KR102295214B1 - Partial discharging detection-diagnosis system of distribution panel using high frequency current transformer - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a system for detecting and diagnosing the partial discharge of a distribution panel using a high-frequency current sensor and, more specifically, to a system for detecting and diagnosing the partial discharge of a distribution panel using a high-frequency current sensor, capable of diagnosing power equipment by detecting a defect cause for partial discharge by analyzing a frequency component detected from a high-frequency current sensor and recognizing a pattern through characteristics of partial discharge. To achieve the objective, according to the present invention, the system for detecting and diagnosing the partial discharge of a distribution panel using a high-frequency current sensor includes: a high-frequency current sensor installed on an earthing line of power equipment, and detecting a discharge pulse signal generated by a current flowing through the earthing line; a detection/diagnosis device checking whether there is partial discharge based on the discharge pulse signal detected from the high-frequency current sensor, and determining the type of the partial discharge; and a shielding box shielding the high-frequency current sensor and the detection/diagnosis device. The detection/diagnosis device includes: a detection part outputting detection data by removing and amplifying a noise of the discharge pulse signal detected from the high-frequency current sensor; and a diagnosis part diagnosing the type of the partial discharge by comparing the detection data outputted from the detection part with comparison data collected through data acquisition (DAQ).

Description

고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템{PARTIAL DISCHARGING DETECTION-DIAGNOSIS SYSTEM OF DISTRIBUTION PANEL USING HIGH FREQUENCY CURRENT TRANSFORMER}Partial discharge detection and diagnosis system of a switchboard using a high-frequency current sensor

본 발명은 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고주파 전류센서로부터 검출된 주파수 성분을 분석하여 부분방전의 특징을 통해 부분방전의 결함원을 검출함으로써 배전반(고압배전반, 저압배전반, 분전반, 모터제어반 등을 포함)내의 전력기기를 고주파 전류센서를 이용하여 부분방전을 검출 진단하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor, and more particularly, by analyzing a frequency component detected from a high-frequency current sensor and detecting a defective source of the partial discharge through the characteristics of the partial discharge ( It relates to a system for detecting and diagnosing partial discharge using a high-frequency current sensor for electric power devices in high-voltage switchgear, low-voltage switchgear, distribution board, motor control panel, etc.).

부분 방전이란 고전압 스트레스로 인해 고체 혹은 액체 절연 시스템 내에서 국부적으로 발생하는 절연 파괴 현상을 말한다.Partial discharge refers to a dielectric breakdown that occurs locally in a solid or liquid insulation system due to high voltage stress.

부분방전은 절연재료의 내부나 경계면에서 절연파괴가 발생하기에 앞서 나타나는 국부적 방전으로 정의되며, 크게 내부방전과 외부방전으로 구분된다.Partial discharge is defined as a local discharge that occurs before dielectric breakdown occurs at the inside or interface of an insulating material, and is largely divided into internal discharge and external discharge.

내부방전은 일반적으로 고체나 액체 절연체 내부의 보이드나 공극에서 발생되는 것으로서, 절연체 내부에 형성되어 있는 공극 혹은 내부 전도성 혹은 비전도성 물질로 인해 발생하는 부분 방전을 일컫는다. 내부에서 발생하는 방전 현상의 시작은 공극 또는 내부 방전 원인의 크기 혹은 위치에 따라 각기 다른 방전 형태로 나타난다.Internal discharge is generally generated in voids or voids inside a solid or liquid insulator, and refers to partial discharge generated by voids or internal conductive or non-conductive materials formed inside the insulator. The onset of the internal discharge phenomenon appears in different forms depending on the size or location of the void or the cause of the internal discharge.

외부방전은 절연체의 방전 전류가 절연체의 표면으로 형성되는 표면 부분 방전과 절연체 주위의 기체에서 발생하는 코로나부분 방전으로 구분할 수 있다.The external discharge can be divided into a surface partial discharge in which the discharge current of an insulator is formed on the surface of the insulator, and a corona partial discharge generated in a gas surrounding the insulator.

표면 부분 방전의 경우 절연체 표면과 수평으로 전계의 집중이 형성되어 주로 발생하며, 부싱, 전력용 케이블의 단말부, 회전기 권선의 단말부 등에서 발생할 수 있다.In the case of surface partial discharge, the concentration of electric field is formed horizontally with the surface of the insulator and occurs mainly, and may occur at the end of a bushing, a power cable, and a terminal of a rotating machine winding.

부분방전이 발생하면 높은 에너지의 전자나 가속이온이 재료의 표면에 충돌하여 물리적, 화학적 변화를 일으키며 이러한 변화가 축적되면 절연체로서의 성능이 저하되어 열화현상을 나타나게 된다.When a partial discharge occurs, high-energy electrons or accelerated ions collide with the surface of the material to cause physical and chemical changes, and when these changes are accumulated, the performance as an insulator is reduced and deterioration occurs.

이러한 부분방전의 검출은 방전에 수반되는 에너지의 교환현상에 기초하는데, 이 에너지의 교환은 전기적 임펄스신호, 유전체손, 빛, 소리, 기체압력의 증가 및 화학반응 등의 형태로 나타난다.The detection of such a partial discharge is based on the phenomenon of exchange of energy accompanying the discharge, and this exchange of energy appears in the form of an electrical impulse signal, dielectric loss, light, sound, increase in gas pressure, and chemical reaction.

부분방전을 검출하는 기술 중의 하나로서, 등록특허공보 제10-2130271호에 부분방전 검출 시스템이 개시되었다.As one of techniques for detecting partial discharge, a partial discharge detection system is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-2130271.

상기 기술은 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부, 상기 센서부를 통해 채널별로 검출된 신호에서 각기 부분방전 신호와 노이즈 신호를 분리하고 노이즈 성분을 제거하는 VTFM(Variable Timing Filtering Method) 부, 상기 채널별 VTFM 부를 통해 노이즈 성분이 제거된 부분방전 신호에서 각기 피크 부분의 레벨을 검출하여 출력하는 피크 홀더부, 상기 채널별 피크 홀더부에서 출력된 부분방전 신호의 피크 레벨과 기 설정된 부분방전 분석 기준값을 비교하여 그 결과를 각기 증폭 출력하는 비교 증폭부, 상기 채널별 비교 증폭부에서의 레벨 비교 결과를 이용해 부분방전 신호의 레벨을 각기 연산하고, 제어부에서 상기 연산 결과값에 근거하여 부분방전 발생 유, 무를 판별하게 하는 신호 연산부, 및 상기 채널별 센서부, VTFM 부, 피크 홀더부, 및 비교 증폭부의 파라미터 설정을 제어하고, 상기 채널별 VTFM 부, 피크 홀더부, 비교 증폭부, 및 신호 연산부의 처리 결과를 바탕으로 부분방전 이벤트의 주의나 위험 상태를 판별하고, 또한 채널별 부분방전 발생의 트랜드 분석을 통해 주의나 위험 상태를 판별하여, 각 상태에 따라 미리 설정된 알람과 경보방식에 따라 이상 발생 신호를 표시하거나 출력하는 제어부를 포함하여 구성된다.The technology includes a sensor unit including at least one sensor, a Variable Timing Filtering Method (VTFM) unit that separates a partial discharge signal and a noise signal from signals detected for each channel through the sensor unit and removes a noise component, each channel The peak holder unit that detects and outputs the level of each peak part in the partial discharge signal from which the noise component has been removed through the VTFM unit, and the peak level of the partial discharge signal output from the peak holder unit for each channel and a preset partial discharge analysis reference value are compared Then, the level of the partial discharge signal is calculated using the level comparison result of the comparison amplification unit amplifying and outputting the result, and the comparison amplification unit for each channel, and the control unit determines whether partial discharge occurs or not based on the operation result value. A signal arithmetic unit for discriminating, and controlling the parameter setting of the sensor unit, VTFM unit, peak holder unit, and comparison amplifier unit for each channel, and processing results of the VTFM unit, peak holder unit, comparison amplifier unit, and signal calculation unit for each channel It determines the caution or danger state of the partial discharge event based on the It is configured to include a control unit for displaying or outputting.

그러나 상기의 기술은 채널별 검출된 부분방전 신호를 이용하기 때문에 복수 개의 채널을 구비해야 하고, 채널별 검출된 부분방전 신호를 처리하는 과정이 복잡할 뿐만 아니라, 복수의 채널을 설치해야 하는 문제점이 있다.However, since the above technique uses a partial discharge signal detected for each channel, a plurality of channels must be provided, a process of processing the partial discharge signal detected for each channel is complicated, and a plurality of channels must be installed. have.

또한, 등록특허공보 제10-2183462호에 부분 방전 진단 장치가 개시되었다.In addition, a partial discharge diagnostic device is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2183462.

상기 기술은 배전반의 부분 방전 신호를 측정하는 초고주파(Ultra High Frequency; UHF) 센서, 상기 초고주파의 검출 신호로부터 사전에 설정된 특징량을 추출하는 전처리부, 상기 전처리부에 의해 추출된 특징량을 학습하여 가중치를 제공하는 학습부, 상기 전처리부에 의해 추출된 특징량과 상기 학습부로부터의 가중치에 따라 부분 방전을 진단하는 진단부를 포함하여 구성된다.The technology is an Ultra High Frequency (UHF) sensor that measures the partial discharge signal of the switchboard, a preprocessor that extracts a preset feature amount from the detection signal of the ultrahigh frequency, and learns the feature amount extracted by the preprocessor and a learning unit providing a weight, and a diagnosis unit diagnosing partial discharge according to the feature amount extracted by the pre-processing unit and the weight from the learning unit.

