KR102457981B1 - 스플라이스의 수명을 예측하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

파형에 의해 접합부 특성을 결정할 수 있는 모니터링 장치 및 사용 방법은 테스트중인 회로에 특정한 예측 고장 알고리즘을 통해 제로 크로싱 각도 왜곡에서 시프트한다.

Description

스플라이스의 수명을 예측하는 방법 및 장치
본 발명은 전류가 유사하거나 상이한 재료로 스플라이싱(splicing)되는 임의의 접합부(joint)에 관한 것으로서, 스플라이스(splice)의 미래 고장 기간을 예측하기 위해 이러한 기술을 이용하고 저하(degradation)의 속성을 모니터링하여 전류가 통과되고, 검증되고, 분석될 수 있다.
전력 전송 네트워크의 연결 포인트는 스플라이스라고 하는 기계적 수단을 통해 역사적으로 접합되었다. 이러한 접합부는 통상적으로 임의의 전송 네트워크의 "약한 링크(weak link)"이며, 현재 이러한 구성 요소를 기계적으로 접합한 후 스플라이스 무결성(splice integrity)을 결정하는 제한된 방법이 있다. 현장에서(in the field) 이러한 스플라이스를 설치할 때, 초기 설치 시 또는 환경 상태 또는 재료 저하로 인한 향후 고장으로부터 스플라이스의 무결성을 검사하기 위한 쉬운 또는 비용 효과적인 수단이 없다. 이러한 저하는 전도성을 감소시키고, 전송 손실을 증가시키며, 통상적으로 스플라이스가 교체되기 전에 치명적인 고장으로 이어진다.
설치된 스플라이스의 상태를 특성화하고 치명적인 사건이 발생하기 전에 스플라이스의 수명 기대치를 예측하기 위해 신속하고 정확하며 비용 효율적으로 배치될 수 있는 기술 및/또는 제품에 대한 중요한 요구 사항이 있다. 네트워크를 유지하기 위한 인력, 예산 및 자원을 예측하는 수단을 경영진에게 제공하는 "TTF(time to failure)" 정보로 예방적인 유지 보수 관행(preventive maintenance practices)이 사용될 수 있다.
접합부 무결성의 예방적인 유지 보수를 필요로 하는 이러한 전형적인 적용 중 하나는 약 1/2km마다 스플라이스를 필요로 하는 각각의 고 전력 인장 라인으로 구성되는 고전압 전송 네트워크이다. 이러한 개개의 전력 라인의 섹션은 공익 기업에 의해 중요한 링크로 간주되는 큰 기계식 크림핑된(crimped) 스플라이스에 의해 연결된다. 현재, 이러한 접합부의 대다수는 수명 기대치가 지났고 본질적으로 북미 전역의 치명적인 고장에 기인한다.
본 발명은 접합부의 저하를 모니터링함으로써 배치된 스플라이스의 수명 기대치를 예측하는 방법을 제공한다.
과거의 종래 기술은 양호한 스플라이스 또는 불량한(고장난) 스플라이스를 결정하는 수단만을 제공하였다. 과거의 종래 기술이 단일 신호 측정의 제로 크로싱(zero-crossing) 방법을 언급할지라도, 이러한 no/no-go 테스트 방법은 치명적인 고장을 방지하거나 수명 기대치 기간을 예측할 수 있는 수단을 제공하지 않는다.
스플라이스의 상태를 모니터링하는 본 발명의 방법은 특정 타입의 스플라이스(각각은 약간 상이함)에 대한 알려진 베이스라인 신호를 설정하는 단계, 및 제로 크로싱 포인트, 전압(진폭) 및 파형의 주기(시간 길이)의 관점에서 이러한 특성을 정의하는 단계를 포함한다. 이상적으로, 사인파의 각도 성분은 수직이거나 x 축과 90도가 되어야 한다. 베이스라인 사인파는 전류, 전압, 이의 임의의 고조파, 또는 모니터링되는 특정 타입의 스플라이스에 기인한 예측 측정치를 가장 잘 나타내는 이러한 신호의 조합일 수 있다. 미래의 파형은 관측중인 특정 스플라이스의 베이스라인 신호 및/또는 사전 파형과 비교할 때 제로 크로싱 포인트의 집성된 각도(aggregated angular), 진폭 및 주기 성분을 기반으로 한 감쇠율(rate of decay)을 나타낸다. 감쇠율은 특정 접합부의 수명 기대치를 결정하는 것으로 예측된다.
제로 크로싱 포인트에서의 각도 변위, 사인파의 주기 및/또는 이러한 개개의 신호의 다른 신호 특성은 TTF 정보를 네트워크 관리에 제공하기 위한 알고리즘을 통해 집성된다.
