KR102387732B1 - A enclosure equipped with a micro-strip antenna for internal flame monitoring - Google Patents

A enclosure equipped with a micro-strip antenna for internal flame monitoring Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a power supply enclosure, while a narrowband micro-strip antenna for electromagnetic wave reception in an enclosure such as a switchboard, a motor control panel, a distribution panel, and the like is installed, which is configured to monitor and diagnose deterioration inside the enclosure through detection of an electromagnetic wave generated during partial discharge such as arc discharge or corona discharge, which is caused by deterioration due to poor insulation inside the enclosure.

Description

내부의 열화감시를 위한 마이크로 스트립 안테나가 장착된 함체{A enclosure equipped with a micro-strip antenna for internal flame monitoring}{A enclosure equipped with a micro-strip antenna for internal flame monitoring}

본 발명은 수배전반 및 전동기 제어반, 분전반 등의 함체내에 전자파 수신용 마이크로 스트립 안테나를 설치하면서 함체내부의 절연불량 등에 의해 열화가 발생되면서 나타나는 아크방전 또는 코로나 방전 등의 부분방전시 발생하는 전자파검출을 통해 함체내부의 열화를 감시진단하도록 구성된 전력공급 함체에 관한 것이다.The present invention detects electromagnetic waves that occur during partial discharge such as arc discharge or corona discharge, which occurs when a microstrip antenna for electromagnetic wave reception is installed in a housing such as a switchboard, a motor control panel, and a distribution panel, and deterioration occurs due to poor insulation inside the housing. It relates to a power supply enclosure configured to monitor and diagnose deterioration inside the enclosure.

산업의 고도화로 전력수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 배전반 등의 함체내의 전력설비에 의한 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 사고는 경제적 손실뿐만 아니라 기술적 손실도 발생시킬 수 있다.Electricity demand is continuously increasing due to the advancement of industry, and accidents due to electric power facilities in enclosures such as switchboards occur frequently. Such accidents can cause not only economic losses but also technical losses.

전력이 공급되는 함체(이하 “함체") 내부는 함체의 기능에 따라 각종 전력기기, 제어기기, Bus Bar, Cable, 절연물 등으로 구성되어 있으며, 그 예로 배전반, 수배전반, 전동기제어반, 분전반, 태양광 접속반, 자동제어반 등이 있다.The inside of the enclosure to which power is supplied (hereinafter “the enclosure”) is composed of various power devices, control devices, bus bars, cables, and insulators depending on the function of the enclosure. Connection panel, automatic control panel, etc.

이러한 함체의 사용연한은 보통 15년 ~ 20년이며, 함체를 장기간 사용할 경우 절연물 자체의 노화, 함체 내부로 유입되는 먼지, 습기 등으로 인한 절연불량 등에 의해 열화가 발생되며 그 결과 부분방전, 연면방전, 아크방전 등의 방전현상이 발생되고 그 상태를 방치할 경우 단락에 의한 폭발, 화재로 사고가 확대될수 있다.The service life of these enclosures is usually 15 to 20 years, and when the enclosure is used for a long time, deterioration occurs due to aging of the insulation itself and poor insulation due to dust and moisture entering the inside of the enclosure. As a result, partial discharge and creepage discharge Discharge phenomena such as , arc discharge, etc. occur, and if the state is left unattended, the accident may escalate to an explosion or fire due to a short circuit.

따라서 부분방전, 연면방전, 아크방전 등의 방전현상이 발생하면 조기에 이를 인지하여 사고확대를 미연에 방지하여야한다.Therefore, when discharge phenomena such as partial discharge, creepage discharge, and arc discharge occur, it is necessary to recognize them early and prevent the expansion of accidents in advance.

이에, 배전반에서 발생하는 이러한 사고를 예방하기 위해 다양한 점검기술에 대한 연구가 이루어지고 있다.Accordingly, in order to prevent such accidents occurring in the switchboard, research on various inspection techniques is being conducted.

종래에는 절연열화시 방전현상으로 방사되는 전자파를 측정하여 배전반의 이상 유무를 확인하는 전자파 검출법이 제시되었다. Conventionally, an electromagnetic wave detection method has been proposed in which an electromagnetic wave emitted by a discharge phenomenon during insulation deterioration is measured to check whether there is an abnormality in the switchboard.

배전반의 경우, 탄소-구리 전극에서의 직렬아크의 전자파 주파수대역은 0.1~1MHz, 30~600Mhz를 보이며, 연결단자에서 발생하는 직렬아크의 전자파 주파수대역은 0.1~9MHz, 30~800Mhz, 침-평판전극에서의 코로나방전의 전자파 주파수대역은 0.5~0.6MHz, 1.4~2.6MHz, 5~500MHz, 평편-평판 전극에서의 코로나 방전의 전자파 주파수대역은 0.1~9MHz, 30~800MHz로 분포되어 있는 것을 볼수 있다.In the case of switchgear, the electromagnetic wave frequency band of the series arc at the carbon-copper electrode is 0.1~1MHz, 30~600Mhz, and the frequency band of the series arc generated at the connection terminal is 0.1~9MHz, 30~800Mhz, needle-plate It can be seen that the electromagnetic frequency bands of the corona discharge at the electrode are 0.5~0.6MHz, 1.4~2.6MHz, 5~500MHz, and the electromagnetic frequency bands of the corona discharge at the flat-plate electrode are distributed as 0.1~9MHz, 30~800MHz there is.

결국, 절연열화시 방사되는 아크방전 또는 부분방전(코로나방전등)에 따른 전자파의 주파수를 보면 0.1MHz ~ 800MHz의 주파수를 보이고 있다.After all, when looking at the frequency of electromagnetic waves due to arc discharge or partial discharge (corona discharge, etc.) radiated during insulation deterioration, the frequency ranges from 0.1 MHz to 800 MHz.

그러나, 아크방전이나 코로나 방전에 의한 0.1MHz ~ 800MHz의 전자파의 주파수 대역을 모두 수신하려면 수신안테나의 대역폭이 커야하며, 대역폭이 큰 수신안테나를 제작하려면 그 크기가 커지도록 제작하여야 하나, 배전반이나 분전반 등의 함체내에 크기가 큰 수신안테나를 제작하여 장착하는 것은 쉽지가 않다는 문제점이 있다.However, in order to receive all the frequency bands of 0.1 MHz to 800 MHz electromagnetic waves caused by arc discharge or corona discharge, the bandwidth of the receiving antenna must be large. There is a problem in that it is not easy to manufacture and install a large-sized receiving antenna in a housing such as a body.

또한, 수신안테나는 0.1MHz ~ 800MHz의 주파수 범위의 VHF와 UHF 대역의 전자파의 주파수를 모두 수신할 수 있는 광대역 대역폭을 갖는 수신안테나를 구성하는 경우에 높은 공진도와 민감도를 통해 해당 대역에 포함된 전자파를 모두 검출하겠지만, 아크나 코로나 방전에 따른 전자파 신호가 아닌 전자파 신호가 수신되면서 오작동이 발생하는 문제점이 있다.In addition, when the receiving antenna comprises a receiving antenna having a wide bandwidth that can receive both the frequencies of the VHF and UHF bands in the frequency range of 0.1MHz to 800MHz, the electromagnetic waves included in the band through high resonance and sensitivity However, there is a problem in that a malfunction occurs as an electromagnetic wave signal, not an electromagnetic wave signal due to arc or corona discharge, is received.

이를테면, 탄소-구리 전극에서의 직렬아크의 전자파 주파수대역은 0.1~1MHz, 30~600Mhz이지만, 아크나 코로나 방전에 따른 전자파와 무관한 1~30MHz의 전자파가 탄소-구리 전극에서의 직렬아크에서 발생하는 경우에도 수신하면서 오작동되는 문제점이 있다.For example, the electromagnetic wave frequency bands of the series arc at the carbon-copper electrode are 0.1~1MHz and 30~600Mhz, but electromagnetic waves of 1~30MHz independent of the electromagnetic wave caused by the arc or corona discharge are generated in the series arc at the carbon-copper electrode. There is a problem in that it malfunctions while receiving.

다시말해, 함체내 광대역 수신안테나를 이용하여 검출된 파형에서 센서 자체의 노이즈, 주위 진동에 대한 노이즈, 주위의 전자파, Surge, 고조파 등의 노이즈 등의 아크나 코로나 방전과 무관한 노이즈로 인한 전자파를 수신안테나가 수신하면서 발생하는 오동작이 문제가 되고 있다.In other words, in the waveform detected using the broadband reception antenna in the enclosure, electromagnetic waves caused by noise unrelated to arc or corona discharge, such as noise from the sensor itself, noise about ambient vibration, ambient electromagnetic waves, surges, and harmonics, etc. Malfunctions that occur while the receiving antenna is receiving are becoming a problem.

