[논문]주파수응답함수(FRF)를 이용한 자기 애자의 손상평가

최인혁; 손주암; 오태근; 윤영근

doi:10.4313/jkem.2019.32.2.122

주파수응답함수(FRF)를 이용한 자기 애자의 손상평가
Damage Evaluation of Porcelain Insulators Using the Frequency Response Function 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.32 no.2, 2019년, pp.122 - 128

최인혁 (한국전력공사 전력연구원) , 손주암 (한국전력공사 전력연구원) , 오태근 (인천대학교 안전공학과) , 윤영근 (인천대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Porcelain insulators have been used mainly for power line fixing and electrical insulation in transmission towers. Porcelain insulators have generally a 30 years desired life, but over 50% exceed their life expectancy. Since the damage to porcelain insulators is usually accompanied by enormous loss of human resource material, their efficient maintenance has emerged as an important issue. In this regard, this study applied a frequency response function (FRF) for integrity assessment of the insulator. The characteristics of the FRF according to damage types were identified and analyzed by the change in natural frequencies, curve shape, attenuation, and Nyquist diagram stability. The results showed significant differences in the FRF according to damage types, which can be used as basic data for the effective integrity assessment of porcelain insulators.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Type of porcelain insulator damage: (a) normal, (b) cap damage, and (c) porcelain damage.
그림 Fig. 2. Experimental set-up for frequency response function measurement of porcelain insulator.
그림 Fig. 3. FRF results by five experimental values and average value.
그림 Fig. 4. FRF results according to impact and sensor position.
그림 Fig. 5. Accelerometer placement at various positions for FRF measurement.
그림 Fig. 6. FRF results according to position of sensors.
표 Table 1. Type by impact hammer and sensor position.
그림 Fig. 7. FRF results by damage type of porcelain insulator.
그림 Fig. 8. Damping raito of FRF curve shape by damage type.
표 Table 2. Experimental values of natural frequency by frequency response function.
그림 Fig. 9. Nyquist diagram by porcelain insulator damage type.
그림 Fig. 10. Nyquist diagram by porcelain insulator damage type.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 측정이 간단하고 주변 환경의 영향을 적게 받으며, 기계적 손상을 파악할 수 있는 주파수응답함수(frequency response function, FRF) 방법을 적용하여 애자의 건전성을 평가하고자 하였다. ;

제안 방법

송전선로의 신뢰성에 중요한 역할을 담당하는 자기 애자의 건전성을 판별하는 것은 국가적 측면에서 중요한 문제이며, 이에 따라 본 연구에서는 자기 애자의 손상 유형에 따른 상태평가를 위해 기존의 평가 방법보다 비교적 환경의 영향을 적게 받고 측정이 편리한 주파수응답분석을 적용하여 일련의 시험을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
자동차의 프레임, 변압기 진단 등 다양한 분야에서 시스템의 건전성 평가를 위해 주파수응답함수를 활용한 지속적인 연구가 진행되고 있으며 [7,8], 이를 이용하여 on-line 상태 측정 전 기초연구로 off-line 상태의 NGK 154 kV 자기 애자에 초점을 맞추어 손상 유형에 따른 고유주파수 특성, 감쇠, 나이퀴스트 선도 등에 대한 분석을 통해 손상평가를 실시하였다.
최적의 실험조건 도출 및 데이터 신뢰성 확보를 위해 동일 조건에서 5회 결과와 평균값 확인을 하였고 다양한 위치에서의 타격하여 측정 데이터를 확보하였다.

대상 데이터

본 실험에서는 NGK사의 cristobalite 소재의 50년 된 애자 7개를 이용하였다. 정상 애자 3개, 자기 손상 애자 1개, 금구손상애자 3개에 대하여 실험을 수행하였다.