과거의 종래 기술은 이러한 측정 기술을 개별적으로 설명하였지만, 아무도 미래의 고장 모드 또는 수명 기대치를 예측하는 방법에서 이러한 측정치의 성분을 조합하거나 분석하지 않았다. 이러한 예는 테스트 중인 스플라이스의 저하를 나타내는 10% 이상의 각도 변위 전압 신호를 포함한다. 이 점에서, 테스트 중인 스플라이스는 내재된 고장 포인트에 있다. 또는 다른 예는 150도 이상의 위상 시프트를 갖는 원래의 신호의 고조파의 측정치를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 테스트중인 스플라이스는 임박한 고장 지점에 있으며 예측할 수 없다.
본 발명은 비용 효과적인 예방 관리를 실행하기 위해 네트워크 관리에 실시간 예측 수단을 제공하는 방법 및 장치를 제공한다. 장치 및 포괄적인 통신 네트워크는 중앙 위치에서 이러한 중요한 결정을 허용한다. 더욱 상세하게는, 하나의 모드에서, 본 발명의 방법은 (a) 사인 곡선을 사용하여 신호 곡선의 제로 크로싱 포인트 근방에서 스플라이스에 대한 신호 곡선의 편차에 기초하여 미리 정해진 구성의 스플라이스에 대한 시간 경과에 따른 베이스라인을 먼저 설정하고, 모니터링 시간에서의 진폭과 시작 시간에서의 진폭의 제 1 비율, 및 모니터링 시간에서의 주기와 시작 시간에서의 주기에 기초한 주기 변경 비율을 설정함으로써 스플라이스의 라이프 사이클을 예측한다. 그런 다음, (b) 서비스 중(in-service) 스플라이스는 단계(a)에 사용된 편차를 사용해 서비스 중 스플라이스의 신호에 대해 제로 크로싱 포인트 근처에서 모니터링되고, (c) 단계(a) 에서의 베이스라인을 단계(b)로부터의 정보와 비교하여 서비스 중 스플라이스에 대한 저하를 결정한다. 이러한 모니터링은 시간 대 감쇠율을 나타내는 감쇠율 곡선을 생성시킬 수 있다. 이를 통해 유효 잔여 수명(useful life remaining)의 백분율과 서비스 중 스플라이스에 대한 고장 시간을 결정할 수 있고, 이러한 감쇠율 곡선은 스플라이스가 수리 또는 교체를 필요할 수 있는 시기를 결정하기 위해 유사한 스플라이스의 동작을 예측하는데 사용될 수 있다. 스플라이스가 임의의 타입일 수 있지만, 바람직한 스플라이스는 전송 라인에서의 스플라이스이다. 본 발명은 또한 본 발명의 방법을 실시하기에 적합한 장치를 포함하며, 이러한 장치는 스플라이스에 걸친 순시 전압 전위를 결정하는 프로브, 스플라이스에 기초하여 순시 전류 출력을 결정하는 전류 감지 디바이스, 및 베이스 라인을 설정하고, 서비스 중 스플라이스를 모니터링하며, 서비스 중 스플라이스와 감쇠율 곡선에 대한 저하를 결정하기 위해 단계 (a)의 베이스 라인을 단계 (b)로부터의 정보와 비교하는 수단를 포함한다.
본 발명은 스플라이스의 중요한 구성 요소의 각각을 측정하고, 조합된 속성 조사를 제공하고, TTF 예측 분석을 완료하며, 관리 동작을 위해 원격 중앙 로지스틱(logistic) 시스템에 보고하는 장치 및 방법을 제공한다.
도 1a 및 1b는 전송 라인 스플라이스, 이의 구성 요소, 및 전기 스플라이스에 대한 모니터링 위치의 통상적인 예를 도시한다.
도 2는 알고리즘에 대한 입력에 대한 전압 전위, 전류 출력 및 계산된 고조파 비율의 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 3은 알려진 새로운 스플라이스에 대한 시간 주기에 대한 전압 및 전류의 정규화된 값의 그래프이다.
도 4는 알려진 결함 스플라이스의 시간 주기에 대한 전압 및 전류의 정규화된 값의 그래프이다.
도 5는 제 2 알려진 결함 스플라이스의 시간 주기에 대한 전압 및 전류의 정규화된 값의 그래프이다.
도 6은 "완전한" 정현파 파형에 대한 제로 크로싱 포인트에서의 새로운 스플라이스의 상세한 예시도이다.
도 7은 "완전한" 정현파 파형에 대한 제로 크로싱 포인트에서의 알려진 양호한 스플라이스의 상세한 다이어그램이다.
도 8은 "완전한" 정현파 파형에 대한 제로 크로싱 포인트에서의 알려진 양호한 스플라이스의 상세한 다이어그램이다.
도 9는 접합부에 대한 전형적인 저하율 곡선이다.
