KR20150000583A - Advanced Transformer Deterioration Diagnosis System Based on AE sensor with New Piezoelectric material - Google Patents

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KR20150000583A
KR20150000583A KR1020130072815A KR20130072815A KR20150000583A KR 20150000583 A KR20150000583 A KR 20150000583A KR 1020130072815 A KR1020130072815 A KR 1020130072815A KR 20130072815 A KR20130072815 A KR 20130072815A KR 20150000583 A KR20150000583 A KR 20150000583A
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Abstract

The preset invention relates to a transformer safety inspection system, comprising: a sensing data obtaining unit receiving an electrical signal from an acoustic emission sensor and sampling the received electrical signal according to a preset scheme to generate sampling data; and an event determining unit performing reliability estimation on the sampling data to determine whether a partial discharge event has occurred.

Description

압전신물질을 적용한 음향방출센서 기반 변압기 안전 진단 시스템{Advanced Transformer Deterioration Diagnosis System Based on AE sensor with New Piezoelectric material}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a transducer safety diagnosis system based on an acoustic emission sensor using a piezoelectric material,

본 발명은 압전신물질을 적용한 음향방출센서 기반 변압기 안전 진단 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변압기에서 부분 방전에 의해 발생되는 초음파 대역의 신호를 사용하여 부분 방전을 진단하게 할 수 있는 압전신물질을 적용한 음향방출센서 기반 변압기 안전 진단 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an acoustic emission sensor-based transformer safety diagnosis system employing a piezoelectric material, and more particularly, to a transformer safety diagnosis system based on an acoustic emission sensor using a piezoelectric material, To an acoustic emission sensor based transformer safety diagnosis system.

현재 국내에서는 전력용 변압기에 대한 유지보수를 시간기준예방보수 기법과 상태기준보수의 혼합된 방법을 적용하고 있다. 현재 유지 보수 및 예방정비 기술분야의 세계적 추이는 일본, 미국 및 캐나다를 비롯한 선진국을 중심으로 상태기준보수(Contition Based Maintenance) 개념이 도입, 활성화 단계에 있다. 전력설비에 이용되는 고압 변압기의 대부분은 유입변압기다. 유입변압기의 수명은 절연재료 내 서지 및 개폐서지의 이상전압, 외부단락의 전기적, 기계적 스트레스에 의한 열화, 과부하로 발생되는 열에 의한 열화에 의해 결정되는데 파괴 위험도가 증대할 시점에 대한 열화문제를 고려하는 것이 예방보수 차원에서는 매우 중요하다. 또한 최근 전력수요에 있어 도심지역을 중심으로 증가하고 있는 변전설비에 대한 방재성, 안전성 요구가 높아지고 있다. 이러한 설치 조건을 만족하기 위해 기존의 유입변압기 대신 난연성 변압기인 몰드변압기의 수요가 증가하고 있고, 적용 범위 확대를 위한 기술 개발이 진행되고 있다. 에폭시 수지 등의 합성수지로 제작되는 몰드변압기 주요 부분은 고체절연물로 구성되어 높은 초기 절연 성능을 지니지만 절연물 내부 상태의 육안 점검 또는 상태분석 등이 아직은 곤란한 실정이다. 그러므로 기기 제조공정의 품질관리 및 기기 보수점검의 관점에서 기기 내부 상태를 외부로부터 정밀하게 진단하는 기술이 매우 중요하다. 특히 고압변압기에서 발생되는 열화 요인으로는 고온 우전 및 외부단락에 의한 열적 열화, 기계적 손상 그리고 부분방전 열화가 대표적이다. 이런 열화 요인에 의하여 변압기의 전기적 성능과 기계적 성능이 저하되며, 그 결과 변압기에서는 기계적 강도 저하, 진동 증가 및 가연성 가스 등이 발생되어 최종적으로 절연파괴로 이어진다. 변압기의 이상 징후 검출기술로는 절연유 가스를 분석하는 방법, 부분 방전을 측정하는 방법, 온도를 측정하는 방법 등이 있으며 부분방전을 측정하는 방법으로는 부분 방전에 의한 전류펄스를 검출하는 전기적인 방법과 음향방출 신호(초음파 신호)를 검출하는 방법이 가장 많이 사용된다. 변압기는 운전시간이 경과함에 따라 절연이 약한 부분에서 부분적인 방전이 발생하며 이러한 부분방전이 지속되면 결국 절연파괴로 이어질 수 있다. 변압기 내부에서 부분방전이 발생하면 그 부위에는 국부적인 발열이 수반되며 이러한 발생 열에 의해 주변의 절연유가 급격한 압축을 받아 충격파로 인한 음향방출 신호가 발생된다. 발생된 음향방출 신호는 변압기내의 절연유를 통하여 방사형으로 퍼져나가게 되며 이때 변압기 외벽에 부착한 음향방출 센서를 이용하여 이러한 음향방출 신호를 검출할 수 있다. 부분 방전 검출을 위한 종래기술로서 특히 기존의 유입식 변압기의 경우 음향방출 센서를 변압기 표면에 부착하는 방식은 시간이 경과함에 따라 센서의 부착력이 감소할 뿐만 아니라 음향방출 신호의 전달 거리가 길어지거나 외벽에 부착함에 따른 여러 가지 잡음원에 노출되어 센서의 감도가 매우 저하되는 단점이 있다.In Korea, the maintenance method of power transformer is applied by a mixed method of time - based preventive maintenance and state - based repair. Currently, the global trend in maintenance and preventive maintenance technology is in the stage of introduction and activation of the concept of condition based maintenance in advanced countries including Japan, USA and Canada. Most of the high-voltage transformers used in power facilities are inflow transformers. The lifetime of the inflow transformer is determined by the abnormal voltage of the surge and the open / close surge in the insulating material, the deterioration due to the electrical and mechanical stress of the external short circuit, and the deterioration due to the heat caused by the overload. Is very important for preventive maintenance. In recent years, demand for safety and disaster prevention of substation facilities, which are increasing in urban areas, is increasing in recent years. In order to satisfy these installation conditions, the demand for mold transformer, which is a flame retardant transformer, is increasing instead of the existing inflow transformer, and development of technology for expanding the scope of application is proceeding. The main part of mold transformer made of synthetic resin such as epoxy resin is composed of solid insulator and has high initial insulation performance, but it is still difficult to perform visual inspection or state analysis of the internal state of insulator. Therefore, it is very important to accurately diagnose the internal state of the device from the viewpoint of quality control of equipment manufacturing process and maintenance of equipment. In particular, deterioration factors caused by high-voltage transformers are thermal degradation, mechanical damage, and partial discharge degradation due to high-temperature right and short-circuit. Such deterioration causes the electrical performance and mechanical performance of the transformer to deteriorate. As a result, in the transformer, the mechanical strength is lowered, the vibration is increased and the combustible gas is generated. There are several methods for detecting the abnormal state of the transformer, such as the method of analyzing the insulating oil gas, the method of measuring the partial discharge, the method of measuring the temperature, and the method of measuring the partial discharge is an electric method And an acoustic emission signal (ultrasonic signal) are most often used. As the operation time elapses, the transformer generates a partial discharge in a portion where the insulation is weak, and if such a partial discharge continues, it may lead to insulation breakdown. When a partial discharge occurs in the transformer, a local heat is generated at that part, and the surrounding oil is compressed rapidly by the generated heat, and an acoustic emission signal is generated due to the shock wave. The generated acoustic emission signal spreads radially through the insulating oil in the transformer. At this time, the acoustic emission signal attached to the outer wall of the transformer can be used to detect the acoustic emission signal. Particularly, in the case of a conventional inflow-type transformer, a method of attaching an acoustic emission sensor to a surface of a transformer has a problem that the adhesion force of the sensor decreases with time and the distance of transmission of the acoustic emission signal becomes long, The sensitivity of the sensor is deteriorated due to exposure to various noise sources.

