustný frekvenční filtr, k propuštění frekvencí v rozsahu 10 až 1000 Hz, a homopropustný frekvenční filtr, k propouštění frekvenci vyšších než 100 kHz.

Dále je výhodné, když je dolnopropustný frekvenční filtr spojen s digitalizačním prostředkem, který je spojen s kruhovým čítačem.

Výhodné také je, když je homopropustný frekvenční filtr spojen s digitalizačním prostředkem, který je spojen s nejméně dvěma frekvenčními pásmovými propustmi, s rozdílným rozsahem propuštěných frekvencí, které jsou spojeny s obálkovými bloky, které jsou spojeny s korekčními bloky, které jsou spojeny s porovnávacích bloků, přičemž jednotlivé porovnávací bloky jsou spojeny s bloku logického součinu porovnávaných hodnot, a současně jsou korekční bloky spojeny s vyhodnocovacími bloky, které jsou spojeny s blokem logického součinu, přičemž vyhodnocovací bloky jsou současně spojeny s výpočtovým blokem.

Kruhový čítač je s výhodou spojen s blokem sledování výboje, který je současně spojen s blokem logického součinu porovnávaných hodnot.

Hlavní výhodou způsobu extrakce signálu a zařízení k jeho provádění, podle vynálezu je to, že je díkyjim možné jednoduše a levně zjistit stav izolace měřeného objektu. Měření probíhá nepřetržitě nejméně jednu periodu základní harmonické sinusoidy napětí. Během trvání měření jsou zachycovány jednotlivé částečné výboje, jejich hodnota a také to, v jaké fázi základní harmonické nastaly. Další výhodou je to, že lze pro realizaci způsobu extrakce signálů zpracovat datový tok díky paralelnímu použití hradlových polí, tedy najednou, resp. krok po kroku v taktu hodin. Tato technologie umožňuje zpracovávat i vysoký datový tok i při nízkých cenách základního produktu. Zařízení, které bude nutné použít k provozu způsobu extrakce signálů, bude jednoduché, a proto i levné, což bude umožňovat jeho masové použití.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém obr. 1 znázorňuje schematické zapojení jednotlivých částí zařízení pro realizaci způsobu extrakce signálů částečného výboje, obr. 2 znázorňuje na grafu vstupní širokospektrální analogový signál, který obsahuje částečný výboj, obr. 3 znázorňuje graficky na PRPD diagramu výstupní informace, obr. 4 znázorňuje na grafů souhrnný

-4CZ 2021 - 20 A3 přehled o zpracování v jednotlivých pásmových propustích, a obr. 5 znázorňuje na grafu sekvence, na kterých jsou vytvořeny obalové křivky.

Příklady uskutečnění vynálezu

Podle způsobu úzkopásmové extrakce signálu částečného výboje ze šumového pozadí (obr. 1), předtím než senzor 1 částečného výboje sejme širokospektrální analogový signál (a) ze sledovaného objektu, je senzor 1 částečného výboje umístěn na umělý zdroj signálů, které mají přesně definovaný průběh signálů podobný částečnému výboji, dále senzor 1 částečného výboje sejme umělý širokospektrální analogový signál (a) a je provedena, průchodem dále uvedeného vyhodnocovacího řetězce, kalibrace.

Dále sejme senzor 1 částečného výboje, umístěný na sledovaném objektu, reálný širokospektrální analogový signál (a), který je frekvenčními filtry 2, 3 rozdělen do analogových signálů (b, c) s rozdílným rozsahem frekvence. Vstupní reálný širokospektrální analogový signál (a) (obr. 2) má výrazný impulz od částečného výboje, u kterého je patrná vysoká podobnost s teoretickým Dirakovým impulzem.

Širokospektrální analogový signál (a) obsahuje základní harmonickou frekvencí elektrického napětí (tedy 50 Hz), a dále analogové průběhy signálů, které vytváří částečný výboj a také rušení, mezi které může například patřit různé vysílání zachycené sledovaným objektem, například vedením, které se chová jako anténa.