도 1a를 참조하면, 시스템 내에 포함되거나 특정 시간 동안 전송 라인(1) 및 스플라이스(3)에 도입된 순시 전류(101) 및 전위(사인 파형)(111)를 갖는 전형적인 전송 라인(1) 및 스플라이스(3)가 도시된다. 전압 프로브(103)는 장치 클램프 시스템의 일부로서 설치되어 파형의 진폭 특성 성분(대략 1 볼트)을 제공하는 지점(102 및 104)에서의 스플라이스에 걸친 순시 전압 강하를 모니터링한다. 전류 감지 디바이스(105)는 동일한 시간에 순시 전류(101)를 측정하도록 구성된다. 도 1b는 도 1a의 디바이스에 대한 대안을 도시한다. 전형적인 로크 온 스타일 클램프(lock-on style clamp)(303)는 평가 중에 스플라이스의 어느 하나의 단부에서 전송 라인 상에 부착된다. 이러한 클램프(303)는 또한 입출구 신호를 수집하기 위한 프로브로서 작용할 것이다. 부가적인 프로브(305)는 데이터 수집을 위한 스플라이스의 중앙에 배치된다. 클램프 메커니즘은 스플라이스 모니터링을 위한 비전도성 플랫폼(308) 및 관련된 디바이스(306)를 유지할 것이다. 무선 주파수(RF) 및/또는 적외선(IR) 안테나(307)는 평가를 위해 로컬이든 원격적이든 "다른" 데이터 수집 및 분석 장비로의 데이터 전송을 위해 제공된다.
전압 전위(102 및 104)의 데이터의 동기화된 수집, 및 전류 감지 디바이스(105)의 출력은 도 2에 도시된 바와 같이 아날로그 또는 디지털 방법을 사용하여 제로 크로싱 포인트 각도 왜곡, 진폭 및 주기 계수에 대해 처리된다.
바람직한 실시예에서, 신호 Vsense 및 Isense는 A/D 변환기(202 및 205)를 통해 처리된다. 그 다음, 디지털 출력 Vd 및 Id는 이산 하드웨어 필터(207 및 209), 또는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 후술되는 바와 같은 이러한 방법의 하이브리드 조합에 의해 처리되는 이산 또는 연속 주파수 도메인 알고리즘을 포함하는 다른 주파수 도메인 필터를 사용하여 신호 분석을 위해 필터링된다. 고조파 신호 분석 성분 출력 및/또는 비율은 제로 크로싱 포인트 분석을 완료하기 위해 마이크로 프로세서(208) 또는 다른 디지털 비교기 하드웨어, 아날로그 비교기 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어 방법에 의해 처리된다. 상술한 분석 방법은 또한 순수한 아날로그 방법, 또는 동일하거나 유사한 엔드포인트를 달성하는 아날로그와 디지털 방법의 조합에 의해 완료될 수 있다.
여전히 도 2를 참조하며, 다른 실시예에서, 스플라이스에 걸친 순시 전압 전위(102 및 104) 및 순시 전류 감지(105) 출력은 A/D 변환기(202 및 205)를 통해 처리되고, 그 후 출력 Vd 및 Id은 디지털 하드웨어(210) 또는 아날로그 방법을 이용하여 제로 크로싱 포인트 분석을 위해 분석된다. 상술한 분석 방법은 또한 순수한 아날로그 방법, 또는 동일하거나 유사한 결과를 달성하는 아날로그와 디지털 방법의 조합에 의해 완료될 수 있다.
하드웨어 필터(207 및 209)로부터의 3개의 출력(310 내지 303) 및 하드웨어(210)로부터의 4개의 출력(304-307)을 원래의 파형(111)과 비교하면 제로 크로싱 포인트 비율(401-403)에서 미세한 각도 저하가 발생한다.
이러한 신호에 대한 특성 진폭, 제로 크로스 포인트 및 주기 비율은 특정 스플라이스 또는 전기적 접합부의 저하율을 분류하고 정량화하는데 사용된다. 원래의 파형(111)은 표준 파형 발생 전자 장비를 사용하는 외부 수단에 의해 생성될 수 있거나, 1000 내지 2000 암페어 범위의 전류 레벨을 갖는 50 및 60 헤르츠 정현파형에서 동작하는 고전력 인장 와이어의 경우와 같이 표준 동작 조건 동안 회로 자체에 의해 생성될 수 있다. 이러한 기술은 DC 오프셋이 있거나 없는 임의의 교류 신호에 적용될 수 있으며, 이는 가변 듀티 사이클을 포함한 원하는 특성을 포함하는 다양한 파형을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
순시 측정 및 후속 분석은 관리하에 있는 스플라이스의 감쇠율에 따라 일정하거나 가변적인 간격 상에서 수행될 수 있다. 스플라이스의 감쇠는 비선형적 이벤트이며(도 9 참조), 이는 감쇠율이 시간이 지남에 따라 변한다는 것을 의미한다. 감쇠율 알고리즘은 원래의 상태 및 이전의 측정 사이클과 비교할 때 각각의 측정 사이클에 대해 계산된 진폭, 제로 크로스 포인트 및 주기 비율을 기반으로 한다.