이에 본 발명은 외부 잡음원에 의한 영향을 최소한으로 하면서, 변압기 내의 부분방전을 진단할 수 있는 변압기 안전 진단 시스템을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention provides a transformer safety diagnosis system capable of diagnosing a partial discharge in a transformer while minimizing the influence of an external noise source.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description of the embodiments.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 변압기 안전 진단 시스템은 압전신물질을 적용한 음향방출센서 기반 변압기 안전 진단 시스템에 있어서, 음향방출센서로부터 전기적 신호를 수신하고, 이를 기 설정된 방식에 따라 샘플링하는 것에 의해 샘플링 데이터를 생성하는 센싱 데이터 취득부; 및 상기 샘플링 데이터의 신뢰도 평가를 수행하여 부분 방전 이벤트 발생 여부를 판단하는 이벤트 판단부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a transformer safety diagnosis system based on an acoustic emission sensor using a piezoelectric material, the system comprising: A sensing data acquisition unit for generating sampling data by sampling in accordance with a set method; And an event determiner for evaluating the reliability of the sampling data to determine whether a partial discharge event has occurred.

여기서, 상기 음향방출센서는, 전면정합체, 상기 전면정합체에 내삽되는 후면정합체, 상기 전면정합체와 후면정합체 사이에 위치한 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자는 PMN-PT 압전 단결정 소자일 수 있다.The acoustic emission sensor includes a front alignment member, a rear alignment member to be inserted into the front alignment member, and a piezoelectric element disposed between the front alignment member and the rear alignment member. The piezoelectric element includes a PMN-PT piezoelectric single- Lt; / RTI >

그리고, 상기 압전소자는, 1 Mhz에서 공진 특성을 가지며, 상기 압전소자는 두께는 1.6 내지 1.8 mm, 폭은 1.9 내지 2.1 mm, 길이는 1.8 내지 2.2 mm일 수 있다.The piezoelectric element has a resonance characteristic at 1 Mhz, and the piezoelectric element may have a thickness of 1.6 to 1.8 mm, a width of 1.9 to 2.1 mm, and a length of 1.8 to 2.2 mm.

또한, 상기 전면정합체의 음향임피던스는, 수학식

Figure pat00001
(여기서, Z1=압전 소자의 음향 임피던스, Z3=변압기에 사용되는 절연유의 음향 임피던스, Z2는 전면정합체에 사용되는 재료의 음향 임피던스임)에 의해 결정되고, 상기 전면정합체는, 음향임피던스가 5.4 내지 5.6 MRayL일 수 있다.Also, the acoustic impedance of the front mating body is expressed by the following equation
Figure pat00001
Wherein Z 1 = acoustic impedance of the piezoelectric element, Z 3 = acoustic impedance of the insulating oil used in the transformer, and Z 2 is the acoustic impedance of the material used for the front mating body, The acoustic impedance may be between 5.4 and 5.6 MRayL.

또한, 상기 후면정합체의 음향임피던스는 5 내지 8 MRayL이고, 상기 후면정합체는 에폭시와 텅스텐 분말을 포함하며, 상기 에폭시와 텅스텐 분말의 배합비는, 1:4 내지 6일 수 있다.Also, the acoustic impedance of the rear mast is 5 to 8 MRayL, the rear mast includes epoxy and tungsten powder, and the mixing ratio of the epoxy and tungsten powder may be 1: 4 to 6.

또한, 상기 센싱 데이터 취득부는, 1 초당 기 설정된 주기 및 상기 기설정된 주기 동안 기 설정된 횟수로 샘플링 데이터를 생성하고, 상기 이벤트 판단부는, 상기 기 설정된 주기를 적어도 하나의 위상 구간으로 등분하고, 상기 등분된 위상 구간 별로 이벤트값을 부여하며-상기 등분된 위상 구간에서 적어도 하나의 샘플링 데이터가 기준값을 초과하는 위상 구간에 이벤트값으로 1을 부여하고, 상기 등분된 위상 구간에서 모든 샘플링 데이터가 기준값 이하인 위상 구간에 이벤트값으로 0을 부여함-, 위상 구간에서 이벤트값 1의 비율 및 0의 비율 중 적어도 하나를 산출하고 그 산출된 1의 비율 및 0의 비율 중 적어도 하나가 기 설정된 기준 신뢰치를 초과하는지 여부를 판단하는 것에 의해 상기 위상 구간 별 이벤트값의 신뢰도를 평가하고, 상기 이벤트값의 신뢰도 평가 결과, 이벤트값 1의 비율이 상기 기준 신뢰치를 초과하는 위상 구간이 적어도 하나 존재하고, 이벤트값 0의 비율이 상기 기준 신뢰치를 초과하는 위상 구간이 적어도 하나 존재하는 경우, 부분 방전 이벤트가 발생한 것으로 판단할 수 있다.The sensing data acquisition unit may generate sampling data at a preset number of times per second and a predetermined number of times during the predetermined period, and the event determination unit may divide the predetermined period into at least one phase interval, The phase value of at least one sampling data in the divided phase section is set to 1 in the phase interval in which the sampling data exceeds the reference value, A ratio of the event value 1 to a ratio of the event value 1 in the phase section and a ratio of 0, and determines whether at least one of the calculated ratio of 1 and the ratio of 0 exceeds the predetermined reference confidence value The reliability of the event value for each phase section is evaluated, and the reliability of the event value As a result of the reliability evaluation, if there is at least one phase interval in which the ratio of the event value 1 exceeds the reference reliability value and at least one phase interval in which the ratio of the event value 0 exceeds the reference reliability value, .

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 센서를 통해 취득된 데이터 중 신뢰성을 만족한 데이터를 사용하여 변압기 내 부분 방전을 진단하는 것에 의해, 노이즈에 의한 영향을 배재한 상태에서 변압기 내 부분 방전을 진단할 수 있다는 장점이 있다. INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention diagnoses a partial discharge in a transformer using data satisfying reliability among data acquired through a sensor, thereby diagnosing a partial discharge in a transformer in a state of eliminating the influence of noise There is an advantage that it can be.