Širokospektrální analogový signál (a) je filtrován v dolnopropustném frekvenčním filtru 2, který odstraní spektrum signálů o vyšší frekvenci, na signál (a) o frekvenci v rozsahu 10 až 1000 Hz, a dále je tento signál (b) digitalizován v prvním digitalizačním prostředku 4, kterým je analog digitální převodník, do datového signálu (d), kterým je osmibitový datový signál (d), který obsahuje datové informace o signálu (b) procházejícím dolnopropustným frekvenčním filtrem 2, a dále je tento datový signál (d) synchronizován kruhovým čítačem 18 tak, že ho kruhový čítač 18 vynuluje při každém průchodu nulou, přesněji při každém průchodu počátkem základní sinusoidy napětí. Je tedy definována délka základní periody sinusového signálu napájecího napětí (20 ms). Kruhový čítač má délku 360 inkrementů, je tedy počítáno do 360, každá hodnota má tedy hodnotu jednoho stupně sinusoidy. Celý sinusový průběh je rozdělen na jednotlivé stupně a v okamžiku vyhodnocení částečného výboje se zařízení zeptá, jaká je aktuální hodnota kruhového čítače a tuto hodnotu přiřadí k částečnému výboji.

Širokospektrální analogový signál (a) je filtrován v homopropustném frekvenčním filtru 3, který odstraní spektrum signálů o nižší frekvenci, na signál (c) o frekvenci vyšší než 100 kHz, a následně je tento signál (c) digitalizován v druhém digitalizačním prostředku 5, do datového signálu (e), kterým je šestnáctibitový datový signál (e), který obsahuje datové informace o signálu (c) procházejícím homopropustným frekvenčním filtrem 3.

Dále datový signál (e) vystupující z druhého digitalizačního prostředku 5 současně vstupuje do nejméně osmi frekvenčních pásmových propustí 8,1 - 8,n. kde se n = 8, přičemž každá z frekvenčních pásmových propustí 8,1 - 8m je nastavena na jiný rozsah propuštěných frekvencí, a to tak, že jednotlivé propouštěné frekvence mají velikost 200 kHz, 300 kHz, 400 kHz, 500 kHz, 600 kHz, 700 kHz, 800 kHz a 900 kHz s tím, že šíře propouštěného pásma je ± 4,5 kHz.

Na grafů (obr. 4) je zobrazen souhrnný přehled o zpracování v jednotlivých pásmových propustích. Vrchní diagram je vstupní signál, ostatní diagramy jsou pro jednotlivé pásmové propustě, přičemž je zde vidět úroveň signálu po zpracování v jednotlivých pásmových propustích. Pro zpracování platí podmínka, že v každé jednotlivé pásmové propusti je nastavena hraniční hodnota, která může být pro každou pásmovou propusť rozdílná, přičemž to záleží na primárním nastavení po kalibraci. A pokud je tato hraniční hodnota úrovní signálu překonána, dojde k následnému zpracování.

-5CZ 2021 - 20 A3

Podmínkou pro zpracování je, aby všechny úrovně signálů zpracovávaných v jednotlivých pásmových propustích překonaly tyto hraniční hodnoty.

Dále datové signály (f) vystupující z frekvenčních pásmových propustí 8,1 - 8,n vstupují do obálkových bloků 9,1 - 9,n. které vytvoří z datových signálů (f) datové obálkové soubory (a), které obsahují číselnou hodnotu, kterou je maximum hodnoty v daném pásmu.

Na grafů (obr. 5) jsou zobrazeny sekvence, na kterých jsou vytvořeny obalové křivky, pro signál, který byl vyhodnocen jako aktivní částečný výboj, který je znázorněn na prvním horním záznamu.

A dále vstupují datové obálkové soubory (a) do korekčních bloků 10.1 - IQ.n. ve kterých je provedena konverze naměřených dat na hodnotu výboje (pC) vzhledem k impedanci měřené soustavy, a dále vstupují korigované datové obálkové soubory (a) do porovnávacích bloků 11.1 ll.n, ve kterých je porovnána aktuální hodnota obálky s hodnotou nastavenou, přičemž z porovnávacích bloků 11.1 - ll.n vystupuje datová informace (x), zdali v příslušné frekvenční fázové propusti 8,1 - 8,n byla překonána hodnota pozadí a tedy, že je přítomný další signál, nebo nebyla překonána hodnota pozadí, a tedy, že není přítomný další signál, přičemž hodnota pozadí je pro jednotlivé porovnávací bloky 11,1 - ll.n nastavitelná.

