FI107082B - Menetelmä ja järjestely osittaispurkauslähteiden sijainnin määrittämiseksi - Google Patents

Description

, 107082

Menetelmä ja järjestely osittaispurkauslähteiden sijainnin määrittämiseksi

Keksinnön tausta

Keksintö liittyy menetelmään ja järjestelyyn sähköjärjestelmässä 5 olevien osittaispurkauslähteiden sijainnin määrittämiseksi.

Eristysrakenteen jännitelujuudella tarkoitetaan sen kykyä kestää jänniterasituksia ilman haittaa tai vahinkoa tuottavia sähköpurkauksia. Mikäli eristysrakenteeseen kohdistuvaa jänniterasitusta suurennetaan riittävästi, tapahtuu purkauksia, jotka tekevät eristysvälin täysin tai osittain johtavaksi. Jäl-10 kimmäisiä purkauksia kutsutaan osittaispurkauksiksi. Osittaispurkaus ei yhdistä elektrodeja ja näin ollen myöskään eristeen eristysominaisuudet eivät täysin katoa. Osittaispurkaukset kuitenkin kuluttavat eristettä ja siten heikentävät eristeen jännitelujuutta entisestään ja voivat johtaa lopulta täydelliseen sähköpurkaukseen. Osittaispurkaukset voidaan jakaa kahteen pääryhmään: 15 sisäisiin ja ulkoisiin purkauksiin. Sisäisiin purkauksiin kuuluvat ontelopurkauk-set ja ulkoisiin purkauksiin kuuluvat pinta-, korona- ja kipinäpurkaukset. Jokainen ryhmä voidaan edelleen jakaa useisiin alaryhmiin, joiden välille on usein vaikea vetää selvää rajaa. Osittaispurkauspulssit ovat hyvin nopeita pulsseja ja ne esiintyvät tavallisesti pulssiryhminä. Osittaispurkaus ja sen yhteydessä 20 tapahtuva varauksen muutos näkyy eristysrakenteen liittimissä virtapulssina. Käytännössä nämä virtapulssit summautuvat myös järjestelmän vaihejännit-...: teeseen.

, Osittaispurkauslähteiden nopea paikantaminen sähköjärjestelmässä i''. on tärkeää, kun halutaan ehkäistä vakavamman vian syntyminen. Sähköver- I I 25 koissa esiintyvien osittaispurkausten havaitseminen ja purkauslähteen pai-• « * *;//· kantaminen on tavallisesti edellyttänyt mittaustietojen analysointia asiaan pe- a l c '·' ‘ rehtyneen henkilön toimesta. Purkauslähteen sijainnin automaattiseen mää-: rittämiseen on myös kehitetty menetelmiä.

Esimerkiksi hakemusjulkaisussa WO 93/17351 on esitetty mene-·:·: 30 telmä kaapelissa esiintyvien osittaispurkausten paikantamiseksi, joka perustuu ·**’: yhden mittaussensorin ja -laitteen käyttöön. Mittalaitteella mitataan vikapai- . . kasta sensorille suoraan tullut osittaispurkauspulssi ja vikapaikasta kaapelin t I « toisen pään kautta heijastunut sensorille tullut osittaispurkauspulssi. Pulssien "·;·* aikaeron perusteella määritetään purkauspaikan sijainti johdolla. Menetelmää 35 kutsutaan TDR (time domain reflectometry) -menetelmäksi.

107082 2

Patenttihakemusjulkaisussa CA 2119702 puolestaan on esitetty menetelmä kaapelissa esiintyvien osittaispurkausten sijainnin määrittämiseksi ilman pulssiheijatuksiin (ns. TDR-menetelmät) tai sensoreiden väliseen kommunikaatioon perustuvia menetelmiä. Menetelmä perustuu kahden, esim.

5 kaapelin päiden läheisyyteen asennetun sensorin käyttöön. Ensimmäisellä sensorilla mitataan vikapaikan yhdellä puolella suoraan vikapaikasta tullut osittaispurkauspulssi, jota kutsutaan ensimmäiseksi pulssiksi. Toisella sensorilla mitataan vikapaikan toisella puolella suoraan vikapaikasta tullut osittaispurkauspulssi, jota kutsutaan toiseksi pulssiksi. Välittömästi, kun toinen pulssi 10 on havaittu, lähetetään johdolle kolmas pulssi, joka voidaan mitata ensimmäisellä sensorilla. Laskemalla mainittujen ensimmäisen ja kolmannen pulssin välinen aikaero, voidaan määrittää purkauspaikan sijainti.

Hakemusjulkaisussa WO 93/17351 esitetyn kaltaisen tekniikan tason mukaisen menetelmän varjopuolena on se, että se saattaa toimia huonos-15 ti, jos kaapeliosuus on pitkä tai suurivaimennuksinen tai jos ympäristö on kovin häiriöinen. Tämä johtuu siitä, että heijastunut pulssi joutuu kulkemaan pahimmassa tapauksessa lähes kaksi kertaa kaapelin pituuden mittaisen matkan, jolloin se vaimentuu liikaa ollakseen mitattavissa. Toisin sanoen, jos halutaan, että paikannus toimii kaikissa tilanteissa, jää yhdellä mittauspisteellä katetta-20 van kaapeliosuuden pituus noin puoleen siitä, mihin päästäisiin jollain muulla menetelmällä, joka ei perustu pulssin heijastuksen mittaukseen.

Patenttihakemusjulkaisussa CA 2119702 esitetyn kaltaisen teknii- · · kan tason mukaisen menetelmän varjopuolena on se, että varsinkin häiriöisis-: sä olosuhteissa johdolle sensorin kautta syötetyn merkkipulssin (kolmas puls- : 25 si) amplitudi on saatava riittävän suureksi, mikä saattaa aiheuttaa ongelmia : sensorin ja pulssinantolaitteen toteutuksessa ja niiden hinta kohoaa helposti kohtuuttoman suureksi. Jos sensori mitoitetaan mittausherkkyyden kannalta hyväksi ja hinnaltaan edulliseksi, on sen jännitteenjakosuhde sopimaton riittä-‘ vän voimakkaan merkkipulssin syöttämiseen johdolle.

·:·*: 30 Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä ja menetelmän . toteuttava laitteisto siten, että yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Kek-sinnön tavoitteet saavutetaan menetelmällä ja järjestelyllä, joille on tunnus-'·;·* omaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa 1 ja 8. Keksin-35 nön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohtee-·;·; na.

107082 3

Keksintö perustuu siihen, että osittaispurkauslähteessä syntyvien osittaispurkauspulssien ominaisuudet muuttuvat niiden edetessä sähköjärjestelmässä esimerkiksi johdinta pitkin etäisyyden funktiona. Johtamalla mitatuista osittaispurkauspulsseista osittaispurkauspulssien tiettyjä ominaisuuksia 5 kuvaavat tunnusluvut ja sijoittamalla ne etukäteen, esimerkiksi kokeellisesti, muodostettuun malliin, joka kuvaa tunnuslukujen muuttumista etäisyyden funktiona olennaisesti niillä taajuuksilla, joilla osittaispurkauspulsseja esiintyy, voidaan osittaispurkauslähteen etäisyys mittauspaikasta selvittää tietyllä tarkkuudella.

10 Keksinnön mukaisen menetelmän ja järjestelyn etuna on se, että keksinnön avulla voidaan automaattisesti havaita ja paikantaa tietyllä varmuudella ja tarkkuudella sähköjärjestelmässä esiintyvät osittaispurkauslähteet. Lisäksi keksintö on helposti sovellettavissa erilaisten laitteiden ja ympäristöjen valvontaan vaihtamalla käytettävä malli valvottavaa järjestelmää vastaavaksi.