또한, 본 발명은 절연유 통로에 삽입된 센서를 통해 부분 방전시 발생하는 음향 신호를 추출하는 것에 의해, 부분 방전 진단용 데이터의 수집시 노이즈에 의한 영향이 최소화될 수 있다.Further, by extracting an acoustic signal generated during partial discharge through a sensor inserted in an insulating oil passage, the influence of noise on collection of data for partial discharge diagnosis can be minimized.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 변압기 안전 진단 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 음향방출센서의 설치 상태도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 음향방출센서의 분해 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 PMN-PT 압전 소자의 공진 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 절연유의 초음파 속도를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 음향방출센서의 KLM model을 나타낸다.
도 7은 도 6의 KLM model의 전송선로 표현을 나타낸다.
도 8은 부분 방전 시간 영역 모사 신호를 나타낸다.
도 9는 부분 방전 주파수 영역 모사 신호를 나타낸다.
도 10은 후면 정합층 제작 조건에 따른 음향 방출 센서 수신 특성 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 11은 도 1의 진단부의 기능 블록도를 나타낸다.
도 12는 이벤트 판단부가 부분 방전 이벤트 발생 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 테이블을 나타낸다.
1 is a schematic diagram of a transformer safety diagnosis system according to a preferred embodiment of the present invention.
Fig. 2 shows an installation state of the acoustic emission sensor of Fig. 1. Fig.
3 is an exploded perspective view of the acoustic emission sensor of Fig.
4 is a graph illustrating resonance characteristics of a PMN-PT piezoelectric device according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining a method of obtaining the ultrasonic velocity of the insulating oil.
Figure 6 shows a KLM model of the acoustic emission sensor of Figure 1;
7 shows a transmission line representation of the KLM model of FIG.
8 shows a partial discharge time domain simulation signal.
9 shows a partial discharge frequency domain simulated signal.
10 shows simulation results of receiving characteristics of an acoustic emission sensor according to the conditions for manufacturing the rear matching layer.
11 is a functional block diagram of the diagnosis unit of FIG.
FIG. 12 shows a table for explaining a method for determining whether or not a partial discharge event is generated by the event determination unit.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, .

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 변압기 안전 진단 시스템에 대하여 설명한다. Hereinafter, a transformer safety diagnosis system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12 attached hereto.

도 1을 참조하면, 변압기 안전 진단 시스템(1)은 음향방출센서(100) 및 진단부(200)를 포함할 수 있다. 진단부(200)는 음향방출센서(100)의 출력 신호를 신호선(300)을 통해 수집하고, 그 수집된 출력 신호를 사용하여 변압기 내의 부분 방전 발생 여부를 판단할 수 있다.Referring to FIG. 1, the transformer safety diagnosis system 1 may include an acoustic emission sensor 100 and a diagnosis unit 200. The diagnostic unit 200 may collect the output signal of the acousto-electronic sensor 100 through the signal line 300 and may use the collected output signal to determine whether a partial discharge in the transformer has occurred.

전면정합체(110)는 구 형상이고, 후면정합체(120)가 삽입 고정되는 직육면체 형상의 삽입홀(111)을 구비할 수 있다. 후면정합체(120)는 직육면체 형상으로 4 측변 상에 압전 소자(130)가 부착될 수 있다. 그리고, 4 측변 상의 압전 소자(130)의 출력단은 후면정합체(120) 상부면 상에서 신호선(300)에 접합될 수 있다. 주지된 바와 같이, 압전 소자(130)는 부분 방전시 발생하는 음파를 전기적 신호로 변형하여 출력할 수 있다. 전면정합체(110)와 후면정합체(130) 사이에 압전 소자(130)가 위치하는 것에 의해, 압전 소자(130)의 음향 방출 신호의 수집이 용이하고, 압전 소자(130)의 소손 및 오염이 방지될 수 있다. 또한, 구 형상의 전면정합체(110)와 4 측변 상에 압전 소자(130)를 위치시키는 구조에 의해, 무지향성으로 음향 출 신호의 수집이 가능할 수 있다. The front mast 110 has a spherical shape and may have a rectangular parallelepiped insertion hole 111 into which the rear mast 120 is inserted and fixed. The rear mast 120 may have a rectangular parallelepiped shape and the piezoelectric elements 130 may be attached on four sides. The output ends of the piezoelectric elements 130 on the four sides can be joined to the signal line 300 on the upper surface of the rear mast 120. As is well known, the piezoelectric element 130 can convert a sound wave generated during partial discharge into an electrical signal and output it. The acoustic emission signal of the piezoelectric element 130 can be easily collected by locating the piezoelectric element 130 between the front and rear masts 110 and 130, Can be prevented. Also, by the structure in which the piezoelectric element 130 is positioned on the four sided sides of the spherical front mast 110, it is possible to collect acoustic output signals in a non-directional manner.

압전 소자(130)로써, PZT 및 PMN-PT 압전단결정 소자가 사용될 수 있다. PZT 및 PMN-PT 압전 단결정 소자의 특성은 다음의 표 1과 같을 수 있다.
As the piezoelectric element 130, PZT and PMN-PT piezoelectric single-crystal elements can be used. The characteristics of the PZT and PMN-PT piezoelectric single crystal devices can be as shown in Table 1 below.

PropertiesProperties PZT ceramicsPZT ceramics PMN-PT
single crystal
PMN-PT
단일 결정
PZT-5APZT-5A PZT-5HPZT-5H Electro-mechanical coupling factor, kr Electro-mechanical coupling factor, k r 0.490.49 0.5050.505 0.65-0.750.65-0.75 Piezoelectric charge constant, d33(10-12C/V)Piezoelectric charge constant, d 33 (10 -12 C / V) 374374 593593 1,500-2,5001,500-2,500 Piezoelectric voltage constant, g33(10-3VM/N) Piezoelectric voltage constant, g 33 (10 -3 VM / N) 24.824.8 19.719.7 3535 Curie Temperature,(℃)Curie Temperature, (占 폚) 36.536.5 190190 150150 Sound velocity (m/s)Sound velocity (m / s) 4,3504,350 4,5604,560 3,6003,600 Density (kg/m3)Density (kg / m 3 ) 7,7507,750 7,5007,500 8,0008,000 Acoustic impedance, (106kg/m2s)Acoustic impedance, (10 6 kg / m 2 s) 3434 3434 28.828.8 Frequency constant, Nt(Hzm)Frequency constant, N t (Hz) 1,8901,890 2,0002,000 1,800-1,9001,800-1,900

PMN-PT 압전 단결정은 기존의 PZT 소자 대비 압전전압상수인 g33 값이 매우 높기 때문에 음향 방항 신호의 수신 특성이 양호할 수 있다. 따라서, 압전 소자(130)로써, PMN-PT 압전 단결정이 사용되는 것이 바람직할 수 있다.The PMN-PT piezoelectric single crystal has a piezoelectric constant of g 33 The reception characteristic of the acoustic response signal can be good because the value is very high. Therefore, it is preferable that PMN-PT piezoelectric single crystal is used as the piezoelectric element 130. [

음향 방출 신호의 주파수 범위는 1 MHz 범위 이하이므로, 음향 방출 센서의 중심주파수는 1 MHz인 것이 바람직하다. Since the frequency range of the acoustic emission signal is less than 1 MHz, the center frequency of the acoustic emission sensor is preferably 1 MHz.