상기 기술은 UHF 센서로부터 검출된 신호와 설정된 특징량을 추출하여 가중치에 따라 부분 방전을 진단하는 것이나, 부분 방전의 종류, 예를 들면 내부 방전인지 또는 외부방전인지를 구분하여 진단할 수 없는 단점이 있다.The above technique extracts the signal detected from the UHF sensor and the set feature amount to diagnose the partial discharge according to the weight, but the type of partial discharge, for example, internal discharge or external discharge, cannot be distinguished and diagnosed. have.

등록특허공보 제10-2130271호 (2020. 06. 30.)Registered Patent Publication No. 10-2130271 (2020. 06. 30.) 등록특허공보 제10-2183462호 (2020. 11. 20.)Registered Patent Publication No. 10-2183462 (2020. 11. 20.)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 고주파 전류센서로부터 검출된 주파수 성분을 분석하여 부분방전의 특징을 통해 패턴을 인식하여 부분방전의 결함원을 검출할 수 있는 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템을 제공하는 데 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the problem to be solved in the present invention is to analyze a frequency component detected from a high-frequency current sensor to recognize a pattern through the characteristics of a partial discharge to detect a defect source of the partial discharge. An object of the present invention is to provide a diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor that can be used.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템은 배전반 내의 전력기기, 예를 들어서 변압기, 개폐기, 차단기, 케이블, 부스바, 변성기함 부싱 등의 접지선 또는 선로에 설치되고, 상기 접지선 또는 선로를 통해 흐르는 전류에 의해 발생되는 방전펄스신호를 검출하는 고주파 전류센서; 상기 고주파 전류센서로부터 검출된 방전펄스신호에 근거하여 부분방전의 여부를 확인하고, 부분방전의 종류를 판단하는 검출진단장치; 및 상기 고주파 전류센서 및 검출진단장치를 차폐하는 차폐함을 포함하여 구성되고, 상기 검출진단장치는 상기 고주파 전류센서에서 검출된 방전펄스신호의 노이즈를 제거하고 증폭하여 검출 데이터를 출력하는 검출부; 및 상기 검출부에서 출력되는 검출 데이터와 DAQ(Data Acquisition)을 통해 수집된 비교 데이터를 비교하여 부분방전에 대한 종류를 진단하는 진단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The partial discharge detection and diagnosis system of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention for solving the above problems is a power device in the switchboard, for example, a transformer, a switchgear, a circuit breaker, a cable, a bus bar, a ground wire such as a transformer box bushing, or a high-frequency current sensor installed on a line and detecting a discharge pulse signal generated by a current flowing through the ground line or the line; a detection and diagnosis device for checking whether a partial discharge is present and determining a type of partial discharge based on the discharge pulse signal detected from the high-frequency current sensor; and a shielding box for shielding the high frequency current sensor and the detection and diagnosis device, wherein the detection and diagnosis device includes: a detection unit that removes and amplifies the noise of the discharge pulse signal detected by the high frequency current sensor and outputs detection data; and a diagnosis unit for diagnosing a type of partial discharge by comparing the detection data output from the detection unit with comparison data collected through DAQ (Data Acquisition).

여기서, 상기 검출부는 상기 고주파 전류센서에서 출력되는 방전펄스신호의 노이즈를 제거하는 노이즈제거필터; 상기 노이즈제거필터에 직렬연결되어 상기 방전펄스신호의 교류성분을 통과시키고 직류성분을 차단하는 커플링커패시터; 상기 커플링커패시터와 직렬연결되는 검출임피던스; 및 상기 검출임피던스의 양단 전압을 증폭하는 증폭기를 포함하여 이루어지고, 상기 검출임피던스는 RLC 동조회로로 구성될 수 있다.Here, the detection unit includes: a noise removal filter for removing noise from the discharge pulse signal output from the high-frequency current sensor; a coupling capacitor connected in series to the noise removal filter to pass the AC component of the discharge pulse signal and block the DC component; a detection impedance connected in series with the coupling capacitor; and an amplifier for amplifying a voltage at both ends of the detection impedance, wherein the detection impedance may be configured as an RLC tuning circuit.

또한, 상기 노이즈제거필터는 상기 방전펄스신호에 대하여 주파수 클럭을 발생시키는 클럭펄스 발생기; 상기 방전펄스신호를 상기 클럭펄스 발생기에서 발생된 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 출력하는 제1 플립플롭; 상기 제1 플립플롭으로부터의 신호를 상기 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 발생시키는 제2 플립플롭; 상기 제2 플립플롭으로부터의 신호를 상기 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 발생시키는 제3 플립플롭; 상기 제3 플립플롭으로부터의 신호를 상기 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 발생시키는 제4 플립플롭; 상기 제2 내지 4 플립플롭의 출력 펄스를 입력받아 연산처리된 소정의 값을 출력하는 앤드 게이트(AND Gate)와 노아 게이트(NOR Gate); 및 상기 앤드 게이트(AND Gate)와 노아 게이트(NOR Gate)의 출력 펄스를 상기 클럭 펄스의 상승에지에서 동기시켜 노이즈가 제거된 신호를 출력하는 JK형 플립-플롭(JK type flip-flop)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the noise removal filter includes: a clock pulse generator for generating a frequency clock with respect to the discharge pulse signal; a first flip-flop for outputting a signal by synchronizing the discharge pulse signal with a rising edge of a clock pulse generated by the clock pulse generator; a second flip-flop for generating a signal by synchronizing the signal from the first flip-flop at a rising edge of the clock pulse; a third flip-flop for generating a signal by synchronizing the signal from the second flip-flop at a rising edge of the clock pulse; a fourth flip-flop for generating a signal by synchronizing the signal from the third flip-flop at a rising edge of the clock pulse; an AND gate and a NOR gate for receiving the output pulses of the second to fourth flip-flops and outputting a predetermined value that has been calculated; and a JK type flip-flop that synchronizes output pulses of the AND gate and the NOR gate at the rising edge of the clock pulse to output a noise-removed signal. characterized by being

또한, 상기 증폭기는 입력 오프셋 전압이 3mV, 증폭도 40dB을 갖는 2단 증폭회로로 이루어질 수 있다.In addition, the amplifier may be configured as a two-stage amplifier circuit having an input offset voltage of 3 mV and an amplification degree of 40 dB.

또한, 상기 전력기기는 변압기, 변성기, 케이블, 부스바, 차단기, 개폐기 및 전력기기의 외함 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the power device is characterized in that one selected from a transformer, a transformer, a cable, a bus bar, a circuit breaker, a switchgear, and an enclosure of the power device.

또한, 상기 고주파 전류센서는 니켈과 아연의 합금으로 이루어진 철심과 황동 재질의 원환체(toroid) 형태로 구성된 인덕션코일로 이루어지고, 상기 인덕션코일에 상기 철심이 20 ~ 50회 권선된 것을 특징으로 한다.In addition, the high-frequency current sensor is composed of an iron core made of an alloy of nickel and zinc and an induction coil composed of a toroid of brass material, and the iron core is wound 20 to 50 times around the induction coil. .

또한, 상기 진단부에서 진단하는 부분방전의 종류는 코로나 방전, 내부방전, 표면방전 및 랜덤방전 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the type of partial discharge diagnosed by the diagnosis unit is characterized in that one selected from corona discharge, internal discharge, surface discharge, and random discharge.

본 발명에 의하면, 전력기기를 변형하거나 분해하지 않은 상태에서 접지선에 고주파 전류센서를 설치하는 것만으로도 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템을 설치할 수 있다.According to the present invention, the partial discharge detection and diagnosis system of the switchboard can be installed only by installing the high-frequency current sensor on the ground wire without deforming or disassembling the power device.

또한, 발생된 부분방전에 대한 종류를 제공함으로써, 전력기기에 대한 부분방전의 위치를 쉽게 도출할 수 있으므로, 배전반 내부 전력기기의 유지 보수에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, since the location of the partial discharge with respect to the power device can be easily derived by providing the type of the generated partial discharge, there is an advantage in that it is possible to improve the reliability of the maintenance of the power device inside the switchboard.

도 1은 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템이 설치된 상태의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템의 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단시스템에 적용된 검출진단장치의 검출부 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 적용된 노이즈제거필터의 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 적용된 검출부에 대한 등가회로도,
도 6은 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 적용된 증폭기에 대한 회로도,
도 7은 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 적용된 비교 데이터에 저장된 부분방전의 종류에 대한 PRPD 패턴을 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 적용된 진단부의 구성을 나타낸 도면이다.
1 is a schematic configuration diagram of a state in which a partial discharge detection diagnostic system of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention is installed;
2 is a schematic configuration diagram of a partial discharge detection diagnostic system of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention;
3 is a configuration diagram of a detection unit of a detection diagnostic device applied to a partial discharge detection diagnostic system of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention;
4 is a circuit diagram of a noise removal filter applied to a diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention;
5 is an equivalent circuit diagram of a detection unit applied to a partial discharge detection diagnostic system of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention;
6 is a circuit diagram of an amplifier applied to a diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention;
7 is a graph showing a PRPD pattern for a type of partial discharge stored in comparative data applied to a diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention;
8 is a diagram showing the configuration of a diagnostic unit applied to a diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention.