15 Edelleen keksinnön mukainen menetelmä ja järjestelmä ei edellytä lisälaitteita yhdessä pisteessä tehtävän osittaispurkauspulssien mittauksen lisäksi.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: 20 Kuvio 1 esittää kapeakaistaisten häiriöiden poistomenetelmän loh kokaavion; ;..j Kuvio 2 esittää häiriöllisen esimerkkisignaalin aikatasossa esitetty- . nä; , ’; Kuvio 3 esittää esimerkkisignaalin amplitudispektrin; .* I 25 Kuvio 4 esittää esimerkkisignaalin amplitudispektrin skaalattuna amplitudin suhteen; * * * ' Kuvio 5 esittää amplitudispektrin paloittaiset mediaanit sekä niihin v ; sovitetun verhokäyrän;

Kuvio 6 esittää oikaistun amplitudispektrin sekä suurten piikkien “·· 30 leikkaustason; ·'**: Kuvio 7 esittää korjatun oikaistun amplitudispektrin sekä pienten .' , piikkien leikkaustason; ';. [: Kuvio 8 esittää korjatusta spektristä lasketun amplitudispektrin; ' ·; *' Kuvio 9 esittää korjatun esimerkkisignaalin aikatasossa; : Y: 35 Kuvio 10 esittää oikaistun amplitudispektrin amplitudijakauman; 107082 4

Kuvio 11 esittää ei-synkronisten impulssihäiriöiden poistomenetelmän vuokaavion;

Kuvio 12 esittää amplitudialueen jakamisen;

Kuvio 13 esittää aikaeromatriisin perusrakenteen; 5 Kuvio 14 esittää häiriöllisen esimerkkisignaalin;

Kuvio 15 esittää esimerkkisignaalista löytyneet huiput;

Kuvio 16 esittää aikaerojakauman lohkojen jakautumista;

Kuvio 17 esittää esimerkkisignaalille muodostetun aikaerojakauman; 10 Kuvio 18 esittää esimerkkisignaalista löytyneet häiriöpulssit;

Kuvio 19 esittää esimerkkisignaalin, josta on poistettu häiriöpulssit;

Kuvio 20 esittää esimerkin aikaeromatriisista;

Kuvio 21 esittää synkronisten impulssihäiriöiden poistomenetelmän vuokaavion; 15 Kuvio 22 esittää keksinnön mukaisen järjestelmän lohkokaavion sen erään suoritusmuodon mukaisesti;

Kuvio 23 esittää näytteenotto, mittaussignaalin suodatus ja osittais-purkauspulssien poiminta -lohkon vuokaavion sen erään suoritusmuodon mukaisesti ja 20 Kuvio 24 esittää vuokaavion sijainnin määrityksessä käytettävän matemaattisen mallin muodostamisesta erään suoritusmuodon mukaisesti.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksinnön mukaisen menetelmän ja järjestelyn lohkokaavio on esitetty kuviossa 22. Keksintö voidaan jakaa kahteen päälohkoon: näytteen-I ! 25 otto, mittaussignaalin suodatus ja osittaispurkauspulssien poiminta 400 sekä osittaispurkauspulssien analysointi 300. Kuviosta 22 ilmenee myös analysoin-‘;’t tilohkon 300 toiminta vuokaavion avulla havainnollistettuna. Keksinnön mukai-v sen menetelmän ja järjestelyn käyttöä ei ole rajattu mihinkään tiettyyn järjestelmään vaan sitä voidaan käyttää erilaisten sähköjärjestelmien kuten esimer-*:*" 30 kiksi sähköverkkojen tai sähkölaitteiden yhteydessä määrittämään näissä mahdollisesti esiintyvien osittaispurkauslähteiden sijainti. Keksinnön mukainen . järjestely voidaan toteuttaa esimerkiksi digitaalisen signaalinkäsittelylaitteiston avulla.

*·;·* Näytteenotto, mittaussignaalin suodatus ja osittaispurkauspulssien : : 35 poiminta -lohkon 400 toimintaa sen erään suoritusmuodon mukaisesti havain-·.··· nollistava vuokaavio on esitetty kuviossa 23. Menetelmässä digitoidaan yhtä- 107082 5 jaksoisesti edullisesti useiden verkkojaksojen ajan sähköverkossa esiintyvää suuritaajuista jännitettä (tai muuta suuretta, josta osittaispurkauspulssit ovat erotettavissa). Käytettävällä mittausmenetelmällä ei ole merkitystä keksinnön perusajatuksen kannalta ja se riippuu esimerkiksi tarkasteltavasta sähköjär-5 jestelmästä. Mittauskaistan alarajataajuus f, on esimerkiksi muutamia kymmeniä kilohertsejä ja ylärajataajuus fu esimerkiksi useita megahertsejä (esimerkiksi f, * 60 kHz ja fu» 8 MHz). Digitoinnin tuloksena saadaan 130 esimerkiksi 16 MS/s näytteenottotaajuudella yhteensä 960000 näytettä kolmen verkkojakson ajalta. Tätä kolmen jakson pakettia kutsutaan jatkossa mittauk-10 seksi ja se on samalla algoritmin sisäänmenotieto. Algoritmi edullisesti poistaa 100, 121 ja 200 mittauksesta esimerkiksi digitaalista suodatusta käyttäen häi-riösignaalit. Mittaukseen jäljelle jäävästä näytejonosta algoritmi poimii osittaispurkauspulssit. Pulsseista algoritmi laskee 111 esimerkiksi seuraavat pulssi-muotoa kuvaavat parametrit: pulssin nousuaika (edullisesti 10%-90% pisteet), 15 pulssin laskuaika (edullisesti 90%-10% pisteet) ja pulssin leveys (edullisesti 50% korkeudelta). Se mitä pulssiparametreja tässä vaiheessa määritetään, riippuu myöhemmin analysointivaiheessa käytettävistä tunnusluvuista. Em. pulssiparametrit jokaisesta pulssista tallennetaan 120 analysointia varten.

Vaihtoehtoisesti voidaan jokaisesta pulssista tallentaa esimerkiksi 20 seuraavat tiedot: 50-100 näytepistettä kustakin pulssista, pulssin syttymisvai-hekulma, verkkojakson (jolla ko. pulssi esiintyi) järjestysnumero ja verkkojakson (jolla ko. pulssi esiintyi) alkamishetken aikaleima. Aiemmin mainitut puls-siparametrit lasketaan tässä vaihtoehtoisessa tapauksessa vasta analysointi-: :': lohkon 300 yhteydessä.

25 On huomattava, että mittaussignaalin suodatus ja osittaispurkaus- • · : pulssien poiminta voidaan suorittaa myös muunlaisia menetelmiä hyväksi- .·;·! käyttäen ilman, että tällä on merkitystä keksinnön perusajatuksen kannalta. On • « ♦ myös mahdollista, että käytetään vain osaa esitetyistä suodatusmenetelmistä tai että suodatusta ei tarvita lainkaan, jos tutkittava järjestelmä on suojattu ul-30 koisilta häiriöiltä.

: *** Eräs osittaispurkausmittauksiin liittyvä häiriötyyppi on kapeakaistai- ··» set häiriöt. Kapeakaistaisilla häiriöillä tarkoitetaan häiriösignaaleja, joiden . . : spektri on kapea eli signaalin energia on keskittynyt kapealle taajuusalueelle.

.···! Tyypillisesti kapeakaistaisia häiriöitä aiheuttavat erilaiset radiolähettimet ja 35 viestintälaitteet, jotka toimivat kapealla taajuusalueella. Tällaiset häiriöt voivat • · ♦ : peittää allensa heikot osittaispurkauspulssit heikentäen näin osittaispurkaus- 107082 6 mittauksen herkkyyttä. Toinen osittaispurkausmittauksiin liittyvä häiriötyyppi on ei-synkroniset impulssihäiriöt, jotka ovat pulssimuotoisia häiriöitä ja jotka eivät esiinny synkronisesti vaihejännitteen (nimellistaajuus esimerkiksi 50 tai 60 Hz) kanssa eli toisin sanoen peräkkäisillä vaihejännitteen jaksoilla pulssit eivät 5 esiinny samoilla vaihekulmilla. Sen sijaan perättäisten häiriöpulssien välinen aika pysyy likimäärin vakiona. Tyypillinen esimerkki ei-synkronisista impulssi-häiriöistä ovat vaihtosuuntaajan kommutointipulssit. Kolmas osittaispurkausmittauksiin liittyvä häiriötyyppi on synkroniset impulssihäiriöt, jotka ovat pulssimuotoisia häiriöitä ja jotka esiintyvät synkronisesti vaihejännitteen kanssa. 10 Häiriöpulssit toistuvat peräkkäisillä jaksoilla likimäärin vakiovaihekulmilla. Lisäksi pulssien amplitudi pysyy lähes vakiona. Synkronisia impulssihäiriöitä aiheuttavat esimerkiksi tasasuuntaajan ja vaihekulmasäädön kommutointipulssit.