음향 방출 센서에서 압전 소자(120)의 두께(t)는 다음의 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
The thickness t of the piezoelectric element 120 in the acoustic emission sensor can be calculated by the following equation (1).

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, f=주파수(Hz)
Here, f = frequency (Hz)

위와 같은 수식에 의해, 압전 소자(120)의 두께는 1.6 내지 1.8 mm 인 것이 바람직하다. 그리고, 공진 특성을 고려하여, 압전 소자(120)의 폭은 1.9 내지 2.1 mm, 길이는 1.8 내지 2.2 mm 인 것이 바람직하다. 도 4를 참조하면, 두께 1.8 mm, 폭 2 mm, 길이 2 mm인 PMN-PT 압전 소자가 1 Mhz에서 공진 특성이 나타날 수 있다. With the above equation, it is preferable that the thickness of the piezoelectric element 120 is 1.6 to 1.8 mm. In consideration of the resonance characteristics, it is preferable that the width of the piezoelectric element 120 is 1.9 to 2.1 mm and the length is 1.8 to 2.2 mm. Referring to FIG. 4, a PMN-PT piezoelectric device having a thickness of 1.8 mm, a width of 2 mm, and a length of 2 mm may exhibit resonance characteristics at 1 Mhz.

전면정합체(110)는 압전소자를 보호하고 소자와 시험체 사이의 음향 임피던스 차이를 줄여 음파의 투과성을 최대로 하기 위해 적당한 두께로 소자의 형태에 맞게 가공되는 것이 바람직할 수 있다. 그리고, 변압기 내부에서 발생된 음향 방출 신호는 임의의 방향에서 전파되므로 여러 방향에서 음향 방출 신호를 검출할 수 있도록 적분구 형태로 제작되는 것이 바람직할 수 있다. 전면정합체(110) 재료는 다음의 수학식 2에 의해 선정될 수 있다.
It may be desirable that the front mats 110 are machined to the shape of the device to an appropriate thickness to maximize the permeability of the sound waves by protecting the piezoelectric elements and reducing the acoustic impedance difference between the element and the test body. Since the acoustic emission signal generated inside the transformer is propagated in an arbitrary direction, it may be desirable that the acoustic emission signal is formed in the form of an integral sphere so that the acoustic emission signal can be detected in various directions. The material of the front mating body 110 can be selected by the following equation (2).

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, Z1=압전 소자의 음향 임피던스, Z3=변압기에 사용되는 절연유의 음향 임피던스, Z2는 전면정합체에 사용되는 재료의 음향 임피던스
Where Z 1 = the acoustic impedance of the piezoelectric element, Z 3 = the acoustic impedance of the insulating oil used in the transformer, Z 2 is the acoustic impedance of the material used for the front mating body

앞서 표 1에서 본 바와 같이, PMN-PT 압전 소자의 음향 임피던스는 28.8 (106kg/m2s)일 수 있다.
As seen in Table 1 above, the acoustic impedance of the PMN-PT piezoelectric element can be 28.8 (10 6 kg / m 2 s).

변압기 절연유의 음향 임피던스 측정을 위해, 변압기 절연유로 일반적으로 사용되는 극동정유(1종 4호)의 음향 임피던스를 측정하였다. 극동정유(1종 4호) 절연유의 사양은 다음의 표 2와 같을 수 있다.
To measure the acoustic impedance of the transformer insulation oil, the acoustic impedance of a Far East essential oil (No. 1, No. 4), commonly used as transformer insulation oil, was measured. Far-end oil (No. 1, No. 4) Specifications of insulating oil may be as shown in Table 2 below.

비중, 15/4 CSpecific gravity, 15/4 C 0.8250.825 동점도 cs(f)m2/sKinematic viscosity cs (f) m2 / s 40 C40 C 8.5208.520 100 C100 C 2.4502.450 유동점 CPour Point C -40-40 인화점 C PMFlash point C PM 150150 증발량, %, 98 C, 5시간Evaporation rate,%, 98 C, 5 hours 0.170.17 반응reaction 중성neutrality 전산가, mg KOH/gComputers, mg KOH / g 0.010.01 부식성향Corrosiveness 비부식성Noncorrosive 신화안정도 120 C, 75시간Myth stability 120 C, 75 hours 슬럿지, wt%Sludge, wt% 0.090.09 전산가, mg KOH/gComputers, mg KOH / g 0.270.27 수분, ppmMoisture, ppm 1515 절연파괴전압, 25mm, kVBreakdown voltage, 25mm, kV 6060 유전정접, 80 C,%Dielectric loss tangent, 80 C,% 0.00170.0017

용기에 절연유를 채운 다음 금속 시편을 절연유 내에 위치시킨 다음 수침형 초음파 탐촉자를 이용하여 절연유 내에서 금속 시편 표면에서 반사되는 초음파 신호를 측정하여 절연유의 초음파 속도를 구하는 초음파 반사법을 적용하여, 절연유의 음향 임피던스를 측정하였다.By applying the ultrasonic wave reflection method of measuring the ultrasonic velocity of the insulating oil by measuring the ultrasonic signal reflected from the surface of the metal specimen in the insulating oil by using the ultrasonic transducer after the metal specimen is filled in the insulating oil after the container is filled with the insulating oil, Impedance was measured.

도 5를 참조하면, 절연유를 통과하여 금속 시험편 표면에서 반사되어 도달하는 첫 번째 및 두 번째 초음파 신호의 시간차(Δt)와 금속 시험편과 초음파 탐촉자 사이의 거리(D)의 관계로부터 절연유의 초음파 속도 vp를 구할 수 있다. 5, the relationship between the time difference ( Δt ) between the first and second ultrasonic signals reflected from the surface of the metal test piece passing through the insulating oil, and the distance (D) between the metal test piece and the ultrasonic probe, v p can be obtained.

각각의 서로 다른 초음파 탐촉자를 이용하여 측정된 절연유의 초음파 속도는 다음의 표 3과 같을 수 있다.
The ultrasonic velocity of the insulating oil measured using each of the different ultrasonic transducers can be as shown in Table 3 below.

2.25 Mhz 탐촉자2.25 Mhz probe 5 Mhz 탐촉자5 Mhz probe 10 Mhz 탐촉자10 Mhz transducer 거리
(mm)
Street
(mm)
시간
(Δt/2)
time
(? T / 2)
속도
(m/s)
speed
(m / s)
거리
(mm)
Street
(mm)
시간
(Δt/2)
time
(? T / 2)
속도
(m/s)
speed
(m / s)
거리
(mm)
Street
(mm)
시간
(Δt/2)
time
(? T / 2)
속도
(m/s)
speed
(m / s)
33 2.162.16 1388.891388.89 22 1.421.42 1408.451408.45 22 1.451.45 1379.311379.31 44 2.882.88 1388.891388.89 33 2.162.16 1388.891388.89 33 2.172.17 1382.491382.49 1111 7.987.98 1378.451378.45 1010 7.207.20 1388.891388.89 44 2.932.93 1373.311373.31 1212 8.708.70 1379.311379.31 1212 8.688.68 1382.491382.49 66 4.344.34 1382.881382.88

표 3에 기초한 절연유 초음파 속도의 평균값은 약 1390 m/s이고, 절연유의 비중은 약 0.8로서 밀도로 환산하면 800 kg/m3일 수 있다.The average value of the dielectric oil ultrasonic velocity based on Table 3 is about 1390 m / s and the specific gravity of the dielectric oil is about 0.8, which can be 800 kg / m 3 in terms of density.