즉, 아크나 코로나 방전에 따른 전자파 신호를 검출하기 위하여 광대역 대역폭을 갖는 수신안테나를 구성하는 경우에, 협소한 설치장소에 설치의 문제점과 광대역 대역폭의 안테나를 통해 수신되는 전자파에는 아크나 코로나 방전에 따른 전자파 신호 뿐 아니라, 아크나 코로나 방전과 무관한 진동 및 외부교란전파에 의한 0.1MHz ~ 800MHz의 주파수 범위의 VHF와 UHF 대역의 전자파까지 수신되면서 발생하는 오작동의 문제점이 제기되고 있다.That is, when a receiving antenna having a wide bandwidth is configured to detect an electromagnetic wave signal according to an arc or corona discharge, the problem of installation in a narrow installation place and the electromagnetic wave received through the antenna of a wide bandwidth may be caused by arc or corona discharge. In addition to the electromagnetic wave signals that follow, the problem of malfunctions occurring while receiving electromagnetic waves in the VHF and UHF bands in the frequency range of 0.1 MHz to 800 MHz by vibration and external disturbance waves unrelated to arc or corona discharge is being raised.

특허문헌 01: 한국특허등록공보 제10-0938883호(공고일: 2010.01.27.)Patent Document 01: Korean Patent Registration Publication No. 10-0938883 (Announcement date: 2010.01.27.) 특허문헌 02: 한국특허등록공보 제10-1213091호(공고일: 2012.12.24.)Patent Document 02: Korean Patent Registration Publication No. 10-1213091 (Announcement date: 2012.12.24.)

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 함체와 같은 비좁은 공간에 쉽게 설치가 되면서 절연열화에 따른 아크나 부분방전시 발생하는 다양한 주파수대역의 전자파를 모두 감지할 수 있는 수신효율이 높은 수신안테나를 구비한 함체를 제시하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention is a receiving antenna with high reception efficiency that can detect all electromagnetic waves of various frequency bands generated during arcing or partial discharge due to insulation deterioration while being easily installed in a cramped space such as a housing. It aims to present a equipped vessel.

또한, 본 발명은 수신안테나를 이용하여 검출된 파형에서 센서 자체의 노이즈, 주위 진동에 대한 노이즈, 주위의 전자파, Surge, 고조파 등의 노이즈 등을 제거한 순수한 아크방전이나 코로나와 같은 부분방전시 발생하는 전자파 파형만을 추출하여 전력공급함체 내부의 열화를 감시할 수 있는 방법 및 장치를 제시하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention removes the noise of the sensor itself, the noise about the surrounding vibration, the noise of the surrounding electromagnetic waves, surge, harmonics, etc. from the waveform detected using the receiving antenna, etc. An object of the present invention is to present a method and apparatus capable of monitoring deterioration inside a power supply box by extracting only electromagnetic wave waveforms.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부 열화감시를 위한 안테나가 장착된 전력공급 함체에 있어서, 함체 내부의 전력기기에서 발생되는 아크방전 또는 코로나 방전으로 방사되는 전자파를 수신하되, 수신되는 전자파의 주파수는 100MHz~500MHz로 협대역으로 구성되는 마이크로 스트립 안테나; 및 상기 마이크로 스트립 안테나에 수신된 전자파를 전송받아, 진단DB에 기저장된 데이터와 비교, 분석하여 함체 내부에 아크방전 또는 코로나 방전에 따른 열화를 판단하는 제어부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 내부의 열화감시를 위한 마이크로 스트립 안테나가 장착된 함체를 제시한다.In order to achieve the above object, the present invention, in a power supply enclosure equipped with an antenna for monitoring internal deterioration, receives an electromagnetic wave radiated by arc discharge or corona discharge generated from a power device inside the enclosure, and the received electromagnetic wave The frequency of the micro-strip antenna is composed of a narrow band from 100 MHz to 500 MHz; and a control unit that receives the electromagnetic wave received by the microstrip antenna, compares and analyzes it with data stored in the diagnostic DB, and determines deterioration due to arc discharge or corona discharge inside the enclosure. An enclosure equipped with a micro-strip antenna for monitoring deterioration is presented.

상기 마이크로 스트립 안테나는, 수신측 절연기판의 상부면에 고정되는 도체패치로 이루어진 수신소자; 접지측 절연기판의 하부면에 고정되는 접지소자; 상기 수신측 절연기판과 접지측 절연기판 사이에 장착되면서 에어갭을 형성하는 절연결합수단; 및 상기 동축케이블은 한 도체부는 상기 접지소자에 전기적으로 결합되어 있고, 다른 한 도체부는 상기 수신소자에 전기적으로 결합되도록 구성되면서 마이크로 스트립 안테나를 제어부의 통신모듈과 연결하는 동축케이블;을 포함하여 구성된다.The microstrip antenna includes: a receiving element comprising a conductor patch fixed to the upper surface of the receiving-side insulating substrate; a grounding element fixed to the lower surface of the grounding-side insulating substrate; an insulating coupling means mounted between the receiving-side insulating substrate and the grounding-side insulating substrate to form an air gap; and a coaxial cable in which one conductor part is electrically coupled to the grounding element, and the other conductor part is configured to be electrically coupled to the receiving element and connects the microstrip antenna to the communication module of the control unit. do.

상기 마이크로스트립 안테나의 접지소자의 전기적 길이를 수신소자보다 길게 하여 반사기 역할을 하도록 구성된다.It is configured to serve as a reflector by making the electrical length of the grounding element of the microstrip antenna longer than the receiving element.

또한, 상기 마이크로스트립 안테나의 수신소자와 접지소자의 형상 및 전기적길이, 에어갭의 크기를 조절하여 100MHz~500MHz주파수 대역에서 수신효율을 높이도록 구성된다.In addition, it is configured to increase the reception efficiency in the 100MHz to 500MHz frequency band by adjusting the shape and electrical length of the receiving element and the grounding element of the microstrip antenna, and the size of the air gap.

상기 제어부에는, 마이크로스트립 안테나로부터 동축케이블을 통해 노이즈가 포함되어 있는 Time Domain 상에서 전자파의 파형을 수신하여 수신된 전자파 신호를 증폭, 변조하는 통신모듈; 상기 통신모듈을 통해 마이크로스트립 안테나로부터 얻은 Time Domain 상의 전자파의 파형을 Fast Fourier Transform Algorithm(FFT 알고리즘)을 사용하여 주파수 Domain 상의 파형으로 변환시키도록 구성된 영역변환부; 상기 영역변환부에서 변환된 주파수 Domain 상의 파형에서 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의한 전자파의 파형(100MHz~500MHz)만을 추출하는 추출부; 상기 추출부를 통해 주파수 Domain 상에서 추출된 파형을 상기 영역변환부를 통해 다시 역(inverse) Fast Fourier Transform Algorithm을 사용하여 Time Domain 상의 파형으로 변환하면 변환된 Time Domain 상의 파형을 통해 함체내의 열화상태를 판단하는 열화판단부; 상기 열화판단부는 Time Domain 상의 파형을 통해 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의한 주파수(100MHz~500MHz)를 갖는 전자파를 확인하면, 열화상태 판단정보 DB에 열화상태여부의 판단을 위하여 기저장된 해당 전자파(100MHz~500MHz)의 연속수신시간 정보와 비교하여 허용범위를 초과하면 자동으로 함체내의 열화상태를 판단하도록 구성된다.The control unit includes: a communication module for receiving a waveform of an electromagnetic wave on a time domain containing noise from a microstrip antenna through a coaxial cable and amplifying and modulating the received electromagnetic wave signal; a domain transform unit configured to convert a waveform of an electromagnetic wave on a time domain obtained from the microstrip antenna through the communication module into a waveform on a frequency domain using a Fast Fourier Transform Algorithm (FFT algorithm); an extraction unit for extracting only a waveform (100 MHz to 500 MHz) of an electromagnetic wave by pure arc discharge or corona discharge in which noise is removed from the waveform on the frequency domain converted by the region conversion unit; When the waveform extracted on the frequency domain through the extraction unit is converted back into a waveform on the time domain using an inverse Fast Fourier Transform Algorithm through the region transformation unit, the deterioration state in the enclosure is determined through the converted waveform on the time domain deterioration judgment unit; When the deterioration determining unit confirms the electromagnetic wave having a frequency (100 MHz to 500 MHz) by pure arc discharge or corona discharge from which noise has been removed through the waveform on the Time Domain, the corresponding stored in the deterioration state determination information DB for determining whether the deterioration state is present. Compared with the continuous reception time information of electromagnetic waves (100 MHz to 500 MHz), if it exceeds the allowable range, it is configured to automatically determine the deterioration state in the enclosure.

