बाह्य विद्युत सर्किट ब्रेकरको बाहिरी आइसुलेशनको सतह डिस्चार्ज डिटेक्सन अल्ट्राभाइलेट इमेजिङ आधारित

बाह्य विद्युत रिक्तिक परिपथ ब्रेकर (यहाँ आगे ब्रेकर के रूप में संदर्भित) छोटे आकार, हल्का वजन, आग- और विस्फोट-प्रमाण, चालन सुचारू, कम शोर, छोटी खुली-संपर्क अंतराल, छोटी आर्किंग समय, और सुगम रखरखाव जैसी गुणवत्ताओं के कारण वितरण नेटवर्क में व्यापक रूप से प्रयोग किए जाते हैं। जैसे-जैसे वातावरणीय प्रदूषण बढ़ता जा रहा है, घोले धुएँ, बारिश, आर्द्रता, या बर्फ गलने जैसी अनुकूल आवर्ती परिस्थितियों में, ब्रेकर के पोस्ट इन्सुलेटर की सतह पर आंशिक डिस्चार्ज (PD) होने की संभावना रहती है। यह भी फ्लैशओवर तक जा सकता है, जो ब्रेकर की सेवा आयु को कम करता है और विद्युत प्रणाली के सुरक्षित और स्थिर संचालन को प्रभावित करता है।

इस लेख में, ZW32 - 12 बाह्य-स्तंभ-स्थापित उच्च-वोल्टेज विर्ण रिक्तिक परिपथ ब्रेकर (आगे ZW32 - 12 HV ब्रेकर के रूप में संदर्भित) के उदाहरण को लेकर विभिन्न जलवायु परिस्थितियों में परीक्षण किया गया है। ZW32 - 12 ब्रेकर के पोस्ट इन्सुलेटर की सतह पर डिस्चार्ज प्रक्रिया को यूवी इमेजर द्वारा दर्ज किया गया है, जबकि इसकी डिस्चार्ज मात्रा साथ ही मापी गई है। यूवी इमेजों के इमेज प्रोसेसिंग के बाद, इन इमेजों की विशेषताओं को निरूपित करने वाले विशिष्ट पैरामीटर्स निकाले गए हैं। इसके बाद, लीस्ट-स्क्वायर सपोर्ट वेक्टर मशीन विधि का उपयोग करके डिस्चार्ज मात्रा की गणना की गई है, जिससे यूवी इमेजों का कलिब्रेशन संभव होता है। यह ब्रेकरों के आंशिक डिस्चार्ज के लिए एक नई गैर-संपर्क टेक्निक प्रस्तुत करता है।

ZW32 - 12 ब्रेकर एक त्रिफास, 50Hz, 12kV AC बाह्य विद्युत वितरण उपकरण है। इसका मुख्य उपयोग लोड धारा, ओवरलोड धारा, और शॉर्ट-सर्किट धारा को बंद और खोलने के लिए किया जाता है। इसकी संरचना चित्र 1 में दिखाई गई है।

पोस्ट इन्सुलेटर के डिस्चार्ज यूवी इमेज को एक साथ दर्ज करने और आंशिक डिस्चार्ज (PD) मात्रा को मापने के लिए, एक इन्सुलेटर सतह डिस्चार्ज परीक्षण प्रणाली डिजाइन की गई है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। चित्र 2 में, T वोल्टेज रेगुलेटर, B अप-स्टेप ट्रांसफार्मर, R₁ सीमित प्रतिरोध, और C₂ कोप्लिंग कैपेसिटर, PD माप के लिए नमूना लेने के लिए उपयोग किया जाता है। 

प्रणाली में उपयोग किया जाने वाला ट्रांसफार्मर YDWT - 10kVA/100kV मॉडल है, जैसा कि चित्र 3 - a में दिखाया गया है। यह इन्सुलेटर के लिए आवश्यक उच्च वोल्टेज स्रोत उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है।

OFIL Superb यूवी इमेजर का उपयोग इन्सुलेटर सतह डिस्चार्ज के यूवी इमेज को दर्ज करने के लिए किया जाता है, जैसा कि चित्र 3 - b में दिखाया गया है। परीक्षण नमूना एक ZW32 - 12 ब्रेकर का पोस्ट इन्सुलेटर है, जो तीन वर्षों से सेवा में है, जैसा कि चित्र 3 - c में दिखाया गया है। नमूना एक कृत्रिम जलवायु चैम्बर में रखा गया है, जहाँ सापेक्ष आर्द्रता स्थिर रूप से नियंत्रित की जा सकती है।