따라서, 초음파 속도와 밀도의 곱인 음향 임피던스 즉, 절연유의 음향 임피던스는 1.112 MRayL일 수 있다.
Therefore, the acoustic impedance, i.e., the acoustic impedance of the insulating oil, which is the product of the ultrasonic velocity and the density, can be 1.112 MRayL.

PMN-PT 압전 소자의 음향 임피던스인 28.8 (106kg/m2s)와, 절연유의 음향 임피던스인 1.112 MRayL를 위 수학식 2에 대입하면, 전면정합체에 사용되는 재료의 음향 임피던스(Z2)는 약 5.57 MRayL일 수 있다. Substituting the acoustic impedance of the PMN-PT piezoelectric element, 28.8 (10 6 kg / m 2 s), and the acoustic impedance of the insulating oil, 1.112 MRayL, into the above equation 2 gives the acoustic impedance Z 2 ) May be about 5.57 MRayL.

따라서, 전면정합체(110)의 소재로 음향 임피던스가 5.4 내지 5.6 MRayL인 소재가 사용되는 것이 바람직하다. 전면정합체(110) 소재로 음향임피던스가 약 5 MRayL 근처인 Teflon, Plexiglas, Acryl, Backlite, PMMA (polymethyl methacrylate) 등이 사용될 수도 있다.
Therefore, it is preferable that a material having an acoustic impedance of 5.4 to 5.6 MRayL is used as the material of the front mast 110. Teflon, Plexiglas, Acryl, Backlite, PMMA (polymethyl methacrylate) and the like having an acoustic impedance of about 5 MRayL may be used as the front mating body 110.

후면정합체(130)는 압전 소자(120)의 진동을 제한할 수 있는 완충재 역할을 하여 센서의 대역폭을 조절할 수 있다. 따라서, 음향 방출 수신 특성을 분석하는 것에 의해, 적절한 후면정합체(130) 재료를 선정하는 것이 바람직할 수 있다.The rear mast 130 serves as a damping material capable of restricting the vibration of the piezoelectric element 120, thereby adjusting the bandwidth of the sensor. Thus, by analyzing the acoustic emission reception characteristics, it may be desirable to select the appropriate backing jersey 130 material.

음향 방출 수신 특성 분석을 위해, 도 6에서와 같은 KLM 모델을 사용하였다. KLM 모델에서 음향 방출 센서를 회로망 형태로 구성한 후 왕복 전달 함수로 표현하여 음향 방출 센서의 임펄스 응답을 얻을 수 있고, 이러한 시뮬레이션 과정을 통해 음향 방출 센서의 제작에 필요한 후면정합체(130)의 설계값에 따른 응답 신호의 예측이 가능할 수 있다. KLM 모델과 전송선로 이론을 이용하여 후면정합층의 조건들을 바꾸어 가면서 음향방출 센서의 응답신호를 분석할 수 있다. 따라서 음향방출 센서의 기본 구조를 바탕으로 도 7과 같은 음향 방출 센서에 대한 전송 선로 모델을 구성할 수 있다.
In order to analyze the acoustic emission reception characteristics, a KLM model as shown in FIG. 6 was used. It is possible to obtain the impulse response of the acoustic emission sensor by constructing the acoustic emission sensor in the form of a network in the KLM model and expressing it as a reciprocating transfer function. Through the simulation process, the design value of the rear mast 130 It is possible to predict the response signal in accordance with the received signal. The KLM model and transmission line theory can be used to analyze the response signal of the acoustic emission sensor while changing the conditions of the rear matching layer. Therefore, a transmission line model for the acoustic emission sensor as shown in FIG. 7 can be constructed based on the basic structure of the acoustic emission sensor.

등가회로에서 전체 전달행렬은 각 회로망에 대한 전달행렬들의 곱으로 다음의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
In the equivalent circuit, the overall transfer matrix can be expressed as the following equation (3) as a product of transfer matrices for each network.

Figure pat00004
Figure pat00004

각각의 전달 행렬을 정리하면, 다음의 표 4와 같을 수 있다.
Table 4 summarizes the respective transfer matrices.

Transfer matrixTransfer matrix MeaningMeaning FormulationFormulation RemarkRemark N1N1 electrical coupling transformer with n turnselectrical coupling transformer with n turns

Figure pat00005
Figure pat00005
n: ratio of input and output voltagen: ratio of input and output voltage N2N2 matrix with series inductance, Lmatrix with series inductance, L
Figure pat00006
Figure pat00006
ω: angular frequencyω: angular frequency
N3N3 matrix with capacitances, Co and C' matrix with capacitances, C o and C '
Figure pat00007
Figure pat00007
N4N4 transformer matrix변환기 매트릭스
Figure pat00008
Figure pat00008
Φ: transformer ratio Φ : transformer ratio
N5N5 matching matrix between backing and piezo-materialmatching matrix between backing and piezo-material
Figure pat00009
Figure pat00009
Zb: acoustic impedance of backingZ b : acoustic impedance of backing
N6N6 piezo-matrix connected to the matching layerpiezo-matrix connected to the matching layer
Figure pat00010
Figure pat00010
Zc: acoustic impedance of piezo-materialZ c : acoustic impedance of piezo-material
N7N7 front matching layer전칭 매칭 층
Figure pat00011
Figure pat00011
Zf: acoustic impedance of front matching layerZ f : acoustic impedance of front matching layer

표 4에서 정면정합측의 전달함수에 포함된 위상각 θ1은 다음의 수학식 4와 같이 표시될 수 있다.
In Table 4, the phase angle? 1 included in the transfer function at the front matching side can be expressed by the following Equation (4).

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, t1=전면정합체의 초음파 투과시간, ω=각주파수, v1=전면정합체의 초음파 속도
Here, t 1 = ultrasound transmission time of the front mast, ω = angular frequency, v 1 = ultrasonic velocity of the front mast

표 4에서 Co 압전 재료의 커패시턴스를 나타내며 C'은 다음의 수학식 5와 같을 수 있다.
In Table 4, C o represents the capacitance of the piezoelectric material, and C ' can be represented by the following equation (5).

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서,

Figure pat00014
는 압전 재료의 전기기계결합계수이며, sinc=sin(πx)/πx임
here,
Figure pat00014
Is the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric material, and sinc = sin (? X) /? X

그리고, 압전 재료의 권선비인 Φ는 다음의 수학식 6과 같을 수 있다.
The winding ratio? Of the piezoelectric material can be expressed by the following equation (6).

