KR20180058555A - 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치는 제1 및 제2 신호들 간의 상관 연산을 통해 노이즈를 제거한 부분방전 상관신호를 생성하는 부분방전 상관 신호 생성부 및 상기 부분방전 상관신호에 있는 적어도 하나의 피크 신호를 검출하여 펄스폭을 나타내는 제1 축, 펄스크기를 나타내는 제2 축 및 주기를 나타내는 제3 축으로 3차원 분석하여 상기 적어도 하나의 피크 신호를 분석하는 3차원 신호 분석부를 포함한다.

Description

3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치 및 방법 {PARTIAL DISCHARGE DIAGNOSE APPARATUS AND METHOD BASED ON TIME-PULSE RELATION ANALYSYS}
본 발명은 부분방전 센싱 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 부분방전에 관한 센싱 신호에 포함된 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
부분방전(Partial Discharge) 센싱 기술은 전력 설비 및 전기자동차 분야에서 전기장비의 예방 진단을 위해 사용된다. 일반적으로 부분방전 센싱 기술은 전기장비 내부에서 발생하는 전자기파, 초음파, 빛 또는 진동을 검출하여 부분방전의 발생 여부를 사전에 예방 진단하는 비파괴 진단 기술에 해당한다. 이중에서도 전자기파를 검출하는 부분방전 센싱 기술은 상대적으로 검출의 용이성 및 결과의 신뢰성 등에 따라 주로 사용되는 형태에 해당하고, 외부에서 안테나 센서를 이용하는 전자파 검출 방식을 이용하여 부분방전 여부를 검출한다.
종래의 부분방전 센싱 장치는 전자기파를 검출하는 과정에서 다량의 노이즈들을 포함하게 되고, 부분방전으로 인해 발생하는 고주파와 통신 노이즈 성분들을 정밀하게 구분하기 어려워 부분방전에 관한 진단의 신뢰성이 현저하게 떨어지는 단점이 있다.
한국 등록특허 제10-0451254(2004.10.08)호는 전력케이블의 부분방전 측정 시스템에 관한 것으로서, 절연접속함에서 전력케이블의 쉴드접지에 설치되어 고주파의 부분방전 신호를 감지하는 감지센서와, 전력케이블로부터 입력되는 서지 등을 차단하고 감지센서에서 입력된 부분방전 신호를 전달하는 절연트랜스와, 절연트랜스를 매개하여 전달된 부분방전 신호를 증폭하는 광대역 증폭기와, 광대역 증폭기를 통해 입력된 부분방전 신호를 분석하는 부분방전 분석장치로 이루어진 전력케이블의 부분방전 측정 시스템에 있어서, 기중종단 접속부에서 방출되는 코로나 방전신호를 차단하기 위해 상기 전력케이블을 감싸는 제 1페라이트 코어와, 상기 전력케이블의 서로 다른 위상들간에 전이되는 방전신호를 차단하기 위해 서로 연결된 크로스본딩선을 감싸는 제 2페라이트 코어를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
한국 등록특허 제10-0986671(2010.10.04)호는 변전소의 가스절연개폐 장치에 케이블 접속을 위해 설치된 케이블 접속재를 실시간 감시하도록 한 케이블 접속재 부분방전 감시시스템에 관한 것으로, 옥내변전소에 설치된 가스절연개폐장치(GIS)와 배전케이블을 연결하기 위한 케이블 접속재의 외주연에 설치되어 정전용량의 변화값을 감지하기 위한 부분방전 감지센서가 포함된 감지부, 상기 부분방전 감지센서로부터 전송된 각 케이블 접속재의 정전용량값을 인가받아 부분방전값으로 환산하고, 기설정된 이상 부분방전값과 비교함으로써 케이블 접속재의 내부 고장을 판단하거나, 고장을 예상할 수 있도록 한 부분방전 측정장치, 및 원격지에 설치되며, 데이터 통신망을 매개하여 부분방전 측정장치로부터 부분방전값을 제공받아 실시간으로 모니터링을 수행하며, 기설정값 이상의 부분방전값이 인가된 경우라면 경고를 발생시키고, 모선의 전단에 설치된 차단기를 개폐 제어하기 위한 관리자 단말기를 포함한다.
1. 한국 등록특허 제10-0451254(2004.10.08)호 2. 한국 등록특허 제10-0986671(2010.10.04)호
본 발명의 일 실시예는 부분방전에 관한 센싱 신호에 포함된 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 부분방전 상관신호에 있는 피크 신호들을 3 개의 축들을 통해 펄스폭, 펄스크기 및 반복시간 또는 위상으로 분석하여 부분방전에 관한 판정의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
실시 예들 중에서, 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치는 제1 및 제2 신호들 간의 상관 연산을 통해 노이즈를 제거한 부분방전 상관신호를 생성하는 부분방전 상관 신호 생성부 및 상기 부분방전 상관신호에 있는 적어도 하나의 피크 신호를 검출하여 펄스폭을 나타내는 제1 축, 펄스크기를 나타내는 제2 축 및 주기를 나타내는 제3 축으로 3차원 분석하여 상기 적어도 하나의 피크 신호를 분석하는 3차원 신호 분석부를 포함한다.
상기 3차원 신호 분석부는 상기 분석된 제1 축의 펄스폭이 제1 기준에 해당하면 상기 부분방전으로 판정하고 제2 기준에 해당하면 상기 코로나로 판정하며 제3 기준에 해당하면 상기 노이즈로 판정할 수 있다.
상기 3차원 신호 분석부는 상기 적어도 하나의 피크 신호의 군집도와 4대 부분방전 원형 데이터의 상관 관계를 분석하여 4대 유형을 판정할 수 있다.
상기 3차원 신호 분석부는 상기 적어도 하나의 피크 신호가 상기 노이즈로 판정되면 네트워크를 통해 연결된 모니터링 서버의 제어 또는 자체적인 제어에 의해 상기 부분방전 상관신호와 상기 노이즈로 판정된 피크 신호를 연산하여 부분방전 노이즈 개선 신호를 생성하도록 원격 피드백할 수 있다.
상기 3차원 신호 분석부는 특정 반복 시간 구간 또는 위상 구간 동안 생성된 상기 부분방전 노이즈 개선 신호를 상기 모니터링 서버로 송신하는 모니터링 통신 모듈을 포함할 수 있다.