Datové informace (x) vystupující z jednotlivých porovnávacích bloků 11.1 - ll.n jsou dále zavedeny do bloku 16 logického součinu porovnávaných hodnot, přičemž pokud jsou všechny hodnoty jednotlivých datových informací (x) aktivní je výstupem logický součin, kterým je datová informace (y), která je také aktivní.

Z korekčních bloků 10.1 - IQ.n vystupují korigované datové obálkové soubory (a) současně do vyhodnocovacích bloků 12,1 - 12,n. a do vyhodnocovacích bloků 12,1 - 12,n současně vstupuje z bloku 16 logického součinu datová informace (y), přičemž každý z vyhodnocovacích bloků 12,1 12,n vyhodnotí, zdali vněm jsou překonány hodnoty šumového pozadí, přičemž pokud jsou hodnoty šumového pozadí překonány, tak je hodnota výboje (pC) předána do výpočtového bloku 13, ve kterém je stanovena výsledná velikost výboje, kterou je nejvyšší hodnota výboje (pC) z hodnot dodaných z jednotlivých vyhodnocovacích bloků 12,1 - 12,n.

Synchronizovaný datový signál (d) dále vstupuje do bloku 19 sledování výboje, do kterého zároveň vstupují datové informace (y) vystupující z bloku 16 logického součinu porovnávaných hodnot, přičemž na základě logického rozhodnutí bloku 16. který vyhodnotil přítomnost částečného výboje, je odečteno umístění částečného výboje v základní harmonické sinusoidě napětí.

Výstupem výše uvedeného způsobu extrakce signálů je velikost částečného výboje a jeho umístění v základní harmonické sinusoidě napětí. Tyto hodnoty jsou předávány k následnému grafickému vyhodnocování, při kterém se sleduje jak četnost výbojů a jejich velikost, tak i to, kde na základní sinusoidě napětí výboj nastal. Výstupní informace mají charakter PRPD diagramu (obr. 3), kde jsou na základní sinusoidu napětí odvozenou od základní frekvence sítě v okamžicích zjištěného částečného výboje zaznamenávány jednotlivé částečné výboje. Z hustoty a místa shluku částečných výbojů lze následně provádět různé analýzy, protože výboje mají své charakteristiky, zejména to, kde jsou na té sinusoidě umístěny. Tyto hodnoty se sledují po dobu měření například 1 až 2 sekundy, tedy 50 až 100 period základní sinusoidy průběhu napětí. Z rozložení dat lze určit, o jaký typ výbojů se jedná.

Zařízení pro úzkopásmovou extrakci signálu částečného výboje ze šumového pozadí obsahuje senzor 1 částečného výboje, umístěný na sledovaném objektu, který je spojen s dolnopropustným frekvenčním filtrem 2, k propuštění frekvencí v rozsahu 10 až 1000 Hz, a homopropustným frekvenčním filtrem 3, k propouštění frekvenci vyšších než 100 kHz, přičemž tyto frekvenčními filtry 2,3 jsou dále spojeny s digitalizačními prostředky 4, 5.

-6CZ 2021 - 20 A3

Dolnopropustný frekvenční filtr 2 je spojen s digitalizačním prostředkem 4, který je spojen s kruhovým čítačem 18.

Homopropustný frekvenční filtr 3 je spojen s digitalizačním prostředkem 5, který je spojen s osmi frekvenčními pásmovými propustmi 8,1 - 8,n. kde se n = 8, s rozdílným rozsahem propuštěných frekvencí, které jsou spojeny s obálkovými bloky 9,1 - 9,n, které jsou spojeny s korekčními bloky 10,1 - 10,n, které jsou spojeny s porovnávacími bloky 11,1 - 11 ,n, přičemž jednotlivé porovnávací bloky 11,1 - ll.n jsou spojeny s blokem 16 logického součinu porovnávaných hodnot, a současně jsou korekční bloky 10,1 - 10,n spojeny s vyhodnocovacími bloky 12,1 - 12,n. které jsou spojeny s blokem 16 logického součinu, přičemž vyhodnocovací bloky 12,1 - 12,n jsou současně spojeny s výpočtovým blokem 13.

Kruhový čítač 18 je spojen s blokem 19 sledování výboje, který je současně spojen s blokem 16 logického součinu porovnávaných hodnot.