Figure pat00015
Figure pat00015

변압기 부분방전에서 전달되는 음향방출 신호의 수신특성을 나타내는 전달함수를 구하기 위하여 부분방전이 절연유를 통하여 전달되는 것을 가정하면 전달매질인 절연유를 나타내는 전달행렬은 다음의 수학식 7과 같이 표시될 수 있다.
Assuming that the partial discharge is transmitted through the insulating oil in order to obtain the transfer function representing the reception characteristic of the acoustic emission signal transmitted from the transformer partial discharge, the transfer matrix representing the insulating oil as the transfer medium can be expressed as Equation (7) .

Figure pat00016
Figure pat00016

여기서, Zm=절연유의 음향 임피던스, θ2=절연유에서의 위상각으로서 음파의 투과시간, 주파수, 전달매질의 음파속도를 이용하여 구할 수 있음
Here, Z m = acoustic impedance of insulating oil, θ 2 = phase angle in insulating oil, which can be obtained by using the sound wave transmission time, frequency, and sound wave velocity of the transmission medium

부분방전 음원, 전달매질(절연유), 음향방출 수신부를 모두 나타낼 수 있는 최종 전달행렬은 다음의 수학식 8과 같이 표시될 수 있다.
The final transfer matrix that can represent both the partial discharge sound source, the transfer medium (insulating oil), and the acoustic emission receiver can be expressed by the following Equation (8).

Figure pat00017
Figure pat00017

여기서, Ns=부분방전에 의해 발생되는 음향 발출 신호의 전달 행렬
Here, Ns = the transfer matrix of the acoustic output signal generated by the partial discharge

최종적으로 부분방전 음향방출 신호원에서 수신용 음향방출 센서로 전달되는 음향방출 신호의 전달함수는 다음의 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
Finally, the transfer function of the acoustic emission signal transmitted from the partial discharge acoustic emission signal source to the acoustic emission sensor for reception can be expressed as Equation (9).

Figure pat00018
Figure pat00018

여기서, Zi=전기 입력 임피던스, Z0=전기 출력 임피던스 nij=전달행렬 NTR의 요소
Where Z i = electrical input impedance, Z 0 = electrical output impedance n ij = element of the transfer matrix N TR

위 수학식 9를 적용하기 위해, 부분 방전 신호를 나타낼 수 있는 전달행렬이 필요하다. 부분 방전에 의해 발생되는 음향 방출 신호는 도 8에서와 같은 시간 응답을 가지고, 도 9에서와 같은 주파수 응답을 가질 수 있다. 도 9의 주파수 응답을 KLM 모델에 입력하고, 음향방출 센서의 설계조건과 절연유 특성 등을 이용하여 후면정합층의 음향임피던스를 변화시켜가면서 음향방출 센서의 수신신호 특성을 시뮬레이션 한 결과는, 도 10과 같을 수 있다. 시뮬레이션 프로그램은 Matlab 프로그램으로 작성된 것이다. To apply Equation (9), a transfer matrix capable of representing a partial discharge signal is required. The acoustic emission signal generated by the partial discharge has a time response as shown in FIG. 8 and may have a frequency response as shown in FIG. The results of simulation of the received signal characteristics of the acoustic emission sensor while inputting the frequency response of FIG. 9 to the KLM model and varying the acoustic impedance of the rear matching layer using design conditions of the acoustic emission sensor and dielectric oil characteristics, ≪ / RTI > The simulation program is written in Matlab program.

도 10으로부터, 후면재의 음향임피던스가 증가함에 따라 수신신호의 크기는 감소하고 주파수 대역폭은 증가함을 알 수 있다. It can be seen from FIG. 10 that as the acoustic impedance of the back material increases, the size of the received signal decreases and the frequency bandwidth increases.

이상의 후면정합층 시뮬레이션 결과를 볼 때, 음향방출 센서의 후면정합층의 음향임피던스는 약 5~8 MRayL 범위가 신호의 크기를 크게 감소시키지 않고 적절한 센서의 주파수 대역폭을 확보할 수 있음을 알 수 있다. It can be seen from the above simulation results that the acoustic impedance of the rear matching layer of the acoustic emission sensor can secure a suitable frequency bandwidth of the sensor without significantly reducing the signal size in the range of about 5 to 8 MRayL .

후면재는 에폭시와 평균 입자크기가 25 ㎛인 텅스텐 분말을 배합하여 제작될 수 있다. 에폭시와 텅스텐 분말의 배합비에 따른 음향 임피던스는 다음의 표 5와 같을 수 있다.
The backing material may be prepared by blending an epoxy and a tungsten powder having an average particle size of 25 mu m. The acoustic impedance according to the mixing ratio of epoxy and tungsten powder can be as shown in Table 5 below.

Ratio
(epoxy : powder)
Ratio
(epoxy: powder)
Density
(㎏/㎥)
Density
(Kg / m3)
Velocity
(㎧)
Velocity
(㎧)
Acoustic impedance (MRayl)Acoustic impedance (MRayl)
1 : 0
1 : 2
1 : 4
1 : 6
1: 0
1: 2
1: 4
1: 6
1150
1710
3570
5050
1150
1710
3570
5050
2836
2395
1704
1720
2836
2395
1704
1720
3.3
4.1
6.1
8.5
3.3
4.1
6.1
8.5

후면정합층의 음향임피던스가 약 5~8 MRayL 범위 내가 되기 위해, 에폭시와 텅스텐 분말의 배합비는 1: 4 ~ 6 인 것이 바람직할 수 있다.
In order for the acoustic impedance of the rear matching layer to be in the range of about 5 to 8 MRayL, the mixing ratio of epoxy and tungsten powder may preferably be 1: 4 to 6.

위와 같은 음향방출센서(100)는 변압기 상의 절연유 통로(2) 내측에 삽입되어 무지향성으로 부분 방전 발생 지점(P)에서 전파되는 음향 방출 신호(1)를 수신할 수 있다. 이때, 음향 방출 신호(1)는 전면정합층(110)에 의해 용이하게 압전 소자(120)로 수집될 수 있다. 그리고, 후면정합층(110)은 압전 소자(120)가 음향 방출 신호를 수신할 때, 압전 소자(120)의 뒷부분에서 압전 소자(120)의 진동을 제한하는 댐퍼(damper) 역할을 하여 분해능을 높이고 주파수 대역폭을 넓힐 수 있다.
The above acoustic emission sensor 100 can receive the acoustic emission signal 1 inserted into the insulating oil passage 2 on the transformer and propagated at the partial discharge generation point P omnidirectionally. At this time, the acoustic emission signal (1) can be easily collected by the piezoelectric element (120) by the front matching layer (110). The rear matching layer 110 acts as a damper for restricting the vibration of the piezoelectric element 120 at the rear portion of the piezoelectric element 120 when the piezoelectric element 120 receives the acoustic emission signal, And can broaden the frequency bandwidth.

