NO313848B1 - FremgangsmÕte og anordning for akustisk deteksjon og lokalisering av lydgenererende defekter - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen angår en transduser for akustisk deteksjon og lokalisering av lydgenererende defekter i maskiner, særlig elektriske delutladninger i høyspent-transformatorer.

Delutladninger indikerer defekter og er en uønsket tilstand i høyspenningsisolasjonssystemer som kan påvirke materiale og sikkerheten ved anlegget. For å kunne vurdere risikoen er det viktig å kunne bestemme defektens posisjon ved hjelp av utvendige målinger.

I tidligere kjente teknikk har det i internasjonal patentsøknad WO 96/18112 Al vist en fremgangsmåte og anordning for lokalisering av partielle utladninger i elektriske høyspenningsapparater som er anbrakt i en beholder fylt med et isolerende medium. Lokaliseringen foretas som en triangulering basert på måling av forskjeller i ankomsttid og senere prosessering i en datamaskin. I denne løsningen er det nødvendig med tre sensorer med forsterkere og et registreringsinstrument med tilsvarende antall kanaler.

Det er også kjent fra det amerikanske patentet US 5,903,158 en metode for overvåkning av partielle utladninger i en krafttransformator ved hjelp av elektriske målinger. Anordningen bestemmer om de elektriske utladningene er innenfor eller utenfor apparatet.

Fra det amerikanske patentet US 3,728,619 er det kjent en en metode og et apparat for å detektere koronautladninger inne i en beholder for en krafttransformator. For lokaliseringen må det i tillegg foretas en manuell sammenligning av signaler som oppfanges av to sensorer.

Forskjellige metoder er kjent for å finne posisjonen til defektene, og er ofte basert på akustiske målinger. I publikasjonen Lars E. Lundgaard og Walter Hansen: ""Location of discharges in power transformers using external acoustic sensors.", Sixth international symposium on high voltage engineering, New Orleans, LA, USA, August 28-September 1, 1989 beskrives måling av akustiske bølger som oppstår av delutladninger, og de akustiske bølgenes forplantning gjennom et medium.

Andre eksempler på måleteknikker er følgende:

Multiple akustiske sensorer og triangulering.

Elektrisk deteksjon av en kilde kombinert med akustiske

målinger av tidsforløp.

Flytting av en akustisk sensor til maksimalt signal

oppnås.

Bruk av to sensorer og oscilloskop, der en av sensorene flyttes inntil signalene opptrer samtidig på oscillo-skopet .

Ulempene ved de kjente løsningene er at de enten er komplekse både i bruk og utstyr eller, ved bruk av bare én sensorkanal, at det er vanskelig å oppnå tilstrekkelig god nøyaktighet.

Det er således et formål med denne oppfinnelsen å til-veiebringe akustisk måleutstyr for måling av delutladninger som er enkelt i bruk, men som også gir tilstrekkelig nøyaktig posisjonsbestemmelse.

Disse formålene er oppnådd ved en transduser som beskrevet ovenfor og som er kjennetegnet slik som angitt i det selvstendige krav 1.

Formålet oppnås også med en fremgangsmåte som angitt i det selvstendige krav 6.

På denne måten oppnås et måleutstyr og en fremgangsmåte som er svært enkelt i bruk, som oppnår god nøyaktighet i lokalisering av defekter, og som i tillegg kan lages av lett tilgjengelig utstyr slik at kostnadene holdes nede.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet nedenfor med henvisning til de vedlagte figurene, som illustrerer oppfinnelsen ved hjelp av eksempler.

Figur 1 illustrerer en utførelse av oppfinnelsen.

Figur 2A illustrerer posisjonen til to sensorer plassert i

forhold til tre støykilder på en plate.

Figur 2B illustrerer i en tabell de målte signalene i for hold til posisjonen på en plate. Figur 3 illustrerer det kombinerte signalets toppverdi i forhold til tidsforskjell i ankomsttid ved sensorene. Figur 1 viser en foretrukket utførelse av oppfinnelsen som består av to sensorer 1 som hver er plassert i tilknyt-ning til en magnet 2 for å gi optimal kontakt med en magneti-serbar flate. Sensorene kan være av enhver tilgjengelig akustisk sensortype med en frekvensrespons som passer til de aktuelle målingene. Valg av sensortype vil måtte avgjøres fra apparat til apparat, men normalt vil akustiske emisjons-sensorer med en bredbånds karakteristikk og følsomhetstopp i området 20-200 kHz området bli benyttet.

Sensorene 1 og de tilhørende magnetene 2 holdes med en forutbestemt innbyrdes avstand med en bjelke 3. For prak-tiske formål vil bjelken typisk være 3 0-60 cm lang. I enkelte tilfeller kan det tenkes at avstanden kan endres mellom målingene, for eksempel for å ta hensyn til lokale plass-forhold eller lignende, men i hovedsak er avstanden under målesekvenser for å lokalisere defekter konstant.

Hver sensor er i den foretrukne utførelsen tilknyttet en forforsterker 4 for forsterkning av signalet fra sensoren, og et filter 5 for fjerning av uønskede frekvenskomponenter fra signalet. Filtertypen kan variere med anvendelsen men vil typisk omfatte et båndpassfilter for å skille ut bestemte frekvensområder. I enkelte tilfeller kan filtret 5 være integrert i forforsterkeren 4 eller sløyfes, siden en viss grad av filtrering også kan foretas i selve sensorene. Ved anvendelser på transformatorer vil lavpassfiltre på 50 kHz eller intet filter se ut til å passe.