Průmyslová využitelnost

Způsob extrakce signálu a zařízení kjeho provádění podle vynálezu lze zejména využít k úzkopásmové extrakci signálu částečného výboje ze šumového pozadí.

Claims (16)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob extrakce signálu, zejména způsob úzkopásmové extrakce signálu částečného výboje ze šumového pozadí, vyznačující se tím, že nejprve sejme senzor (1) částečného výboje, umístěný na sledovaném objektu, širokospektrální analogový signál (a), který je frekvenčními filtry (2, 3) rozdělen do analogových signálů (b, c) s rozdílným rozsahem frekvence, a následně jsou tyto analogové signály (b, c) digitalizovány v digitalizačních prostředcích (4, 5) do datových signálů (d, e), které jsou následně zpracovány tak, že je stanovena velikost částečného výboje a jeho umístění v základní harmonické sinusoidě napětí.
2. 2. Způsob extrakce signálu podle nároku 1, vyznačující se tím, že širokospektrální analogový signál (a) je filtrován v dolnopropustném frekvenčním filtru (2) na signál (a) o frekvenci v rozsahu 10 až 1000 Hz, a následně je tento signál (b) digitalizován v digitalizačním prostředku (4) do datového signálu (d), který obsahuje datové informace o signálu (b) procházejícím dolnopropustným frekvenčním filtrem (2), a dále je tento datový signál (d) synchronizován kruhovým čítačem (18).
3. 3. Způsob extrakce signálu podle některého z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že širokospektrální analogový signál (a) je filtrován v homopropustném frekvenčním filtru (3) na signál (c) o frekvenci vyšší než 100 kHz, a následně je tento signál (c) digitalizován v digitalizačním prostředku (5) do datového signálu (e), který obsahuje datové informace o signálu (c) procházejícím homopropustným frekvenčním filtrem (3).
4. 4. Způsob extrakce signálu podle nároku 3, vyznačující se tím, že dále datový signál (e) vystupující z digitalizačního prostředku (5) současně vstupuje do nejméně dvou frekvenčních pásmových propustí (8.1 - 8.n), přičemž každá z frekvenčních pásmových propustí (8.1 - 8.n) je nastavena na jiný rozsah propuštěných frekvencí, a dále datové signály (f) vystupující z frekvenčních pásmových propustí (8.1 - 8.n) vstupují do obálkových bloků (9.1 - 9.n), které vytvoří z datových signálů (f) datové obálkové soubory (a), které obsahují číselnou hodnotu, kterou je maximum hodnoty v daném pásmu, a dále vstupují datové obálkové soubory (a) do korekčních bloků (10.1 lO.n), ve kterých je provedena konverze naměřených dat na hodnotu výboje (pC) vzhledem k impedanci měřené soustavy, a dále stupují korigované datové obálkové soubory (a) do porovnávacích bloků (11.1 - ll.n), ve kterých je porovnána aktuální hodnota obálky s hodnotou nastavenou, přičemž z porovnávacích bloků (11.1 - ll.n) vystupuje datová informace (x), zdali v příslušné frekvenční fázové propusti (8.1 - 8.n) byla překonána hodnota pozadí a tedy, že je přítomný další signál, nebo nebyla překonána hodnota pozadí, a tedy, že není přítomný další signál, přičemž hodnota pozadí je pro jednotlivé porovnávací bloky (11.1 — 11 .n) nastavitelná.
5. 5. Způsob extrakce signálu podle nároku 4, vyznačující se tím, že datové informace (x) vystupuj ící z jednotlivých porovnávacích bloků (11.1 - 11 .n) j sou zavedeny do bloku (16) logického součinu porovnávaných hodnot, přičemž pokud jsou všechny hodnoty jednotlivých datových informací (x) aktivní je výstupem logický součin, kterým je datová informace (y), která je také aktivní.
6. 6. Způsob extrakce signálu podle nároků 4 a 5, vyznačující se tím, že z korekčních bloků (10.1lO.n) vystupují korigované datové obálkové soubory (a) současně do vyhodnocovacích bloků (12.1 - 12 .n), a do vyhodnocovacích bloků (12.1- 12 .n) současně vstupuj e z bloku (16) logického součinu datová informace (y), přičemž každý z vyhodnocovacích bloků (12.1 - 12.n) vyhodnotí, zdali v něm jsou překonány hodnoty šumového pozadí, přičemž pokud jsou hodnoty šumového pozadí překonány, tak je hodnota výboje (pC) předána do výpočtového bloku (13), ve kterém je stanovena výsledná velikost výboje, kterou je nejvyšší hodnota výboje (pC) z hodnot dodaných z jednotlivých vyhodnocovacích bloků (12.1 - 12.n).
7. 7. Způsob extrakce signálu podle nároku 2, vyznačující se tím, že synchronizovaný datový signál (d) dále vstupuje do bloku (19) sledování výboje, do kterého zároveň vstupují datové informace (y) vystupující z bloku (16) logického součinu porovnávaných hodnot, přičemž na