도 11을 참조하면, 진단부(200)는 센싱 데이터 취득부(210), 이벤트 판단부(220), 부분 방전 진단부(230)를 포함할 수 있다. 센싱 데이터 취득부(210)는 신호선(300)을 통해 음향 방출 신호(1)에 대응한 전기적 신호를 압전 소자(120)로 부터 수신할 수 있다. 이때, 센싱 데이터 취득부(210)는 압전 소자(120)로부터 수신한 전기적 신호를 증폭하고, 기 설정된 샘플링 방식에 따라, 수신된 전기적 신호를 샘플링할 수 있다. 센싱 데이터 취득부(210)는 초당 기 설정된 주기로 그리고, 한 주기 당 기 설정된 횟수로 수신된 전기적 신호를 샘플링 할 수 있다. 예를 들어, 센싱 데이터 취득부(210)는 1 초당 60 주기, 한 주기당 64 번 샘플링을 하는 방식으로 초당 3840 번의 샘플링을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 11, the diagnosis unit 200 may include a sensing data acquisition unit 210, an event determination unit 220, and a partial discharge diagnosis unit 230. The sensing data acquisition unit 210 can receive an electrical signal corresponding to the acoustic emission signal 1 from the piezoelectric element 120 through the signal line 300. [ At this time, the sensing data acquisition unit 210 may amplify the electrical signal received from the piezoelectric element 120, and may sample the received electrical signal according to a predetermined sampling scheme. The sensing data acquisition unit 210 may sample the electrical signal received at a preset number of times per second and a predetermined number of times per one cycle. For example, the sensing data acquisition unit 210 can perform sampling of 3840 times per second by performing 60 sampling cycles per second and 64 sampling cycles per one second.

그리고, 이벤트 판단부(220)는 한 주기를 기 설정된 위상 구간 예를 들어, 8 개의 위상 구간으로 등분 한 후, 위상 구간 각각에 대하여, 샘플링된 전기적 신호 중 기준값(Cutoff)을 넘는 것이 적어도 하나 있는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 이벤트 판단부(220)는 샘플링된 전기적 신호 중 기준값(Cutoff)을 넘는 것이 적어도 하나 있는 위상 구간에 이벤트값으로 "1"을 부여할 수 있다. 이와 달리, 이벤트 판단부(220)는 샘플링된 전기적 신호 중 기준값(Cutoff)을 넘는 것이 없는 위상 구간에 이벤트값으로, "0"을 부여할 수 있다. 이와 같은 과정을 모든 주기에 대하여 수행할 수 있다. 이와 같은 과정을 통해, 도 12의 테이블과 같은 정보가 마련될 수 있다. 도 12는 센싱 데이터 취득부(210)가 초당 6 주기를 샘플링하고, 하나의 주기가 8 개의 위상 구간으로 등분된 경우에 대한 것이다. Then, the event determination unit 220 divides one period into a predetermined phase interval, for example, eight phase intervals, and then determines whether there is at least one of the sampled electric signals exceeding the reference value Cutoff Can be determined. The event determination unit 220 may assign "1 " as an event value to the phase interval in which at least one of the sampled electric signals exceeds the reference value (Cutoff). Alternatively, the event determination unit 220 may assign "0" as an event value to a phase interval that does not exceed the reference value (Cutoff) among the sampled electric signals. This process can be performed for all cycles. Through this process, the same information as the table of FIG. 12 can be prepared. FIG. 12 shows a case where the sensing data acquisition unit 210 samples six cycles per second and one period is divided into eight phase intervals.

위와 같이, 모든 주기에 대하여 이벤트값의 부여가 완료되면, 이벤트 판단부(220)는 이벤트 값에 대한 신뢰도 평가를 할 수 있다. As described above, when the application of the event value to all the cycles is completed, the event determination unit 220 can evaluate the reliability of the event value.

이벤트 판단부(220)는 위상 별로 이벤트값에 대한 신뢰도 평가를 수행할 수 있다. 이벤트 판단부(220)는 모든 주기에 대하여 이벤트값을 부여한 결과, 각각의 위상 구간에서의 이벤트값 "1"의 비율 및 "0"의 비율 중 적어도 하나를 연산할 수 있다. 그리고, 이벤트 판단부(220)는 위상 구간에서 이벤트값 "1"의 비율 또는 "0"의 비율이 기 설정된 기준 신뢰치를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 기준 신뢰치는 50 % 초과하는 임의의 수치일 수 있다. 그리고, 이벤트 판단부(220)는 적어도 하나의 위상 구간에서 이벤트값 "1"의 비율이 기 설정된 기준 신뢰치를 초과하고, 다른 적어도 하나의 위상 구간에서 이벤트값 "0"의 비율이 기 설정된 기준 신뢰치를 초과하는 경우, 부분 방전 이벤트가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 도 12의 경우, 위상 구간 135~180에서, 이벤트값 "1" 비율의 신뢰도가 기준 신뢰치인 80 %를 초과하고, 위상 구간 0~45, 45~90, 225~270, 270~315 및 315~360에서 이벤트값 "0" 비율의 신뢰도가 기준 신뢰치인 80 %를 초과하므로 이벤트 판단부(220)는 부분 방전 이벤트가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 같은 방식에 의해, 순간적인 피크 파형이 발생한 경우에만 부분 방전 이벤트가 발생한 것으로 판단하는 것에 의해, 노이즈와 부분 방전 간의 분해능이 매우 높아질 수 있다. 즉, 지속적인 기준값을 넘는 신호가 수신되는 경우 이를 감지하여 노이즈로 취급할 수 있다.The event determination unit 220 may perform a reliability evaluation on an event value for each phase. The event determination unit 220 can calculate at least one of the ratio of the event value "1 " and the ratio of" 0 "in each phase interval as a result of assigning the event value to all the periods. The event determination unit 220 may determine whether the ratio of the event value "1 " or the ratio of" 0 "in the phase interval exceeds a preset reference confidence value. Here, the reference confidence value may be any number greater than 50%. The event determination unit 220 determines that the ratio of the event value " 1 "exceeds the predetermined reference confidence value in at least one phase interval and the ratio of the event value" 0 " Value, it can be determined that the partial discharge event has occurred. 12, the reliability of the ratio of event value "1" exceeds 80%, which is the reference confidence value, and the phase interval is 0 to 45, 45 to 90, 225 to 270, 270 to 315, The event determination unit 220 can determine that the partial discharge event has occurred because the reliability of the event value "0 " at 360 exceeds the reference reliability value of 80%. In this way, by determining that a partial discharge event has occurred only when an instantaneous peak waveform has occurred, the resolution between the noise and the partial discharge can be very high. That is, when a signal exceeding a continuous reference value is received, it can be detected and treated as noise.

부분 방전 진단부(230)는 이벤트 판단부(220)에 의해 부분 방전이 발생한 것으로 판단되는 경우 부분 방전을 진단할 수 있다. 이때, 부분 방전 진단부(230)는 기 저장된 부분 방전 패턴과 음향방출센서(100)를 통해 취득된 신호와 비교하는 것에 의해 부분 방전 위험도 및 부분 방전 유형 등을 진단할 수 있다. 본 발명은 부분 방전 진단부(230)의 진단 방식을 제한하지 않는다. 즉, 부분 방전 진단부(230)는 취득된 신호를 사용하여 PRPD(Phase Resolved Patrial Discharge), PSA(Pulse Sequence Analsys), CAPD(Chaotic Analysis of Partial Discharge) 등 다양한 방식을 사용하여 부분 방전을 분석할 수 있다.
The partial discharge diagnosis unit 230 may diagnose a partial discharge when it is determined by the event determination unit 220 that a partial discharge has occurred. At this time, the partial discharge diagnosis unit 230 can diagnose the partial discharge risk level, the partial discharge type, and the like by comparing the stored partial discharge pattern with the signal obtained through the acoustic emission sensor 100. The present invention does not limit the diagnostic method of the partial discharge diagnosis unit 230. [ That is, the partial discharge diagnosis unit 230 analyzes the partial discharge using various methods such as phase resolved patrial discharge (PRPD), pulse sequence analsys (PSA), and chaotic analysis of partial discharge (CAPD) .