다음으로, 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Next, a preferred embodiment of a system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

이하에서 동일한 기능을 하는 기술요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 중복 설명을 피하기 위하여 반복되는 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the same reference numerals are used for technical elements having the same function, and repeated detailed descriptions are omitted to avoid overlapping descriptions.

또한, 이하에 설명하는 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예를 효과적으로 보여주기 위하여 예시적으로 나타내는 것으로, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위하여 해석되어서는 안 된다.In addition, the examples described below are illustratively shown in order to effectively show the preferred embodiments of the present invention, and should not be construed to limit the scope of the present invention.

본 발명은 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고주파 전류센서로부터 검출된 주파수 성분을 분석하여 부분방전의 특징을 통해 부분방전의 결함원을 검출함으로써 전력기기를 진단할 수 있는 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor, and more particularly, by analyzing a frequency component detected from a high-frequency current sensor and detecting a defective source of the partial discharge through the characteristic of the partial discharge. It relates to a partial discharge detection diagnostic system of a switchboard using a high-frequency current sensor capable of diagnosing

도 1은 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템이 설치된 상태의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 것이다.1 is a schematic configuration diagram of a state in which a diagnosis system for detecting partial discharge of a switchboard using a high frequency current sensor according to the present invention is installed, and FIG. 2 is a schematic diagram of a diagnosis system for detecting partial discharge of a switchboard using a high frequency current sensor according to the present invention It shows the composition diagram.

첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템은 고주파 전류센서(10), 검출진단장치(20) 및 차폐함(30)을 포함하여 구성된다.1 and 2, the diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention includes a high-frequency current sensor 10, a detection diagnostic device 20, and a shielding box 30. is composed

고주파 전류센서(10)는 전력기기(1)의 접지선에 설치되고, 상기 접지선을 통해 흐르는 전류에 의해 발생되는 방전펄스신호를 검출한다.The high frequency current sensor 10 is installed on the ground line of the power device 1 and detects a discharge pulse signal generated by a current flowing through the ground line.

상기 전력기기(1)로는 배전반 또는 분전반 등의 변압기, 변성기, 케이블, 부스바, 차단기, 개폐기 및 전력기기의 외함 등 다양한 전력기기에 적용될 수 있으며, 접지선이 설치된 전력기기라면 어느 것이라도 무방하다.As the power device 1, it can be applied to various power devices such as transformers, transformers, cables, busbars, circuit breakers, switchgear, and enclosures of power devices such as switchboards or distribution boards, and any power device with a grounding wire may be used.

전력용 케이블의 예시를 살펴보면, 전력용 케이블의 주 절연시스템에 공극 혹은 이물질로 인해 불평형 전계가 발생하게 된다. 이 불평형 전계가 절연 시스템에서 설계된 임계 전계값 이상이 되는 경우, 첫 번째 방전 현상이 발생하게 된다.Looking at the example of the power cable, an unbalanced electric field is generated due to a void or foreign material in the main insulation system of the power cable. When this unbalanced electric field becomes above the threshold electric field value designed in the insulation system, the first discharge phenomenon occurs.

절연 시스템은 정상상태로 복원 되지 않으므로 방전 현상은 점점 발달하게 되어, 접지선과 주 도체부 사이에 브릿지가 형성되게 되어 주 절연 파괴 현상에 이르게 된다.Since the insulation system is not restored to its normal state, the discharge phenomenon gradually develops, and a bridge is formed between the grounding wire and the main conductor, leading to the main insulation breakdown.

이러한 부분방전을 정의하는 규격에는 차이가 있을 수 있으나, 국내의 경우 유럽 규격인 IEC 60270을 따라 KS C IEC 60270을 제정하였다. 이 규격을 살펴보면, 부분방전이란 “도체 사이의 절연체에 부분적으로 일어나는 국부적인 전기 방전으로, 도체와 인접하여서 일어날 수도 일어나지 않을 수도 있다.”라고 정의 되어 있다. 또한, 부분방전 현상은 에너지 변환 현상을 발생시켜, 방전 전류, 전자기파, 음향, 화학적 부산물등의 형태로 변환된다.Although there may be differences in the standards defining such partial discharge, KS C IEC 60270 was established in accordance with the European standard IEC 60270 in Korea. Looking at this standard, partial discharge is defined as “a local electric discharge that occurs partially in an insulator between conductors, and may or may not occur adjacent to a conductor.” In addition, the partial discharge phenomenon generates an energy conversion phenomenon, and is converted into the form of a discharge current, electromagnetic wave, sound, chemical by-product, and the like.

상기 고주파 전류센서는 부분방전에 기인하는 에너지 변환 현상을 다양한 커플링 방법을 통해 계측하는 것이다.The high-frequency current sensor measures the energy conversion phenomenon caused by the partial discharge through various coupling methods.

이와 같은, 상기 고주파 전류센서(High Frequency Current Transformer, HFCT)는 유도성 센서로서, 도넛 형상의 강자성 철심과 상기 철심에 권선되는 인덕션코일로 이루어지고, 전력용 케이블의 시스(sheath)와 접지단자 사이 또는 고전압 설비의 외함과 접지단자 사이의 접지선 등 다양한 접지선에 설치된다.As such, the High Frequency Current Transformer (HFCT) is an inductive sensor, composed of a donut-shaped ferromagnetic iron core and an induction coil wound around the iron core, and is formed between a sheath of a power cable and a ground terminal. Alternatively, it is installed on various grounding wires such as the grounding wire between the enclosure of high voltage equipment and the grounding terminal.

즉, 상기 고주파 전류센서인 HFCT는 철심을 관통하여 배치되고, 접지선에 전류가 흐르는 경우, 접지선의 전류가 인덕션코일에 유도되며, 상기 인덕션코일에 유도된 전류에 의한 전압을 출력하게 된다. 이때, 인더션코일 즉, 2차측에 유도된 전압은 1차측 전류의 변화와 비례상수인 상호인덕턴스에 비례하여 출력된다.That is, the HFCT, which is the high-frequency current sensor, is disposed through an iron core, and when a current flows through the ground line, the current of the ground line is induced in the induction coil, and a voltage is output by the current induced in the induction coil. At this time, the voltage induced in the induction coil, that is, the secondary side is output in proportion to the change in the primary side current and the mutual inductance, which is a proportional constant.

그러나 도넛 형태의 코일 세서는 넓은 주파수 대역폭을 갖는 반면 온도와 자속밀도에 의존하는 비선형 요소가 포함되는 단점이 있다. 따라서 본 발명에 적용되는 고주파 전류센서인 HFCT는 특정 주파수에 대하여 검출할 수 있도록 설계되어야 한다.However, while the donut-shaped coil sensor has a wide frequency bandwidth, it has a disadvantage in that it includes a non-linear element dependent on temperature and magnetic flux density. Therefore, the HFCT, which is a high-frequency current sensor applied to the present invention, should be designed to detect a specific frequency.

부연하면, 전류 펄스의 방전 초기에는 수 나노 초의 상승시간(rising time)을 나타내는데, 이는 수백MHz 이상의 중요한 스펙트럼 성분이 출력된다.In other words, in the initial stage of discharge of the current pulse, a rising time of several nanoseconds is exhibited, which outputs an important spectral component of several hundred MHz or more.

부분방전에 따라 발생된 방전펄스의 고주파영역 주파수 성분은 HFCT 센서가 체결된 접지도체에 전파될 때 필터링된다. 이에, 부분방전이 발생했을 경우 부분장전을 검출하기 위해서 40MHz 이하의 응답특성을 갖도록 설계되어야 한다.The high frequency range frequency component of the discharge pulse generated according to the partial discharge is filtered when it propagates to the grounding conductor to which the HFCT sensor is connected. Therefore, it should be designed to have a response characteristic of 40 MHz or less in order to detect partial charge when partial discharge occurs.

예를 들면, HFCT의 철심은 투자율이 높은 니켈과 아연의 합금으로 이루어지고, 인덕션코일은 황동 재질의 원환체(toroid) 형태로 구성되어 상기 철심에 수십회 권선되게 구성될 수 있다. 바람직하게 상기 인더션코일은 20 ~ 50회의 범위 내에서 권선되게 구성될 수 있다.For example, the iron core of the HFCT is made of an alloy of nickel and zinc having high magnetic permeability, and the induction coil is configured in a toroidal shape made of brass, so that the iron core is wound dozens of times. Preferably, the induction coil may be configured to be wound within the range of 20 to 50 times.

이와 같은 구성에 의하면, 상기 HFCT의 응답특성은 100㎑ ~ 30㎒의 범위를 갖게 된다.According to such a configuration, the response characteristic of the HFCT has a range of 100 kHz to 30 MHz.

검출진단장치(20)는 고주파 전류센서(10)로부터 검출된 방전펄스신호에 근거하여 부분방전의 여부를 확인하고, 부분방전의 종류를 판단한다.The detection and diagnosis apparatus 20 checks whether a partial discharge is present based on the discharge pulse signal detected from the high frequency current sensor 10 and determines the type of partial discharge.