Kapeakaistaisten häiriöiden poisto 100 15

Kapeakaistaiset häiriöt näkyvät amplitudispektrissä piikkeinä. Piikin leveys on suoraan verrannollinen häiriökaistan leveyteen. Jotta kapeakaistaiset häiriöt voitaisiin poistaa signaalista, täytyy amplitudispektristä pystyä tunnistamaan siinä mahdollisesti esiintyvät piikit. Osittaispurkausten ja kohinan 20 teho on jakautunut tasaisesti koko spektrin taajuusalueelle. Valkoisen kohinan amplitudispektri on määritelmänsä mukaan vakio koko taajuusalueella. Värjäytyneillä kohinoilla teho on voimakkaampaa joillakin taajuusalueilla mutta : : nämäkin tapaukset näkyvät amplitudispektrissä tasomaisina alueina. Hakija on hakemuksessa esimerkkinä käytetyllä mittausjärjestelmällä suorittamissaan ;' ·.: 25 kokeissa havainnut, että osittaispurkausten teho on jakautunut spektrissä koko • · taajuusalueelle. Osittaispurkauksilla on kuitenkin matalilla taajuuksilla enem- • · män tehoa kuin korkeilla taajuuksilla. Esimerkiksi kuviosta 4, jossa on esitetty esimerkkisignaalin G(jco) amplitudispektri |GG'o)| skaalattuna amplitudin suh- * teen, voidaan havaita, että osittaispurkausten teho on voimakkaampaa taa-„ 30 juusalueella 0-2,5 MHz ja taajuusalueella 2,5 MHz-8 MHz teho on lähes va- I I I < t * * kio. Kuviossa 4 näkyvät piikit ovat kapeakaistaisten häiriöiden aiheuttamia.

Kapeakaistaiset häiriöt ovat kuvion 4 esimerkkitapauksessa kertyneet matalille :' ·, · taajuuksille mutta käytännössä niitä voi esiintyä koko taajuusalueella.

* · .··. Kapeakaistaisten häiriöiden poistomenetelmää havainnollistava ’·’ 35 lohkokaavio on esitetty kuviossa 1. Menetelmä perustuu äärellisen pituisen : signaalin muokkaamiseen 110 taajuustasossa. Tämän vuoksi ennen signaalin 107082 7 muokkaamista se siirretään 101 aikatasosta (g(t), missä t on aika) taajuustasoon (G(jcö), missä j on imaginaariyksikkö ja ω=2πί, kun f on taajuus) sopivan mittaisissa aikajaksoissa edullisesti Fourier-muunnoksella. Signaalin aikajakson muokkauksen jälkeen se palautetaan 109 takaisin aikatasoon käänteisellä 5 Fourier-muunnoksella. Esimerkeissä on käytetty 16 MHz näytteenottotaajuudella otettua 60 ms pituista signaaliaikajaksoa, jolloin näytepisteitä on saatu yhteensä 960000 kpl. Käytettävän signaaliaikajakson pituus voi poiketa edellä esitetystä esimerkkiarvosta.

Kuviossa 2 nähdään esimerkkinä käytettävä signaali g(t) aikatasos-10 sa, jolloin pystyakseli kuvaa signaalin amplitudia g(t) ja aika t on kuvattu vaaka-akselilla. On huomattava, että kuvioissa 2-10 esitetyt kuvaajat kuvaavat vain erästä esimerkkisignaalia ja ne on tarkoitettu ainoastaan havainnollistamaan suodatusmenetelmän toimintaa. Taajuustasoon muunnetun signaalin Fourier-spektristä eli spektristä G(jco) lasketaan 102 amplitudispektri |G(jco)| 15 (kuvio 3), jossa on kuvattu signaalin amplitudi |G(jo>)| (pystyakseli) taajuuden f (vaaka-akseli) suhteen. Kuviossa 4 on esitetty amplitudispektri |G(jco)| skaalattuna amplitudin suhteen. Jos kuvion 4 kaltaisesta amplitudispektristä |G(jro)| yritetään tunnistaa kapeakaistaisten häiriöiden piikit, saattaa käydä niin, että esimerkiksi taajuusalueella 0-1 MHz esiintyvä osittaispurkauksen voimakas 20 tehopiikki tulkitaan häiriöpiikiksi. Jos tämän seurauksena suodatetaan taajuusalue 0-1 MHz kokonaan pois, poistuu osittaispurkaussignaalista huomattava määrä tehoa. Tämän seurauksena osittaispurkauspulssit vääristyvät ja suodatustulos on käyttökelvoton. Jotta edellä mainittu ongelma voitaisiin vält-: tää, signaalin amplitudispektri |G(jco)| oikaistaan. Oikaisu tehdään siten, että 25 etsitään amplitudispektristä yhtenäisen pohjatason verhokäyrä. Kuvion 4 tapa- • · uksessa pohjatasona voidaan pitää amplitudispektrin alaosassa olevaa yhte- • · näistä aluetta. Piikit eivät kuulu pohjatasoon. Amplitudispektrin pohjatason verhokäyrän määrittämistä varten amplitudispektri jaetaan osiin esimerkiksi 32

• « I

osaan ja määritetään kunkin osan mediaani. Ensimmäinen 32:sta paloittai-, 30 sesta mediaanista jätetään edullisesti huomioimatta, jos näytteenotossa mitta-ussignaali on ylipäästösuodatettu pääjännitteen ja yliaaltojen poistamiseksi, jolloin ensimmäisen osan mediaani ei kuvaa verhokäyrän todellista muotoa. Verhokäyrä envelope saadaan 103 sovittamalla näihin 31 pisteeseen l 4 (renkailla merkityt arvot kuviossa 5) esimerkiksi eksponentiaalinen kolmannen 35 asteen polynomi 51, muotoa 4 4 4 4 4 4 4 4 4 8 107082 envelope = , missä a, b, c ja d = polynomin kertoimet, e = Neperin luku ja x = taajuus.

5

Amplitudispektri |G(jo)| oikaistaan 104 jakamalla se näytteittäin ver-hokäyrän arvoilla. Oikaistu amplitudispektri |G(jco)|0 on esitetty kuviossa 6. Oikaistussa amplitudispektrissä pohjataso on likimäärin vakio ja siitä nousevat piikit ovat kapeakaistaisia häiriöitä. Oikaistusta amplitudispektristä voidaan ka-10 peakaistaisten häiriöiden piikit tunnistaa helposti, jos vain voidaan määrittää pohjataso. Yksinkertainen ratkaisu olisi käyttää kiinteää leikkaustasoa. Osit-taispurkausten voimakkuus ja tiheys sekä taustakohinan teho ja siten myös koko signaalin teho kuitenkin vaihtelevat ja siten myös amplitudispektrin pohjatason korkeus vaihtelee. Kiinteää leikkaustasoa käytettäessä taso olisi ase-15 tettava niin korkealle, että voidaan olla täysin varmoja siitä, että pohjatasoa ja samalla siis osittaispurkauksia ei tulkita häiriöiksi. Tällöin kuitenkin häiriöiden poiston herkkyys huononee eli osa häiriöistä jää poistamatta. Edullisin ratkaisu onkin määrittää leikkaustaso tapauskohtaisesti. Leikkaustaso täytyy asettaa mahdollisimman alas mutta kuitenkin selvästi pohjatason yläpuolelle. Opti-20 maalinen leikkaustaso voidaan määrittää esimerkiksi oikaistun amplitudispektrin keskiarvon ja keskihajonnan tai varianssin avulla. Oikaistun amplitudispekt-rin amplitudijakauma on esitetty kuviossa 10, jolloin vaaka-akseli kuvaa amp-. litudiarvoa (Amplitude) ja pystyakseli amplitudiarvon todennäköisyystiheyttä (Probability density). Jakauma muistuttaa %2-jakaumaa. %z-jakaumalle, kuten ^ | 25 normaalijakaumallekin on olemassa kaava, jonka avulla voidaan arvioida, *;./ kuinka suuri osa arvoista on annettujen rajojen sisällä. Esimerkiksi normaalija-• · « Y ' kautuneen signaalin arvoista 95 prosenttia on rajojen μ±1,96σ (μ on keskiarvo v ; ja σ on keskihajonta) sisällä. x2-jakauman kaava on samaa muotoa kuin nor maalijakauman kaava mutta todennäköisyysrajat ovat erilaiset. Spektri-piikkien *:“ 30 leikkaustaso level voidaankin määrittää 105 ja 107 esimerkiksi oikaistun amp-: litudispektrin keskiarvon ja keskihajonnan avulla, kaavalla t • φ • · · level = mean + coef · std , mjSSä ’·' * 35 mean = oikaistun amplitudispektrin keskiarvo, 9 107082 std = oikaistun amplitudispektrin keskihajonta ja coef= leikkaustason herkkyyden määräävä kerroin.