도 1 및 도 2에 대한 상술한 설명은 스플라이스에 걸친 순시 전압 전위를 결정하는 프로브를 사용하여 후속 및 고조파 신호의 진폭 및 주기와 함께 제로 크로싱 포인트에서의 각도 저하에 대한 비율을 결정하는 수단, 및 임의의 스플라이스 상에서 순시 전류 감지 출력을 결정하는 전류 감지 디바이스를 설명한다.
스플라이스의 모니터링이 저하를 보여줄 수 있는 방법을 보여주기 위해, 알려진 양호한 스플라이스와 불량한 스플라이스 사이의 비교가 수행되었다. 이러한 값으로부터, 예측 분석을 허용하는 각각의 특성에 대한 비율이 결정될 수 있다.
표 1은 3개의 스플라이스, 즉 양호한 스플라이스, 스플라이스 #365 및 스플라이스 #477을 도시하며, 후자는 알려진 고장난 스플라이스를 나타낸다. 표 1은 스플라이스에 걸친 순수 전압 강하, 스플라이스 순시 전류 및 계산된 전력 손실을 도시한다.
스플라이스에 걸친 전체 전력 손실
양호한 스플라이스 스플라이스 #365 스플라이스 #477
전압 강하(VRMS) 0.062 0.282 0.517
스플라이스 전류(ARMS) 771 711 467
스플라이스 전력 손실(W) 46 201 241
간단한 저항성 전력 손실 계산으로부터, 양호한 스플라이스는 불량한 스플라이스보다 4배 내지 5배 더 효과적이라는 것을 알 수 있다.
그 다음, 각각의 스플라이스에 대한 정규화된 파형은 비교되어 제시된 복소 리액턴스의 양을 결정하였다. 이것은 도 3-5에 나타내어지며, 각각의 파형의 품질과, 각각의 스플라이스가 유도하는 전압과 전류 사이의 지연(lag)의 일반적인 특성을 보여준다. 도 3은 완전하지는 않지만 양호한 스플라이스에 대한 파형을 도시하지만; 도 4 및 5는 각각 고장난 스플라이스 #365 및 #477의 파형을 도시한다. 이러한 모든 것이 전류 파형과 전압 파형 사이의 지연을 명확하게 보여주지만, 이러한 지연이 얼마나 오래 걸리고 어떤 시점에서 "고장"가 발생했는지는 알 수 없다. 이러한 도면에서 수집된 것은 양호한 스플라이스의 상태를 알 수 있다는 것이며(완전한 크림핑된 스플라이스는 시간 Ti에서 지연이 없는 동일한 전류 파형과 전압 파형을 가짐), 시간 Tf에서의 일부 고장 지점에서 이러한 파형 사이의 지연이 존재하지만, 저항성과 관련된 간단한 전력 손실 측정은 예측 가능한 감쇠 곡선을 생성하지 않을 것이다.
표 2는 유도 리액턴스가 이러한 스플라이스에서 관찰된 일반적인 저하 손실에서 더 큰 역할을 할 수 있음을 제시한다. 이것은 스플라이스를 통한 완전히 직류 흐름으로부터의 약간의 편차가 국부화된 자기장을 유도하고 와전류 가열을 유도하므로 고전류 상태에서 합리적이다. 이것은 또한 간단한 저항 측정이 스플라이스 라이프 사이클을 예측하는데 특히 정확하지 않은 이유를 설명한다.
유도 위상 시프트
양호한 스플라이스 스플라이스 #365 스플라이스 #477
시간 지연(msec) 0.64 3.24 3.92
위상 시프트 14 70 85
양호한 스플라이스와 비교되는 부가적인 위상 시프트 - 56 71
비선형성이 전압 및 전류에 상이하게 영향을 미치기 때문에, 이것은 전류가 스플라이스의 전류 운반 스트랜드(strand) 내의 상이한 비평행 채널로의 힘이기 때문에 나타나는 비선형 불안정 유도 메커니즘을 설명할 수 있다. 이러한 비평행 전류 경로는 작은 유도 영역을 설정하여, 비선형 예측 곡선 전위의 불규칙성을 제공하는 표류 자기장 및 내부 와전류 영역을 생성한다. 또한, 도 3-5의 파형은 특성상 완전한 사인 파형보다 작음을 알 수 있다. 고조파 왜곡을 정확하게 분석하기 위해, 이전에 종래 기술의 초점이었던 것으로 알려진 바와 같이, 실시간 FFT가 3차 및 5차 고조파 상에서 수행되었다. 이러한 절차는 파형의 다양한 주파수에서 리플의 크기를 나타내는 일련의 계수를 제공한다. 계수의 비율이 양호한 슬라이스에 비해 약 150%를 초과하는 경우, 비율은 금속 운반 도체 사이에 부식이 존재한다는 인디케이터일 수 있다.