도 2를 참조하면, 상기 검출진단장치(20)는 검출부(100)와 진단부(200)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2 , the detection and diagnosis apparatus 20 includes a detection unit 100 and a diagnosis unit 200 .

검출부(100)는 고주파 전류센서에서 검출된 방전펄스신호의 노이즈를 제거하고 증폭하여 검출 데이터를 출력하는 기능을 수행한다.The detection unit 100 performs a function of removing and amplifying the noise of the discharge pulse signal detected by the high-frequency current sensor and outputting detection data.

도 3은 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 부분방전 검출진단시스템에 적용된 검출진단장치의 검출부 구성을 나타낸 것이다.3 is a diagram showing the configuration of a detection unit of a detection and diagnosis apparatus applied to a partial discharge detection and diagnosis system using a high-frequency current sensor according to the present invention.

첨부된 도 3을 참조하면, 상기 검출부(100)는 노이즈제거필터(110), 커플링커패시터(120), 검출임피던스(130) 및 증폭기(140)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 3 , the detection unit 100 includes a noise removal filter 110 , a coupling capacitor 120 , a detection impedance 130 , and an amplifier 140 .

노이즈제거필터(110)는 고주파 전류센서에서 출력되는 방전펄스신호의 노이즈를 제거한다.The noise removal filter 110 removes the noise of the discharge pulse signal output from the high-frequency current sensor.

코로나와 같은 펄스성 노이즈는 부분방전에 의해 발생된 방전펄스신호와 유사한 주파수 대역을 차지하므로 주파수 튜닝(Tuning) 방식으로 제거할 수 없는 단점이 있다. 그러나 코로나 등에 의해 발생된 노이즈는 노이즈 게이팅(Noise Gating) 회로를 이용하여 제거 할 수 있다.Pulse noise such as corona occupies a frequency band similar to that of the discharge pulse signal generated by partial discharge, so it has a disadvantage that it cannot be removed by the frequency tuning method. However, noise generated by corona, etc. can be removed by using a noise gating circuit.

상기 노이즈 게이팅(Noise gating) 회로는 고속 아날로그 스위치나 디지털 스위치를 이용한 것으로서, 노이즈 신호에 대해서는 회로가 오픈되어 신호의 출력을 차단하고, 노이즈가 아닌 신에 대해서는 회로를 클로즈하여 신호가 출력되게 되는 회로이다. 이때, 게이트(Gate)의 오픈 시간은 약 1 ~ 50㎲의 범의 내에서 가변 가능하도록 구성될 수 있다.The noise gating circuit uses a high-speed analog switch or a digital switch, and the circuit is opened to a noise signal to block the output of the signal, and to a non-noisy scene, the circuit is closed to output a signal. am. In this case, the open time of the gate may be configured to be variable within the range of about 1 to 50 μs.

도 4는 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 적용된 노이즈제거필터의 회로도를 나타낸 것이다.4 is a circuit diagram of a noise removal filter applied to a diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention.

첨부된 도 4를 참조하면, 상기 노이즈제거필터(110)는 방전펄스신호에 대하여 주파수 클럭을 발생시키는 클럭펄스 발생기(111), 상기 방전펄스신호를 상기 클럭펄스 발생기에서 발생된 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 출력하는 제1 플립플롭(112), 상기 제1 플립플롭(112)으로부터의 신호를 상기 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 발생시키는 제2 플립플롭(113), 상기 제2 플립플롭(113)으로부터의 신호를 상기 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 발생시키는 제3 플립플롭(114), 상기 제3 플립플롭(114)으로부터의 신호를 상기 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 발생시키는 제4 플립플롭(115), 상기 제2 내지 4 플립플롭(112 ~ 115)의 출력 펄스를 입력받아 연산처리된 소정의 값을 출력하는 앤드 게이트(AND Gate)(116)와 노아 게이트(NOR Gate)(117) 및 상기 앤드 게이트(AND Gate)(116)와 노아 게이트(NOR Gate)(117)의 출력 펄스를 상기 클럭 펄스의 상승에지에서 동기시켜 노이즈가 제거된 신호를 출력하는 JK형 플립-플롭(JK type flip-flop)(118)을 포함하여 구성된다.4, the noise removal filter 110 includes a clock pulse generator 111 that generates a frequency clock with respect to a discharge pulse signal, and a rising edge of a clock pulse generated by the discharge pulse signal from the clock pulse generator. a first flip-flop 112 for outputting a signal in synchronization with A third flip-flop 114 that generates a signal by synchronizing the signal from the second flip-flop 113 at the rising edge of the clock pulse, and the signal from the third flip-flop 114 at the rising edge of the clock pulse A fourth flip-flop 115 for generating a signal in synchronization, and an AND gate 116 for receiving output pulses of the second to fourth flip-flops 112 to 115 and outputting a predetermined value after operation and the output pulses of the NOR gate 117 and the AND gate 116 and the NOR gate 117 are synchronized at the rising edge of the clock pulse to generate a noise-removed signal It is configured to include a JK type flip-flop that outputs (JK type flip-flop) 118 .

상기의 구성에서 클럭발생기(111)에서 발생되는 클럭펄스에 따라 방전펄스신호에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다.In the above configuration, it is possible to remove noise included in the discharge pulse signal according to the clock pulse generated by the clock generator 111 .

이에, 상기 노이즈제거필터(110)는 클럭발생기(111)에서 발생되는 클럭펄스를 조정하여 제거되는 노이즈의 범위를 설정할 수 있는 장점이 있다.Accordingly, the noise removal filter 110 has the advantage of being able to set the range of noise to be removed by adjusting the clock pulse generated by the clock generator 111 .

커플링커패시터(120)는 상기 노이즈제거필터에 직렬연결되어 방전펄스신호의 교류성분을 통과시키고 직류성분을 차단하는 기능을 수행한다.The coupling capacitor 120 is connected in series to the noise removal filter to pass the AC component of the discharge pulse signal and block the DC component.

즉, 상시 커플링커패시터(120)는 신호단에 직렬로 연결되어 직렬연결된 검출임피던스(130)로 전달되는 직류성분을 제거하게 된다.That is, the constant coupling capacitor 120 is connected in series to the signal terminal to remove the DC component transferred to the serially connected detection impedance 130 .

검출임피던스(130)는 상기 커플링커패시터(120)와 직렬연결되어 회로에 흐르는 전류에 의한 전압을 발생시킨다.The detection impedance 130 is connected in series with the coupling capacitor 120 to generate a voltage by the current flowing in the circuit.

도 5는 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 적용된 검출부에 대한 등가회로도이다.5 is an equivalent circuit diagram of a detection unit applied to a partial discharge detection diagnostic system of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention.

첨부된 도 5를 참조하면, 검출임피던스(130)는 RLC 동조회로로 구성된다.5, the detection impedance 130 is composed of an RLC tuning circuit.

이러한 구성에서, 상기 검출임피던스(130)의 양단에 출력되는 전압(V)은 다음의 수학식 1로 표현된다.In this configuration, the voltage V output to both ends of the detection impedance 130 is expressed by Equation 1 below.

수학식 1)Equation 1)

Figure 112021062265716-pat00001
Figure 112021062265716-pat00001

여기서, V는 검출임피던스의 양단에 출력되는 전압, q는 방전 전하량, a는 표류 정전용량(회로 내부의 정전용량), C는 검출임피던스의 정전 용량, k는 커플링커패시터의 정전용량, R은 검출임피던스의 저항, m은 회로의 합성 정전용량이다.where V is the voltage output from both ends of the detection impedance, q is the amount of discharge charge, a is the stray capacitance (capacitance inside the circuit), C is the capacitance of the detection impedance, k is the capacitance of the coupling capacitor, and R is The resistance of the detection impedance, m, is the combined capacitance of the circuit.

또한, ω는 다음의 수학식 2로 표현된다.Also, ω is expressed by the following equation (2).

수학식 2)Equation 2)

Figure 112021062265716-pat00002
Figure 112021062265716-pat00002

여기서, L은 검출임피던스의 인덕터 용량이다.Here, L is the inductor capacitance of the detection impedance.

상기 수학식 1 및 2에 의하면, 상기 검출임피던스 양단 전압은 방전전하량(q)와 커플링커패시터(k)에 비례하며, 방전 전하의 크기는 출력 전압으로 산출할 수 있다. 이때, 방전의 종류에 따라 부분방전펄스의 주파수가 다르기 때문에 RLC 정수를 적절히 조절하는 것으로서, 부분방전을 검출할 수 있다.According to Equations 1 and 2, the voltage across the detection impedance is proportional to the amount of discharge charge q and the coupling capacitor k, and the magnitude of the discharge charge can be calculated as the output voltage. At this time, since the frequency of the partial discharge pulse is different according to the type of discharge, the partial discharge can be detected by appropriately adjusting the RLC constant.

증폭기(140)는 검출임피던스의 양단 전압을 증폭하는 기능을 수행한다.The amplifier 140 performs a function of amplifying the voltage across both ends of the detection impedance.

도 6은 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 적용된 증폭기에 대한 회로도이다.6 is a circuit diagram of an amplifier applied to a diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention.

첨부된 도 6을 참조하면, 증폭기(140)는 2단 증폭회로로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 6 attached, the amplifier 140 may be configured as a two-stage amplifier circuit.