상기 모니터링 통신 모듈은 경보 과정에서 발생될 수 있는 데이터 병목현상을 줄이고 평상시 데이터 효율을 높이기 위하여 상기 모니터링 서버의 제어를 기초로 부분방전 발생 경보 등급에 따른 경보 신호를 상기 모니터링 서버에 송신하거나 수신할 수 있다.
상기 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치는 진단 대상의 방향에서 발생된 상기 제1 신호와 상기 진단 대상의 반대 방향에서 발생된 상기 제2 신호를 각각 수신하는 양방향 지향성 안테나를 더 포함하고, 상기 양방향 지향성 안테나는 상호 비례적 또는 동일한 응답 특성을 가지고 전면부 및 후면부로 구성되며 각각의 수신부는 서로 반대방향으로 지향하여 배치될 수 있다.
상기 부분방전 상관 신호 생성부는 상기 양방향 지향성 안테나의 출력응답을 각각 증폭하는 적어도 하나의 증폭모듈 및 상기 증폭모듈의 출력을 수신하여 연산하는 연산모듈을 포함하는 공통신호 노이즈 제거단을 포함할 수 있다.
상기 증폭모듈은 상기 제1 신호에 관해 증폭하고 상기 제2 신호에 관해 감쇄하여 상기 제1 및 제2 신호들 각각에 포함된 특정 노이즈 신호의 진폭을 상호 맞추는 것을 특징으로 하고, 상기 연산모듈은 상기 증폭모듈의 출력 신호를 감산 상쇄 연산(Difference Amplify)하여 노이즈가 제거된 상기 부분방전 상관신호를 생성할 수 있다.
상기 부분방전 상관 신호 생성부는 상기 제1 및 제2 신호들 간의 반응시간차를 상호 비교하여 상기 제1 및 제2 신호들 각각에 포함된 노이즈와 부분방전 신호를 구분해 상기 노이즈를 제거하는 반응시간차 노이즈 제거단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치 및 방법은 부분방전에 관한 센싱 신호에 포함된 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치 및 방법은 부분방전 상관신호에 있는 피크 신호들을 3 개의 축들을 통해 펄스폭, 펄스크기 및 반복시간 또는 위상으로 분석하여 부분방전에 관한 판정의 신뢰성을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 센싱 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 부분방전 진단 장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에 있는 부분방전 진단 장치의 양방향 지향성 안테나 및 부분방전 상관 신호 생성부에 관한 블록다이어그램의 일 실시예를 나타낸다.
도 4는 도 3에 있는 제1 및 제2 지향성 안테나의 출력 신호를 각각 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에 있는 증폭모듈 및 연산모듈이 부분방전 신호에 관한 신호 대 잡음비를 개선시키는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2에 있는 3차원 신호 분석부(240)가 3차원 분석을 통해 노이즈를 감소시키고 부분방전을 보다 용이하고 정확하게 분석하는 3차원 분석 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1에 있는 부분방전 진단 장치가 전기장비의 부분방전에 관해 진단하는 과정의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 1에 있는 부분방전 진단 장치가 전기장비의 부분방전에 관해 진단하는 과정의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 1에 있는 부분방전 진단 장치가 전기장비의 부분방전에 관해 진단하는 과정에서 측정될 수 있는 부분방전에 관한 신호 파형들을 전압-시간 관점에서 나타낸 도면이다.
도 10은 도 1에 있는 부분방전 진단 장치의 제작 예시를 나타내는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 센싱 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 부분방전 센싱 시스템(100)은 모니터링 서버(110), 전기장비(120) 및 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치(130)를 포함할 수 있다.
모니터링 서버(110)는 적어도 하나의 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치(130)와 네트워크를 통해 인터렉티브하게 비대칭 양방향 송수신으로 연결될 수 있다. 모니터링 서버(110)는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치(130)로부터 수신된 정보들을 모니터링하고 분석하고 제어할 수 있는 컴퓨팅 장치에 해당한다. 예를 들어, 모니터링 서버(110)는 데스크톱, 노트북, 태블릿 PC 또는 스마트폰으로 구현될 수 있다.
전기장비(120)는 전동, 발전, 전기 변환, 전기 공급 및 전기 제어 중에서 적어도 하나를 수행하는 전력설비 장치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 전기장비(120)는 가스절연개폐기(Gas Insulated Switchgear)에 해당할 수 있다. 도 1에서, 전기장비(120)는 가스절연개폐기의 형태로 도시되었으나, 본 발명의 실시예에 따라 전기장비(120)는 전기자동차 상의 배터리, 인버터, 파워 모터, 전기자동차용 충전기, 변압기 또는 케이블에 해당할 수도 있다.
3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치(이하, 부분방전 진단 장치)(130)는 전기장비(120) 상에 적어도 하나 이상 결합되어 전기장비(120) 내부의 전기 흐름 과정에서 절연체의 결함으로 인하여 전기적으로 발생된 전자기파를 검출하고 부분방전에 관해 진단할 수 있는 장치에 해당한다. 일 실시예에서, 부분방전 진단 장치(130)는 가스절연개폐기에 해당하는 전기장비(120) 상에(예를 들어, 가스절연개폐기의 내부와 외부 간의 절연체로 기능하는 에폭시부(epoxy unit)(126))에 결합되어 가스절연개폐기의 내부 전극인 복수의 도체부(122)들 사이에 존재하는 가스 절연물질(124)(예를 들어, SF6)에서 발생하는 전자기파를 검출할 수 있고, 검출한 전자기파들 간의 상관 연산을 통해 노이즈를 제거한 다음 펄스폭-펄스크기-주기로 3차원 분석하여 부분방전에 관해 신뢰성 높은 판정을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 부분방전 진단 장치(130)는 3차원 분석 기반으로 생성한 부분방전 노이즈 개선 신호를 무선 네트워크(예를 들어, Wi-Fi)를 통해 모니터링 서버(110)에 전송할 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 부분방전 진단 장치를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 부분방전 진단 장치(130)는 양방향 지향성 안테나(210), 부분방전 상관 신호 생성부(220), 제어부(230) 및 3차원 신호 분석부(240)를 포함할 수 있고, 이들은 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
양방향 지향성 안테나(210)는 진단 대상의 방향에서 발생된 제1 신호와 진단 대상의 반대 방향에서 발생된 제2 신호를 각각 수신한다. 일 실시예에서, 양방향 지향성 안테나(210)는 진단 대상인 전기장비(120)의 내측 방향에서 발생된 제1 신호를 수신하는 제1 지향성 안테나(210a)와 외측 방향에서 발생된 제2 부분 방전 신호를 수신하는 제2 지향성 안테나(210b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 지향성 안테나(210)는 전 방향에 걸쳐 상호 동일한 특성의 마이크로스트립 안테나, 패치 안테나, 에어갭 안테나 또는 D-Dot 안테나 일 수 있고, 상호 비동일한 특성의 안테나일 수도 있다.