Spektripiikkien leikkaus suoritetaan edullisimmin kahdessa osassa; 5 ensin poistetaan 106 mahdolliset suuret piikit ja sen jälkeen poistetaan 108 jäljelle jääneet pienet piikit. Leikkauksen tekemisellä kahdessa osassa päästään tarkkaan ja robustiin tulokseen. Lisäksi täten on voitu varmistaa se, että osittaispurkauksia ei vaimenneta. Eli ensimmäisellä leikkauskerralla 106 pyritään poistamaan keskihajontaan voimakkaasti vaikuttavat suuret piikit, jolloin 10 toisella leikkauskerralla 108 leikkaustaso level voitaisiin määrittää mahdollisimman tarkasti pohjatason yläpuolelle. Esimerkiksi kuvion 10 tapauksessa hyväksyttävä toisen leikkauskerran leikkaustason level arvo olisi välillä 5-15. Vaihtoehtoisesti voitaisiin myös käyttää vain yhtä leikkauskertaa tai useampaa kuin kaksi. Jos leikkauksia tehtäisiin useampia kuin kaksi, päästäisiin vielä tar-15 kempaan ja robustimbaan lopputulokseen mutta samalla tarvittava laskenta-aika kasvaisi. Vain yhtä leikkauskertaa käytettäessä suurten piikkien vaikutus leikkaustason asettumiseen on huomattava. Kertoimen coef oikealla valinnalla voidaan varmistaa, että suodattamista ei tapahdu, jos signaalissa ei esiinny kapeakaistaisia häiriöitä. Tällöin leikkaustasot asettuvat niin korkealle, että ko-20 ko amplitudispektri jää niiden alapuolelle. Suurten piikkien leikkaustasoja määritettäessä 105 käytetään edullisesti arvoa coef=4 ja pienten piikkien leikkaustasoja määritettäessä 107 edullisesti arvoa coef=3, kun leikkaus suoritetaan kahdessa vaiheessa. Kertoimen coef mainitut arvot perustuvat hakijan suorit-tamiin kokeisiin. Myös muita arvoja voidaan käyttää mutta edullisin coef-25 kertoimen arvoalue ensimmäistä leikkaustasoa laskettaessa on 3-6 ja toista • · : leikkaustasoa laskettaessa 2-4.

• «· • «

Spektri-piikkien poistaminen spektristä tapahtuu ensimmäisessä vaiheessa siten, että nollataan 106 spektristä G(jco) ne taajuusalueet, joilla oi- « · c * kaistussa amplitudispektrissä |G(jco)|0 on suurten piikkien leikkaustason 61 „ 30 ylittäviä arvoja. Koska spektri G(joo) (kuten myös amplitudispektri) on diskreetti taajuuden suhteen eli se muodostuu taajuusnäytteistä, on pienin taajuusalue, joka voidaan nollata, yhden taajuusnäytteen mittainen taajuusväli. Kapea- « :*·.· kaistainen häiriö ei kuitenkaan ole tyypillisesti keskittynyt pistemäisen tarkasti .··*. yhdelle taajuudelle vaan saattaa olla levinnyt jonkin verran. Esimerkiksi AM-*’ 35 radiolähetyksen kaistanleveys sivukaistoineen voi olla 9 kHz. Häiriö voi olla ’ siis jakautunut usean taajuusnäytteen alueelle. Tämän johdosta voi olla edul-» * 107082 10 lista, että nollattava taajuusalue käsittää paitsi sen taajuusnäytteen, jossa häiriö näkyy eli leikkaustaso ylittyy, myös yhden tai useampia viereisiä taajuus-näytteitä riippuen käytettävästä näytteenottotaajuudesta. Esimerkiksi 16 MHz näytteenottotaajuudella ja 960000 pisteen näytejonolla yhden taajuusnäytteen 5 leveys vastaa noin 16,7 Hz. Jos poistettavan häiriön leveys on 9 kHz saadaan nollattavien taajuusnäytteiden määräksi 540 näytettä eli 270 näytettä leikka-ustason ylittävän näytteen kummaltakin puolelta. Tuloksena saadaan korjattu spektri GQo)v Kuviossa 6 on esitetty oikaistu amplitudispektri |G(ja>)|0 ja ensimmäinen leikkaustaso 61. Pienten piikkien leikkaustason määrittämistä 107 10 varten leikkaustason 61 ylittävät amplitudiarvot nollataan 106 myös oikaistusta amplitudispektristä, jolloin lohkossa 107 on käytössä korjattu oikaistu amplitudispektri |G(jco)|k toisen leikkaustason 71 määrittämistä varten. Oikaistun amp-litudispektrin korjaus muuttaa (pienentää) sen keskiarvoa ja keskihajontaa, jolloin toisella leikkauskerralla tapahtuva toisen leikkaustason määrittäminen 15 voidaan tehdä tarkemmin. Jos leikkauskertoja olisi useampia kuin kaksi, korjattaisiin myös leikkaustason määrityksessä 105 ja 107 käytettävää amplitu-dispektriä vastaavasti jokaisen spektrin korjauksen 106 yhteydessä. Viimeisen spektrin korjauksen 108 yhteydessä ei amplitudispektrin korjausta tehdä, koska amplitudispektriä ei enää myöhemmin tarvita. Pienten piikkien poistaminen 20 108 spektristä tapahtuu vastaavalla tavalla eli nollataan korjatusta spektristä G(ju)1 ne taajuusalueet, joilla korjatussa oikaistussa amplitudispektrissä |G(jco)|k on pienten piikkien leikkaustason 71 ylittäviä arvoja. Kuviossa 7 on « :: esitetty korjattu oikaistu amplitudispektri ja toinen leikkaustaso 71. Lopputulok- : sena saadaan siis spektri G(jo))2, josta on poistettu piikkejä kahteen eri ottee- 25 seen. Tällaista korjattua spektriä G(jro)2 vastaava amplitudispektri |G(ja>)2| on ;*·.· esitetty kuviossa 8. Suodatuksen lopputuloksena amplitudispektriin jää usein « « pieniä kapeakaistaisia häiriöistä johtuvia piikkejä, mutta jos otetaan huomioon .·«,·. piikin leveys ja korkeus, voidaan todeta, että häiriöpulssin teho on hyvin pieni.

* » e

Kuviossa 9 on esitetty korjattu signaali g(t)2 aikatasossa, joka on siis saatu „ 30 muuntamalla 109 kahteen kertaan korjattu 106 ja 108 spektri eli signaali G(ja>)2 * · C 6 · ‘ ‘ taajuustasossa takaisin aikatasoon. Signaaliin jääneet kapeakaistaiset häiriöt ovat huomattavasti pienempiä kuin taustakohina, joten häiriöiden erottaminen aikatasossa (kuvio 9) on lähes mahdotonta.

• · • · ♦ * * 35 Ei-synkronisten impulssihäiriöiden poisto 121 107082 11

Ei-synkronisten impulssihäiriöiden poistomenetelmän toiminta perustuu siihen, että osittaispurkauspulssin ja ei-synkronisten häiriöpulssien tyypilliset piirteet poikkeavat toisistaan riittävästi, jotta niiden erottaminen on mahdollista. Osittaispurkauspulssit esiintyvät pulssiryhminä, purkaustyypistä 5 riippuvilla jakson alueilla, ja yksittäisen pulssin paikassa sekä amplitudissa on hajontaa, kun taas ei-synkroniset impulssihäiriöt esiintyvät likipitäen tasavälisesi, likipitäen vakioamplitudilla ja koko jakson ajalla.