100:음향 방출 센서
110: 전면정합체
120: 압전소자
130: 후면정합체
200: 진단부
210: 센싱 데이터 취득부
220: 이벤트 판단부
230: 부분방전 진단부
300: 신호선
100: acoustic emission sensor
110: Front fitting
120: piezoelectric element
130: rear surface assembly
200:
210: Sensing data acquisition unit
220: Event determination unit
230: partial discharge diagnosis unit
300: Signal line

Claims (6)

압전신물질을 적용한 음향방출센서 기반 변압기 안전 진단 시스템에 있어서,
음향방출센서로부터 전기적 신호를 수신하고, 이를 기 설정된 방식에 따라 샘플링하는 것에 의해 샘플링 데이터를 생성하는 센싱 데이터 취득부; 및
상기 샘플링 데이터의 신뢰도 평가를 수행하여 부분 방전 이벤트 발생 여부를 판단하는 이벤트 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 안전 진단 시스템.
An acoustic emission sensor-based transformer safety diagnosis system using a piezoelectric material,
A sensing data acquisition unit for receiving the electrical signal from the acoustic emission sensor and sampling it according to a predetermined method to generate sampling data; And
And an event determiner for determining whether a partial discharge event is generated by performing reliability evaluation of the sampling data.
제 1 항에 있어서,
상기 음향방출센서는,
전면정합체, 상기 전면정합체에 내삽되는 후면정합체, 상기 전면정합체와 후면정합체 사이에 위치한 압전소자를 포함하고,
상기 압전소자는 PMN-PT 압전 단결정 소자인 것을 특징으로 하는 변압기 안전 진단 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the acoustic emission sensor comprises:
A front mating body, a rear mating body to be inserted into the front mating body, and a piezoelectric element placed between the front mating body and the rear mating body,
Wherein the piezoelectric element is a PMN-PT piezoelectric single crystal device.
제 2 항에 있어서,
상기 압전소자는,
1 Mhz에서 공진 특성을 가지며,
상기 압전소자는 두께는 1.6 내지 1.8 mm, 폭은 1.9 내지 2.1 mm, 길이는 1.8 내지 2.2 mm인 것을 특징으로 하는 변압기 안전 진단 시스템.
3. The method of claim 2,
The piezoelectric element includes:
1 MHz, resonance characteristics,
Wherein the piezoelectric element has a thickness of 1.6 to 1.8 mm, a width of 1.9 to 2.1 mm and a length of 1.8 to 2.2 mm.
제 3 항에 있어서,
상기 전면정합체의 음향임피던스는,
수학식
Figure pat00019

(여기서, Z1=압전 소자의 음향 임피던스, Z3=변압기에 사용되는 절연유의 음향 임피던스, Z2는 전면정합체에 사용되는 재료의 음향 임피던스임)
에 의해 결정되고,
상기 전면정합체는,
음향임피던스가 5.4 내지 5.6 MRayL인 것을 특징으로 하는 변압기 안전 진단 시스템.
The method of claim 3,
The acoustic impedance of the front mating body may be,
Equation
Figure pat00019

(Where Z 1 = acoustic impedance of the piezoelectric element, Z 3 = acoustic impedance of the insulating oil used in the transformer, and Z 2 is the acoustic impedance of the material used for the front mating body)
Lt; / RTI >
Wherein the front mating body comprises:
Wherein the acoustic impedance is 5.4 to 5.6 MRayL.
제 4 항에 있어서,
상기 후면정합체의 음향임피던스는 5 내지 8 MRayL이고,
상기 후면정합체는 에폭시와 텅스텐 분말을 포함하며,
상기 에폭시와 텅스텐 분말의 배합비는,
1:4 내지 6인 것을 특징으로 하는 변압기 안전 진단 시스템.
5. The method of claim 4,
The acoustic impedance of the rear mast is 5 to 8 MRayL,
Wherein the rear mating body comprises an epoxy and tungsten powder,
The mixing ratio of the epoxy and the tungsten powder,
1 < / RTI >:< RTI ID = 0.0 > 4-6. ≪ / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 센싱 데이터 취득부는,
1 초당 기 설정된 주기 및 상기 기설정된 주기 동안 기 설정된 횟수로 샘플링 데이터를 생성하고,
상기 이벤트 판단부는,
상기 기 설정된 주기를 적어도 하나의 위상 구간으로 등분하고, 상기 등분된 위상 구간 별로 이벤트값을 부여하며-상기 등분된 위상 구간에서 적어도 하나의 샘플링 데이터가 기준값을 초과하는 위상 구간에 이벤트값으로 1을 부여하고, 상기 등분된 위상 구간에서 모든 샘플링 데이터가 기준값 이하인 위상 구간에 이벤트값으로 0을 부여함-,
위상 구간에서 이벤트값 1의 비율 및 0의 비율 중 적어도 하나를 산출하고 그 산출된 1의 비율 및 0의 비율 중 적어도 하나가 기 설정된 기준 신뢰치를 초과하는지 여부를 판단하는 것에 의해 상기 위상 구간 별 이벤트값의 신뢰도를 평가하고,
상기 이벤트값의 신뢰도 평가 결과, 이벤트값 1의 비율이 상기 기준 신뢰치를 초과하는 위상 구간이 적어도 하나 존재하고, 이벤트값 0의 비율이 상기 기준 신뢰치를 초과하는 위상 구간이 적어도 하나 존재하는 경우, 부분 방전 이벤트가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 변압기 안전 진단 시스템.

The method according to claim 1,
The sensing data acquisition unit
Generating sampling data at a predetermined number of times per second and a predetermined number of times during the predetermined period,
The event determination unit may determine,
The method of claim 1, further comprising the steps of: dividing the predetermined period into at least one phase interval and providing an event value for each of the divided phase intervals, wherein, in the phase interval in which at least one sampling data exceeds the reference value in the divided phase interval, And assigns 0 as an event value to the phase section in which all the sampling data is equal to or less than the reference value in the divided phase section,
By calculating at least one of a ratio of the event value 1 and a ratio of 0 in the phase section and determining whether at least one of the calculated ratio of 1 and the ratio of 0 exceeds the predetermined reference confidence value, Evaluating the reliability of the values,
As a result of the reliability evaluation of the event value, if there is at least one phase interval in which the ratio of the event value 1 exceeds the reference reliability value and at least one phase interval in which the ratio of the event value 0 exceeds the reference reliability value, Discharge event has occurred in the transformer safety diagnosis system.

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