양방향 지향성 안테나(210)는 상호 비례적 또는 동일한 응답 특성을 가지고 전면부 및 후면부로 구성되며 각각의 수신부는 서로 반대방향으로 지향하여 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 및 제2 지향성 안테나(210)는 상호간 간섭을 주지 않게끔 동일 함체 내의 격벽 등의 기구물을 이용하여 최대한 근접하여 설치하고, 지향 방향은 동일 축선 상의 평행선에 위치하되 지향방향을 상호 반대로 하여, 각 전자기파 수신의 오차는 최소화하되, 방향의 차이에 따른 출력응답 신뢰도는 극대화하도록 배치될 수 있다.
부분방전 상관 신호 생성부(220)는 제1 및 제2 신호들 간의 상관 연산을 통해 노이즈를 제거한 부분방전 상관신호를 생성한다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 신호들 각각은 제1 및 제2 지향성 안테나(210) 각각을 거친 출력응답에 해당한다. 이러한 내용은 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 도 1에 있는 부분방전 진단 장치의 양방향 지향성 안테나(210) 및 부분방전 상관 신호 생성부(220)에 관한 블록다이어그램의 일 실시예를 나타낸다.
부분방전 상관 신호 생성부(220)는 양방향 지향성 안테나(210)의 출력응답을 각각 증폭하는 적어도 하나의 증폭모듈(310) 및 증폭모듈(310)의 출력을 수신하여 연산하는 연산모듈(320)을 포함하는 공통신호 노이즈 제거단(300)을 포함할 수 있고, 반응시간차 노이즈 제거단(미도시됨), 회로보호단(미도시됨) 및 필터(미도시됨) 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 공통신호 노이즈 제거단(300)과 반응시간차 노이즈 제거단 각각은 네트워크를 통해 연결된 모니터링 서버(미도시됨)에 의한 원격 제어에 의해서 구동될 수 있고, 제어부(230)의 디지털 프로세서에 의하여 자체적으로 구동될 수도 있다.
보다 구체적으로, 부분방전 상관 신호 생성부(220)의 공통신호 노이즈 제거단(300)은 제1 및 제2 증폭모듈(310), 연산모듈(320), 제1 및 제2 설정값 제공모듈(330) 및 단자(340)를 포함할 수 있다.
제1 지향성 안테나(210a)의 출력응답은 제1 증폭모듈(310a)을 거쳐 연산모듈(320)의 일단에 입력되고, 제2 지향성 안테나(210b) 출력응답은 제2 증폭모듈(310b)을 거쳐 연산모듈(320)의 다른 일단에 입력될 수 있다.
제1 증폭모듈(310a)은 제1 지향성 안테나(210a)의 출력응답을 증폭하고, 제2 증폭모듈(310b)은 제2 지향성 안테나(210b)의 출력응답을 증폭할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 증폭모듈(310) 각각은 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier)(311), 로그증폭기 또는 엔벨로프 검출기(312) 및 가변증폭기(313)를 포함하여 구성될 수 있다.
저잡음증폭기(311)는 각각의 입력단과 연결된 양방향 지향성 안테나(210)의 출력응답을 저잡음으로 증폭하여 신호 대 잡음비를 개선시키는 저잡음 증폭기에 해당한다. 저잡음증폭기(311) 각각의 출력응답은 로그증폭기 또는 엔벨로프 검출기(312) 각각의 일단에 입력될 수 있다.
로그증폭기 또는 엔벨로프 검출기(312)는 로그증폭기인 경우 저잡음증폭기(311)의 출력응답에 관하여 출입력의 전압비가 로그 특성을 나타내도록 연산하는 RF Detector에 해당하고, 엔벨로프 검출기인 경우 입력된 RF 신호의 꼭지점을 트래이싱하여 포락선을 그리는 전?陋だ? 신호를 검출할 수 있다. 로그증폭기 또는 엔벨로프 검출기(312)의 출력응답은 가변증폭기(313)의 일단에 입력될 수 있다.
가변증폭기(313)는 로그증폭기 또는 엔벨로프 검출기(312)의 출력응답에 관하여 입출력 신호의 게인(gain)에 대해 가변 가능한 증폭기에 해당한다. 일 실시예에서, 가변증폭기(313)는 외부 설정값에 따라 0dB 무증폭을 포함한 0dB 이하의 가변 감쇄기로 작용하거나, 또는 0dB 이상의 가변 증폭기로 작용할 수 있다. 가변증폭기(313) 각각의 출력응답은 연산모듈(320)의 일단에 입력될 수 있다.
증폭모듈(310)은 제1 신호에 관해 증폭하고 제2 신호에 관해 감쇄할 수 있고, 연산모듈(320)은 증폭모듈(310)의 출력 신호를 감산 상쇄 연산(Difference Amplify)하여 신호 대 잡음 비를 개선한 부분방전 상관신호를 생성할 수 있다. 이러한 내용은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 도 3에 있는 제1 및 제2 지향성 안테나(210)의 출력 신호를 각각 나타내는 도면이고, 도 5는 도 3에 있는 증폭모듈(310) 및 연산모듈(320)이 부분방전 신호에 관한 신호 대 잡음비를 개선시키는 과정을 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로, 도 4(a)는 제1 지향성 안테나(210a)의 출력 신호를, 도 4(b)는 제2 지향성 안테나(210b)의 출력 신호를 시간-전압 도메인으로 나타낸 도면이다. 제1 및 제2 지향성 안테나(210) 각각은 부분방전 신호, 내부 또는 외부로부터 유입되는 코로나 신호 및 LTE(Long Term Evolution)와 같은 통신 노이즈를 포함할 수 있다. 내측 방향의 전자기파를 검출하는 제1 지향성 안테나(210a)의 출력 신호(도 4(a))는 외측 방향의 전자기파를 검출하는 제2 지향성 안테나(210b)의 출력 신호(도 4(b)) 대비 보다 많은 부분방전 신호와 더 적은 코로나 신호를 포함할 수 있다.