부분방전에 의해 접지선으로 흐르는 전류는 작다. 또한, 고주파 전류센서(10)는 접지선의 1차측 전류를 2차측으로 유도하여 검출하기 때문에 고주파 전류센서에 의해 검출된 방전펄스신호도 작다. 따라서 검출임피던스의 양단 전압을 증폭해야 한다.The current flowing to the ground wire due to partial discharge is small. In addition, since the high frequency current sensor 10 detects by inducing the primary side current of the ground line to the secondary side, the discharge pulse signal detected by the high frequency current sensor is also small. Therefore, it is necessary to amplify the voltage at both ends of the detection impedance.

또한, 상기 증폭기(140)는 연산증폭기를 적용하여 부분방전을 검출하기에 충분한 주파수 범위를 갖도록 해야 하고, 낮은 잡음레벨을 갖도록 구성되어야 한다.In addition, the amplifier 140 should have a frequency range sufficient to detect partial discharge by applying an operational amplifier, and should be configured to have a low noise level.

이에, 본 발명에 적용된 증폭기(140)는 입력 오프셋 전압이 3mV, 증폭도 40dB을 갖는 2단 증폭회로로 구성될 수 있다.Accordingly, the amplifier 140 applied to the present invention may be configured as a two-stage amplifier circuit having an input offset voltage of 3 mV and an amplification degree of 40 dB.

또한, 상기 증폭기(140)의 출력측에는 방전펄스신호의 주파수는 통과시키고 외부 또는 내부의 방사 잡음을 고려하여 저역통과필터가 구성된다.In addition, a low-pass filter is configured on the output side of the amplifier 140 to pass the frequency of the discharge pulse signal and take external or internal radiation noise into consideration.

다음으로, 검출진단장치(20)의 진단부(200)에 대해서 설명한다.Next, the diagnosis unit 200 of the detection and diagnosis apparatus 20 will be described.

진단부(200)는 검출부(100)에서 출력되는 검출 데이터와 DAQ(Data Acquisition)을 통해 수집된 비교 데이터를 비교하여 부분방전에 대한 종류를 진단하는 기능을 수행한다.The diagnosis unit 200 performs a function of diagnosing the type of partial discharge by comparing the detection data output from the detection unit 100 with comparison data collected through DAQ (Data Acquisition).

DAQ(Data Acquisition)을 통해 수집된 비교 데이터는 설정된 부분방전을 임의로 발생시켜 PD센서로 측정하고, 측정된 신호를 첨두검출(peak detection) 방식으로 연산하여 누적하여 저장하였다.The comparative data collected through DAQ (Data Acquisition) was measured with a PD sensor by randomly generating a set partial discharge, and the measured signal was calculated and accumulated by a peak detection method and stored.

첨두검출의 식별요소로는 방전의 크기(mV) 및 위상(phase)으로 설정하여 저장하였다.As the identification factors of peak detection, the magnitude (mV) and phase of the discharge were set and stored.

도 7은 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 적용된 비교 데이터에 저장된 부분방전의 종류에 대한 PRPD 패턴을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing PRPD patterns for types of partial discharges stored in comparative data applied to a diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention.

부분방전에 의한 방전펄스신호는 출력되는 전압의 1주기 마다 위상 정보를 갖는 펄스 형태로 표현될 수 있는데, 이를 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge)라고 하는 것으로서, PRPD는 파형패턴분석에 의한 부분방전 분석기법이다. 즉 동일한 종류의 부분방전에 대해 PRPD에 의해 생성된 패턴을 살펴보면 소정의 영역이 군집된 형태로 도출되게 되는데, 도출된 군집과 검출 데이터를 비교하면 검출 데이터에 대한 부분방전의 종류를 판단할 수 있게 된다.The discharge pulse signal due to partial discharge can be expressed in the form of a pulse having phase information for each cycle of the output voltage, which is called PRPD (Phase Resolved Partial Discharge). am. That is, when looking at the pattern generated by PRPD for the same type of partial discharge, a predetermined area is derived in a clustered form. do.

첨부된 도 7의 (a)는 코로나 방전의 PRPD 패턴이고, (b)는 내부방전의 PRPD 패턴이며, (c)는 표면방전의 PRPD 패턴이고, (d)는 랜덤방전의 PRPD 패턴이다.7 (a) is a PRPD pattern of corona discharge, (b) is a PRPD pattern of internal discharge, (c) is a PRPD pattern of surface discharge, (d) is a PRPD pattern of random discharge.

여기서, 상기 랜덤방전은 코로나 방전, 내부방전 및 표면방전 중에서 적어도 2이상의 부분방전이 복합적으로 발생된 상태를 의미한다.Here, the random discharge means a state in which at least two or more partial discharges from among corona discharge, internal discharge, and surface discharge are generated in combination.

방전펄스신호에 대한 방전의 크기(전압)는 패러데이의 전자유도법칙에 의해 다음의 수학식 3으로 표현된다.The magnitude (voltage) of the discharge with respect to the discharge pulse signal is expressed by the following Equation 3 according to Faraday's law of electromagnetic induction.

수학식 3)Equation 3)

Figure 112021062265716-pat00003
Figure 112021062265716-pat00003

여기서, e는 2차측 유도전압, Φ는 자속밀도, n은 권수, A는 단면적, H는 자계, μ0는 진공 투자율이다.Here, e is the secondary induced voltage, Φ is the magnetic flux density, n is the number of turns, A is the cross-sectional area, H is the magnetic field, and μ 0 is the vacuum permeability.

이때, 2차측 유도전압은 1차에 흐르는 전류의 변화와 비례상수인 상호인덕턴스에 비례하는 것으로서, 이는 수학식 4로 표현된다.In this case, the secondary-side induced voltage is proportional to the change in the current flowing through the primary and the mutual inductance, which is a proportionality constant, which is expressed by Equation (4).

수학식 4)Equation 4)

Figure 112021062265716-pat00004
Figure 112021062265716-pat00004

여기서, e는 2차측 유도전압, M은 상호인덕턴스, i는 1차측 전류이다.Here, e is the secondary-side induced voltage, M is the mutual inductance, and i is the primary-side current.

소정의 시간동안 방전펄스신호에 대한 주파수와 진폭변화를 분석하기 위해 본 발명에서는 TF(Time-Frequency) 방식이 적용될 수 있다.In order to analyze the frequency and amplitude change of the discharge pulse signal for a predetermined time, a TF (Time-Frequency) method may be applied in the present invention.

상기 TF 방식은 검출된 방전펄스신호를 시간과 주파수에 따른 영역으로 분류하여 T-F(Time-Frequency) Map을 구성하고, 노이즈를 제거하여 정규화 과정을 통해 처리하는 방식이다.In the TF method, the detected discharge pulse signal is classified into regions according to time and frequency to form a Time-Frequency (T-F) Map, and noise is removed and processed through a normalization process.

부분방전 진단을 위한 방법으로 진단부(200) 또는 임베디드 프로세서에서 퍼지신경망 지능형 알고리즘을 선택적으로 적용할 수 있으며, 진단부(200)에서 검출된 각각의 특징값을 이용하여 클러스터링과 패턴분류를 통해 부분방전을 검출할 수 있다.As a method for diagnosing partial discharge, a fuzzy neural network intelligent algorithm can be selectively applied in the diagnosis unit 200 or an embedded processor, and partial through clustering and pattern classification using each feature value detected in the diagnosis unit 200 discharge can be detected.

진단부(200)는 검출부(100)에서 출력되는 검출 데이터, 즉, 검출신호(s(t))를 규격화신호(s'(t))로 산출하고, 규격화신호(s'(t))를 시간 및 주파수 영역에서의 표준편차로 나타내면 다음의 수학식 5와 같이 표현된다.The diagnosis unit 200 calculates the detection data output from the detection unit 100, that is, the detection signal s(t), as a normalized signal s'(t), and converts the normalized signal s'(t) to the normalized signal s'(t). When expressed as a standard deviation in the time and frequency domains, it is expressed as in Equation 5 below.

수학식 5)Equation 5)

Figure 112021062265716-pat00005
Figure 112021062265716-pat00005

여기서, σT는 시간영역에서의 표준편차, σf는 주파수영역에서의 표준편차, s(t)는 검출신호에 대한 규격화신호, t0는 정규화된 신호의 무게중심이다.Here, σ T is the standard deviation in the time domain, σ f is the standard deviation in the frequency domain, s(t) is the normalized signal for the detection signal, and t 0 is the center of gravity of the normalized signal.

이에, 상기 수학식 5를 이용하여 전원주파수(60 Hz)의 정극성(0 ~ 180°)과 부극성(181 ~ 360°)에서 측정된 방전펄스신호를 시간과 방전의 크기로 분석하여 부분방전의 특성을 분석할 수 있게 된다.Accordingly, by using Equation 5 above, the discharge pulse signal measured at the positive polarity (0 to 180°) and the negative polarity (181 to 360°) of the power frequency (60 Hz) is analyzed in terms of time and size of the discharge to perform partial discharge. characteristics can be analyzed.