또한, 상기 제어부에는, 상기 열화판단부를 통해 판단된 함체의 열화상태에 관한 정보를 실시간으로 보여주기 위하여 함체 외부에 구성된 모니터링부; 상기 열화판단부에서 함체내부에 주파수(100MHz~500MHz)를 갖는 전자파가 확인되거나, 함체 내부가 열화되었다고 판단시에 발생되는 신호를 수신하여 동작하는 동작제어부; 상기 열화판단부로부터 함체 내부에 주파수(100MHz~500MHz)를 갖는 전자파가 확인되었다는 확인신호를 상기 동작제어부에서 전송받을 경우 상기 동작제어부에서 발생되는 경보신호를 전송받아 음성 또는 시각 등의 다양한 경보를 발생시키는 경보부; 상기 열화판단부로부터 함체 내부가 열화되었다는 열화신호를 상기 동작제어부에서 전송받을 경우 상기 동작제어부에서 발생되는 차단신호를 전송받아 활성화되면서 함체 내부의 전원 공급 차단기를 작동시켜 전원을 차단하도록하는 비상전원차단부;를 포함하여 구성된다.In addition, the control unit may include: a monitoring unit configured outside the housing to display information on the deterioration state of the housing determined through the deterioration determination unit in real time; an operation control unit operating by receiving a signal generated when an electromagnetic wave having a frequency (100 MHz to 500 MHz) inside the enclosure is confirmed by the degradation determining unit or when it is determined that the inside of the enclosure is deteriorated; When the operation control unit receives a confirmation signal from the deterioration judging unit that an electromagnetic wave having a frequency (100 MHz to 500 MHz) inside the enclosure is transmitted, the operation control unit receives an alarm signal and generates various alarms such as voice or visual. alert department; When the operation control unit receives a deterioration signal indicating that the interior of the enclosure is deteriorated from the deterioration determination unit, the operation control unit receives and activates the blocking signal generated by the operation control unit, and operates the power supply circuit breaker inside the enclosure to cut off the power. It consists of including;

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 함체 내부 열화감시의 판단 및 제어방법에 있어서, (a) 제어부의 통신모듈을 통해 마이크로스트립 안테나로부터 노이즈가 포함되어 있는 Time Domain 상에서 전자파의 파형을 얻는 단계; (b) 마이크로스트립 안테나로부터 얻은 Time Domain 상의 전자파의 파형을 제어부의 영역변환부에서 Fast Fourier Transform Algorithm을 사용하여 주파수 Domain 상의 파형으로 변환하는 단계;
(c) 제어부의 추출부는 상기 영역변환부에서 변환된 주파수 Domain 상의 파형에서 노이즈를 제거한 순수한 아크 또는 코로나에 의한 100MHz~500MHz 주파수를 갖는 전자파의 파형만을 추출하는 단계;
(d) 상기 추출부를 통해 주파수 Domain 상에서 추출된 파형을 상기 영역변환부에서 역 Fast Fourier Transform Algorithm을 사용하여 Time Domain 상의 파형으로 변환하는 단계; 및
(e) 제어부의 열화판단부(130)에서 상기 영역변환부에서 변환된 Time Domain 상의 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의한 100MHz~500MHz 주파수를 갖는 전자파의 연속발생시간을 통해 함체의 상태를 열화로 판단하면 비상전원을 차단하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 안테나를 이용한 함체내 열화감시방법을 제시한다.In order to achieve the above object, in a method for determining and controlling deterioration monitoring inside a housing, (a) obtaining a waveform of electromagnetic waves in a time domain containing noise from a microstrip antenna through a communication module of a control unit ; (b) transforming the waveform of the electromagnetic wave on the time domain obtained from the microstrip antenna into a waveform on the frequency domain using the Fast Fourier Transform Algorithm in the domain transform unit of the control unit;
(c) the extraction unit of the control unit extracting only the waveform of the electromagnetic wave having a frequency of 100 MHz to 500 MHz by a pure arc or corona from which noise is removed from the waveform on the frequency domain converted by the region converting unit;
(d) transforming the waveform extracted on the frequency domain through the extraction unit into a waveform on the time domain using an inverse Fast Fourier Transform Algorithm in the domain transformation unit; and
(e) the state of the enclosure through the continuous generation time of electromagnetic waves having a frequency of 100 MHz to 500 MHz by pure arc discharge or corona discharge in which noise on the time domain converted by the region conversion unit is removed in the deterioration determination unit 130 of the control unit We present a method for monitoring deterioration in the enclosure using a micro-strip antenna, characterized in that it includes the step of shutting off emergency power when it is judged to be deterioration.

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본 발명의 의한 내부의 열화감시를 위한 마이크로 스트립 안테나가 장착된 함체 및 이를 이용한 함체내 열화감시방법을 통해 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.The following effects can be achieved through the enclosure equipped with a micro-strip antenna for monitoring internal degradation and the method for monitoring internal degradation using the same according to the present invention.

본 발명은 마이크로 스트립 안테나를 통해 함체내의 좁은 공간에 설비가 가능하며, 또한 마이크로 스트립 안테나는 절연열화시 아크나 코로나 방전시 발생하는 전자파의 모든 주파수대역의 공통된 100MHz~500MHz의 협대역 주파수대역만을 수신하도록 하면서 광대역 대역폭 수신안테나에서 문제가 되었던 노이즈에 의한 전자파를 수신하면서 발생했던 오동작을 개선할 수가 있게 된다.The present invention can be installed in a narrow space within the enclosure through the microstrip antenna, and the microstrip antenna only uses a common narrowband frequency band of 100MHz to 500MHz of all frequency bands of electromagnetic waves generated during arc or corona discharge when insulation deteriorates. It is possible to improve the malfunction that occurred while receiving the electromagnetic wave caused by the noise, which was a problem in the wideband bandwidth receiving antenna.

또한, 본 발명은 협대역 대역폭을 갖는 마이크로 스트립 안테나를 통해서도 수신되는 노이즈에 의한 전자파를 제거하고 순수하게 절연열화에 따른 아크나 코로나 등의 방전시의 전자파만을 검출하도록 FFT 알고리즘을 이용하여 아크나 코로나 방전시 발생하는 전자파의 모든 주파수대역의 공통된 100MHz~500MHz의 협대역 주파수대역의 전자파만으로 함체의 절연열화상태를 분석하도록 함으로써, 함체내의 절연열화 상태를 보다 확실하게 검출할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention removes electromagnetic waves due to noise received even through a microstrip antenna having a narrow bandwidth and uses an FFT algorithm to detect only electromagnetic waves during discharge such as arc or corona due to insulation degradation purely arc or corona By analyzing the insulation deterioration state of the enclosure only with the electromagnetic waves of the narrow band frequency band of 100 MHz to 500 MHz common to all frequency bands of electromagnetic waves generated during discharge, there is an effect of more reliably detecting the insulation deterioration state in the enclosure.

도 1은 본 발명의 마이크로스트립 안테나와 제어부가 구성된 배전반의 사시도이다.
도 2는 배전반 등의 함체 내부에서 발생할 수 있는 아크방전에 따른 전자파의 주파수 대역을 표시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 제어부의 내부구성을 통한 열화상태 판단 및 제어방법에 관한 작동상태도이다.
도 4는 본 발명에 의한 마이크로스트립 안테나의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 의한 마이크로 스트립 안테나를 이용한 열화상태 판단 및 제어방법에 대한 개념설명도이다.
도 6은 본 발명의 제어부에서 사용되는 FFT 알고리즘을 설명한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 FFT 알고리즘을 이용한 열화상태 판단 및 제어방법에 대한 흐름도이다.1 is a perspective view of a switchboard including a microstrip antenna and a control unit of the present invention.
2 is a view showing a frequency band of an electromagnetic wave according to an arc discharge that may occur inside a housing such as a switchboard.
3 is an operation state diagram of a method for determining and controlling a deterioration state through an internal configuration of a control unit according to the present invention.
4 is a block diagram of a microstrip antenna according to the present invention.
5 is a conceptual explanatory diagram for a method for determining and controlling a deterioration state using a micro strip antenna according to the present invention.
6 is a view for explaining the FFT algorithm used in the control unit of the present invention.
7 is a flowchart of a method for determining and controlling a deterioration state using an FFT algorithm according to the present invention.

이하, 본 발명에 의한 내부의 열화감시를 위한 마이크로 스트립 안테나가 장착된 함체 및 그를 이용한 함체내 열화감시방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.Hereinafter, an enclosure equipped with a micro-strip antenna for monitoring internal degradation and a method for monitoring internal degradation using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

전력이 공급되는 함체(이하 “함체") 내부는 함체의 기능에 따라 각종 전력기기, 제어기기, Bus Bar, Cable, 절연물 등으로 구성되어 있으며, 그 예로 배전반, 수배전반, 전동기제어반, 분전반, 태양광 접속반, 자동제어반 등이 있다.The inside of the enclosure to which power is supplied (hereinafter “the enclosure”) is composed of various power devices, control devices, bus bars, cables, and insulators depending on the function of the enclosure. Connection panel, automatic control panel, etc.

함체 내부는 각종 기기 등이 고밀도로 조립되어 있는 상태로 아크나 코로나방전같은 부분방전에 의한 광검출은 빛의 직진성에 의한 간섭으로 실패할 우려가 있어 전자파 검출에 의한 방법이 가장 적절하다.Inside the enclosure, various devices are assembled at high density, and photodetection by partial discharge such as arc or corona discharge may fail due to interference caused by the linearity of light, so the method by electromagnetic wave detection is the most appropriate.

