5 . Principle of Electrical Discharge Detection

5 . Principle of Electrical Discharge Detection 5 . 1 The basic diagram • 시편에서 발생하는 부분방전은 전류의 임펄스 형태로 나타난다. • 가장 기본적인 검출회로 구성(그림5.1) 과 구성요소

검출회로 구성요소 1 . 고전압 전원으로 가급적 방전이 이루어지지 않을 것. 2 . 시편 a 3 . 시편에서의 방전 임펄스에 의해 발생된 전압 임펄스에 따른 임피던스 Z. 4 . 결합 캐패시턴스 k 는 고주파 전류 임펄스를 쉽게 흐르 도록 하기 위한 것으로서, 시편과 같은 order 의 값을 가져야 한다. 5 . 증폭기 A 6 . 관측기 O는 crest voltmeter, 오실로스코프 , 펄스시편 링소자로 구성된다.

5 . 1 . 1 The detection impedance • 부분방전 검출을 위한 임피던스 Z의 연결 • 시편과 직렬로 연결한다. • 그림중의 dotted line 에 결합 캐패시터와 직렬로 연결한다.

5 . 1 . 2 The RC circuit q는 방전전하량 • AC전압하에서 내부방전은 a-b-c 회로로 설명

5 . 1 . 3 The LCR circuit • 발진회로: 특정한 주파수의 전류만이 회로에 흐름.

5 . 1 . 4 Conclusions 1 . 전압 임펄스의 크기는 방전의 크기 q에 비례 방전의 크기를 측정. 2 . 전압 임펄스의 높이는 R과 무관함. 양호한 방전을 얻기 위해서는 시편의 정전용 량과 정합 될수 있는 가변 임피던스를 가진 방전 검출기를 이용. 3 . 임펄스는 k 에 따라 변함.

5 . 2 Amplification of impulses • 수 microseconds 의 시정수를 가진 매우 짦은 임펄스군의 신호 발생. • 임펄스의 위치와 높이필요.

5.2.3 After a LCR circuit 5.2.2 After RC circuit • 증폭기 밴드폭은 신호의 밴드폭과 같거나 크다. • A , 까지 또는 그 이상 의 광대역 선택 신호의 높이는 임펄스 의 높이에 비례

5 . 3 Sensitivity 검출가능한 가장작은 방전크기 : 수pC 5 . 3 . 1 Noise sources • 증폭기에서의 잡음 : 방전임펄스보다 크며 감도는 시편의 정전용량이 크게 됨에 따라 선형적으로 감소되므로 좋지 않음. • 검출회로에서의 잡음 : 잡음원은 변압기로서 신호를 단계적으로 높여가면 증폭기에서의 잡음수준 감도는 에 비례한다.

5 . 3 . 2 Sensitivity by amplifier noise 5 . 3 . 2 . 1 RC impulses at the amplifier • 밴드폭의 제한은 이상적인 증폭기인 경우 , RC회로에 의해 결정.(RC=a) • 증폭기를 통과한 임펄스 ( )

5 . 3 . 2 . 2 Overshoot • 시험전압과 고조파는 증폭기의 포화를 방지하 기 위해 차단. 5 . 3 . 2 . 3 Sensitivity (as degermined by amplifier noise)

5 . 3 . 2 . 4 Optimal bandwidth • 증폭기의 잡음은 밴드의 제곱근에 비례. (밴드폭 증가잡음증가factor 증가) • 신호대 잡음비의 최적화 : 1)최적 감도를 얻으려면, 결합 커패시턴스 k는 시편a와 동일 order 의 크기여야 한다. 그렇지 않으면 기생커패시턴스 C의 효과가 커지게 된다. 2)감도는 시편의 정전용량에 따라 선형적으로 감소하며, 용량이 큰 시편에 대해서도 가 된다.