예를 들어, 부분방전에 의한 펄스는 감쇄 진동하는 형태로 출력되고, 첫 번째 발생한 제1 진동과 두 번째 발생한 제2 진동으로 구별할 수 있다. 이때, 각 진동에서 상승시간(0 ~ Vmax)과 하강시간(Vmax ~ 0)의 합을 진동 폭으로 정의하면, 제1 진동의 진폭은 Tw1이고, 제2 진동의 폭은 Tw2로 구분될 수 있다.For example, the pulse by the partial discharge is output in the form of attenuated vibration, and may be divided into a first vibration that occurs first and a second vibration that occurs second. At this time, if the sum of the rise time (0 ~ Vmax) and the fall time (Vmax ~ 0) in each vibration is defined as the vibration width, the amplitude of the first vibration is T w1 and the width of the second vibration is T w2 . can

또한, 첨도(Kurtosis)와 왜도(Skewness)를 이용하여 부분방전의 펄스를 분석하는 물리적 형상방식이 적용될 수 있다.In addition, a physical shape method for analyzing a pulse of a partial discharge using kurtosis and skewness can be applied.

첨도는 펄스의 첨예(尖銳)한 정도를 분석하는 것으로서, 값이 양(+)일 경우 급첨(Leptokurtic)으로 하고, 음(-)일 경우 평첨(Platykurtic)으로 하며, 0일 경우 정규 분포를 이루며 정상분포(Mesokurtic)라고 정의할 수 있다.The kurtosis analyzes the sharpness of the pulse. If the value is positive (+), it is called leptokurtic, when it is negative (-), it is called flatykurtic, and when it is 0, it forms a normal distribution. It can be defined as a mesokurtic distribution.

이와 같이, 진단부(200)는 검출부(100)에서 검출된 검출 데이터와 DAQ에 저장된 비교 데이터에서 특징을 갖는 파라미터를 추출하고, 추출된 파라미터를 연산자벡터를 이용하여 패턴으로 분류함으로써, 검출 데이터와 비교 데이터의 연관성을 비교하여 검출 데이터에 대한 부분방전의 종류를 판단하도록 구성된다.In this way, the diagnosis unit 200 extracts a parameter having a characteristic from the detection data detected by the detection unit 100 and the comparison data stored in the DAQ, and classifies the extracted parameter into a pattern using an operator vector, so that the detected data and and to determine the type of partial discharge with respect to the detection data by comparing the correlation of the comparison data.

도 8은 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 적용된 진단부의 구성을 나타낸 도면이다.8 is a diagram showing the configuration of a diagnostic unit applied to a diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention.

첨부된 도 8을 참조하면, 상기 진단부(200)는 검출 데이터 또는 비교 데이터로부터 식별요소를 추출하는 식별요소 추출모듈(210), 상기 식별요소 추출모듈(210)에서 추출된 식별요소에 대하여 식별요소벡터를 이용하여 식별요소의 패턴을 분류하는 패턴분류모듈(220), 상기 패턴분류모듈(220)에서 분류된 패턴에 근거하여 상기 검출 데이터에 대한 검출 데이터패턴과 비교 데이터에 대한 비교 데이터패턴을 비교하는 비교모듈(230) 및 상기 비교모듈(230)에서 도출된 패턴에 대하여 부분방전의 종류를 진단하는 진단모듈(240)을 포함하여 구성된다.8, the diagnosis unit 200 identifies an identification element extraction module 210 for extracting identification elements from detection data or comparison data, and identification elements extracted from the identification element extraction module 210 A pattern classification module 220 for classifying a pattern of an identification element using an element vector, a detection data pattern for the detection data and a comparison data pattern for the comparison data based on the pattern classified by the pattern classification module 220 It is configured to include a comparison module 230 for comparing and a diagnostic module 240 for diagnosing a type of partial discharge with respect to the pattern derived from the comparison module 230 .

식별요소 추출모듈(210)에서 설정된 식별요소로는 왜도(Sk), 첨도(Ku), 상관계수(CCk), 방전량 사이의 비율(Q), 방전발생횟수(N) 및 최대방전크기의 비(Qmax)를 포함하여 구성된다.The identification factors set in the identification factor extraction module 210 include skewness (Sk), kurtosis (Ku), correlation coefficient (CCk), ratio between discharge amounts (Q), number of discharges (N) and maximum discharge size. It is constructed including the ratio (Qmax).

왜도(Sk)는 다음의 수학식 6으로 표현될 수 있다.Skewness Sk may be expressed by the following Equation (6).

Figure 112021062265716-pat00006
Figure 112021062265716-pat00006

여기서, 상기 Sk는 왜도, xi는 데이터 값(비교 데이터 또는 검출 데이터), pi는 i번째 위상각에서 xi가 발생될 확률, μ는 xi의 평균값, σ는 표준편차이다.Here, Sk is the skewness, x i is a data value (comparison data or detection data), p i is the probability of x i occurring at the i-th phase angle, μ is the average value of x i , and σ is the standard deviation.

상기 왜도는 정규분포와 비교하여 중심축에서 치우친 정도에 대한 척도로서, 전체의 중심에서 외쪽으로 치우쳐 편중된 경우 양의 값(+)으로 산출된다.The skewness is a measure of the degree of deviation from the central axis compared to the normal distribution, and is calculated as a positive value (+) when the distribution is skewed outward from the center of the whole.

첨도(Ku)는 분포의 첨예한 정도를 나타내는 것으로서, 다음의 수학식 7로 표현된다.The kurtosis (Ku) indicates the sharpness of the distribution and is expressed by the following Equation (7).

수학식 7)Equation 7)

Figure 112021062265716-pat00007
Figure 112021062265716-pat00007

여기서, 상기 Ku는 첨도, xi는 데이터 값(비교 데이터 또는 검출 데이터), pi는 i번째 위상각에서 xi가 발생될 확률, μ는 xi의 평균값, σ는 표준편차이다.Here, Ku is the kurtosis, x i is the data value (comparison data or detection data), p i is the probability of x i occurring at the i-th phase angle, μ is the average value of x i , and σ is the standard deviation.

상관계수(CCk)는 x분포와 y분포 형태간의 유사한 정도를 나타내는 것으로서, 다음의 수학식 8로 표현된다.The correlation coefficient CCk indicates the degree of similarity between the x-distribution and the y-distribution, and is expressed by the following Equation (8).

수학식 8)Equation 8)

Figure 112021062265716-pat00008
Figure 112021062265716-pat00008

여기서, 상기 CCk는 상관계수, μx는 x의 평균치, μy는 y의 평균치, σx는 x의 표준편차, σy는 y의 표준편차이다.Here, CCk is the correlation coefficient, μ x is the average value of x, μ y is the average value of y, σ x is the standard deviation of x, and σ y is the standard deviation of y.

상기 상관계수를 통해 산출된 값이 1에 근접할수록 상관도가 높고, 0에 근접할수록 상관도가 없는 것으로 판단될 수 있다.As the value calculated through the correlation coefficient approaches 1, the correlation is high, and it can be determined that there is no correlation as it approaches 0.

방전량 사이의 비율(Q)은 다음의 수학식 9로 표현된다.The ratio Q between the discharge amounts is expressed by the following Equation (9).

수학식 9)Equation 9)

Figure 112021062265716-pat00009
Figure 112021062265716-pat00009

여기서, Q는 방전량 사이의 비율, qi+는 +반주기 동안 발생하는 i번째 위상각의 평균방전량, qi-는 -반주기 동안 발생하는 i번째 위상각의 평균방전량이다.Here, Q is the ratio between the discharge amounts, q i + is the average discharge amount of the i-th phase angle generated during the + half cycle, and q i - is the average discharge amount of the i-th phase angle generated during the - half cycle.

방전발생횟수(N)는 각 주기에서의 방전발생횟수로서 다음의 수학식 10으로 표현된다.The number of discharges (N) is the number of discharges in each cycle and is expressed by the following Equation (10).

수학식 10)Equation 10)

Figure 112021062265716-pat00010
Figure 112021062265716-pat00010

여기서, N는 방전량발생횟수, ni+는 +반주기 동안 발생하는 i번째 위상각의 평균방전횟수, qi-는 -반주기 동안 발생하는 i번째 위상각의 평균방전횟수이다.Here, N is the number of occurrences of the discharge amount, n i + is the average number of discharges of the i-th phase angle generated during the + half cycle, and q i - is the average number of discharges of the i-th phase angle generated during the - half cycle.

즉, 상기 방전발생횟수(N)는 +반주기와 -반주기 동안 발생하는 최대방전량의 비율을 의미한다.That is, the number of discharge occurrences (N) means the ratio of the maximum amount of discharge generated during the +half cycle and the -half cycle.

최대방전크기의 비(Qmax)는 다음의 수학식 11로 표현된다.The ratio (Qmax) of the maximum discharge magnitude is expressed by the following Equation (11).

수학식 11)Equation 11)

Figure 112021062265716-pat00011
Figure 112021062265716-pat00011

여기서, Qmax는 최대방전크기의 비, Qmax+는 +반주기 동안 발생하는 방전크기, Qmax-는 -반주기 동안 발생하는 방전크기이다.Here, Qmax is the ratio of the maximum discharge size, Qmax+ is the discharge size generated during the +half cycle, and Qmax- is the discharge size generated during the -half cycle.

패턴분류모듈(220)은 식별요소 추출모듈(210)에서 추출된 식별요소 각각에 대해 선택된 하나의 벡터로 간주하고, 이를 유사한 패턴을 그룹핑하는 기능을 수행한다.The pattern classification module 220 regards each of the identification elements extracted by the identification element extraction module 210 as one selected vector, and performs a function of grouping similar patterns.