Menetelmä käyttää lähtötietonaan pulssiparametreja, jotka on saatu etsimällä osittaispurkausmittaussignaalissa esiintyvät pulssit ja laskemalla se-10 kä tallentamalla niistä; pulssin amplitudi, syttymisvaihekulma, jakson numero, nousuaika, laskuaika, leveys ja pinta-ala. Esimerkkinä käytetyissä mittauksissa on mitattu dataa kolmen verkkojakson ajalta (60 ms, kun taajuus on 50 Hz) ja aikaisemmissa vaiheissa pulssien amplitudi on skaalattu välille 0-128. Pulssien lukumäärälle ei ole asetettu rajoja. Ei-synkronisia häiriöpulsseja oletetaan 15 yhden jakson aikana olevan 5 - 500 ja näin ollen peräkkäisten häiriöpulssien aikaeron oletetaan vaihtelevan välillä 0,04 - 4 ms. Menetelmän vuokaavio on esitetty kuviossa 11.

Pulssien etsintä ja pulssiparametrien laskenta -vaiheessa 111 mittaussignaalista etsitään siinä esiintyvät pulssit ja pulsseille määritetään pulssi-20 parametrit (esimerkiksi amplitudi, vaihekulma ja jakson numero). Kuviossa 14 on esitetty eräs osittaispurkausmittaussignaali. Signaalista löytyneiden pulssien huiput on ympäröity. Menetelmä saa lähtötiedoiksi löytyneiden pulssien pulssiparametrit. Kuviossa 15 on esitetty löytyneiden pulssien huiput aikajär-\i,: jestyksessä. X-akseli edustaa kuvioissa 14 ja 15 näytteitä, jolloin tässä kuva- ’·*·.j 25 tussa esimerkkitapauksessa yksi näyte vastaa 62,5 ns. Kuvioon 15 on lisäksi piirretty 50 Hz siniaalto, jotta pulssien sijoittuminen vaihejännitteeseen nähden kävisi selvemmin ilmi. Ei-synkronisten häiriöpulssien jono ilmenee kuviosta 15 .··.*. jonona amplitudialueella 20-25.

Amplitudialue (0 - 128) on edullisesti jaettu (vaihe 112) 41:een tar- 30 kasteluväliin, kuten kuviossa 12. Amplitudihajontana eli tarkasteluvälin suu- *,,* ruutena käytetään edullisesti ±3. Tarkasteluvälit käydään 113 yksi kerrallaan • · läpi ja kulloinkin tutkitaan vain niitä pulsseja, joiden amplitudi on tarkasteluvä-Iillä. Amplitudialue jaetaan pienempiin tarkasteluväleihin, jotta voidaan tarkas-telia tietyn amplitudisten pulssien välistä aikaeroa. Amplitudihajontaa ja tar-35 kasteluvälien lukumäärää muuttamalla voidaan muuttaa suurinta sallittua ei- • t » v * synkronisten impulssihäiriöiden amplitudihajontaa. Kun tarkasteluvälit ovat 107082 12 osittain päällekkäin, saavutetaan se, että kaikki ei-synkroniset häiriöt havaitaan riippumatta niiden amplitudista ja amplitudihajonnasta.

Pulssin syttymisvaihekulma ja jakson numero -tietojen avulla voidaan laskea samanamplitudisten pulssien aikaero niitä edeltäneisiin pulsseihin 5 (esimerkiksi kuvion 15 pulssien huiput on asetettu paikalleen vaihekulma ja jakson numero -tietojen avulla). Tiedot tallennetaan 114 aikaero-matriisiin. Kuviossa 13 on esitetty matriisin perusrakenne. Kullakin pystyrivillä on kyseisten pulssien aikaero niitä edeltäneisiin pulsseihin eli esimerkiksi rivillä 5 sarakkeessa 8 on viidennen ja kahdeksannen pulssien aikaero. Aikaeromatriisissa 10 on kunkin pulssin aikaero (eli etäisyys) kaikkiin sitä edeltäneisiin pulsseihin, jotka sijaitsevat samassa tarkasteluvälissä.

Samanaikaisesti aikaeromatriisin muodostamisen kanssa muodostetaan 114 aikaerojakauma. Jakauma muodostetaan esimerkiksi välille 0,04 -4 ms. Jakauma on edullisesti jaettu 91 logaritmiseen lohkoon siten, että askel 15 lohkosta toiseen on 5,2 %. Jakaumaan lisätään ko. aikaeron kohtaan arvo ai-kaero/20 sekä ko. aikaeron molemmin puolin arvo (aikaero/20)/2. Kuviossa 16 on esitetty aikaerojakauman lohkojen jakautuminen. Lohkojen koko kasvaa siirryttäessä vasemmalta oikealle. Jakauma muodostetaan peräkkäisten samalla tarkasteluvälillä olevien pulssien välisestä aikaerosta (eli pulssin välinen 20 aikaero sitä edeltäneeseen pulssiin). Käytännössä arvot, joista jakauma muodostetaan, ovat välittömästi aikaeromatriisin diagonaaliakselin yläpuolella.

>>>; Kuviossa 17 on esitetty aikaisemmin mainitulle esimerkkiosittais- purkaussignaalille tarkasteluvälille 21±3 muodostettu aikaerojakauma. Jakau-massa on voimakas piikki noin 1 ms kohdalla ja piikki on suurempi kuin kyn-'· '· 25 nysarvoksi asetettu 1, joten jakauman perusteella voidaan todeta, että signaa-Iissä on ei-synkroninen impulssihäiriö, joka esiintyy 1 ms (16000 näytteen) • · · v ; välein.

Arvo aikaero/20 on tiheysindeksi. Indeksien summa, mikä nähdään lopuksi jakaumasta, kuvaa tavallaan tilanteen vakavuutta. Kuten myöhemmin 30 selityksestä käy ilmi, jotta 0,2 ms välein esiintyvät pulssit esiintyisivät ’’yhtä ti-.···. heään” kuin 1 ms välein esiintyvät pulssit, täytyy 0,2 ms välein esiintyviä puls-’·* seja olla viisi kertaa enemmän. Kuviossa 17 olevassa jakaumassa piikin kor-keus on noin 1,8. Kolmelle jaksolle maksimiarvo on 3, joten piikki kertoo, että yli puolet 1 ms välein esiintyvistä pulssipareista on havaittu. Jakaumaan on 35 talletettu siis vain peräkkäisten pulssien aikaero.

• · 1 . · 107082 13

Sillä, että jakaumaan lisätään löydetyn aikaeron viereisiin kohtiin arvot (aikaero/20)/2 on pyritty pyöristämään jakaumaa ja varmistamaan, että myös aikaerot, jotka osuvat kahden lohkon rajalle, tulevat havaituiksi.

Arvo aikaero/20 tarkoittaa sitä, että jakaumaan tulee arvo 1, jos jak-5 sossa esiintyy 20 pulssia 1 ms välein tai 100 pulssia 0,2 ms välein. Jakaumasta nähdään näin se aikaero, jonka välein tasavälisiä pulsseja on suhteessa eniten.

Kun aikaerotiedot on saatu laskettua kaikille samanamplitudisille pulsseille, etsitään 115 aikaerojakauman maksimi ja aikaero jolla se toteutuu. 10 Jos aikaerojakauman maksimiarvo on suurempi kuin ennalta asetettu kynnysarvo, etsitään aikaeromatriisista tasavälein toistuvat pulssit. Käsiteltäessä kolmen jakson pituista mittausta kynnysarvona on käytetty arvoa 1. Tämä edellyttää sitä, että aikaerojakaumaa muodostettaessa vähintään joka kolmas toistuvista pulssipareista on havaittu. Kynnysarvoa ei kannata asettaa kovin 15 ylös, koska käytännössä voi käydä niin, että samalla tarkasteluvälillä esiintyy sekä osittaispurkauspulsseja että häiriöpulsseja. Osittaispurkausryhmien kohdalla ei aina saada kahden häiriöpulssin välistä aikaeroa vaan on todennäköistä, että saadaan jonkin osittaispurkauspulssin ja häiriöpulssin välinen aikaero. Kynnysarvo on kuitenkin niin korkealla, että osittaispurkaukset eivät 20 ylitä sitä. Edes koronapurkauksen pulssijonot eivät ole tarpeeksi ’’pitkiä”, jotta ne tulkittaisiin häiriöiksi. Arvo aikaero/20 skaalaa jakauman niin, että jakauman . suurin mahdollinen arvo vastaa jaksojen lukumäärää. Jos näytteitä olisi vain yhdeltä verkkojaksolta, suurin arvo olisi 1. Esimerkkitapauksessa tutkitaan « < « kolmen verkkojakson pituisia paketteja, jolloin jakauman suurin mahdollinen ' : 25 arvo on 3.