따라서 본 발명은 특정 주파수 대역(협대역)의 전자파를 수신할 수 있는 안테나를 제작하여 함체 내부에 부착하고 수신된 전자파 신호를 증폭 및 변조하도록 하면서 함체 내부의 절연열화에 의한 아크방전 또는 부분방전 발생 여부를 판단할 수 있도록 구성하고 있다.Therefore, the present invention manufactures an antenna capable of receiving electromagnetic waves of a specific frequency band (narrow band), attaches it to the inside of the enclosure, and amplifies and modulates the received electromagnetic wave signal while generating arc discharge or partial discharge due to insulation deterioration inside the enclosure It is structured so that it can be determined whether or not

도 1은 본 발명의 마이크로스트립 안테나와 제어부가 구성된 배전반의 사시도이다. 도 2는 배전반 등의 함체 내부에서 발생할 수 있는 아크방전에 따른 전자파의 주파수 대역을 표시한 것이다. 도 3은 본 발명에 의한 제어부의 내부구성을 통한 열화상태 판단 및 제어방법에 관한 작동상태도이다.1 is a perspective view of a switchboard including a microstrip antenna and a control unit of the present invention. 2 is a view showing a frequency band of electromagnetic waves according to an arc discharge that may occur inside a housing such as a switchboard. 3 is an operation state diagram of a method for determining and controlling a deterioration state through an internal configuration of a control unit according to the present invention.

도 1에 도시된 바를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 내부의 열화감시를 위한 마이크로 스트립 안테나가 장착된 배전반 등의 함체(10)는 마이크로스트립 안테나(200)와 제어부(100)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1 , a housing 10 such as a switchboard equipped with a microstrip antenna for monitoring internal deterioration according to an embodiment of the present invention includes a microstrip antenna 200 and a control unit 100 . is composed

상기 마이크로스트립 안테나(200)는 도시된 배전반 내부에 부착되거나 설치되면서 제어부(100)와 연결된다.The microstrip antenna 200 is connected to the control unit 100 while being attached or installed inside the illustrated switchboard.

VHF와 UHF와 같은 전자파의 주파수가 낮으면 파장이 길어(λ=c/f) 수신안테나의 수신소자의 길이가 커지고, 전자파의 수신 주파수 대역폭을 크게 하려면 수신안테나의 폭이 커져야 한다.When the frequency of electromagnetic waves such as VHF and UHF is low, the wavelength is long (λ=c/f), so the length of the receiving element of the receiving antenna is increased.

도 2를 참조하면, 함체 내부에서 발생할 수 있는 절연열화에 따른 방전 발생시 수반되는 아크나 부분방전에 따른 전자파의 주파수 대역을 도시하고 있다.Referring to FIG. 2 , frequency bands of electromagnetic waves according to arcs or partial discharges accompanying the occurrence of discharge due to insulation deterioration that may occur inside the enclosure are shown.

도시된 바와 같이, 탄소-구리 전극에서의 직렬아크의 전자파 주파수대역은 0.1~1MHz, 30~600Mhz를 보이며, 연결단자에서 발생하는 직렬아크의 전자파 주파수대역은 0.1~9MHz, 30~800Mhz, 침-평판전극에서의 코로나방전의 전자파 주파수대역은 0.5~0.6MHz, 1.4~2.6MHz, 5~500MHz, 평편-평판 전극에서의 코로나 방전의 전자파 주파수대역은 0.1~9MHz, 30~800MHz로 분포되어 있는 것을 볼수 있다.As shown, the electromagnetic wave frequency bands of the series arc at the carbon-copper electrode are 0.1~1MHz, 30~600Mhz, and the electromagnetic wave frequency bands of the series arc generated at the connection terminal are 0.1~9MHz, 30~800Mhz, the needle- Electromagnetic frequency bands of corona discharge in flat electrode are 0.5~0.6MHz, 1.4~2.6MHz, 5~500MHz, and electromagnetic frequency band of corona discharge in flat-plate electrode is 0.1~9MHz, 30~800MHz can see.

일반적으로, 함체내에서 절연열화시 방사되는 전자파의 주파수를 보면 0.1MHz ~ 800MHz의 주파수를 보이고 있는데, 저주파 전자파를 수신하기 위해선 수신소자의 길이가 커져야만 하고, 또한 0.1MHz ~ 800MHz의 전자파의 넓은 주파수대역을 모두 커버하기 위해서는 넓은 대역폭을 갖춰야 하는바, 이러한 모든 조건을 갖춰 함체내에 설비하기에는 수신안테나의 사이즈가 너무 커지게 된다.In general, when looking at the frequency of electromagnetic waves radiated when insulation deteriorates in the enclosure, the frequency ranges from 0.1 MHz to 800 MHz. In order to cover all frequency bands, it is necessary to have a wide bandwidth, and the size of the receiving antenna becomes too large to be installed in the enclosure with all these conditions.

다시말해, 수신안테나의 크기를 소형화를 하게 되면, 0.1MHz ~ 800MHz의 주파수를 모두 커버할 수 있는 대역폭을 갖는 수신안테나 제작이 쉽지가 않다는 문제점이 있다.In other words, if the size of the receiving antenna is miniaturized, there is a problem in that it is not easy to manufacture a receiving antenna having a bandwidth that can cover all frequencies of 0.1 MHz to 800 MHz.

이에 본 발명에서는 함체 내부에서 발생할 수 있는 절연열화에 따른 방전 발생시 수반되는 아크나 부분방전에 따른 전자파의 주파수 대역에 모두 공통되는 주파수인 100MHz~500MHz주파수 대역에서 수신효율이 우수한 협대역 마이크로스트립 안테나(200)를 구성한다.Accordingly, in the present invention, a narrow-band microstrip antenna ( 200) is constructed.

무선 통신에서 신호가 전달되는 경로는 유선 선로가 아닌 자유공간이다. 그러한 자유공간에 신호를 송신하고, 또 그 송신된 신호를 수신하는 과정에서 최종단의 역할을 하는 것이 안테나이다. In wireless communication, the path through which a signal is transmitted is a free space, not a wired line. In the process of transmitting a signal to such a free space and receiving the transmitted signal, the antenna serves as the final stage.

다시말해, 안테나는 무선용으로 송신기와 수신기와 공간을 결합하는 중계장치로서, 전자파를 방사 또는 수신하는 일종의 에너지 변환장치라 할 수 있다. 즉, 송신안테나는 송신기로부터 전달된 전기에너지(전력)를 전자파 에너지로 변환하여 공간에 방사하고, 자유공간을 전송선로로 하며 수신안테나에서 전자파 에너지를 다시 전기적 에너지로 변환시켜 수신기에 전달하는 것이다.In other words, the antenna is a repeater that combines a transmitter, a receiver, and a space for wireless use, and can be said to be a kind of energy conversion device that radiates or receives electromagnetic waves. That is, the transmitting antenna converts the electric energy (power) transmitted from the transmitter into electromagnetic wave energy and radiates it into space, uses the free space as a transmission line, and the receiving antenna converts the electromagnetic wave energy back into electrical energy and transmits it to the receiver.

전기적 신호는 도체를 통한 전위차와 전하의 흐름으로 전달되기에, 자유 공간과 같은 부도체에서는 전하가 흐르지 못한다. 하지만 전자파는 오히려 도체를 통과하지 못하고 부도체에서 전계와 자계를 구성하면서 진행한다. 이렇게 전압/전류로 표현되는 전기적 신호와 전기장/자기장으로 표현되는 전자파를 서로 변환 해주는 역할을 하는 것이 안테나이다. Electrical signals are transmitted by the electric potential difference and the flow of electric charges through the conductor, so electric charges do not flow in insulators such as free space. However, the electromagnetic wave does not pass through the conductor and proceeds while forming an electric field and a magnetic field in the insulator. An antenna is used to convert electrical signals expressed in voltage/current and electromagnetic waves expressed in electric/magnetic fields.

즉, 안테나 외부의 전자기장의 변화와 안테나 도선상의 전기적 신호가 상호 연동함으로써, 대기 중에 떠다니는 전자파 신호를 전자기기가 감지하고, 또 그 역도 가능할 수 있게 하는 것이다.That is, the change in the electromagnetic field outside the antenna and the electrical signal on the antenna lead are interlocked, so that the electronic device detects the electromagnetic wave signal floating in the air, and vice versa.

마이크로스트립 안테나는 일반적으로 두께가 얇은 소형 안테나로서 설치가 용이하여 현대 프린트 회로기술을 이용하면 제작이 간편하며, 패치가 형성된 판상 안테나의 일종으로 극초단파 이상의 주파수 영역에서 사용되며, 가볍고 크기가 작다.Microstrip antennas are generally thin and small antennas that are easy to install and can be easily manufactured using modern printed circuit technology.

마이크로스트립 안테나는 수신소자 또는 복사소자의 도체패치 모양을 선정함으로서 공진 주파수, 편파, 패턴과 임피던스를 변화시킬 수 있으며, 또한 마이크로 스트립 안테나는 도체패치와 접지판 사이에 핀이나 바랙터 다이오드와 같은 능동소자를 부하로 첨가함으로서 공진 주파수, 임피던스, 편파와 패턴을 임의로 가변시킬 수 있다. Microstrip antenna can change the resonant frequency, polarization, pattern and impedance by selecting the shape of the conductor patch of the receiving element or the radiating element. Also, the microstrip antenna can be used between the conductor patch and the ground plate to have active pins such as pins or varactor diodes. By adding a device as a load, the resonance frequency, impedance, polarization and pattern can be arbitrarily changed.