생성된 고조파 데이터는 표 3에 주어지고, 순수한 유도 위상 분석은 라이프 사이클 분석에 적절한 예측 곡선을 산출하지 않는다는 것이 명백하다.
고조파 분석을 위한 푸리에 변환 계수
양호한
스플라이스		 스플라이스 #365 스플라이스
#477
전압 전류 전압 전류 전압 전류
60Hz 계수(mv) 41 167 162 143 236 85
180Hz 계수(mv) 2.169 9.78 8.643 6.796 12 1.87
300Hz 계수(mv) 1.168 5.362 .2.217 5.411 4.123 6.457
예측 감쇠 곡선을 생성하기 위한 노력으로, 양호한 스플라이스로부터의 스펙트럼 편차가 구해진다. 이러한 분석을 수행하기 위해, 이의 1차 60Hz 값에 대한 계수는 정규화되고, 결과는 표 4에 도시된다.
고조파 분석을 위한 정규화된 푸리에 변환 계수
양호한
스플라이스		 스플라이스 #365 스플라이스
#477
전압 전류 전압 전류 전압 전류
제 1 고조파 1 1 1 1 1 1
제 3 고조파 0.053 0.061 0.065 0.054 0.053 0.04
제 5 고조파 0.024 0.028 0.012 0.033 0.019 0.074
언뜻보기에, 이러한 분석은 잠재적인 일부 예측 감쇠 곡선 안정성을 제공하는 것으로 보이지만, 감쇠를 유도할 수 있는 부식성 조건은 사라진 것처럼 보였다. 파형은 변경된 것처럼 보이지만, 제로 크로싱에서는 정상적인 의미가 아니다. 따라서, 양호한 스플라이스에서 나타난 시프트와 비교되는 바와 같이, 전류 및 전압 파형이 서로에 대해 시프트하는 방법을 비교하기 위한 추가의 연구가 수행되었다. 이를 행하기 위해, 상대 변화는 전류를 전압 계수(정렬의 푸리에 컨덕턴스)로 나눔으로서 관찰되었다. 이로부터 도출된 생성된 계수를 표 5에 나타내어진다.
푸리에 제로 크로싱 포인트 계수
제로 크로싱 포인트 비율 양호한 스플라이스 스플라이스 #365 스플라이스 #477
제 1 고조파 1 1 1
제 3 고조파 1.14 0.83 0.75
제 5 고조파 1.17 2.79 3.91
이러한 결과는 제로 크로싱 포인트에서 상이한 형태의 고조파 왜곡을 제안한다는 점에서 흥미롭고, 일치하는 신호 형상의 이탈(departure)을 증가시키는 것은 임의의 특정 스플라이스 내에 전류 및 전압 신호를 형성한다. 특히, 불량한 스플라이스는 양호한 스플라이스에 비해 제 5 고조파에서는 더 큰 편차를 보이고, 제 3 고조파에서는 더 적은 편차를 보인다. 이것은 제 3 및 제 5 고조파 계수가 정규화될 때 분명하게 나타내어진다(표 6).
푸리에 제로 크로싱 포인트 계수 비율
제로 크로싱 포인트 비율 양호한 스플라이스 스플라이스 #365 스플라이스 #477 스플라이스 #477
제 1 고조파 - - -
제 3 고조파 1 0.72 0.65
제 5 고조파 1 2.39 3.35
상술한 데이터는 예측 감쇠율 분석기로서 주목된다. 이것으로부터, 파형의 제로 포인트 크로싱은 감쇠율 곡선을 결정하는 수단을 제공할 수 있음을 알 수 있다. 고장난 스플라이스의 추정된 양호한 섹션 및 불량한 섹션을 통해 현재의 경로를 분석하기 위해 현재 도입 연결 조건이 가능한 한 많이 변경되는 추가의 테스트가 수행되었다. 이것은 주로 고 전력 인장 시스템에 더 이상 영구적으로 연결되지 않음에 따라 테스트의 실험실 특성으로 인한 것이었다.
이러한 결과는 표 7에 도시되고, 이것이 알려지지 않은 스플라이스의 전반적인 헬스(health) 및 상태를 예측하기 위한 시도에서 다른 유용한 파라미터일 수 있음을 제시한다.