데이터처리

측정 프로그램으로는 e) NI Labview signal express를 이용하여 sampling rate 500 ks/s로 데이터를 저장하고, 저장된 데이터는 시간 영역의 값이기 때문에 MATLAB signal process 툴박스를 활용하여 주파수 영역으로 변환하고 식 (4)를 적용하여 산출된 FRF를 통해 자기 애자의 손상유형에 따른 고유모드의 주파수, FRF 파형, 감쇠를 분석하였다. 또한, MATLAB system identification 툴박스를 활용하여 나이퀴스트 선도를 도식하고 시스템의 안전성을 분석하였다.
측정 프로그램으로는 e) NI Labview signal express를 이용하여 sampling rate 500 ks/s로 데이터를 저장하고, 저장된 데이터는 시간 영역의 값이기 때문에 MATLAB signal process 툴박스를 활용하여 주파수 영역으로 변환하고 식 (4)를 적용하여 산출된 FRF를 통해 자기 애자의 손상유형에 따른 고유모드의 주파수, FRF 파형, 감쇠를 분석하였다. 또한, MATLAB system identification 툴박스를 활용하여 나이퀴스트 선도를 도식하고 시스템의 안전성을 분석하였다.

이론/모형

해당 시험편은 일본의 NGK사에서 제작된 것으로 정확한 물성 확인에 어려움이 있고, 복합구조물이기 때문에 식 (1), (2), (3)에 의한 이론적인 FRF를 구하는 것에 대한 한계가 있어 기존 수식 [11]에 실험 결과를 적용하여 FRF를 산출하였다. 식 (4)는 식 (2)의 H(s), X(s), F(s) 사이의 관계에서 FRF 및 측정된 신호의 값을 사용하여 표현한 식이다.

성능/효과

1) 4가지 시험조건 중 자기 부분에 센싱 및 타격을 하는 방법에서 FRF가 가장 일관성 있게 산출되는 것으로 확인되었다.
2) FRF 상에서 고유 주파수의 변화, 곡선 형상, 에너지 감쇠 등을 이용하여 자기 애자의 금구 손상 및 탈락, 자기부 방사형 크랙 등을 검출할 수 있다.
3) 정상 및 캡 손상 애자의 경우 고유모드 피크의 감쇠 차이는 크게 발생하지 않았으며, 정상 및 손상 애자에 대한 FRF 곡선 면적에서 큰 차이가 발생하는 것으로 분석되었다.

후속연구

4) 나이퀴스트 선도에서 정상 애자, 자기 손상 애자, 캡 손상 애자 모두 불안정한 것으로 확인되었으며, 추후 절연저항 측정, 인장강도 측정 등과 비교하여 정량적인 분석이 가능할 것으로 판단된다.
본 연구 결과를 통해 향후 on-line 상태의 활선 애자의 적용 및 건전성 평가 정확도 개선 및 결함 진단 장비 개발에 대한 기초자료로 쓰일 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	애자란 무엇인가?	애자는 활선상태인 송전탑의 전력선을 기계적으로 고정시키고 전기적으로 절연하기 위한 장치이며, 송전선과 전주와의 절연간격을 확보해 주는 역할을 하는 등 송전선의 신뢰성을 결정하는 중요한 역할을 담당하고 있다 [1].
	활선 애자에 대한 건전성 평가를 위한 로봇 장비의 실용화의 문제점을 해결하기 위한 방법은?	본 연구에서는 측정이 간단하고 주변 환경의 영향을 적게 받으며, 기계적 손상을 파악할 수 있는 주파수응답함수(frequency response function, FRF) 방법을 적용하여 애자의 건전성을 평가하고자 하였다.
	송전용 애자의 사용환경에 따라 발생할 수 있는 문제점들에는 어떠한 것들이 있는가?	애자는 사용 환경에 따라 많은 스트레스를 받으며 [4], 다양한 환경적 요인에 의한 현상 때문에 애자의 손상으로 인해 발생하는 정전 사고 등은 막대한 경제적 손실로 이어지는 인적 피해, 물적 피해를 동반하기 때문에 사고를 미연에 방지하며 신뢰성 높은 방법으로 안전하게 점검하여 교체하는 것이 아주 중요하다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증