예를 들어, n개의 식별요소로 이루어진 식별요소 그룹은 하나의 벡터로 볼 수 있고, 벡터의 차원은 원소가 n개이므로 n차원 식별요소벡터가 된다. 즉, 동일한 전압, 동일한 전극계로부터 30번 검출된 방전펄스신호로부터 6개의 식별요소를 산출하면 6차원의 식별요소벡터가 30개 생성된다. 생성된 30개의 벡터들은 각기 조금씩 다른 값을 가지지만 대체적으로 일정한 그룹을 형성하게 되고 이러한 그룹을 본 발명에서는 클러스터(cluster)라고 정의한다.For example, an identification element group consisting of n identification elements can be viewed as one vector, and since the vector has n elements, it becomes an n-dimensional identification element vector. That is, when 6 identification elements are calculated from the discharge pulse signal detected 30 times from the same voltage and the same electrode system, 30 6-dimensional identification element vectors are generated. The generated 30 vectors each have slightly different values, but generally form a constant group, and this group is defined as a cluster in the present invention.

이에 따르면, 그룹에서 선택된 2개의 벡터에 대해 벡터 사이의 사이각이 작을 수록 선택된 2개의 벡터는 동일한 부분방전에 기인한 것으로 판단될 수 있다.According to this, as the angle between the two vectors selected from the group is smaller, it may be determined that the two selected vectors are due to the same partial discharge.

비교모듈(230)에서는 DAQ를 통해 검출된 비교 데이터에 대한 식별요소벡터의 클러스터와 검출된 검출 데이터에 대한 식별요소벡터를 비교하여, 검출된 검출 데이터에 대한 식별요소벡터에 근접한 비교 데이터의 식별요소벡터를 검출하는 기능을 수행한다.The comparison module 230 compares the cluster of the identification element vector for the comparison data detected through the DAQ and the identification element vector for the detected detection data, and the identification element of the comparison data close to the identification element vector for the detected detection data. It performs the function of detecting a vector.

즉, 상기 비교모듈(230)은 코로나 방전, 내부방전, 표면방전 및 랜덤방전 각각에 대한 식별요소벡터의 클러스터를 미리 저장하고, 검출부(100)에서 검출된 검출 데이터에 대한 연산을 수행하여 식별요소벡터를 도출한 후, 도출된 식별요소벡터를 저장된 식별요소벡터의 클러스터에 있는 벡터와 비교하며, 2개의 벡터 사이의 사이각이 최소가되는 식별요소벡터를 도출하는 것이다.That is, the comparison module 230 stores in advance a cluster of identification element vectors for each of corona discharge, internal discharge, surface discharge, and random discharge, and performs an operation on the detection data detected by the detection unit 100 to identify the element After deriving the vector, the derived identification element vector is compared with a vector in the stored cluster of identification element vectors, and the identification element vector having the minimum angle between the two vectors is derived.

진단모듈(240)은 상기 비교모듈(230)에서 도출된 식별요소벡터에 대해 부분방전의 종류를 진단하고, 진단된 부분방전을 HMI로 제공하여 표시되도록 한다.The diagnosis module 240 diagnoses the type of the partial discharge with respect to the identification element vector derived from the comparison module 230, and provides the diagnosed partial discharge to the HMI for display.

상기 진단부(200)에 따르면, 부분방전의 종류에 따라 식별요소벡터의 클러스터를 미리 저장된 상태에서, 검출부(100)에서 검출된 검출 데이터가 입력되면, 입력된 검출 데이터에서 유효한 식별요소를 추출하고 패턴을 분류한 후, 미리 저장된 식별요소벡터의 클러스터와 비교를 통해 상기 검출부(100)에서 검출된 검출 데이터에 대한 부분방전의 종류를 진단할 수 있게 된다.According to the diagnosis unit 200, when the detection data detected by the detection unit 100 is input in a state in which a cluster of identification element vectors is stored in advance according to the type of partial discharge, a valid identification element is extracted from the input detection data, After classifying the pattern, it is possible to diagnose the type of partial discharge with respect to the detection data detected by the detection unit 100 through comparison with the cluster of the previously stored identification element vectors.

다음으로, 차폐함(30, 도 2 참조)에 대해서 설명한다.Next, the shielding box (30, see FIG. 2) will be described.

미소한 크기의 부분방전펄스를 검출하기 위해서는 외부 잡음을 효과적으로 차단할 수 있어야 한다. 즉, 부분방전 검출에서 최소 검출감도는 잡음 레벨의 2배 이상이어야 한다. 이에, 정확한 부분방전펄스를 검출하기 위해서는 잡음의 발생 원인을 분석하여 효과적인 잡음 대책을 적용하고, 부분방전 이외의 억제되지 않는 잡음에 대해서는 검출회로의 주파수 대역을 조절하는 방식을 적용하여 방전펄스와 잡음 신호를 분리하여야 한다.In order to detect a small-scale partial discharge pulse, it must be able to effectively block external noise. That is, in partial discharge detection, the minimum detection sensitivity should be at least twice the noise level. Therefore, in order to accurately detect the partial discharge pulse, an effective noise countermeasure is applied by analyzing the cause of the noise, and a method of adjusting the frequency band of the detection circuit is applied to the noise that is not suppressed other than the partial discharge. signal must be separated.

부분방전 검출에서 잡음은 크게 외부로부터 유입되는 방사 잡음, 접지측으로부터 유입되는 접지 잡음으로 구분할 수 있다.In partial discharge detection, noise can be largely divided into radiated noise from the outside and ground noise from the grounding side.

상기 잡음 중에서 접지 잡음은 번째로 불안정한 접지 시스템으로 인하여 발생하는 접지 잡음으로서, 전기전자기기를 사용할 때 발생하는 고주파 잡음이 대부분이고, 낙뢰 또는 전력계통의 지락 사고 등에 의하여 대지 전위가 상승으로 인하여 발생한다. 이에, 상기 접지 잡음을 차단하기 위해서는 단일 접지방식의 적용하고 접지필터를 사용하여 차페할 수 있다.Among the noises, ground noise is the ground noise generated due to an unstable grounding system. Most of the high-frequency noise generated when electric and electronic devices are used is caused by an increase in the ground potential due to a lightning strike or a ground fault in the power system. . Accordingly, in order to block the ground noise, a single grounding method may be applied and shielding may be performed using a grounding filter.

방사 잡음은 방송국 등에서 송신되는 수 십 MHz의 대역을 가지는 고주파 통신신호, 외부 기기로부터 발생하는 방사 성분에 의한 잡음이다.Radiated noise is a high-frequency communication signal having a band of several tens of MHz transmitted from a broadcasting station, etc., and noise caused by a radiation component generated from an external device.

상기 방사 잡음은 차폐기법 등을 적용하여 차단할 수 있다.The radiation noise may be blocked by applying a shielding technique or the like.

차폐 기법은 방송용 반송파 등의 방사잡음 제거를 위한 대책으로 전원공급부의 인입선, 결합회로망에 사용되는 결합콘덴서와 검출회로부 등에 방송 주파수 및 통신신호가 감지되지 않도록 구리 및 알루미늄과 같이 도전율이 높은 금속으로 차폐시키는 방식으로서, 본 발명에서는 차폐함(30)을 이용된다.The shielding technique is a measure to remove radiated noise from broadcast carriers, and is shielded with metal with high conductivity such as copper and aluminum so that broadcast frequencies and communication signals are not detected in the lead-in line of the power supply, the coupling capacitor used in the coupling network, and the detection circuit. As a way to do this, in the present invention, the shielding box 30 is used.

상기 차폐함(30)의 차폐효과는 금속 재질의 재료적인 특성에 큰 영향을 받기 때문에 가능한 도전율이 높은 재질이 사용될 수 있다.Since the shielding effect of the shielding box 30 is greatly affected by the material properties of the metal material, a material having high electrical conductivity may be used.

본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템에 적용된 차폐함(30)은 2중 차폐구조로 구성된다.The shielding box 30 applied to the partial discharge detection diagnostic system of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention is composed of a double shielding structure.

상기 차폐함(30)의 외부를 이루는 외부 차폐함은 투자율이 높은 재질을 사용하고, 내부 차폐함은 도전율이 높은 재료가 사용될 수 있다.The outer shielding box constituting the outside of the shielding box 30 may use a material having high magnetic permeability, and the inner shielding box may be made of a material having high conductivity.

상기에서와 같이, 2중 구조의 차폐함(30)에서 외부 차폐함은 350 ~ 400dB의 범위의 차폐함이 사용되고, 차폐함은 170 ~ 200dB인 차폐함으로 구성되어, 외부로부터의 방사 잡음에 대하여 520 ~ 600dB의 차폐효과를 기대할 수 있도록 구성된다.As described above, in the shielding box 30 of the double structure, the shielding box in the range of 350 to 400 dB is used, and the shielding box is composed of a shielding box of 170 to 200 dB, 520 for radiated noise from the outside. It is configured to expect a shielding effect of ~600dB.