마이크로스트립 안테나는 주파수 대역폭(bandwidth)이 1% 안팎으로 매우 좁은 협대역 주파수 대역폭을 갖는 특징이 있으며, 단점으로는 편파 특성이 저하되며, 빔폭이 넓고 급전선에서 원하지 않는 방사로 인해 저효율을 갖는다. The microstrip antenna has a very narrow frequency bandwidth with a frequency bandwidth of about 1%, and as a disadvantage, the polarization characteristic is deteriorated, and the beam width is wide and has low efficiency due to unwanted radiation from the feeder.

또한, 일반적으로, 마이크로스트립 안테나 수신소자와 접지소자 사이의 두께가 커지면 대역폭이 넓어지지만, 반면에 전체 기판 두께가 증가하게 되면서 일반적으로 바람직하지 않는 표면파의 발생을 가져온다. Also, in general, if the thickness between the microstrip antenna receiving element and the ground element is increased, the bandwidth is widened. On the other hand, the overall thickness of the substrate is increased, which generally causes undesirable generation of surface waves.

왜냐하면, 표면파는 직접 방사로 이용 가능한 총 전력의 일부를 사용하기 때문인데, 이러한 표면파는 기판내를 진행하며 유전체(유전물질)와 접지판의 단면과 같은 불연속면에서 산란되어 안테나 패턴과 편파 특성을 저하시키는 단점이 있다.This is because surface waves use a portion of the total available power as direct radiation. These surface waves travel within the substrate and are scattered on discontinuous surfaces such as the dielectric (dielectric material) and the cross section of the ground plate, thereby lowering the antenna pattern and polarization characteristics. There is a downside to doing it.

따라서, 본 발명의 수신안테나는 이러한 단점이 개선된 마이크로 스트립 안테나(200)로 구성된다.Therefore, the receiving antenna of the present invention is composed of the micro-strip antenna 200 having these disadvantages improved.

도 4는 본 발명에 의한 마이크로스트립 안테나의 구성도이다. 도시된 바를 참조하면, 본 발명의 수신안테나는 함체(10)의 내부에서 전자파를 수신하는 수신안테나로서 마이크로 스트립 안테나(200)가 구성된다.4 is a block diagram of a microstrip antenna according to the present invention. Referring to the drawings, the receiving antenna of the present invention is a receiving antenna for receiving electromagnetic waves from the inside of the housing 10, and the microstrip antenna 200 is configured.

본 발명의 마이크로 스트립 안테나(200)는 수신측 절연기판(210)의 상부면에 고정되는 도체패치로 이루어진 수신소자(220)와, 접지측 절연기판(230)의 하부면에 고정되는 접지소자(240)가 구성된다.The microstrip antenna 200 of the present invention includes a receiving element 220 made of a conductor patch fixed to the upper surface of the receiving-side insulating substrate 210 and a grounding element fixed to the lower surface of the grounding-side insulating substrate 230 ( 240) is configured.

또한, 상기 수신측 절연기판(210)과 접지측 절연기판(230) 사이에 장착되면서 에어갭을 형성하도록 하는 절연결합수단(250)이 구성된다.In addition, the insulating coupling means 250 for forming an air gap while being mounted between the receiving-side insulating substrate 210 and the ground-side insulating substrate 230 is configured.

다시말해, 상기 수신측 절연기판(210)과 접지측 절연기판(230) 사이에 에어갭을 형성하게 되면서 상기 수신측 절연기판(210)과 접지측 절연기판(230) 사이에는 유전물질로서 유전율이 작은 공기를 이용하게 되는 것이다.In other words, as an air gap is formed between the receiving-side insulating substrate 210 and the grounding-side insulating substrate 230 , the dielectric constant as a dielectric material between the receiving-side insulating substrate 210 and the grounding-side insulating substrate 230 is It will use a small amount of air.

즉, 상기 에어갭은 마이크로 스트립 안테나의 전체 두께를 크게 하면서 이득(효율)과 대역폭을 확장할 수 있도록 한다. That is, the air gap allows the gain (efficiency) and bandwidth to be extended while increasing the overall thickness of the microstrip antenna.

안테나의 주파수 대역폭은 수신소자와 접지소자 사이의 두께에 비례하고, 수신소자와 접지소자 사이의 유전물질인 매질의 유전율에 반비례한다.The frequency bandwidth of the antenna is proportional to the thickness between the receiving element and the grounding element, and inversely proportional to the dielectric constant of the medium between the receiving element and the grounding element.

따라서, 주파수 대역폭을 크게 하려면 수신소자와 접지소자 사이의 두께를 크게하고 유전율을 작게할 필요가 있다.Therefore, in order to increase the frequency bandwidth, it is necessary to increase the thickness between the receiving element and the ground element and to decrease the dielectric constant.

이에 본 발명은 수신소자(220)와 접지소자(240) 사이에 에어갭을 구성하여 수신소자와 접지소자 사이의 두께를 크게하면서 대역폭을 크게 하는 동시에 유전율이 낮은 공기를 통해 유전율을 감소하도록 구성하여 대역폭이 또한 커지도록 구성한다.Accordingly, the present invention configures an air gap between the receiving element 220 and the grounding element 240 to increase the bandwidth while increasing the thickness between the receiving element and the grounding element, and at the same time to reduce the dielectric constant through air with a low permittivity. The bandwidth is also configured to be large.

다시말해, 본 발명의 수신소자(220)와 접지소자(240) 사이의 에어갭의 구성하면서 리액턴스의 변화를 통해 대역폭을 개선하며, 또한, 수신소자(220)와 접지소자(240) 사이의 유효유전율을 감소시켜 병렬 커패시턴스 성분을 줄여 대역폭을 넓히게 된다.In other words, the bandwidth is improved through a change in reactance while configuring an air gap between the receiving element 220 and the grounding element 240 of the present invention, and also, the effective between the receiving element 220 and the grounding element 240 . By reducing the dielectric constant, the parallel capacitance component is reduced to widen the bandwidth.

실제로, 수신소자(220)의 도체패치의 형상과 면적 및 전기적길이, 에어갭의 크기, 접지소자 패턴의 형태가 안테나의 공진주파수 및 임피던스를 결정하게 되며, 이를 조절하면 본 발명에 필요한 주파수(100MHz~500MHz)에서 수신효율을 높이도록 구성할 수 있으며, 대역폭은 실제로 4.2%로 제작할 수 있다.Actually, the shape, area and electrical length of the conductor patch of the receiving element 220, the size of the air gap, and the shape of the ground element pattern determine the resonance frequency and impedance of the antenna. ~500MHz) can be configured to increase the reception efficiency, and the bandwidth can actually be made at 4.2%.

또한, 본 발명의 마이크로 스트립 안테나(200)에 형성되는 에어갭은 빈공간(캐비티)를 사용하기 때문에 넓은 대역폭을 유지하면서도 표면전류를 억제하여 복사 또는 수신효율을 높일수 있게 된다.In addition, since the air gap formed in the microstrip antenna 200 of the present invention uses an empty space (cavity), it is possible to increase the radiation or reception efficiency by suppressing the surface current while maintaining a wide bandwidth.

결과적으로, 함체의 한정된 크기로 인해 협소한 내부공간에서 크게 수신안테나를 구성할 수 없는 문제점을 판상형의 마이크로 스트립 안테나를 통해 해결할 수 있으며, 마이크로 스트립 안테나(200)의 협대역 특성을 이용하여 아크나 코로나 방전시에 따라 발생되는 전자파의 공통 주파수인 특정주파수(100MHz~500MHz) 대역에서 전자파를 수신하도록 구성하였다.As a result, the problem that the reception antenna cannot be largely configured in a narrow internal space due to the limited size of the enclosure can be solved through the plate-shaped micro-strip antenna, and arc or It is configured to receive electromagnetic waves in a specific frequency (100 MHz to 500 MHz) band, which is a common frequency of electromagnetic waves generated during corona discharge.

또한, 마이크로 스트립 안테나(200)의 수신효율을 위해 대역폭을 넓히도록 수신소자(220)와 접지소자(240)간에 에어갭을 구성하여 기판의 두께를 크게하였으며, 종래에 기판의 두께를 크게하면서 발생했던 표면전류에 의한 안테나 패턴과 편파 특성의 저하문제까지 에어갭을 통해 해결할수 있도록 구성하고 있다.In addition, the thickness of the substrate was increased by configuring an air gap between the receiving element 220 and the grounding element 240 to widen the bandwidth for the reception efficiency of the microstrip antenna 200. It is configured to solve the problem of deterioration of antenna pattern and polarization characteristics due to surface current through air gap.