   -8 CZ 2021 - 20 A3 základě logického rozhodnutí bloku (16) je odečteno umístění částečného výboje v základní harmonické sinusoidě napětí.
8. 8. Způsob extrakce signálu podle nároku 2, vyznačující se tím, že datový signál (d) kruhový čítač (18) synchronizuje tak, že ho vynuluje při každém průchodu nulou.
9. 9. Způsob extrakce signálu podle některého z nároků 2 a 8, vyznačující se tím, že datovým signálem (d) je osmibitový datový signál (d).
10. 10. Způsob extrakce signálu podle nároku 3, vyznačující se tím, že datovým signálem (e) je šestnáctibitový datový signál (e).
11. 11. Způsob extrakce signálu podle některého z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že předtím než senzor (1) částečného výboje sejme širokospektrální analogový signál (a) ze sledovaného objektu, je senzor (1) částečného výboje umístěn na umělý zdroj signálů, které mají přesně definovaný průběh signálů podobný částečnému výboji, dále senzor (1) částečného výboje sejme širokospektrální analogový signál (a) a je provedena průchodem vyhodnocovacího řetězce kalibrace.
12. 12. Zařízení pro extrakci signálu, zejména zařízení pro úzkopásmovou extrakci signálu částečného výboje ze šumového pozadí podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že obsahuje senzor (1) částečného výboje, umístěný na sledovaném objektu, který je spojen s frekvenčními filtry (2, 3) s rozdílným rozsahem frekvence, přičemž frekvenčními filtry (2, 3) jsou dále spojeny s digitalizačními prostředky (4, 5).
13. 13. Zařízení pro extrakci signálu podle nároku 12, vyznačující se tím, že frekvenčními filtry (2, 3) s rozdílným rozsahem frekvence jsou dolnopropustný frekvenční filtr (2), k propuštění frekvencí v rozsahu 10 až 1000 Hz, a homopropustný frekvenční filtr (3), k propouštění frekvenci vyšších než 100 kHz.
14. 14. Zařízení pro extrakci signálu podle některého z nároků 12 a 13, vyznačující se tím, že dolnopropustný frekvenční filtr (2) je spojen s digitalizačním prostředkem (4), který je spojen s kruhovým čítačem (18).
15. 15. Zařízení pro extrakci signálu podle některého z nároků 12 až 14, vyznačující se tím, že homopropustný frekvenční filtr (3) je spojen s digitalizačním prostředkem (5), který je spojen s nejméně dvěma frekvenčními pásmovými propustmi (8.1 - 8.n), s rozdílným rozsahem propuštěných frekvencí, které jsou spojeny s obálkovými bloky (9.1 - 9.n), které jsou spojeny s korekčními bloky (10.1 - lO.n), které jsou spojeny s porovnávacími bloky (11.1 - ll.n), přičemž jednotlivé porovnávací bloky (11.1 - ll.n) jsou spojeny s blokem (16) logického součinu porovnávaných hodnot, a současně jsou korekční bloky (10.1 - lO.n) spojeny s vyhodnocovacími bloky (12.1 - 12.n), které jsou spojeny s blokem (16) logického součinu, přičemž vyhodnocovací bloky (12.1 - 12.n) jsou současně spojeny s výpočtovým blokem (13).
16. 16. Zařízení pro extrakci signálu podle některého z nároků 14 a 15, vyznačující se tím, že kruhový čítač (18) je spojen s blokem (19) sledování výboje, který je současně spojen s blokem (16) logického součinu porovnávaných hodnot.