• · *.**: Tasavälisesti toistuvien pulssien etsiminen 116 aikaeromatriisista :.· - tapahtuu seuraavasti. Aloitetaan etsintä käyttäen ensimmäisenä pulssina :T: pulssia 1. Ensimmäiseltä vaakariviltä etsitään arvo, joka on välillä:

30 k- AE -0.135 -AE < arvo < k - AE + 0.135 -AE

• « « * t · . missä AE on aikaerojakaumasta saatu toistuvien pulssien välinen aikaero ja k saa arvot 1, 2, 3... Kuviossa 20 on esitetty erään aikaeromatriisin *·;·* arvot 31 ensimmäisen pulssin osalta. Esimerkissä toistuvien pulssien välinen : 35 aikaero on 1 ms. Tässä tapauksessa matriisin 1. riviltä löydetään ehdot täyttä-: vä arvo kohdasta 22. Pulssin indeksi talletetaan, jotta se voidaan merkitä häi- 107082 14 riöpulssiksi, jos löydetty pulssijono täyttää sille asetetut ehdot. Pulssien etsintää jatketaan nyt riviltä 22. Ehtoihin sopivaa arvoa ei löydy tästä taulukosta ja myöhemmin voidaan todeta, että löydetystä pulssijonosta puuttuu useita pulsseja eli se ei ole riittävän yhtenäinen ollakseen häiriöpulssijono. Etsintä aloi-5 tetaan alusta käyttäen nyt ensimmäisenä pulssina pulssia 2. 2. vaakariviltä etsitään ehdot täyttävä arvo. Se löytyy kohdasta 3. Pulssin indeksi talletetaan ja etsintää jatketaan riviltä 3. Kohdasta 5 löytyy sopiva arvo, indeksi talletetaan ja etsintää jatketaan riviltä 5 Riviltä 5 aletaan etsiä arvoa, joka on halutulla välillä, kun k=1. Tällainen arvo löydetään kohdasta 7 ja etsintää jatkettaisiin riviltä 7. 10 Jos kohdan 7 pulssia ei kuitenkaan olisi löydetty ja kyseisessä kohdassa olisi esimerkiksi arvo 1,2, niin tässä kohdassa todettaisiin, että k:n ollessa 1 ei tältä riviltä voida enää löytää ehtoihin sopivaa arvoa, sillä riveillä olevat arvot kasvavat kuljettaessa vasemmalta oikealle. Tällöin k:n arvoon lisättäisiin yksi ja etsintää jatkettaisiin tästä kohdasta eteenpäin. Tähän ehtoon sopiva arvo löy-15 detään kohdasta 10 ja etsintää jatkettaisiin riviltä 10. Aina ryhdyttäessä etsimään seuraavaa häiriöpulssia asetetaan k:n arvoksi 1. Jos jotain häiriöpulssia ei löydetä, kasvatetaan k:n arvoa yhdellä. Kun jakaumasta saatu häiriöpulssi-en aikaero on esimerkiksi 1 ms, niin aikaeromatriisista etsitään pulssijono, jonka pulssien välinen aikaero on kx 1ms ± 0,135ms. Kuviossa 18 on ympäröi-20 mällä merkitty esimerkkisignaalista löytyneet häiriöpulssit.

Kun koko pulssijoukko on käyty läpi, tarkistetaan onko löydetty pulssijono riittävän yhtenäinen. Ehtona on edullisesti, että on löydetty vähintään puolet pulsseista. Jos pulssijono on riittävän yhtenäinen, sen muodosta-vat pulssit merkitään 117 häiriöpulsseiksi. Löydettyjen häiriöpulssien lukumää-; '|25 rä voidaan laskea helposti ja lisäksi tietyn aikaeron välein esiintyvien häiriö-pulssien maksimimäärä voidaan laskea aikaeron ja näytteenottoajan avulla ja- • · ♦ v : kamalla näytteenottoaika pulssien välisellä aikaerolla. Eli esimerkkitapaukses- v ; sa käytetylle kolmen jakson mittaukselle ja 1 ms aikaerolle saadaan (3x20ms)/1ms = 60 pulssia. Jos tässä tapauksessa siis löydetään enemmän ·;··; 30 kuin 30 häiriöpulssia, todetaan pulssijono riittävän yhtenäiseksi.

.*··. Kun kaikki tarkasteluvälit on tutkittu 118, käydään läpi kaikki ampli- tudialueella esiintyvät pulssit läpi ja poistetaan 119 tietokannasta niiden puls-• sien pulssiparametrit, jotka on merkitty häiriöpulsseiksi. Kuviossa 19 on esi- tetty esimerkkisignaali, josta on poistettu havaitut häiriöpulssit. Menetelmässä 35 voidaan muuttaa esimerkiksi seuraavia parametreja: amplitudihajonta, tarkas-teluvälien lukumäärä, aikaerohajonta ja etsittävien ei-synkronisten häiriöpuls- 107082 15 sien määrä. Edelleen aikaeromatriisi voidaan korvata laskemalla vain välittömästi sen diagonaalin yläpuolella olevat arvot eli määrittämällä peräkkäisten pulssien aikaero. Kahden pulssin välinen aikaero voidaan laskea näistä arvoista, mutta laskennasta tulee tällöin monimutkaisempaa.

5

Synkronisten impulssihäiriöiden poisto 200

Synkronisten impulssihäiriöiden poistomenetelmän toiminta perustuu siihen, että osittaispurkauspulssin ja synkronisten häiriöpulssien tyypilliset 10 piirteet poikkeavat toisistaan riittävästi, jotta niiden erottaminen on mahdollista. Osittaispurkauspulssit esiintyvät pulssiryhminä, purkaustyypistä riippuvilla jakson alueilla mutta yksittäisen pulssin paikassa sekä amplitudissa on hajontaa, kun taas synkroniset impulssihäiriöt esiintyvät likipitäen samalla vaihekulmalla ja likipitäen vakioamplitudilla.

15 Menetelmä käyttää lähtötietonaan edullisesti pulssiparametreja, jot ka on saatu etsimällä osittaispurkausmittaussignaalissa esiintyvät pulssit ja laskemalla sekä tallentamalla 120 niistä pulssin amplitudi, syttymisvaihekulma, jakson numero, nousuaika, laskuaika, leveys ja pinta-ala. Aikaisemmissa vaiheissa pulssien amplitudi on skaalattu välille 0-128. Synkronisia häiriöpulssi-20 en määrän yhden jakson aikana oletetaan vaihtelevan tapauskohtaisesti. Menetelmän vuokaavio on esitetty kuviossa 21.

Amplitudialue (0 - 128) jaetaan (vaihe 201) pienempiin tarkastelu- . väleihin kuten ei-synkronisten impulssihäiriöiden poiston yhteydessäkin. Amp- litudialue jaetaan esimerkiksi 20:een osittain päällekkäiseen tarkasteluväliin ja 125 tarkasteluvälin leveys on ± 0,055 x pulssisarjan suurimman pulssin amplitudi.

*· *: Tarkasteluvälit käydään 202 yksi kerrallaan läpi ja kulloinkin tutkitaan vain niitä • · « •V r pulsseja, joiden amplitudi on tarkasteluvälillä.

·.· · Aluksi muodostetaan 203 pulssien vaihekulmajakauma käymällä kaikki samalla tarkasteluvälillä esiintyvät pulssit läpi ja muodostamalla ja-·;·: 30 kauma niiden syttymisvaihekulmista. Jakauma on jaettu vaiheen suhteen esi-.···. merkiksi 180 lohkoon eli yhden lohkon leveys vastaa 2°:tta. Jakaumaa muodostettaessa otetaan huomioon myös muut samalla jaksolla esiintyvät pulssit.