상기와 같은 상황에서, 제1 증폭모듈(310a)는 제1 지향성 안테나의 출력 신호(도 4(a))를 제1 게인(dB)으로 증폭시키어 도 5(a)처럼 증폭된 신호를 생성할 수 있고, 제2 증폭모듈(310b)는 제2 지향성 안테나의 출력 신호(도 4(b))를 제2 게인(dB)으로 감쇄시키어 도 5(b)처럼 감쇄된 신호를 생성할 수 있다. 여기에서, 제1 및 제2 게인은 내부 및 외부 유입의 코로나 신호를 각각 유사한 크기로 증폭 또는 감쇄시킬 수 있는 타겟 값으로 설정될 수 있다. 이렇게 제1 증폭모듈(310a)에 의해 증폭된 신호(도 5(a)) 및 제2 증폭모듈(310b)에 의해 감쇄된 신호(도 5(b))는 이후의 단계에서 각각 연산모듈(320)의 일단에 입력된다.
연산모듈(320)는 입력된 두 신호(도 5(a), 도 5(b))에 대한 감산 상쇄 연산을 통해 차이 값을 산출하여 코로나 신호(520) 및 통신 노이즈(530)를 감쇄시키고 부분방전 신호(510)를 증폭시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 연산모듈(320)는 제1 증폭모듈(310a)에 의해 증폭된 신호(도 5(a)) 및 제2 증폭모듈(310b)에 의해 감쇄된 신호(도 5(b))에 대해 감산 상쇄 연산하여 부분방전 신호의 크기를 극대화시키고 그 밖의 신호 대 잡음비를 개선시킨 출력 신호(도 5(c))를 부분방전 상관신호로서 획득할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 증폭모듈(310)에 의해 각각 증폭 또는 감쇄된 부분방전 신호(510a, b), 내부 및 외부로부터 유입되는 코로나 신호(520a, b) 및 통신 노이즈(530a, b)는 도 5(a) 또는 도 5(b)와 같이 형성될 수 있고, 연산모듈(320)에 의해 감산 상쇄 연산된 부분방전 신호(510c), 코로나 신호(520c) 및 통신 노이즈(530c)는 도 5(c)와 같이 형성될 수 있다.
연산모듈(320)는 연산 과정에 있어서 Difference Amplifier, Substractor, Differential Amplifer 및 Operational Amplifier 중에서 적어도 하나의 능동소자로 구현되거나 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함한 디지털 변환 이후 디지털 시그널 프로세싱에 의해서 구현될 수도 있다. 일 실시예에서, 연산모듈(320)는 연산의 목적을 달성하기 위하여 직결소자, 수동소자, 아날로그 능동소자 및 디지털 능동소자 중에서 하나의 요소이거나, 두 요소 이상의 결합으로 구성되거나, 또는, 두 단계 이상의 다단계의 요소들로 구성될 수 있다. 연산모듈(320)는 최종적으로 획득한 출력 신호를 제3 단자(340c)를 통하여 반응시간차 노이즈 제거단, 제어부(230) 또는 3차원 신호 분석부(240)로 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 증폭모듈(310a)의 세팅치는 제1 설정값 제공모듈(330a)로부터 제공 받을 수 있고, 이러한 설정값은 외부로부터 원격으로 제1 단자(340a)를 통하여 수신받거나 수동 세팅될 수 있다. 또한, 제2 증폭모듈(310b)의 세팅치도 마찬가지로 제2 설정값 제공모듈(330b)로부터 제공 받을 수 있고, 그 설정값은 외부로부터 원격으로 제2 단자(340b)을 통하여 제어받거나 임의의 수동 세팅될 수 있다.
반응시간차 노이즈 제거단은 부분방전 펄스가 일반 노이즈 신호에 비해서 매우 빠른 상승시간과 하강시간을 가짐과 동시에 매우 짧은 신호폭을 가졌다는 점을 이용하여 서로 다른 반응시간차를 가진 전자회로들의 출력을 상호 비교하여 노이즈와 부분방전 신호를 구분하는 기술을 이용한다. 일 실시예에서, 반응시간차 노이즈 제거단은 RF Detector의 주변 소자 중 반응시간과 관련된 캐패시터의 값을 변화킴으로써 가변형 반응시간차 노이즈 제거회로를 구현할 수 있고, 각각 다른 반응시간의 회로를 거쳐 출력된 신호들의 반응시간을 원격 또는 수동으로 조절하면서 연산함으로써, 비교적 느린 상승시간과 하강시간 및 비교적 큰 펄스폭을 가진 노이즈를 더 제거할 수 있어 신호 대 잡음 비를 개선한 상기 부분방전 상관신호를 생성할 수 있다.
반응시간차 노이즈 제거단은 제1 및 제2 신호들 간의 반응시간차를 상호 비교하거나 또는 공통신호 노이즈 제거단(300)에 의해 생성된 부분방전 상관신호들의 반응시간차를 상호 비교하여 각각에 포함된 노이즈와 부분방전 신호를 구분해 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들어, 반응시간차 노이즈 제거단은 입력된 제1 및 제2 신호가 RF(Radio Frequency)증폭기 및 로그증폭기 또는 엔벨로프 검출기를 거쳐 출력된 출력 응답 각각을 고속 동작의 증폭기 또는 저속 동작의 증폭기에 입력되도록 하여, 고속 및 저속 동작의 증폭기 각각을 통해 출력된 출력 신호들을 감산 연산하는 반응시간차 노이즈 제거 방식을 이용해 노이즈를 보다 감소시킬 수 있다. 상기 고속 동작의 증폭기 또는 저속 동작의 증폭기는 일 실시예로 외부 제어에 의한 가변형일 수 있으며, 반응시간차 노이즈 제거단은 상기의 반응 속도 차 노이즈 제거 방식을 적용하여 노이즈를 보다 감소시킨 부분방전 상관신호를 제어부(230) 또는 3차원 신호 분석부(240)로 전달할 수 있다.