또한, 일반적으로, 안테나에서 수신되는 전자파의 감도를 올리는 경우에 사용되는 봉형, 망형, 평편형, 포물면 형태의 도체봉이나 도체판, 반사판 등의 반사기를 사용한다.In addition, in general, a reflector such as a rod-shaped, mesh-shaped, flat-shaped, or parabolic-shaped conductor rod, conductor plate, or reflector used to increase the sensitivity of electromagnetic waves received from the antenna is used.

함체(10)는 한정된 크기로 제작됨에 따라 협소한 공간에서 마이크로 스트립 안테나는 방향지향성을 갖는 반사기가 구성되는 것이 코로나방전이나 아크방전에 따른 전자파의 검출에 효과적이겠지만, 마찬가지로 협소한 함체내에 반사기를 갖는 안테나를 구성하는 것이 쉽지가 않다.As the enclosure 10 is manufactured in a limited size, it is effective for the detection of electromagnetic waves due to corona discharge or arc discharge if the microstrip antenna is configured with a reflector having directionality in a narrow space. It is not easy to construct an antenna with

이에, 본 발명은 마이크로스트립 안테나(200)의 접지소자(240)의 전기적 길이를 수신소자(220)보다 길게 하여 반사기 역할을 하게 함으로써 특정방향으로의 방향지향성을 갖도록 구성한다.Accordingly, the present invention is configured to have directivity in a specific direction by making the electrical length of the grounding element 240 of the microstrip antenna 200 longer than the receiving element 220 to act as a reflector.

이러한 구성을 통해 상기 접지소자(240)는 반사기 역할을 함으로써, 방향지향성을 갖고 이득을 개선하게 된다.Through this configuration, the grounding element 240 acts as a reflector, thereby improving the gain with directional directivity.

또한, 마이크로 스트립 안테나(200)와 통신모듈(180)을 결합시키기 위한 동축케이블(260)이 사용되는데, 상기 동축케이블(260)의 한 도체부는 상기 접지소자(240)에 전기적으로 결합되어 있고, 다른 한 도체부는 상기 수신소자(220)에 전기적으로 결합되도록 구성된다.In addition, a coaxial cable 260 for coupling the microstrip antenna 200 and the communication module 180 is used, and one conductor part of the coaxial cable 260 is electrically coupled to the grounding element 240, The other conductive part is configured to be electrically coupled to the receiving element 220 .

그러나, 마이크로스트립 안테나(200)의 대역폭을 협대역으로 구성되더라도 마이크로스트립 안테나(200)로 수신된 전자파에는 동작주파수 대역 이외의 다른 주파수에서도 많은 전자파가 나타나기도 한다.However, even if the bandwidth of the microstrip antenna 200 is configured as a narrow band, many electromagnetic waves may appear at frequencies other than the operating frequency band in the electromagnetic waves received by the microstrip antenna 200 .

이에 따라, 본 발명에서도 함체의 열화상태를 파악하기 위해, 마이크로스트립 안테나로 검출된 파형에서 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의한 전자파의 파형만을 이용하여 함체내의 열화여부를 판단하는 방법을 제시한다.Accordingly, in the present invention as well, in order to determine the deterioration state of the housing, using only the waveform of electromagnetic waves due to pure arc discharge or corona discharge in which noise is removed from the waveform detected by the microstrip antenna, a method of determining whether deterioration in the housing is provided. present.

도 5는 본 발명에 의한 마이크로 스트립 안테나를 이용한 열화상태 판단 및 제어방법에 대한 개념설명도이다.5 is a conceptual explanatory diagram for a method for determining and controlling a deterioration state using a microstrip antenna according to the present invention.

도 3, 도 5에 도시된 바를 보면, 상기 수배전반 등의 함체에 설비되는 제어부(100)의 구성은 영역변환부(110), 추출부(120), 열화판단부(130), 열화상태판단 정보 DB(140), 모니터링부(150), 경보부(160), 비상전원차단부(170), 통신모듈(180) 및 동작제어부(190)를 포함하여 구성된다.3 and 5, the configuration of the control unit 100 installed in the housing, such as the switchgear, includes a region conversion unit 110, an extraction unit 120, a deterioration determination unit 130, and deterioration state determination information. DB 140 , monitoring unit 150 , alarm unit 160 , emergency power cutoff unit 170 , communication module 180 and operation control unit 190 are included.

제어부(100)는 통신모듈(180)을 통해 마이크로스트립 안테나(200)로부터 노이즈가 포함되어 있는 Time Domain 상에서 전자파의 파형을 얻게 된다. 다시말해, 마이크로스트립 안테나(200)로 수신된 원본 전자파 파형이 동축케이블(260)을 통해 제어부(100)의 통신모듈(180)로 입력된다.The control unit 100 obtains a waveform of electromagnetic waves in the time domain including noise from the microstrip antenna 200 through the communication module 180 . In other words, the original electromagnetic wave waveform received by the microstrip antenna 200 is input to the communication module 180 of the control unit 100 through the coaxial cable 260 .

제어부의 통신모듈(180)은 수신기로서, 동축케이블(260)을 통해 마이크로스트립 안테나(200)연결 구성되는 것이며, 통신모듈(180)은 수신된 전자파 신호를 증폭, 변조하는 신호처리를 하게 된다.The communication module 180 of the control unit is a receiver, and is configured to be connected to the microstrip antenna 200 through the coaxial cable 260, and the communication module 180 performs signal processing for amplifying and modulating the received electromagnetic wave signal.

상기 영역변환부(110)는 통신모듈(180)을 통해 마이크로스트립 안테나(200)로부터 얻은 Time Domain 상의 전자파의 파형을 Fast Fourier Transform Algorithm(FFT 알고리즘)을 사용하여 주파수 Domain 상의 파형으로 변환시키도록 구성된다.The domain transform unit 110 is configured to convert the waveform of the electromagnetic wave on the time domain obtained from the microstrip antenna 200 through the communication module 180 into a waveform on the frequency domain using a Fast Fourier Transform Algorithm (FFT algorithm). do.

부연하면, 상기 영역변환부(110)는 신호처리를 위해 Fast Fourier Transform 알고리즘을 사용하는데, 시간영역의 신호를 주파수 성분으로 변환하여 고속으로 다양한 분석 및 처리를 구현하게 된다.In other words, the domain transform unit 110 uses a Fast Fourier Transform algorithm for signal processing, and converts a time domain signal into a frequency component to implement various analysis and processing at high speed.

도 6은 본 발명의 제어부에서 사용되는 FFT 알고리즘을 설명한 도면이다.6 is a view for explaining the FFT algorithm used in the control unit of the present invention.

도 6을 참조하면, 상기 영역변환부(110)는 Fast Fourier transform 알고리즘을 통해 마이크로스트립 안테나(200)로 부터 입력되는 신호를 다양한 주파수를 갖는 주기함수들의 합으로 분해하여 표현하게 된다.Referring to FIG. 6 , the region transform unit 110 decomposes and expresses a signal input from the microstrip antenna 200 into a sum of periodic functions having various frequencies through a Fast Fourier transform algorithm.

푸리에 변환에서 사용하는 주기함수는 sin, cos 삼각함수이며 푸리에 변환은 고주파부터 저주파까지 다양한 주파수 대역의 sin, cos 함수들로 원본 신호를 분해하는 것이다.The periodic function used in the Fourier transform is a sin and cos trigonometric function, and the Fourier transform decomposes the original signal into sin and cos functions of various frequency bands from high frequency to low frequency.

도시된 바를 보면, 맨 앞의 붉은 색 신호는 마이크로스트립 안테나(200)로부터 입력되는 원본 신호이고 뒤의 파란색 신호들은 Fast Fourier transform 알고리즘을 통해 얻어진 원본 신호를 구성하는 주기함수 성분들이다. 각각의 주기함수 성분들은 고유의 주파수(frequency)와 강도(amplitude)를 가지고 있으며 이들을 모두 합치면 원본 붉은색 신호가 된다.As shown, the front red signal is the original signal input from the microstrip antenna 200, and the rear blue signals are periodic function components constituting the original signal obtained through the Fast Fourier transform algorithm. Each periodic function component has its own frequency and amplitude, and when they are all added together, the original red signal is obtained.

제어부(100)의 추출부(120)는 상기 영역변환부(110)에서 변환된 주파수 Domain 상의 파형에서 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의한 전자파의 파형(100MHz~500MHz)만을 추출하게 된다.The extraction unit 120 of the control unit 100 extracts only the waveform (100 MHz to 500 MHz) of the electromagnetic wave by pure arc discharge or corona discharge in which noise is removed from the waveform on the frequency domain converted by the region conversion unit 110 .

다시말해, 상기 추출부(120)는 아크방전 또는 코로나방전에 의한 전자파가 아닌 다른 요소에 의한 파형, 이를 테면, 마이크로스트립 안테나(200) 자체의 노이즈, 주위 진동에 대한 노이즈, 주위의 전자파, Surge, 고조파 등의 노이즈 등의 아크방전 또는 코로나방전에 의한 전자파와 무관한 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의한 전자파에 의한 파형만을 추출하게 된다.In other words, the extraction unit 120 is a waveform caused by elements other than electromagnetic waves due to arc discharge or corona discharge, that is, the noise of the microstrip antenna 200 itself, noise about ambient vibration, ambient electromagnetic waves, surge , only the waveforms generated by electromagnetic waves caused by pure arc discharge or corona discharge are extracted without noise irrelevant to electromagnetic waves caused by arc discharge or corona discharge such as noise such as harmonics.