- « Jakauman muodostaminen aloitetaan ensimmäisestä mitatusta jaksosta ja ja-

I « I

kauman ensimmäisestä lohkosta eli vaihekulmista 0-2°. Jakauman ensimmäi-35 seen lohkoon lisätään arvo 1, jos ensimmäisellä jaksolla kyseisessä lohkossa esiintyy ainoastaan yksi pulssi ja kahden lohkon säteellä tarkasteltavasta loh- 107082 16 kosta eli vaihekulmilla 2-6° ei esiinny yhtään pulssia. Jos tutkittaisiin esimerkiksi viidettä lohkoa eli vaihekulmia 8-10°, vaihekulmilla 4-8° ja 10-14° ei saisi esiintyä pulsseja. Jos lohkossa esiintyy useampi kuin yksi pulssi tai jos viereisissä lohkoissa esiintyy pulsseja, jakauman arvoa ei muuteta. Tällä menette-5 lyllä on pyritty estämään osittaispurkauspulssien poistaminen. Vaikka osittais-purkauspulssit ovat varsin epäsäännöllisiä, niin pulssiryhmien keskellä pulsseja saattaa esiintyä niin tiheään, että jotkin niistä saatettaisiin tunnistaa synkronisiksi impulssihäiriöiksi. Menettelyn huonona puolena on se, että synkronisia häiriöpulsseja, jotka esiintyvät samoilla vaihekulmilla kuin osittaispurkauk-10 set, ei välttämättä kyetä tunnistamaan. Saatua jakaumaa pyöristetään sum-maamalla kuhunkin lohkoon sen vierekkäisten lohkojen arvot.

Ennen huippujen etsintää 204 vaihekulmajakauma normeerataan jakamalla sen arvot jaksojen määrällä. Vaihekulmajakauman huipuiksi tulkitaan 204 arvot jotka ovat suurempia kuin 0,4. Jos huippuja on havaittu, pulssit 15 käydään uudestaan läpi ja huippuja vastaavilla vaihekulmilla esiintyvät pulssit merkitään 205 häiriöpulsseiksi. Häiriöpulsseiksi merkintä tehdään kuitenkin niin, että yhdestä vaiheikkunasta merkitään häiriöpulssiksi vain yksi pulssi jaksoa kohden. Näin ollen, jos samassa vaiheikkunassa on sekä osittaispurkaus-pulssi että häiriöpulssi, niistä ainakin toinen jää analysoitavaksi.

20 Kun kaikki tarkasteluvälit on tutkittu 206, käydään läpi kaikki ampli- tudialueella esiintyvät pulssit läpi ja poistetaan 207 tietokannasta niiden puls-sien pulssiparametrit, jotka on merkitty häiriöpulsseiksi. Menetelmässä voi-. . -. daan muuttaa esimerkiksi seuraavia parametreja: amplitudihajonta, tarkastelu->' ‘. välien lukumäärä ja huippujen etsinnän kynnysarvo.

25 • · ·

Osittaispurkausten analysointi 300 * « e ' · « v · Mittauksia kerätään kunnes poimittuja pulsseja saadaan vähintään tietty määrä 122, jota tässä kutsutaan analyysirajaksi. Analyysiraja on esimer-*;·: 30 kiksi tuhat pulssia. Kerättyä esimerkiksi noin tuhannen pulssin ryhmää kutsu-taan jatkossa otokseksi.

• · * / . Saaduista pulsseista määritetään 301 yksi tai useampia tunnuslu- kuja. Tunnusluvut saattavat vastata jo aiemmin pulsseista määritettyjä 111 *’;·* pulssiparametrejä, jolloin tunnuslukujen arvoiksi määritetään vastaavien puls-35 siparametrien arvot. Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti määrite-; * tään seuraavat kolme tunnuslukua: 107082 17

Tunnusluku Tr (nousuaika) kuvaa pulssin nousuaikaa mitattuna pulssin nousureunalta esimerkiksi 10 % ja 90 % pisteiden väliltä.

Tunnusluku Tf (laskuaika) kuvaa pulssin laskuaikaa mitattuna pulssin laskureunalta esimerkiksi 90 % ja 10 % pisteiden väliltä.

5 Tunnusluku Tw (pulssin leveys) kuvaa pulssin leveyttä mitattuna pulssin nousu- ja laskureunojen esimerkiksi 50 % pisteiden väliltä.

On huomattava, että myös muita tunnuslukuja voidaan käyttää ilman, että tällä on merkitystä keksinnön perusajatuksen kannalta. Muita mahdollisia tunnuslukuja ovat esimerkiksi pulssin pinta-ala ja pulssin huippuarvo.

10 Kun tunnusluvut on määritetty, lasketaan edullisesti kunkin tunnus luvun eri pulsseista määritettyjen arvojen keskiarvo. Tunnuslukujen keskiarvot sijoitetaan 302 malliin, joka on tarkemmin selitetty jäljempänä ja joka kuvaa pulssiparametrien (tunnuslukujen) muuttumista etäisyyden funktiona olennaisesti niillä taajuuksilla, joilla osittaispurkauspulssit esiintyvät. Tuloksena saa-15 daan 303 arvio purkauspaikan etäisyydestä mittauspaikasta. Vaihtoehtoisesti voidaan ensin sijoittaa kunkin pulssin tunnusluvut malliin ja laskea keskiarvot mallin antamista tuloksista.

Sähköjärjestelmää vastaava malli voidaan määrittää esimerkiksi käytännön mittausten perusteella. Kuviossa 24 on esitetty vuokaavio mallin 20 muodostamisesta. Malli voidaan muodostaa joko suoraan koko sähköjärjestelmälle tai ensin sen osille, joiden mallit yhdistämällä saadaan koko järjestel-män malli. Mallit voidaan muodostaa valmiiksi tietyille sähköjärjestelmissä . käytettäville vakiokomponenteille, kuten erilaisille johtotyypeille, jolloin tällai-sista vakiokomponenteista muodostuvan sähköjärjestelmän mallin muodosta- '[25 minen voidaan tehdä helposti vakiokomponenttien tietojen perusteella, eikä * · · *· " sähköjärjestelmää välttämättä tarvitse enää erikseen mitata mallin muodosta-• ·« v ; miseksi. Sähköjärjestelmän tai sen komponentin mallin muodostaminen ta- *V : pahtuu seuraavasti: asetetaan 501 osittaispurkauslähde tarkasteltavaan koh teeseen eri etäisyyksille mittauspaikasta ja määritetään 502 mittauspaikassa ·;··: 30 osittaispurkauspulsseista yksi tai useampia pulssien ominaisuuksia kuvaavia .**. tunnuslukuja samoin kuin jo edellä analysointivaiheen yhteydessä on selostettu. Tämä toistetaan 503 riittävän monella eri etäisyydellä. Määritettyjen tun- nuslukujen avulla voidaan muodostaa yksi tai useampia kuvaajia tunnusluku-jen muuttumisesta etäisyyden funktiona. Kuvaajien avulla voidaan edelleen ;: 35 muodostaa 504 malli tunnuslukujen muuttumisesta etäisyyden funktiona.

* » 107082 18

Malli voi perustua esimerkiksi polynomiin. Polynomin yleinen muoto on esimerkiksi: h(u) = vnu” + v/(_|m"-1 +...+V]M + v0 ja vn ψ 0, missä 5 h = osittaispurkauslähteen etäisyys mittauspaikasta, u = tunnusluku, vn...v0 = polynomin kertoimet ja n = polynomin kertaluku.

10

Polynomi sovitetaan kunkin käytettävän tunnusluvun u osalta mainittuihin kuvaajiin, jotka kuvaavat tunnuslukujen muuttumista osittaispurkauslähteen ja mittauspaikan välisen etäisyyden funktiona. Polynomin sovittaminen kuvaajaan voidaan tehdä yleisesti tunnettujen periaatteiden mukaisesti eikä 15 sitä käsitellä tässä tarkemmin. Kuvaajiin sovitettujen polynomien kertaluku asetetaan siten, että malliin jäävä virhe pysyy halutuissa rajoissa, esimerkiksi alle 100 m. Polynomeja saadaan siis yhtä monta kuin käytössä on tunnuslukuja. Malli muodostuu esimerkiksi nousuaika, laskuaika ja pulssin leveys -tunnuslukujen polynomeista (hnousuaika, hlaskuaika ja hpulssinleveys). Kukin polynomi 20 antaa oman etäisyysarvionsa ja nämä esimerkiksi kolme etäisyysarviota yhdistetään lopulliseksi tulokseksi harvj0 etsimällä edullisesti suuruudeltaan kes-,,, kimmäinen arvo eli joukon mediaani: ^arvio — median(hnousuaikai ^laskuaika' hpulssinleveys)· . 25 * · *

Jos käytettäviä tunnuslukuja ja siten arvioita on kolme, voidaan tä- män menetelmän avulla välttää yhden (hnousuaika, hlaskuaika tai hpu,ssinleveys) selvästi V · virheellisen arvion vaikutus lopulliseen arvioon harvi0. Jotta menetelmän avulla saataisiin tarkkoja ja luotettavia tuloksia, on polynomien kertaluvut ja kertoimet :··,' 30 määritettävä kullekin sähköjärjestelmälle tai sen komponentille erikseen käy- ·**“.· tännön mittausten perusteella, kuten jo edellä on esitetty.