제 5 고조파 제로 크로싱 포인트 계수 비율의 변화
스플라이스 #365 스플라이스 #477
테스트 #1 2.39 3.35
테스트 #2 3.76 3.21
스플라이스의 전체 동적 리액턴스(비율로서의 전체 저항률, 인덕턴스 및 용량성 값)를 결정하기 위해 스플라이스를 통한 전압 강하 및 전류 파형에 대한 현재 주파수 FOHz에서의 파형의 분석에 의해, 스플라이스의 상태는 제로 포인트 크로싱 비율로부터 결정될 수 있다.
완전한 스플라이스에서, 부하는 순전히 저항성이며, 저항의 크기는 매우 낮다. 스플라이스가 저하됨에 따라, 저항성 부하의 크기는 증가하고/하거나, 부하가 복잡해질 수 있으며, 따라서 비선형성이 도입될 수 있다. 복잡한 부하는 또한 유전체 특징이 형성될 때 용량성 요소를 도입할 수 있거나, 전류가 더 높은 저항 영역 주변의 원주 방향 경로에서 이동하게 됨에 따라 유도성 성분을 도입할 수 있다. 특정 스플라이스의 복잡한 부하 분석과 관련하여 파형, 전압 및 전류 진폭 및 주기 계수의 제로 포인트 크로싱을 측정함으로써, 특정 스플라이스의 라이프 사이클을 예측하기 위해 안정적인 감쇠율 분석 도구를 제공한다.
이제 도 3 내지 도 9를 참조하면, 도 3에서, 완전한 스플라이스로부터 예상되는 바와 같이, 제로 크로싱 각도 변위는 이것이 완전한 스플라이스가 아니라는 것을 나타내고, 제로 크로싱 포인트에서의 곡선의 각도는 제로가 아니다는 것이 주목되어야 하며, 예를 들어 도 6을 참조한다.
알려진 결함 있는 스플라이스의 시간 주기에 대한 전압 및 전류의 정규화된 값의 그래프인 도 4에서, 전압 및 전류 곡선의 주기는 약간 불일치하고 "지연"이 발생한다. 각각의 제로 크로싱 각도 변위는 저하되기 시작했다. 각각의 곡선의 진폭은 아직 비교적 일정하다.
제 2 알려진 결함 있는 스플라이스의 시간 주기에 대한 전압 및 전류의 정규화된 값의 그래프인 도 5에서, 전압 및 전류 곡선의 주기는 "지연"이 여전히 발생할지라도 약간 비교적 일치한다. 각각의 제로 크로싱 각도 변위는 심각하게 저하되었다. 각각의 곡선의 진폭은 일치하지 않는다.
"완전한" 사인파 파형(양호한 신호 1)에 대한 제로 크로싱 포인트(저하된 신호 2)에서의 새로운 스플라이스의 상세 예시도인 도 6에서, 이들 사이의 각도 변위는 x 축에 대한 수직에 대해 대략 1도 오프셋된다.
"완전한" 사인파 파형(양호한 신호 1)에 대한 제로 크로싱 포인트(저하된 신호 2)에서의 알려진 양호한 스플라이스의 상세도인 도 7에서, 이들 사이의 각도 변위는 x 축에 대한 수직에 대해 대략 5도 오프셋된다.
"완전한" 사인파 파형(양호한 신호 1)에 대한 제로 크로싱 포인트(저하된 신호 2)에서의 알려진 양호한 스플라이스의 상세도인 도 8에서, 이들 사이의 각도 변위는 x 축에 대한 수직에 대해 대략 10도 오프셋된다. 이러한 스플라이스가 "양호한" 것으로 간주되었을지라도, 저하된 신호는 고장 기간이 매우 짧다는 인디케이션(indication)이다.
도 9는 접합부에 대한 전형적인 저하율 곡선이 시간 경과에 따라 어떻게 나타나는지를 도시한다. 도 9는 또한 스플라이스를 분류하고 "PULR(percentage of useful life remaining)"을 결정하기 위한 임계 값을 보여준다. 이러한 임계 값은 유틸리티 관리에 의해 임의로 설정되며, 새로운 스플라이스의 제조업자에 의해 획득된 값 또는 기존의 스플라이스 검사 중에 설정된 표준에 기반으로 한다. 이러한 베이스라인 값은 재료, 기계적 부착 방법 및 전력선 설치에 기초한 지리적 영역에 따라 다를 수 있다.