회로보호단은 외부에서 인가될 수 있는 서지 등으로부터 회로를 보호할 수 있다. 필터는 회로의 동작 주파수 범위에 따라 주파수를 제한하거나 어느 특정 주파수를 제한할 수 있다.
제어부(230)는 부분방전 진단 장치(130)의 동작 전반을 제어할 수 있고, 양방향 지향성 안테나(210), 부분방전 상관 신호 생성부(220) 및 3차원 신호 분석부(240)와 연결되어 상호 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(230)는 부분방전 진단 장치(130)의 디지털 프로세서로 구현될 수 있다.
부분방전 상관 신호 생성부(230)에 의해 노이즈의 일부가 제거된 부분방전 상관신호가 생성될 수 있으나, 이렇게 생성된 부분방전 상관신호에도 여전히 다량의 노이즈들이 포함되어 있는 경우가 대부분이다. 일 실시예에서, 3차원 신호 분석부(240)는 이러한 부분방전 상관신호에 대한 3차원 분석을 통해 노이즈 특성을 보다 개선할 수 있다. 이러한 내용은 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 도 2에 있는 3차원 신호 분석부(240)가 3차원 분석을 통해 노이즈를 감소시키고 부분방전을 보다 용이하고 정확하게 분석하는 3차원 분석 과정을 나타내는 도면이다.
3차원 신호 분석부(240)는 부분방전 상관신호에 있는 적어도 하나의 피크 신호를 검출하여 펄스폭(W)을 나타내는 제1 축, 펄스크기(Q)를 나타내는 제2 축 및 주기(예를 들어, 위상(Ø) 또는 반복시간(T))를 나타내는 제3 축으로 3차원 분석하여 상기 적어도 하나의 피크 신호를 분석할 수 있다. 일 실시예에서, 3차원 신호 분석부(240)는 특정 시간 구간 동안 부분방전 상관신호에 포함되는 모든 또는 샘플링 된 피크 신호들 각각을 전기장비(120) 상의 교류 전원의 신호 파형 1주기에 해당하는 주기의 도메인 및 피크 신호 각각에 대한 펄스폭과 펄스크기의 도메인의 관점에서 분석할 수 있고, 이에 따라 피크 신호들 각각의 특성을 3차원적으로 분석할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 축의 펄스폭은 피크 신호 각각에 대한 상승 시간(rising time)과 하강 시간(falling time)에서 진폭이 1/2이 되는 시각의 간격을 측정하고, 제2 축의 펄스크기는 피크 신호 각각에 대한 진폭을 측정하며, 제3 축의 주기(예를 들어, 위상(Ø) 또는 반복시간(T))는 부분방전 상관신호에 관한 교류 파형의 1단위인 1주기를 기준으로 하여 0도~360도 사이의 위상(phase) 각으로 표현될 수 있다. 일 실시예에서, 3차원 신호 분석부(240)는 제1, 제2 및 제3 축을 통해 3차원 도메인 상에서 피크 신호들 각각의 3차원 특성을 명료하게 확인할 수 있고, 개별 도메인 특성 및 값에 따라 피크 신호들을 효과적으로 3차원으로 분리할 수 있다.
3차원 신호 분석부(240)는 상기 3차원 분석을 통해 적어도 하나의 피크 신호에 대한 부분방전, 코로나 또는 노이즈 여부를 판정할 수 있다. 일 실시예에서, 3차원 신호 분석부(240)는 적어도 하나의 피크 신호에 대해 분석된 제1 축을 통한 펄스폭이 제1 기준에 해당하면 부분방전(610)으로 판정하고 제2 기준에 해당하면 코로나(620)로 판정하며 제3 기준에 해당하면 노이즈(630)로 판정할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 축을 통해 3차원 도메인 상에서 분석된 특정 피크 신호가 제1 축에서 0.5ns 이상 5ns 미만의 펄스폭을 가지면 부분방전으로 판정할 수 있고, 5ns 이상 30ns 미만의 펄스폭을 가지면 코로나로 판정할 수 있으며, 30ns 이상의 펄스폭을 가지면 노이즈로 판정할 수 있다.
일 실시예에서, 3차원 신호 분석부(240)는 적어도 하나의 피크 신호에 대해 제1, 제2 및 제3 축을 통해 3차원적으로 분석된 결과가 제1 기준에 해당하면(예를 들어, 제1 축에서 0.5ns 이상 5ns 미만의 펄스폭을 가지면서 제2 축에서 특정 값 이상의 진폭을 가지면서 제3 축에서 특정 위상각을 기준으로 일정 범위(예를 들어, ±5도) 내에서 분포하는 경우) 부분방전(610)으로 판정할 수 있고, 제2 기준에 해당하면 코로나(620)로 판정할 수 있으며, 제3 기준에 해당하면(예를 들어, 제1 축에서 30ns 이상의 펄스폭을 가지거나 또는 제3 축에서 전체 위상각에 대해 고르게 분포하는 경우) 노이즈(630)로 판정할 수 있다.
상기에서 부분방전, 기중 코로나 및 노이즈를 판정의 예시로 기재하였으나, 3차원 신호 분석부(240)는 그 밖의 복수의 기준들을 더 포함하도록 하여 절연물질 내부의 파티클(particle), 플로팅(Floating), 내부 코로나(Corona) 및 보이드(void)에 관한 판정을 더 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 3차원 신호 분석부(240)는 이러한 판정을 자체적으로 더 수행하거나, 또는 모니터링 서버에서 수행할 수 있도록 관련 해당 연관된 신호들을 모니터링 서버에 송신 할 수 있다.