즉, 상기 추출부(120)는 주파수 Domain 상의 파형에서 노이즈를 제거하기 위하여 전자파가 보유하는 특정범위의 주파수(100MHz~500MHz), 다시말해 함체(10)내의 아크방전 또는 코로나 방전시에 발생하는 다양한 전자파들의 공통되는 주파수인 100MHz~500MHz주파수 대역의 전자파만을 필터링하도록 구성된다.That is, the extraction unit 120 is a frequency (100 MHz ~ 500 MHz) of a specific range possessed by electromagnetic waves in order to remove noise from the waveform on the frequency domain, that is, various It is configured to filter only electromagnetic waves in a frequency band of 100 MHz to 500 MHz, which is a common frequency of electromagnetic waves.

상기 영역변환부(110)는 상기 추출부(120)를 통해 주파수 Domain 상에서 추출된 파형을 다시 역(inverse) Fast Fourier Transform Algorithm을 사용하여 Time Domain 상의 파형으로 변환하게 된다.The domain transform unit 110 converts the waveform extracted on the frequency domain through the extraction unit 120 into a waveform on the time domain again using an inverse Fast Fourier Transform Algorithm.

또한, 제어부의 열화판단부(130)에서 상기 영역변환부(110)에서 변환된 Time Domain 상의 파형을 통해 함체내의 열화상태를 판단하게 된다.In addition, the deterioration determination unit 130 of the control unit determines the deterioration state in the enclosure through the waveform on the Time Domain converted by the region conversion unit 110 .

상기 영역변환부(110)에서 변환된 Time Domain 상의 파형에서, 열화판단부(130)는 주파수(100MHz~500MHz)를 갖는 전자파를 확인하면, 열화상태 판단정보 DB(140)에 열화상태여부의 판단을 위하여 기저장된 해당 전자파(100MHz~500MHz)의 연속수신시간 정보와 비교하여 허용범위를 초과하면 자동으로 함체(10)내의 열화상태를 판단하게 된다.
부연설명하면, 영역변환부(110)에서 변환된 Time Domain 상의 파형에서 나타날 수 있는 파형은 오직 추출부(120)를 통해 추출된 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의해 주파수(100MHz~500MHz)를 갖는 전자파의 파형만이 나타날 수 있는 것이므로,
열화판단부(130)는 Time Domain 상에서 파형이 검출되지 않는다면, 마이크로스트립 안테나에서 전송된 파형에는 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의한 특정주파수(100MHz~500MHz)를 갖는 전자파가 발생하지 않은것이며,
또한, 열화판단부(130)는 Time Domain 상에서 파형이 검출된다면, 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의한 특정주파수(100MHz~500MHz)를 갖는 전자파가 발생하였다는 것을 확인할 수 있는 것이다.
다시말해, 열화판단부(130)는 Time Domain 상에서 파형의 존부를 확인함을 통해 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의한 특정주파수(100MHz~500MHz)를 갖는 전자파가 발생여부를 확인하는 것이다.In the waveform on the Time Domain converted by the region conversion unit 110, when the deterioration determination unit 130 identifies an electromagnetic wave having a frequency (100 MHz to 500 MHz), the deterioration state determination information DB 140 determines whether the deterioration state is present. For this purpose, if it exceeds the allowable range by comparing it with the continuous reception time information of the corresponding electromagnetic wave (100 MHz to 500 MHz) stored in advance, the deterioration state in the housing 10 is automatically determined.
In other words, the waveform that can appear in the waveform on the Time Domain converted by the domain conversion unit 110 is only a frequency (100 MHz to 500 MHz) by pure arc discharge or corona discharge from which the noise extracted through the extraction unit 120 is removed. Since only waveforms of electromagnetic waves with
The deterioration determining unit 130 does not generate electromagnetic waves with a specific frequency (100 MHz to 500 MHz) by pure arc discharge or corona discharge from which noise is removed in the waveform transmitted from the microstrip antenna if no waveform is detected on the Time Domain. ,
In addition, if a waveform is detected on the time domain, the deterioration determining unit 130 can confirm that an electromagnetic wave having a specific frequency (100 MHz to 500 MHz) is generated by a pure arc discharge or corona discharge from which noise is removed.
In other words, the deterioration determining unit 130 checks whether an electromagnetic wave having a specific frequency (100 MHz to 500 MHz) is generated by a pure arc discharge or corona discharge from which noise is removed by confirming the existence of a waveform on the Time Domain.

이를테면, 열화판단부(130)는 열화상태 판단정보 DB(140)에 기저장된 전자파(100MHz~500MHz)의 연속수신시간이 1분이라면, 1분을 초과하여 전자파(100MHz~500MHz)의 수신이 확인되면, 자동으로 함체(10)내의 열화상태를 판단하게 된다.For example, if the continuous reception time of the electromagnetic wave (100 MHz to 500 MHz) pre-stored in the deterioration state determination information DB 140 is 1 minute, the deterioration determination unit 130 confirms that the reception of the electromagnetic wave (100 MHz to 500 MHz) exceeds 1 minute. If it is, it is automatically determined the deterioration state in the housing (10).

상기 열화판단부(130)를 통해 판단된 함체의 열화상태에 관한 정보를 실시간으로 보여주기 위해 함체(10)의 외부에 모니터링부(150)가 구성된다.A monitoring unit 150 is configured outside the housing 10 to show in real time information on the deterioration state of the housing determined through the deterioration determination unit 130 .

또한, 제어부(100)에는 상기 열화판단부(130)에서 함체내부에 주파수(100MHz~500MHz)를 갖는 전자파가 확인되거나, 함체 내부가 열화되었다고 판단시에 시설물 보호조치를 위한 동작제어부(190)가 구성된다.In addition, the control unit 100 has an operation control unit 190 for facility protection measures when an electromagnetic wave having a frequency (100 MHz to 500 MHz) inside the enclosure is confirmed by the deterioration determining unit 130, or when it is determined that the inside of the enclosure is deteriorated. is composed

다시말해, 상기 동작제어부(190)는 열화판단부(130)로부터 함체 내부에 주파수(100MHz~500MHz)를 갖는 전자파가 확인되었다는 확인신호를 전송받을 경우 경보신호를 자동으로 발생시킨다. 이에 제어부(100)에는 상기 경보신호를 전송받아 자동으로 음성 또는 시각 등의 다양한 경보를 하는 경보부(160)가 구성된다.In other words, when the operation control unit 190 receives a confirmation signal from the deterioration determination unit 130 that an electromagnetic wave having a frequency (100 MHz to 500 MHz) inside the enclosure is confirmed, an alarm signal is automatically generated. Accordingly, the control unit 100 is configured with an alarm unit 160 that receives the alarm signal and automatically generates various alarms such as voice or time.

또한 제어부(100)에는 함체 내부의 전원 공급 차단기를 작동시켜 전원을 차단하도록 하는 비상전원차단부(170)가 함체 외부에 구성되는데, 상기 동작제어부(190)에서 열화판단부(130)로부터 함체 내부가 열화되었다는 열화신호를 전송받을 경우 발생되는 차단신호를 상기 비상전원차단부(170)에서 수신하면 비상전원차단부(170)가 활성화되어 동작하면서 시설물 보호조치가 이루어진다.In addition, the control unit 100 has an emergency power cutoff unit 170 configured to cut off the power by operating the power supply circuit breaker inside the enclosure. When the emergency power cut-off unit 170 receives a cut-off signal that is generated when a deterioration signal indicating that the heating is deteriorated, the emergency power cut-off unit 170 is activated and operated to protect the facility.

즉, 활성화된 비상전원차단부(170)를 통해 함체에서 메인전력 공급라인으로 전달되는 인입부 차단기(VCB, LBS) 등을 작동시키게 된다.That is, the inlet circuit breakers (VCB, LBS), etc. transmitted from the enclosure to the main power supply line are operated through the activated emergency power cutoff unit 170 .

도 7은 본 발명에 의한 마이크로 스트립 안테나를 이용한 열화상태 판단 및 제어방법에 대한 흐름도이다.7 is a flowchart of a method for determining and controlling a deterioration state using a microstrip antenna according to the present invention.

도 5 내지 도 7를 참조하여 설명하면, 본 발명의 마이크로 스트립 안테나(200)와 제어부(100)를 통한 함체내 열화감시 및 제어방법은 다음과 같다.5 to 7, the method for monitoring and controlling the deterioration in the enclosure through the microstrip antenna 200 and the control unit 100 of the present invention is as follows.

먼저 제어부(100)의 통신모듈(180)을 통해 마이크로 스트립 안테나(200)로부터 노이즈가 포함되어 있는 Time Domain 상에서 전자파의 파형을 얻는 단계(S100)가 구성된다.First, a step (S100) of obtaining a waveform of an electromagnetic wave on a time domain including noise from the microstrip antenna 200 through the communication module 180 of the control unit 100 is configured.