इस प्रणाली में, पल्स धारा विधि का उपयोग आंशिक डिस्चार्ज (PD) मात्रा को मापने के लिए किया जाता है। कंट्रोल पैनल वोल्टेज रेगुलेटर और ट्रांसफार्मर को नियंत्रित करता है ताकि वांछित वोल्टेज उत्पन्न किया जा सके। फिर, PD सिग्नल को एक कोप्लिंग कैपेसिटर और डिटेक्टिंग इम्पीडेंस के माध्यम से JFD - 3 PD डिटेक्टर में भेजा जाता है।

अविराम आर्द्रीकरण के माध्यम से, कृत्रिम जलवायु चैम्बर में सापेक्ष आर्द्रता को स्थिर स्तर पर बनाया जा सकता है। इन्सुलेटरों को दो घंटे तक वोल्टेज के लिए प्रदान किया जाता है ताकि वे पूरी तरह से गीले हो जाएं। फिर, इन्सुलेटर पर 12kV वोल्टेज 5 मिनट के लिए लगाया जाता है। इस अवधि के दौरान, यूवी इमेज दर्ज किए जाते हैं, और PD मात्रा मापी जाती है। यूवी इमेजर की फोटोग्राफी दूरी 5 मीटर, कोण 0° और गेन 110% होता है। प्रत्येक सापेक्ष आर्द्रता स्तर पर अनुक्रमिक रूप से परीक्षण किए जाते हैं, जो 70% से 90% तक होता है, 5% के अंतराल से।

 यूवी इमेजों की प्रक्रिया

यूवी इमेजर वीडियो दर्ज करता है, इसलिए यूवी वीडियो के लिए अनुक्रमिक फ्रेमों को प्राप्त करने के लिए फ्रेम प्रोसेसिंग आवश्यक है। प्रत्येक इमेज फ्रेम एक RGB ट्रू-कलर इमेज [3] होता है। इन्सुलेटर की सतह डिस्चार्ज यूवी इमेज पर एक चमकीले बिंदु के रूप में प्रतिबिंबित होता है। सतह डिस्चार्ज की तीव्रता जितनी अधिक होती है, उतना ही बड़ा बिंदु का क्षेत्र होता है। इसलिए, इमेज प्री-प्रोसेसिंग और इमेज सेगमेंटेशन इमेज बैकग्राउंड को फिल्टर करने और बिंदु भाग को निकालने के लिए आवश्यक चरण हैं।

क्योंकि RGB कलर स्पेस में लाल घटक (R), हरा घटक (G), और नीला घटक (B) केवल लाल, हरा, और नीले रंगों की अनुपात को दर्शाते हैं और इमेज की चमक को नहीं दर्शाते, हम प्रत्येक इमेज फ्रेम को HSL कलर स्पेस में विश्लेषण करते हैं। HSL का अर्थ है Hue, Saturation, और Luminance क्रमशः। एक इमेज फ्रेम के HSL घटक चित्र 4 में दिखाए गए हैं। चित्र 4 के अनुसार, हम यह निर्धारित कर सकते हैं कि H या S घटक बिंदु और बैकग्राउंड को अलग नहीं कर सकते, जबकि L घटक यह विभाजन कर सकता है [4]।

चित्र 4 - c से स्पष्ट है कि बिंदु भाग का L घटक बैकग्राउंड से अधिक है। इसलिए, बिंदु भाग को निकालने के लिए थ्रेशहोल्ड सेगमेंटेशन एक प्रभावी विधि है। यहाँ, हम Otsu's थ्रेशहोल्डिंग विधि का उपयोग L-घटक थ्रेशहोल्ड की गणना करने के लिए करते हैं [5]। Otsu's विधि के Matlab कोडिंग के बाद, ऑप्टिमल L-घटक थ्रेशहोल्ड 216 निर्धारित किया गया है, और सेगमेंटेशन का परिणाम चित्र 5 - c में प्रस्तुत किया गया है। स्पष्ट है कि बैकग्राउंड फिल्टर किया गया है, और केवल यूवी बिंदु भाग शेष है।

चित्र 5 - c में दिखाए गए, यूवी बिंदु भाग के अलावा, अभी भी बहुत सारे छोटे नोइज पॉइंट्स हैं। इस समस्या का समाधान करने के लिए, हम एक वृत्ताकार संरचनात्मक तत्व के साथ 4 पिक्सल की त्रिज्या के साथ गणितीय मॉर्फोलॉजी ऑपरेशन लागू करते हैं ताकि इन नोइज पॉइंट्स को हटा सकें [6]। गणितीय मॉर्फोलॉजी प्रोसेसिंग के बाद, परिणाम चित्र 5 - d में दिखाया गया है। सभी नोइज पॉइंट्स हटा दिए गए हैं, और केवल बिंदु भाग शेष है। हम यूवी इमेज के बिंदु भाग में पिक्सलों की संख्या को "फेक्युला क्षेत्र" परिभाषित करते हैं।