도 9에서 약 50% 감쇠율인 것으로 도시된 특정 스플라이스에 대해 적절한 베이스라인이 설정되면, PULR을 계산하기 위해 정량적 임계 값이 설정될 수 있다. 도 9는 50% 감쇠의 임계 값이 60년과 70년 사이에 50% 감쇠의 임계 값이 변환됨을 보여준다. 이것은 스플라이스가 어떻게 유지되어야 하는지에 대한 아이디어를 스플라이스 모니터에 제공할 것이다. PULR은 향후 분석을 기반으로 재설정될 수 있고, 예방적 유지 관리 동작은 PULR 예측에 기초하여 스케줄링될 수 있다. PULR을 알면, 스플라이스 유지 보수 담당자는 스플라이스가 수리되거나 교체되어야 하는 시기를 알 수 있다.
본 발명은 이론적인 베이스라인 신호 곡선을 가진 스플라이스를 취하여 시간에 따른 편차에 대한 제로 포인트 크로싱 근처에서 신호 곡선을 모니터링한다. 사인 함수와 모니터링/원래 진폭의 시간에서의 진폭 변화의 비율 및 모니터링/원래 주기의 시간에서의 주기 변화의 비율은 (고장할) 베이스 라인 측정을 설정하는데 사용된다. 그런 다음, 작동하는 스플라이스는 베이스 라인 측정으로부터의 편차에 대해 동일한 방식으로 모니터링된다. 이러한 모니터링을 통해, 스플라이스가 수리 또는 교체될 필요가 있는 작동하는 스플라이스에 대해 주어진 편차에 대해 결정될 수 있다.
예를 들어,베이스라인 신호를 모니터링할 때, 데이터는 제로 크로싱 포인트 부근에서 수집되며, 즉, 데이터는 제로 포인트 및 이의 편차(주기)를 설정하기 위해 1msec 간격(총 5-7 데이터 포인트)에서 크로싱(제로 포인트이게 함)과 2-3 포인트의 어느 하나의 측면(곡선의 +/- 측면)의 시간에 수집된다. 다른 간격이 또한 사용될 수 있다.
데이터가 작동하는 접합부에 대해 수집되어 PULR이 주어지면, 동작이 접합부상에 취해질 시기를 결정할 수 있으며, 예를 들어 50%의 PULR은 접합부가 수리를 필요로 하는 인디케이션일 수 있다. 전압 및 전류를 측정하도록 설계된 구성 요소 및 도 2의 구성 요소와 함께 도 1b의 관련된 디바이스(306)는 사인 곡선을 사용하여 신호 곡선의 제로 크로싱 포인트 근방에서 스플라이스에 대한 신호 곡선의 편차에 기초하여 미리 정해진 구성의 스플라이스에 대한 시간 경과에 따른 베이스라인과, 모니터링 시간에서의 진폭과 시작 시간에서의 진폭의 제 1 비율, 및 모니터링 시간에서의 주기와 시작 시간에서의 주기에 기초한 주기 변경 비율을 설정하고, 서비스 중 스플라이스의 신호에 대해 단계(a)에서 사용된 편차를 사용해 서비스 중 스플라이스의 신호에 대한 제로 크로싱 포인트 근처에서 서비스 중 스플라이스를 모니터링하여; 서비스 중 스플라이스 및 감쇠율 곡선에 대한 저하를 결정하는 수단이다. 범용 컴퓨터는 본 명세서에 설명된 알고리즘을 사용하여 서비스 중 스플라이스를 모니터링하여 획득된 데이터를 처리하는데 사용된다.
베이스라인 신호는 표준 파형 생성 전자 장치로부터 스플라이스에 도입될 수 있거나, 기존의 전압/전류 신호는 평가 및 예측을 위한 출발점을 설정하기 위해 이용될 수 있다. 새로운 스플라이스의 경우에, 베이스라인은 다른 유사한 스플라이스에 비해 스플라이스의 "강도"를 평가하는 데 사용될 수 있다. 기존의 스플라이스 상에 배치하기 위해, 베이스라인은 이러한 스플라이스의 상태를 "있는 그대로(as is)"뿐만 아니라 평가와 예측을 위해 결정하도록 설정된다.
순수 베이스라인 신호는 거의 수직인 제로 크로싱 포인트를 가지거나, 대응하는 알고리즘 구성 요소를 사용하여 평가될 때 0도에서 비-가산(non-additive) 결과를 생성할 것이다. 곱셈 요소로서 사용할 때 사인(0)은 주기 및 진폭과 관련된 다른 알고리즘 구성 요소를 취소한다.
이러한 알고리즘의 일례는 다음과 같다: 제로 네트 결과치(zero net result)를 산출하는 사인(제로 크로싱 포인트) × 주기 변경/주기 원본(original) × 진폭 변경/진폭 원본 × 스플라이스 인수. 스플라이스 인수는 재료(강철, 알루미늄 또는 조합), 크림프 기술(수동 대 자동) 및 스플라이스의 치수(길이 및 직경)에 의해 정의된다. 전형적인 "양호한" 스플라이스는 재료, 크림프 스타일 및 치수의 공통 불일치 때문에 1.25에 가까운 인수를 산출함에도 불구하고 완전한 스플라이스 인수는 1이다.