다음으로, 마이크로 스트립 안테나(200)로부터 얻은 Time Domain 상의 전자파의 파형을 제어부의 영역변환부(110)에서 Fast Fourier Transform Algorithm을 사용하여 주파수 Domain 상의 파형으로 변환하는 단계(200)가 구성된다.Next, the step 200 of converting the waveform of the electromagnetic wave on the time domain obtained from the microstrip antenna 200 into a waveform on the frequency domain by using the Fast Fourier Transform Algorithm in the region transform unit 110 of the control unit is configured.

다음으로, 제어부의 추출부(120)는 상기 영역변환부(110)에서 변환된 주파수 Domain 상의 파형에서 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 따른 전자파에 의한 파형만을 추출하는 단계(S300)가 구성된다.Next, the extraction unit 120 of the control unit extracts only the waveform by the electromagnetic wave according to the pure arc discharge or corona discharge in which noise is removed from the waveform on the frequency domain converted by the region conversion unit 110 (S300) is configured do.

부연하면, 상기 추출부(120)는 노이즈를 제거하기 위하여 전자파가 보유하는 특정범위의 주파수(100MHz~500MHz)만을 필터링하도록 구성된다.In other words, the extraction unit 120 is configured to filter only the frequencies (100 MHz to 500 MHz) in a specific range possessed by electromagnetic waves in order to remove noise.

다음으로, 상기 추출부(120)를 통해 주파수 Domain 상에서 추출된 파형을 상기 영역변환부(110)에서 역 Fast Fourier Transform Algorithm을 사용하여 Time Domain 상의 파형으로 변환하는 단계(S400)가 구성된다.Next, the step (S400) of transforming the waveform extracted on the frequency domain through the extraction unit 120 into a waveform on the time domain using the inverse Fast Fourier Transform Algorithm in the domain transformation unit 110 is configured.

다음으로, 제어부의 열화판단부(130)에서 상기 영역변환부(110)에서 변환된 Time Domain 상의 파형을 통해 100MHz~500MHz를 갖는 전자파의 발생여부를 확인하여 경보조치하는 단계(S500)가 구성된다.Next, a step (S500) of alarming by checking whether an electromagnetic wave having 100 MHz to 500 MHz is generated through the waveform on the Time Domain converted by the region converting unit 110 in the deterioration determining unit 130 of the control unit is configured .

상기 단계(S500)는, 제어부의 열화판단부(130)에서 상기 영역변환부(110)에서 변환된 Time Domain 상의 파형을 통해 100MHz~500MHz를 갖는 전자파의 연속발생시간을 통해 함체의 상태를 열화로 판단하면 비상전원을 차단조치하는 단계를 포함한다.In the step (S500), through the continuous generation time of electromagnetic waves having 100 MHz to 500 MHz through the waveform on the Time Domain converted by the region conversion unit 110 in the deterioration determining unit 130 of the control unit, the state of the enclosure is changed to deterioration. If judged, it includes the step of shutting off the emergency power.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely presented as specific examples to easily explain the technical contents of the present invention and help the understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

10: 함체
100: 제어부 110: 영역변환부
120: 추출부 130: 열화판단부
140: 열화상태판단 정보 DB(140) 150: 모니터링부
160: 경보부 170: 비상전원차단부
180: 통신모듈 190: 동작제어부
200: 마이크로스트립 안테나10: hull
100: control unit 110: area conversion unit
120: extraction unit 130: deterioration determination unit
140: Deterioration state determination information DB (140) 150: Monitoring unit
160: alarm unit 170: emergency power cutoff unit
180: communication module 190: operation control unit
200: microstrip antenna

Claims (9)

내부 열화감시를 위한 안테나가 장착된 전력공급 함체에 있어서,
함체 내부의 전력기기에서 발생되는 아크방전 또는 코로나 방전으로 방사되는 전자파를 수신하되, 수신되는 전자파의 주파수는 100MHz~500MHz로 협대역으로 구성되며,
수신측 절연기판의 상부면에 고정되는 도체패치로 이루어진 수신소자; 접지측 절연기판의 하부면에 고정되는 접지소자; 상기 수신측 절연기판과 접지측 절연기판 사이에 장착되면서 에어갭을 형성하는 절연결합수단; 및 한 도체부는 상기 접지소자에 전기적으로 결합되어 있고, 다른 한 도체부는 상기 수신소자에 전기적으로 결합되도록 구성되면서 마이크로 스트립 안테나를 제어부의 통신모듈과 연결하는 동축케이블;을 포함하여 구성되며, 상기 접지소자의 전기적 길이를 수신소자보다 길게 하여 반사기 역할을 하도록 구성한 마이크로 스트립 안테나; 및
상기 마이크로 스트립 안테나에 수신된 전자파를 전송받아, 진단DB에 기저장된 데이터와 비교, 분석하여 함체 내부에 아크방전 또는 코로나 방전에 따른 열화를 판단하는 제어부;를 포함하여 구성되며,
상기 제어부에는,
마이크로스트립 안테나로부터 동축케이블을 통해 노이즈가 포함되어 있는 Time Domain 상에서 전자파의 파형을 수신하여 수신된 전자파 신호를 증폭, 변조하는 통신모듈;
상기 통신모듈을 통해 마이크로스트립 안테나로부터 얻은 Time Domain 상의 전자파의 파형을 Fast Fourier Transform Algorithm(FFT 알고리즘)을 사용하여 주파수 Domain 상의 파형으로 변환시키도록 구성된 영역변환부;
상기 영역변환부에서 변환된 주파수 Domain 상의 파형에서 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의한 전자파의 파형(100MHz~500MHz)만을 추출하는 추출부;
상기 추출부를 통해 주파수 Domain 상에서 추출된 파형을 상기 영역변환부를 통해 다시 역(inverse) Fast Fourier Transform Algorithm을 사용하여 Time Domain 상의 파형으로 변환하면 변환된 Time Domain 상의 파형을 통해 함체내의 열화상태를 판단하는 열화판단부;가 구성되며,
상기 열화판단부는 상기 Time Domain 상의 파형을 통해 100MHz~500MHz의 주파수를 갖는 노이즈를 제거한 순수한 아크방전 또는 코로나방전에 의한 전자파를 확인하면, 열화상태 판단정보 DB에 열화상태여부의 판단을 위하여 기저장된 해당 전자파(100MHz~500MHz)의 연속수신시간 정보와 비교하여 허용범위를 초과하면 자동으로 함체내의 열화상태를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 내부 열화감시를 위한 마이크로 스트립 안테나가 장착된 함체.In the power supply enclosure equipped with an antenna for monitoring internal deterioration,
Receives electromagnetic waves radiated by arc discharge or corona discharge generated from electric power devices inside the enclosure, but the frequency of the received electromagnetic waves is composed of a narrow band of 100 MHz to 500 MHz,
a receiving element comprising a conductor patch fixed to the upper surface of the receiving-side insulating substrate; a grounding element fixed to the lower surface of the grounding-side insulating substrate; an insulating coupling means mounted between the receiving-side insulating substrate and the grounding-side insulating substrate to form an air gap; and a coaxial cable for connecting the microstrip antenna to the communication module of the control unit while one conductor part is electrically coupled to the grounding element, and the other conductor part is configured to be electrically coupled to the receiving element. Microstrip antenna configured to act as a reflector by making the electrical length of the device longer than that of the receiving device; and
A control unit that receives the electromagnetic wave received by the microstrip antenna, compares and analyzes it with data stored in the diagnostic DB, and determines deterioration due to arc discharge or corona discharge inside the enclosure; and
In the control unit,
a communication module for receiving an electromagnetic wave waveform from the microstrip antenna on a time domain containing noise through a coaxial cable, and amplifying and modulating the received electromagnetic wave signal;
a domain transform unit configured to convert a waveform of an electromagnetic wave on a time domain obtained from a microstrip antenna through the communication module into a waveform on a frequency domain using a Fast Fourier Transform Algorithm (FFT algorithm);
an extraction unit for extracting only a waveform (100 MHz to 500 MHz) of an electromagnetic wave by pure arc discharge or corona discharge in which noise is removed from the waveform on the frequency domain converted by the region conversion unit;
When the waveform extracted on the frequency domain through the extraction unit is converted back into a waveform on the time domain using an inverse Fast Fourier Transform Algorithm through the region transformation unit, the deterioration state in the enclosure is determined through the converted waveform on the time domain Deterioration judgment unit; consists of,
When the deterioration determination unit confirms the electromagnetic wave caused by pure arc discharge or corona discharge from which noise having a frequency of 100 MHz to 500 MHz is removed through the waveform on the Time Domain, the corresponding stored in the deterioration state determination information DB for determining whether the deterioration state is present. A housing equipped with a micro-strip antenna for monitoring internal deterioration, characterized in that it is configured to automatically determine the deterioration state in the housing when it exceeds the allowable range by comparing the continuous reception time information of electromagnetic waves (100 MHz to 500 MHz). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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