이와 같은 차폐함(30)을 적용하면 방사 잡음은 효과적으로 차단할 수 있지만, 그 내부에서 구동되는 검출진단장치(20)로 인가되는 전원선 및 검출진단장치(20)로부터 출력되는 신호선에 대한 대책은 되지 못하는 단점이 발생될 수 있다.If such a shield box 30 is applied, radiation noise can be effectively blocked, but there is no countermeasure against the power line applied to the detection and diagnosis device 20 driven therein and the signal line output from the detection and diagnosis device 20 . Disadvantages may arise.

이에, 전원선 및 신호선에 대한 전도 잡음을 제거하기 위하여 전원 공급원의 출력단에 필터를 설치하거나 이를 차폐할 수 있는 실링부재가 설치될 수 있다.Accordingly, a filter may be installed at the output terminal of the power supply source to remove conduction noise for the power line and the signal line, or a sealing member capable of shielding the filter may be installed.

이때, 전원선에 설치되는 필터는 전원 주파수에 대한 신호는 통과시키되, 수 십 KHz 대역의 잡음 신호는 차단할 수 있는 전원공급용 필터가 적용된다.At this time, the filter installed on the power line passes the signal for the power frequency, but a filter for power supply that can block the noise signal in the tens of KHz band is applied.

본 발명에 의하면, 전력기기를 변형하거나 분해하지 않은 상태에서 접지선에 고주파 전류센서를 설치하는 것만으로도 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템을 설치할 수 있다.According to the present invention, the partial discharge detection and diagnosis system of the switchboard can be installed only by installing the high-frequency current sensor on the ground wire without deforming or disassembling the power device.

또한, 발생된 부분방전에 대한 종류를 제공함으로써, 전력기기에 대한 부분방전의 위치를 쉽게 도출할 수 있으므로, 전력기기의 유지 보수에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, by providing the type of the generated partial discharge, it is possible to easily derive the location of the partial discharge with respect to the power device, there is an advantage that can improve the reliability of the maintenance of the power device.

상기에서는 본 발명에 따른 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위 및 발명의 설명, 첨부한 도면의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속한다.In the above, a preferred embodiment of a system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor according to the present invention has been described, but the present invention is not limited thereto, and within the scope of the claims, the description of the invention, and the accompanying drawings. Various modifications are possible, and this also falls within the scope of the present invention.

10: 고주파 전류센서 20: 검출진단장치
30: 차폐함 100: 검출부
110: 노이즈제거필터 120: 커플링커패시터
130: 검출임피던스 140: 증폭기
200: 진단부 210: 식별요소 추출모듈
220: 패턴분류모듈 230: 비교모듈
240: 진단모듈
10: high-frequency current sensor 20: detection and diagnosis device
30: shield box 100: detection unit
110: noise removal filter 120: coupling capacitor
130: detection impedance 140: amplifier
200: diagnostic unit 210: identification element extraction module
220: pattern classification module 230: comparison module
240: diagnostic module

Claims (7)

배전반 내의 전력기기 접지선에 설치되고, 상기 접지선을 통해 흐르는 전류에 의해 발생되는 방전펄스신호를 검출하는 고주파 전류센서;
상기 고주파 전류센서로부터 검출된 방전펄스신호에 근거하여 부분방전의 여부를 확인하고, 부분방전의 종류를 판단하는 검출진단장치; 및
상기 고주파 전류센서 및 검출진단장치를 차폐하는 차폐함;
을 포함하여 구성되고,
상기 검출진단장치는,
상기 고주파 전류센서에서 검출된 방전펄스신호의 노이즈를 제거하고 증폭하여 검출 데이터를 출력하는 검출부; 및
상기 검출부에서 출력되는 검출 데이터와 DAQ(Data Acquisition)을 통해 수집된 비교 데이터를 비교하여 부분방전에 대한 종류를 진단하는 진단부;
를 포함하고,
상기 검출부는,
상기 고주파 전류센서에서 출력되는 방전펄스신호의 노이즈를 제거하는 노이즈제거필터;
상기 노이즈제거필터에 직렬연결되고 상기 방전펄스신호의 교류성분을 통과시키고 직류성분을 차단하는 커플링커패시터;
상기 커플링커패시터와 직렬연결되는 검출임피던스; 및
상기 검출임피던스의 양단 전압을 증폭하는 증폭기;
를 포함하여 이루어지고,
상기 검출임피던스는 RLC 동조회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템.
a high-frequency current sensor installed on a grounding line of a power device in a switchboard and detecting a discharge pulse signal generated by a current flowing through the grounding line;
a detection and diagnosis device for checking whether a partial discharge is present and determining a type of partial discharge based on the discharge pulse signal detected from the high-frequency current sensor; and
a shielding box for shielding the high-frequency current sensor and the detection and diagnosis device;
consists of,
The detection and diagnosis device,
a detection unit for removing and amplifying the noise of the discharge pulse signal detected by the high-frequency current sensor and outputting detection data; and
a diagnosis unit for diagnosing a type of partial discharge by comparing the detection data output from the detection unit with comparison data collected through DAQ (Data Acquisition);
including,
The detection unit,
a noise removal filter for removing noise from the discharge pulse signal output from the high-frequency current sensor;
a coupling capacitor connected in series to the noise removal filter to pass the AC component of the discharge pulse signal and block the DC component;
a detection impedance connected in series with the coupling capacitor; and
an amplifier for amplifying a voltage across the detection impedance;
is made, including
The detection impedance is a partial discharge detection diagnostic system of a switchboard using a high-frequency current sensor, characterized in that composed of an RLC tuning circuit.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 노이즈제거필터는,
상기 방전펄스신호에 대하여 주파수 클럭을 발생시키는 클럭펄스 발생기;
상기 방전펄스신호를 상기 클럭펄스 발생기에서 발생된 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 출력하는 제1 플립플롭;
상기 제1 플립플롭으로부터의 신호를 상기 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 발생시키는 제2 플립플롭;
상기 제2 플립플롭으로부터의 신호를 상기 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 발생시키는 제3 플립플롭;
상기 제3 플립플롭으로부터의 신호를 상기 클럭펄스의 상승에지에서 동기하여 신호를 발생시키는 제4 플립플롭;
상기 제2 내지 4 플립플롭의 출력 펄스를 입력받아 연산처리된 소정의 값을 출력하는 앤드 게이트(AND Gate)와 노아 게이트(NOR Gate); 및
상기 앤드 게이트(AND Gate)와 노아 게이트(NOR Gate)의 출력 펄스를 상기 클럭 펄스의 상승에지에서 동기시켜 노이즈가 제거된 신호를 출력하는 JK형 플립-플롭(JK type flip-flop)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템.
The method according to claim 1,
The noise removal filter is
a clock pulse generator for generating a frequency clock with respect to the discharge pulse signal;
a first flip-flop for outputting a signal by synchronizing the discharge pulse signal with a rising edge of a clock pulse generated by the clock pulse generator;
a second flip-flop for generating a signal by synchronizing the signal from the first flip-flop at a rising edge of the clock pulse;
a third flip-flop for generating a signal by synchronizing the signal from the second flip-flop at a rising edge of the clock pulse;
a fourth flip-flop for generating a signal by synchronizing the signal from the third flip-flop at a rising edge of the clock pulse;
an AND gate and a NOR gate for receiving the output pulses of the second to fourth flip-flops and outputting a predetermined value that has been calculated; and
A JK type flip-flop that synchronizes the output pulses of the AND gate and the NOR gate at the rising edge of the clock pulse to output a noise-removed signal. Partial discharge detection diagnostic system of a switchboard using a high-frequency current sensor, characterized in that.
청구항 1에 있어서,
상기 증폭기는,
입력 오프셋 전압이 3mV, 증폭도 40dB을 갖는 2단 증폭회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템.
The method according to claim 1,
The amplifier is
Partial discharge detection and diagnosis system of a switchboard using a high-frequency current sensor, characterized in that it consists of a two-stage amplifier circuit having an input offset voltage of 3mV and an amplification of 40dB.
청구항 1에 있어서,
상기 전력기기는,
변압기, 변성기, 케이블, 부스바, 차단기, 개폐기 및 전력기기의 외함 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템.
The method according to claim 1,
The power device is
Partial discharge detection and diagnosis system of a switchboard using a high frequency current sensor, characterized in that it is one selected from a transformer, a transformer, a cable, a busbar, a circuit breaker, a switchgear, and an enclosure of a power device.
청구항 1에 있어서,
상기 고주파 전류센서는,
니켈과 아연의 합금으로 이루어진 철심과 황동 재질의 원환체(toroid) 형태로 구성된 인덕션코일로 이루어지고, 상기 인덕션코일에 상기 철심이 20 ~ 50회 권선된 것을 특징으로 하는 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템.
The method according to claim 1,
The high-frequency current sensor,
A switchboard using a high-frequency current sensor, characterized in that it consists of an iron core made of an alloy of nickel and zinc and an induction coil in the form of a toroid made of brass, and the iron core is wound 20 to 50 times on the induction coil. Partial discharge detection diagnostic system.
청구항 1에 있어서,
상기 진단부에서 진단하는 부분방전의 종류는,
코로나 방전, 내부방전, 표면방전 및 랜덤방전 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 고주파 전류센서를 이용한 배전반의 부분방전 검출 진단 시스템.
The method according to claim 1,
The type of partial discharge diagnosed by the diagnostic unit is,
A diagnostic system for detecting partial discharge of a switchboard using a high-frequency current sensor, characterized in that one selected from corona discharge, internal discharge, surface discharge, and random discharge.
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