5 . 3 . 2 . 5 Variable R • 가 되도록 의 시정수를 일정하게 유지 즉 검출저항 R은 조정한다. • 최적화가 예리하지 않을경우, 즉 시편의 정전용량이 감소하면, 저항을 최적감도가 유지되도록 비례적 증가. 5 . 3 . 2 . 6 Using a LCR detection impedance • LCR 임피던스를 사용할 경우, RC 임피던스와 유사 • 검출가능한 가장 작은 방전레벨은 시편의 정전용량에 비례하고 RC 정도의 결과를 기대.

5 . 3 . 2 . 7 Typical values • 표5.1에서 정전용량 10nF이상에서는 만족할 만한 감도가 아님. 5 . 3 . 3 Sensitivity by circuit noise 5 . 3 . 3 . 1 RC circuit • 검출저항에서 신호는 RC 회로의 잡음이 증폭기의 잡음에 달할때까지 변압기에 의해 단계적으로 증가하며 감도는 회로잡음에 의해 결정된다.

검출저항에 걸리는 잡음의 유효전압 : • 잡음밴드 높이는 유효전압의 약 2.5배이다. (식5.12) • a/k 사이의 비가 n인 평형및 직접 검출회로에서는 이므로 이며, 이 잡음은 변압기에 의해 단계적으로 증가하며, 증폭기 잡음과 합쳐진다. • 적절한 변압비 : 회로잡음이 증폭기 잡음의 1.2배 잡음은 원래 회로잡음보다 1.3배 높게 나타남.(식5.14) 방전 임펄스는 약 2배보다 높음. (식5.15)

방전임펄스와 임펄스 높이( )가 같다면 감도는 (5.17) (n:a/k(직접) , a/a(평형) , 는 증폭기 응답 는 a+C(1+n)의 정전용량이다. ) • 검출가능한 가장 작은 방전은 에 비례 • 항에서 n은 작아야 하며, 이는 k가 시편a 정도이어야 함을 의미(시편용량 크기 정도의 큰 결합 커패시턴스가 필요하다.) • 시편의 총 정전용량과 기생 정전용량 의 함수로서 감도를 그림5.12에 나타냄(감도는 에 비례한다)

동일한 조건에서 승압 변압기가 없는 검출도 보임 5 . 3 . 3 . 2 The transfomer ratio • 양호한 감도를 얻기 위한 변압비 N

5 . 3 . 3 . 3 LCR circuit • 검출 임피던스 양단의 임펄스가 증폭기에 인가되면 임펄스는 증폭기의 제한된 밴드폭 때문에 그림5.13과 같이 왜곡된다. 증폭기의 밴드가 넓을수록 임펄스의 재생은 양호해지고, 재생된 신호의 높이는 원래의 임펄스의 높이와 유사하게 된다.

RC검출기에서와 같이 검출된 임펄스의 높이는 시편 정전용량이 증가할수록 감소한다. 회로의 잡음은 시편 정전용량의 제곱근으로 감소한다. • 는 이동전하량 q가 발생되는 용량( =(1+C/k)a+C) • factor 는 과 같지 않다. Factor 의응답에서 회로 잡음의 감소에 대한 증폭기의 밴도폭의 효과는 무시한다. 이런 효과는 와 합쳐진다.

는 증폭기의 밴드폭과 임펄스의 밴드폭의 함수 • 그림 5.11의 감도에 대해서 계산된 값과 측정된 값(표5.3) (여기서 q는 k가 a 비해서 큰경우임 또한 k는 100또는 1000[pF]이고 a에 따라 변하지 않으며 위에서 언급한 factor 와 곱해져야 한다. • a>>k 이고 a>>C라면 • k는 변하지 않고, a>>k라면, 감도는 시편정전용량에 비례하여 증가하고, 증폭기 감도를 결정하는 검출기에 비해서 얻어지는 것은 없다.

5 . 3 . 4 General remarks • 실험에 의해서 감도를 얻기는 쉽지 않다. • 시편보다 earth leads , discharge , electromagnetic interference 가 주요한 장애요인이다. • 외부 방전은 특히 고전압으로부터 예방하기 어려움 • 100kV와 더 높은 전압에서 1pC 보다 더 낮은 감도를 얻는 것은 매우 어려울 것이다.

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