»*» .* . Menetelmän toimivuuteen voidaan vaikuttaa valitsemalla jokin muu mallirakenne kuten esimerkiksi ARMA -malli (AutoRegressive - Moving Avera-'·;>* ge) tai perustaa malli hermoverkkoon (neural network) tai määrittämällä kunkin : ’: *: 35 tunnusluvun käyttäytymiseen vaikuttava fysikaalinen malli. Myös tulosten yh- « · 107082 19 distäminen voidaan suorittaa vaihtoehtoisilla tavoilla ilman, että poiketaan keksinnön perusajatuksesta.

On huomattava, että edellä on esitetty vain eräs keksinnön mahdollinen sovellutusmuoto. Keksinnön mukaista menetelmää ja järjestelmää voi-5 daan muuttaa esitetystä esimerkiksi seuraavilla tavoilla: mittauskaistan keski-taajuutta ja kaistanleveyttä voidaan muuttaa (keskitaajuus voi olla myös huomattavasti suurempi kuin kaistanleveys), keskitaajuus voidaan tehdä esimerkiksi ohjelmallisesti aseteltavaksi lisäämällä digitointiketjun eteen sekoittaja ja paikallisoskillaattori, jonka taajuus voidaan ohjelmallisesti asetella, kaistanle-10 veys voidaan asetella ohjelmallisesti, tunnuslukuja voidaan muuttaa/lisätä, eri tunnuslukuja ja niiden avulla saatavia etäisyysarvioita voidaan painottaa erityisten painokertoimien avulla. Edelleen etäisyysarvion muodostamisessa voidaan käyttää apuna sumeaa logiikkaa tai menetelmä voidaan yhdistää johonkin TDR-menetelmään, kuten esimerkiksi level crossing, autocorrelation, mat-15 ched filter ja cross correlation -menetelmät.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

* « · « « 4 4 4 4 a • ♦ · ♦ · · • · • · · ♦ · · ♦ · » • · · • · · • (ti ♦ ♦ ♦ « « ♦ « • · · ♦ · t 4 « · ·

Claims (12)

107082 20

1. Menetelmä sähköjärjestelmässä olevan osittaispurkauslähteen sijainnin määrittämiseksi, jolloin menetelmä käsittää vaiheet, joissa mitataan (130) sähköjärjestelmän suuretta, kuten jännitettä tai vir-5 taa, johon sähköjärjestelmässä tapahtuvat osittaispurkaukset aiheuttavat pulsseja, erotetaan (111) mitatussa suureessa esiintyvät osittaispurkausten aiheuttamat pulssit eli osittaispurkauspulssit, määritetään (301), kun on saatu vähintään ennalta määrätty määrä 10 osittaispurkauspulsseja, yksi tai useampia osittaispurkauspulssien ominaisuuksia kuvaavia tunnuslukuja kullekin osittaispurkauspulssille, tunnettu siitä, että määritetään (302) osittaispurkauslähteen sijainti sijoittamalla saadut tunnusluvut ennalta muodostettuun malliin, joka kuvaa tunnuslukujen arvojen 15 riippuvuutta osittaispurkauslähteen ja mittauspaikan, jossa mitattujen suureiden perusteella tunnusluvut on määritetty, välisestä etäisyydestä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osittaispurkauslähteen sijainti määritetään (302) sijoittamalla mainittuun malliin kunkin tunnusluvun kahdesta tai useammasta pulssista määritettyjä ar- 20 voja parhaiten edustava arvo.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu kunkin tunnusluvun kahdesta tai useammasta pulssista määritet- ;: ‘ tyjä arvoja edustava arvo on arvojen keskiarvo.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tun-25 nettu siitä, että kullekin osittaispurkauspulssille määritettävät tunnusluvut : V: käsittävät ainakin yhden seuraavista: nousuaika Tr, joka kuvaa pulssin nousu- :T: aikaa, laskuaika Tf, joka kuvaa pulssin laskuaikaa sekä pulssin leveys Tw, jo ka kuvaa pulssin leveyttä.

.... 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tun- .·.30 nettu siitä, että mainitun mallin muodostaminen käsittää vaiheet, joissa T asetetaan (501) osittaispurkauslähde ainakin kahdelle eri etäisyy- * < ;: delle mittauspaikasta, mitataan osittaispurkauslähteen eri etäisyyksillä tuottamat osittais- . · S . purkauspulssit mittauspaikassa, • < I * . 35 määritetään (502) yksi tai useampia osittaispurkauspulssien omi- • · naisuuksia kuvaavia tunnuslukuja kullekin osittaispurkauspulssille, 107082 21 muodostetaan (504) kuvaajat tunnuslukujen arvojen muuttumisesta mittauspaikan ja osittaispurkauslähteen välisen etäisyyden funktiona ja muodostetaan (504) malli kuvaajien perusteella.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että muodostetaan mallit erikseen sähköjärjestelmän eri osille tai eri tyyppisille osille, jolloin koko sähköjärjestelmää vastaava malli muodostetaan yhdistämällä sen osien mallit.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu malli on polynomimuotoinen. 10

8. Järjestely sähköjärjestelmässä olevan osittaispurkauslähteen si jainnin määrittämiseksi, joka järjestely käsittää mittausvälineet (400), jotka on sovitettu mittaamaan sähköjärjestelmän suuretta, kuten jännitettä tai virtaa, johon sähköjärjestelmässä tapahtuvat osittaispurkaukset aiheuttavat pulsseja, 15 erottamaan mitatussa suureessa esiintyvät osittaispurkausten aihe uttamat pulssit eli osittaispurkauspulssit ja analysointivälineet (300), jotka on sovitettu määrittämään, kun on saatu vähintään ennalta määrätty määrä osittaispurkauspulsseja, yksi tai useampia osittaispurkauspulssien ominai-20 suuksia kuvaavia tunnuslukuja kullekin osittaispurkauspulssille, tunnettu siitä, että analysointivälineet (300) on lisäksi sovitettu määrittämään osittaispurkauslähteen sijainti sijoittamalla saadut tunnusluvut ennalta muodostettuun malliin, joka kuvaa tunnuslukujen arvojen riippuvuutta osittaispurkauslähteen ja mittauspaikan, jossa mitattujen suurei-^25 den perusteella tunnusluvut on määritetty, välisestä etäisyydestä.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestely, tunnettu siitä, • i · ’ että analysointivälineet (300) on lisäksi sovitettu määrittämään osittaispur-v 1 kauslähteen sijainti sijoittamalla mainittuun malliin kunkin tunnusluvun kahdesta tai useammasta pulssista määritettyjä arvoja parhaiten edustava arvo. ':1 Ϊ30

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, ·1": että mainittu kunkin tunnusluvun kahdesta tai useammasta pulssista määritet- • · · .1 . tyjä arvoja edustava arvo on arvojen keskiarvo.

11. Patenttivaatimuksen 8, 9 tai 10 mukainen järjestely, tun-*·;· nettu siitä, että kullekin osittaispurkauspulssille määritettävät tunnusluvut : V: 35 käsittävät ainakin yhden seuraavista: nousuaika Tr, joka kuvaa pulssin nousu-« · 107082 22 aikaa, laskuaika Tf, joka kuvaa pulssin laskuaikaa sekä pulssin leveys Tw, joka kuvaa pulssin leveyttä.

12. Jonkin patenttivaatimuksista 8-11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittu malli on polynomimuotoinen. • · • · · • »· • · *1· • · · • · · • •4 « « « • · · » « » · < t • · • · · • · ·»· « • · I ( 4 4 4 · ♦ ♦ · 1 · 23 107082