For utførelsen av oppfinnelsen er det viktig at sensorene 1, forforsterkerne 4 og filterne 5 er så identiske som mulig.

Signalene fra sensorene transmitteres deretter videre til en signalmultiplikator 6 som sender et multiplisert signal til et måleinstrument 8. Generelt vil et hvilket som helst toppverdivisende instrument eller oscilloskop kunne benyttes forutsatt at båndbredden er stor nok i forhold til

sensorenes karakteristikk. For eksempel kan instrumentet AIA (Acoustic Insulation Analyzer) fra Transinor benyttes. Figur 2A viser skjematisk to sensorer IA,IB plassert i forhold til tre støykilder 7A,7B,7C, der den ene av kildene 7B ligger i et plan med lik avstand til de to sensorene IA,IB.

I figur 2B illustreres hvordan, fra venstre, signalene fra kilde 7A, til venstre i tabellen, ikke når frem til sensorene IA,IB samtidig. Produktet av de to signalene blir derfor null. Det tilsvarende skjer med signalet fra kilden 7C til høyre.

Signalet fra den midtre kilden 7B ankommer imidlertid sensorene samtidig. Det multipliserte signalet blir dermed produktet av to signaler som ikke er lik null, hvilket gir et detekterbart signal som føles av måleinstrumentet som er koblet til multipliseringskretsen 6.

Figur 3 illustrerer hvordan det multipliserte signalets toppverdi endres med tidsdifferansen At mellom signalene fra de to sensorene.

Transduseren kan i en utførelsesform av oppfinnelsen være dreibart opphengt, slik at sensoren kan plasseres på et sted og dreies inntil vinkelen der maksimalt signal oppnås ut av multiplikatoren 6 og inn til måleinstrumentet er funnet. Den akustiske kilden vil da ligge i et første plan midt mellom sensorene.

Måleinstrumentet tilknyttet multiplikatoren kan være en hvilken som helst type som kan gi en indikasjon på topp-verdien på det multipliserte signalet slik at en operatør kan bevege måleutstyret over et søkeområde inntil den høyeste verdien er oppnådd. For å oppnå bedre lokalisering flyttes transduseren et nytt sted. Transduseren dreies igjen inntil vinkelen der maksimalt signal oppnås ut av multiplikatoren 6 og inn til måleinstrumentet er funnet. Dette kan for eksempel oppnås ved lagring av tilhørende verdier for det målte signalet og transduserens vinkel under dreiing av transduseren. Ved analyse av de detekterte og lagrede signalverdier kan vinkelen korresponderende til den maksimale signalverdi identifiseres. Den akustiske kilden er nå lokalisert i et andre plan og vil ligge der det første og andre plan skjærer hverandre.

Målinger ved ytterligere posisjoner vil gi en ytterligere forbedret posisjonsbestemmelse for den akustiske kilden.

Filtreringen som foretas kan som nevnt være av forskjellige typer avhengig av de lokale forholdene, for eksempel ved at frekvensområder som inneholder mye støy undertrykkes eller ved at det tas hensyn til lydforplant-ningsegenskapene i materialene lydene skal bevege seg gj ennom.

Claims (9)

1. Transduser for akustisk deteksjon og lokalisering av lydgenererende defekter, karakterisert ved at den omfatter to romlig adskilte akustiske sensorer (1), hver koblet til en multiplikator (6) for multiplisering av signalet fra sensorene, samt en utgangsport for overføring av det multipliserte signalet til et egnet instrument (8) eller en egnet indikator.

2. Transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at signalet fra hver sensor (1) overføres via et filter (5) for fjerning av valgte signalkomponenter.

3. Transduser ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at signalet fra hver sensor (1) overføres via en forsterker (4) for forsterkning av valgte deler av signalet.

4. Transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at sensorene (1) er montert med en fast innbyrdes avstand på en felles holder (3).

5. Transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at den er dreibart opphengt .

6. Fremgangsmåte for akustisk deteksjon og lokalisering av lydgenerende defekter i maskiner, særlig elektriske delutladninger i høyspenttransformatorer omfattende i det minste plassering av en akustisk transduser flere steder på en overflate av et objekt som skal undersøkes, detektering og lagring av verdien til det akustiske signalet som transduseren avføler for hver posisjon av transduseren sammen med posisjonsdata, karakterisert ved at transduseren for hver posisjon dreies mekanisk gjennom et flertall vinkler, ved hver posisjon detekteres og lagres for hver vinkel av transduseren verdien til det akustiske signalet som transduseren avføler, at det anvendes en transduser omfattende to romlig adskilte akustiske sensorer (1), hver koblet til en multiplikator (6) hvor signalene fra sensorene multipliseres, samt en utgangsport der det multipliserte signalet overføres til et egnet instrument eller en egnet indikator og de detekterte og lagrede signalverdier analyseres for ved hver posisjon av transduseren å identifisere vinkelen korresponderende til de største signalverdiene for derved å bestemme den akustiske kildens plassering i et plan.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6 karakterisert ved at signalet fra hver sensor (1) overføres via et filter (5) for fjerning av valgte signaler.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller 7 karakterisert ved at signalet fra hver sensor (1) overføres via en forsterker (4) for forsterkning av valgte deler av signalet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6 karakterisert ved at sensorene (1) monteres med en fast innbyrdes avstand på en felles holder (3).