UV वीडियो के लगातार फ्रेमों के लिए फेक्युला क्षेत्र की गणना करने के बाद, हम फेक्युला क्षेत्र वक्र प्राप्त कर सकते हैं। 85% आर्द्रता पर फेक्युला क्षेत्र वक्र चित्र 6 में दिखाया गया है। चित्र 6 से स्पष्ट है कि फेक्युला क्षेत्र छोटे सीमा में उतार-चढ़ाव करता है, जबकि बड़े आकार का बिंदु अक्सर दिखाई देता है। इसलिए, डिस्चार्ज तीव्रता को वर्णित करने के लिए तीन पैरामीटर निर्धारित किए गए हैं: औसत फेक्युला क्षेत्र, अस्थिर फेक्युला क्षेत्र, और अस्थिर फेक्युला की पुनरावृत्ति बारीक [7]। हम 100 लगातार फ्रेमों को आंशिक डिस्चार्ज के बाद अध्ययन के लिए चुनते हैं। औसत फेक्युला क्षेत्र 100 फ्रेमों के फेक्युला क्षेत्रों का औसत है। अस्थिर फेक्युला क्षेत्र उन फेक्युला क्षेत्रों का औसत है जो औसत फेक्युला क्षेत्र से बड़े हैं, जबकि अस्थिर फेक्युला की पुनरावृत्ति बारीक उन फेक्युला की संख्या है जिनका क्षेत्र औसत फेक्युला क्षेत्र से बड़ा है। चित्र 6 के अनुसार, औसत फेक्युला क्षेत्र 665 पिक्सल है। अस्थिर फेक्युला क्षेत्र 902 पिक्सल है। अस्थिर फेक्युला की पुनरावृत्ति बारीक 32 है।

जब तीन विशिष्ट पैरामीटर गणना किए जाते हैं और आंशिक डिस्चार्ज (PD) मात्रा साथ ही मापी जाती है, हम इन तीन UV इमेज पैरामीटरों के माध्यम से PD मात्रा का निर्धारण करने का प्रयास करते हैं लीस्ट-स्क्वायर सपोर्ट वेक्टर मशीन विधि का उपयोग करके।

90 नमूने UV वीडियो चुने गए हैं। इन नमूनों के प्रत्येक फ्रेम के लिए, तीन UV इमेज पैरामीटर गणना किए गए हैं, और संबंधित आंशिक डिस्चार्ज (PD) मात्रा JFD3 PD डिटेक्टर द्वारा रिकॉर्ड की गई है। वेक्टर मशीन के इनपुट तर्क औसत फेक्युला क्षेत्र, अस्थिर फेक्युला क्षेत्र, अस्थिर फेक्युला की पुनरावृत्ति बारीक, और सापेक्ष आर्द्रता चुने गए हैं। आउटपुट तर्क PD मात्रा है। रेडियल बेसिस फंक्शन (RBF) को कर्नल फंक्शन के रूप में चुना गया है। नॉर्मलाइजेशन के बाद, 80 नमूनों का उपयोग ट्रेनिंग के लिए किया गया है। वेक्टर मशीन के कर्नल पैरामीटर और दंडन पैरामीटर डिफ़ॉल्ट मानों पर सेट किए गए हैं। ट्रेनिंग का परिणाम चित्र 7 में दिखाया गया है।

चित्र 7 से स्पष्ट है, अधिकांश ट्रेनिंग नमूनों के लिए, मापी गई PD मात्रा की तुलना में त्रुटि अपेक्षाकृत कम है। हालांकि, कुछ नमूनों के लिए, त्रुटि 20% से अधिक है। मीन स्क्वायर एरर (MSE) की गणना निम्न प्रकार की गई है:

रिग्रेशन परिणाम के मीन स्क्वायर एरर (MSE) को कम करने और वेक्टर मशीन की सटीकता को बढ़ाने के लिए, जेनेटिक एल्गोरिथ्म (GA) का उपयोग करके कर्नल पैरामीटर और दंडन पैरामीटर का ऑप्टिमाइज़ किया जाता है। [8 - 9]

टर्मिनेशन पीढ़ी 100 सेट की गई है, और जनसंख्या आकार 20 सेट किया गया है। ऑप्टिमाइज़ेशन प्रक्रिया चित्र 8 में दिखाई गई है। चित्र 8 से स्पष्ट है, 30 पीढ़ियों के विकास के बाद, MSE 0.07 से 0.01 तक घटता है, जो दर्श