상기 판정에 관하여, 3차원 신호 분석부(240)는 상기 적어도 하나의 피크 신호의 군집도와 4대 부분방전 원형 데이터의 상관 관계를 분석하여 4대 유형을 판정할 수 있다. 보다 구체적으로, 3차원 신호 분석부(240)는 사용자에 의해 미리 입력된, 전기장비(120)에 있는 절연물질 내부에서 발생하는 4대 주요 부분방전 유형에 대한 원천 데이터 유형과의 상관 관계를 더 분석하여 판정을 할 수 있다. 원천 데이터 유형의 형식이, 예를 들어, Ø(위상)*Q(크기)*W(펄스폭) 형식의 128*3600*n배열로 되어 있다면, 노이즈 개선신호 데이터 형식 또한 원천 데이터 유형과 같이 128*3600*n의 배열 형식을 갖도록 위상과 펄스폭과 진폭이 정규화된 데이터를 취하게 할 수 있다. 3차원 신호 분석부(240)는 기중 코로나와 노이즈는 제외하고 부분방전 신호만을 취한 노이즈 개선신호를 상기 128*3600*n 배열형식으로 자체분석에 활용하거나 모니터링 서버에 송신하여 부분방전 유형 분석을 실행하여 판정의 정확도를 더 높일 수 있다.
3차원 신호 분석부(240)는 상기 정규화된 노이즈 개선신호 배열 신호와 상기 원천 데이터 간의 상관도를 분석하는 분석 판정 알고리즘을 통해 분석을 수행하고, 일 실시예에서, 부분방전 펄스 피크치의 최군집 위치 상관도를 계산하되 각 요소 즉, 위상, 크기, 펄스폭에 어떤 가중치를 부여하여 판정할 수 있다.
3차원 신호 분석부(240)는 부분방전 상관신호에 있는 적어도 하나의 피크 신호가 노이즈로 판정되면 네트워크를 통해 연결된 모니터링 서버의 제어 또는 자체적인 제어에 의해 상기 부분방전 상관신호와 상기 노이즈로 판정된 피크 신호를 연산하여 부분방전 노이즈 개선 신호를 생성하도록 원격 피드백할 수 있다. 일 실시예에서, 3차원 신호 분석부(240)는 노이즈로 판정된 피크 신호에 대해 감산 연산하도록 부분방전 상관 신호 생성부(220)의 공통신호 노이즈 제거단(300) 또는 반응시간차 노이즈 제거단을 원격으로 패드백하여 부분방전 노이즈 개선 신호의 노이즈 특성을 보다 개선할 수 있다.
3차원 신호 분석부(240)는 모니터링 통신 모듈(미도시됨)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 모니터링 통신 모듈은 특정 위상 또는 반복시간 구간 동안 생성된 부분방전 노이즈 개선 신호를 모니터링 서버(110)로 송신할 수 있다.
3차원 신호 분석부(240)는 적어도 하나의 피크 신호에 대한 부분방전, 코로나 또는 노이즈 여부 판정 결과를 기초로 경보 신호를 생성할 수 있고, 생성된 경보 신호를 모니터링 통신 모듈을 통해 모니터링 서버에 송신할 수 있다.
경보 발생 시의 통신 방식에 대해 보다 구체적으로 서술하자면, 3차원 신호 분석부(240)는 상기 적어도 하나의 피크 신호가 부분방전으로 판정되면 경보 신호를 생성하고, 기 설정된 부분방전 발생 경보 등급을 기초로 모니터링 서버에 해당 부분방전과 연관된 신호를 송신할 수 있다. 일 실시예에서, 3차원 신호 분석부(240)는 상기 적어도 하나의 피크 신호가 부분방전으로 판정된 상황에서 만일 복수의 부분방전 발생 경보 등급들(예를 들어, 심각 등급, 위험 등급, 주의 등급 및 부분방전 발생 등급) 중에서 현재 부분방전 발생 경보 등급이 심각 등급이면 생성된 경보 신호와 부분방전 노이즈 개선 신호를 모두 모니터링 서버에 즉각적으로 송신할 수 있고, 심각 등급 이외의 등급이면 생성된 경보 신호만을 모니터링 서버에 즉각적으로 송신하여 해당 모니터링 서버의 명령을 기다릴 수 있다.
3차원 신호 분석부(240)는 적어도 하나의 피크 신호가 부분방전으로 판정되지 않으면 특정 시간 구간 동안 기록된 판정 내역 및 그 밖의 상태 정보를 포함하는 시스템 이상 유무 신호를 생성하여 모니터링 통신 모듈을 통해 모니터링 서버에 송신할 수 있다.
평상 시의 통신 방식에 대해 보다 구체적으로 서술하자면, 3차원 신호 분석부(240)는 특정 시간 주기로 또는 모니터링 서버에 의한 주기적 혹은 비주기적 요청에 따라 시스템 이상 유무 신호를 생성하여 모니터링 서버에 송신할 수 있고, 또는, 모니터링 서버의 요청에 따라 전체 또는 특정 구간 동안 선택적으로 검출된 부분방전 노이즈 개선 신호를 모니터링 서버에 송신할 수 있다.
상기와 같은 인터렉티브한 비대칭 양방향 송수신 통신방식은 평상시 데이터를 최소화하여 네트워크를 효율적으로 사용할 수 있고, 비상시 데이터 병목 현상을 방지할 수 있다.
도 7은 도 1에 있는 부분방전 진단 장치가 전기장비의 부분방전에 관해 진단하는 과정의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
양방향 지향성 안테나(210)는 진단 대상의 방향에서 발생된 제1 신호와 진단 대상의 반대 방향에서 발생된 제2 신호를 각각 수신할 수 있다(단계S710).
상기 제1 및 제2 신호에는 부분방전 신호 및 노이즈 신호가 포함되어 있을 수 있다. 일 실시예에서, 전기장비(120)의 교류전원의 파형은 위상을 기준으로 도 8(a)와 같이 나타낼 수 있고, 전기장비(120)로부터 검출된 제1 및 제2 신호들 각각은 도 8(b)에서와 같이 나타낼 수 있으며 부분방전, 외부 기중 코로나 및 통신 노이즈 중에서 적어도 하나를 포함하고 있을 수 있다.
부분방전 상관 신호 생성부(220)는 제1 및 제2 신호들 간의 상관 연산을 통해 노이즈를 제거한 부분방전 상관신호를 생성할 수 있다(단계S720). 일 실시예에서, 부분방전 상관신호는 제1 및 제2 신호들 간의 상관 연산을 통해 도 4 및 도 5에서와 같이 부분방전에 관한 유의미한 신호들이 증폭되는 과정을 통해 생성될 수 있다.