임계 제로 포인트 크로싱 포인트 각도의 약간의 변경은 순수 스플라이스로부터의 작은 편차를 발생시키고, 감쇠율 곡선을 개시시키는 작은 양의 결과(small positive result)를 생성할 것이다. 주기 및 진폭의 알고리즘 구성 요소는 스플라이스의 복잡한 부하 요소((용량성 및 유도성 구성 요소)를 모니터링함으로써 알고리즘 출력 감쇠 곡선에 영향을 미친다. 스플라이스 팩터는 평가 중인 특정 스플라이스로 특징지어지며, 재료, 크림프 기술 및 치수 특성에 의해 영향을 받는다.
시간 경과에 따라 이러한 알고리즘 결과를 플롯하면, 특정 타입의 스플라이스에 대한 비선형 감쇠율 곡선이 생성된다(예를 들어 도 9 참조). 도 9의 감쇠율 곡선의 x-축은 시간과 PULR(percentage of useful life remaining) 및 TTF(time to failure)를 나타낸다. 베이스라인 곡선 및 관련된 감쇠율이 알려지면, 다른 모든 것은 새로운 스플라이스 및 기존의 스플라이스에 대한 예측 분석을 위한 곡선에 대해 평가될 수 있다.
임의의 잠재적인 스플라이스 및 전기적 연결 구성 요소에 대한 알고리즘의 변형이 가능하다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 바와 같이 본 발명의 각각의 및 모든 목적을 충족시키고, 전송 라인에서 스플라이스의 라이프 사이클을 예측하기 위한 새롭고 개선된 방법 및 장치를 제공하는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 개시되었다.
물론, 본 발명의 교시로부터의 다양한 변경, 수정 및 변경이 본 발명의 의도된 정신 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 고려될 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정되는 것으로 의도된다.

Claims (3)

  1. 스플라이스의 라이프 사이클을 예측하는 방법에 있어서,
    a) 사인 곡선을 사용하여 신호 곡선의 제로 크로싱 포인트 근방에서 상기 스플라이스에 대한 상기 신호 곡선의 편차에 기초하여 미리 정해진 구성의 스플라이스에 대한 시간 경과에 따른 베이스라인, 모니터링 시간에서의 진폭과 시작 시간에서의 진폭의 제 1 비율, 및 모니터링 시간에서의 주기와 시작 시간에서의 주기에 기초한 주기 변경 비율을 설정하는 단계;
    b) 서비스 중 스플라이스의 신호에 대해 단계(a)에 사용된 편차를 사용하여 상기 서비스 중 스플라이스의 신호에 대해 제로 크로싱 포인트 근처에서 서비스 중 스플라이스를 모니터링하는 단계; 및
    c) 서비스 중 스플라이스에 대한 저하와 감쇠율 곡선을 결정하기 위해 단계(a)의 베이스라인을 단계(b)로부터의 정보와 비교하는 단계로서,
    상기 단계 (b)로부터의 정보는, 상기 서비스 중 스플라이스의 신호에 대한 제로 포인트 근방에서 상기 단계(a)에서 정의된 신호 곡선의 편차에 기초한 정보이며,
    상기 감쇠율 곡선은 상기 서비스 중 스플라이스에 대한 PULR(percentage of useful life remaining) 및 TTF(time to failure)의 인디케이션을 제공하고, 유효 잔여 수명 및 고장 시간에 대해 다른 스플라이스를 모니터링하기 위한 가이드를 제공하는, 상기 비교하는 단계를 포함하는, 스플라이스의 라이프 사이클을 예측하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스플라이스는 전송 라인에서의 스플라이스인, 스플라이스의 라이프 사이클을 예측하는 방법.
  3. 제 1 항의 방법을 실시하기에 적합한 장치에 있어서,
    a) 스플라이스에 걸친 순시 전압 전위를 결정하는 프로브;
    b) 상기 스플라이스에 기초하여 순시 전류 출력을 결정하는 전류 감지 디바이스;
    c) 관련된 디바이스를 지원하기 위해 전송 라인과 스플라이스에 대하여 배치된 비전도성 플랫폼으로서, 상기 관련된 디바이스는 모니터링되는 서비스 중 스플라이스로부터 데이터를 수집하고 분석하는, 상기 비전도성 플랫폼; 및
    d) 베이스라인을 설정하고, 상기 서비스 중 스플라이스를 모니터링하며, 상기 서비스 중 스플라이스에 대한 저하 및 상기 감쇠율 곡선을 결정하기 위해 단계(a)의 베이스라인을 단계(b)로부터의 정보와 비교하는 수단을 포함하는, 장치.
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