3차원 신호 분석부(240)는 부분방전 상관신호에 있는 적어도 하나의 피크 신호를 검출하여 펄스폭을 나타내는 제1 축, 펄스크기를 나타내는 제2 축 및 주기를 나타내는 제3 축으로 3차원 분석하여 상기 적어도 하나의 피크 신호를 분석할 수 있다(단계S730). 일 실시예에서, 3차원 신호 분석부(240)는 부분방전 상관신호에 있는 모든 피크 신호들을 검출하여 도 6에서와 같이 해당 피크 신호들이 가진 펄스폭, 펄스크기 및 주기(예를 들어, 반복시간 또는 위상)로 3차원 분석을 수행할 수 있다.
3차원 신호 분석부(240)는 상기 3차원 분석을 기초로 적어도 하나의 피크 신호에 대한 부분방전, 코로나 또는 노이즈 여부를 판정할 수 있다(단계S740). 일 실시예에서, 3차원 신호 분석부(240)는 도 8(c)와 같이 부분방전 상관신호에 있는 피크 신호들에 관한 3차원 분석을 통해 펄스폭-펄스크기-주기(예를 들어, 위상) 간의 상관관계 및 빈도 등을 도출하여 부분방전, 코로나 또는 노이즈 여부를 판정할 수 있고, 예를 들어, 위상각 0도~30도 사이 및 180도~210도 사이에 펄스폭 5ns~30ns 사이로 발생하는 피크 신호들을 코로나로 판정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 부분방전 진단 장치(130)는 펄스폭-펄스크기-주기에 관한 3차원 분석을 통해 전기장비에 발생한 신호에 관한 부분방전, 코로나 또는 노이즈 여부를 보다 용이하고 정확하고 신뢰성 있게 판정할 수 있다.
도 9는 도 1에 있는 부분방전 진단 장치가 전기장비의 부분방전에 관해 진단하는 과정의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 9a에서, 양방향 지향성 안테나(210)는 진단 대상의 방향에서 발생된 제1 신호와 진단 대상의 반대 방향에서 발생된 제2 신호를 각각 수신한다(단계S905). 일 실시예에서, 제1 및 제2 신호들은 각각 도 4(a) 및 도 4(b)와 같이 나타낼 수 있다. 단계S905에 앞서, 부분방전 진단 장치(130) 내부의 초기값들은 미리 설정될 수 있다.
증폭모듈(310)은 제1 신호에 관해 증폭하고 제2 신호에 관해 감쇄할 수 있다(단계S910). 일 실시예에서, 증폭된 제1 신호 및 감쇄된 제2 신호 각각은 도 5(a) 및 도 5(b)와 같이 나타낼 수 있다.
공통신호 노이즈 제거단(300)에서, 연산모듈(320)은 증폭모듈(310)의 출력 신호를 감산 상쇄 연산하여 신호 대 잡음 비를 개선한 부분방전 상관신호를 생성할 수 있다(단계S915). 일 실시예에서, 감산 상쇄 연산을 통해 생성된 부분방전 상관신호는 도 5(c)와 같이 나타낼 수 있다.
단계S915에 이어서, 반응속도차 노이즈 제거단은 생성된 부분방전 상관신호에 관해 반응속도차 노이즈 제거 방식을 적용하여 부분방전 상관신호에 관한 노이즈를 보다 감소시킬 수 있다(단계S920).
3차원 신호 분석부(240)는 반응속도차 노이즈 제거단을 통해 노이즈가 감소된 부분방전 상관신호에 있는 적어도 하나의 피크 신호를 적어도 3 개의 축들을 통해 펄스폭, 펄스크기 및 주기(예를 들어, 반복시간 또는 위상)로 3차원 분석할 수 있다(단계S925). 일 실시예에서, 이러한 3차원 분석 과정은 도 6과 같이 3차원 도메인 상에 나타낼 수 있다. 여기에서, 3차원 도메인 상의 데이터 형식은, 예를 들자면, 펄스폭 축과 위상축의 단위당 다분할된 2차원 행렬의 각 원소에 단위 진폭값 축의 1차원 배열의 꼭지점 카운트가 될 수 있다.
3차원 신호 분석부(240)는 적어도 하나의 피크 신호에 대해 펄스폭, 펄스크기 및 주기로 3차원 분석한 결과가 제1 기준에 해당하면 부분방전(610)으로 판정할 수 있고, 제2 기준에 해당하면 코로나(620)로 판정할 수 있으며, 제3 기준에 해당하면 노이즈(630)로 판정할 수 있다(단계S930).
도 9(b)에서, 3차원 신호 분석부(240)는 부분방전 상관신호에 있는 적어도 하나의 피크 신호가 노이즈로 판정되면 원격 제어 여부에 따라 노이즈를 보다 제거할 수 있도록 설정의 제어 여부를 결정할 수 있다(단계S935). 여기에서, 원격 제어 여부는 사용자에 의해 기 설정된 값에 따를 수 있다.
3차원 신호 분석부(240)는 만일 원격 피드백을 통해 노이즈를 제거하는 경우 자동 노이즈 분석 시퀀스와 판단기능을 수행하여 보다 노이즈를 감소시킬 수 있다(단계S940~S955). 예를 들어, 3차원 신호 분석부(240)는 40ns 이상의 펄스폭을 가진 노이즈성 신호가 유입되면(단계S940) 해당 노이즈 신호를 별도로 발췌하여 어떤 기준레벨 이상의 통신 노이즈가 유입되는 것으로 분석할 수 있고, 상기 통신 노이즈의 제거가 필요하다고 판단되면, 원격 피드백 제어로 공통신호 노이즈 제거단(300) 또는 반응시간차 노이즈 제거단에 제어 신호를 보내어 통신 노이즈를 제거하도록 할 수 있고(단계S945), 20ns 이상 40ns 미만의 펄스폭을 가진 노이즈성 신호가 유입되면(단계S950), 마찬가지로, 기중 코로나 노이즈가 유입되는 것으로 분석하여 원격 피드백 제어로 공통신호 노이즈 제거단(300) 또는 반응시간차 노이즈 제거단에 제어 신호를 보내어 기중 코로나 노이즈를 제거하도록 할 수 있다(단계S955).
3차원 신호 분석부(240)는 상기의 단계들을 통해 노이즈를 최소화한 부분방전 노이즈 개선 신호를 생성할 수 있다(단계S960).
3차원 신호 분석부(240)는 머신러닝 기능을 수행하여 데이터를 축적하고 더 정밀한 분석을 위하여 모니터링 서버에 경보 신호를 전송하거나 특정 반복 시간 구간 또는 위상 구간 동안 생성된 부분방전 노이즈 개선 신호를 모니터링 서버(110)로 송신할 수 있다. 또한, 3차원 신호 분석부(240)는 모니터링 서버의 제공 명령에 따라서 상기 부분방전 노이즈 개선 신호를 해당 모니터링 서버에 제공하는 인터렉티브하게 양방향 비대칭 송수신 통신을 할 수도 있다(단계S965).
본 발명의 일 실시예에서, 부분방전 진단 장치(130)는 부분방전 상관신호에 있는 피크 신호들을 3개의 축들을 통해 펄스폭, 펄스크기 및 반복시간 또는 위상으로 분석하여 부분방전에 관한 판정의 신뢰성을 개선시킬 수 있고, 이에 따라 부분방전 신호에 포함된 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있다.
도 10은 도 1에 있는 부분방전 진단 장치의 제작 예시를 나타내는 도면이다.
부분방전 진단 장치(130)의 제1 지향성 안테나(210a) 및 제2 지향성 안테나(210b)는 상호 간섭은 피하되 전파수신의 동질성을 유지하기 위해 대각선 방향으로 같은 함체(1010)에 설치될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 지향성 안테나(210a) 및 제2 지향성 안테나(210b)는 전면부와 후면부가 개방된 구조에 설치되어 있어 전문부와 후면부 동시에 양방향으로 전파를 수신할 수 있다.
일 실시예에서, 함체(910)은 전자파를 차폐할 수 있는 금속재질이거나 내부에 페라이트 코팅이 되어 있는 엔지니어링 플라스틱 재질일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 부분방전 센싱 시스템
110: 모니터링 서버 120: 전기장비
130: 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치(이하, 부분방전 진단 장치)
210: 양방향 지향성 안테나 220: 부분방전 상관 신호 생성부
230: 제어부 240: 3차원 신호 분석부
300: 공통신호 노이즈 제거단
310: 증폭모듈
310a: 제1 증폭모듈 310b: 제2 증폭모듈
320: 연산모듈 330: 설정값 제공모듈
340: 단자

Claims (10)

  1. 제1 및 제2 신호들 간의 상관 연산을 통해 노이즈를 제거한 부분방전 상관신호를 생성하는 부분방전 상관 신호 생성부; 및
    상기 부분방전 상관신호에 있는 적어도 하나의 피크 신호를 검출하여 펄스폭을 나타내는 제1 축, 펄스크기를 나타내는 제2 축 및 주기를 나타내는 제3 축으로 3차원 분석하여 상기 적어도 하나의 피크 신호를 분석하는 3차원 신호 분석부를 포함하는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 3차원 신호 분석부는
    상기 제1, 제2 및 제3 축으로 3차원 분석된 결과가 제1 기준에 해당하면 상기 부분방전으로 판정하고 제2 기준에 해당하면 상기 코로나로 판정하며 제3 기준에 해당하면 상기 노이즈로 판정하는 것을 특징으로 하는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 3차원 신호 분석부는
    상기 적어도 하나의 피크 신호의 군집도와 4대 부분방전 원형 데이터의 상관 관계를 분석하여 4대 유형을 판정하는 것을 특징으로 하는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 3차원 신호 분석부는
    상기 적어도 하나의 피크 신호가 상기 노이즈로 판정되면 네트워크를 통해 연결된 모니터링 서버의 제어 또는 자체적인 제어에 의해 상기 부분방전 상관신호와 상기 노이즈로 판정된 피크 신호를 연산하여 부분방전 노이즈 개선 신호를 생성하도록 원격 피드백하는 것을 특징으로 하는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 3차원 신호 분석부는
    특정 반복 시간 구간 또는 위상 구간 동안 생성된 상기 부분방전 노이즈 개선 신호를 상기 모니터링 서버로 송신하는 모니터링 통신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 모니터링 통신 모듈은
    경보 과정에서 발생될 수 있는 데이터 병목현상을 줄이고 평상시 데이터 효율을 높이기 위하여 상기 모니터링 서버의 제어를 기초로 부분방전 발생 경보 등급에 따른 경보 신호를 상기 모니터링 서버에 송신하거나 수신하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    진단 대상의 방향에서 발생된 상기 제1 신호와 상기 진단 대상의 반대 방향에서 발생된 상기 제2 신호를 각각 수신하는 양방향 지향성 안테나를 더 포함하고,
    상기 양방향 지향성 안테나는 상호 비례적 또는 동일한 응답 특성을 가지고 전면부 및 후면부로 구성되며 각각의 수신부는 서로 반대방향으로 지향하여 배치된 것을 특징으로 하는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 부분방전 상관 신호 생성부는
    상기 양방향 지향성 안테나의 출력응답을 각각 증폭하는 적어도 하나의 증폭모듈 및 상기 증폭모듈의 출력을 수신하여 연산하는 연산모듈을 포함하는 공통신호 노이즈 제거단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 증폭모듈은 상기 제1 신호에 관해 증폭하고 상기 제2 신호에 관해 감쇄하여 상기 제1 및 제2 신호들 각각에 포함된 특정 노이즈 신호의 진폭을 상호 맞추는 것을 특징으로 하고,
    상기 연산모듈은 상기 증폭모듈의 출력 신호를 감산 상쇄 연산(Difference Amplify)하여 노이즈가 제거된 상기 부분방전 상관신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 부분방전 상관 신호 생성부는
    상기 제1 및 제2 신호들 간의 반응시간차를 상호 비교하여 상기 제1 및 제2 신호들 각각에 포함된 노이즈와 부분방전 신호를 구분해 상기 노이즈를 제거하는 반응시간차 노이즈 제거단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 분석 기반의 부분방전 진단 장치.
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