KR102604185B1 - Zinc oxide based partial discharge diagnosis sensor - Google Patents

Zinc oxide based partial discharge diagnosis sensor Download PDF

Info

Publication number
KR102604185B1
KR102604185B1 KR1020200169904A KR20200169904A KR102604185B1 KR 102604185 B1 KR102604185 B1 KR 102604185B1 KR 1020200169904 A KR1020200169904 A KR 1020200169904A KR 20200169904 A KR20200169904 A KR 20200169904A KR 102604185 B1 KR102604185 B1 KR 102604185B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
zinc oxide
partial discharge
sensor
substrate
layer
Prior art date
Application number
KR1020200169904A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220080610A (en
Inventor
김성수
김현기
김은혜
조덕수
김지숙
Original Assignee
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경희대학교 산학협력단 filed Critical 경희대학교 산학협력단
Priority to KR1020200169904A priority Critical patent/KR102604185B1/en
Publication of KR20220080610A publication Critical patent/KR20220080610A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102604185B1 publication Critical patent/KR102604185B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of measuring instruments, e.g. of probe tips
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1209Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing using acoustic measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/14Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/62Testing of transformers

Abstract

본 발명은 부분방전 검출용 센서를 제공하고, 상기 부분방전 검출용 센서는 지지 기판, 상기 지지 기판 상에 전극, 상기 전극 상에 산화아연 나노막대 층, 상기 산화아연 나노막대 층 상에 상기 전극과 대응하는 상대전극 및 상기 상대전극 상에 상부 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 한국전력공사 전력연구원 2018년~2021년 전력산업 사외공모 기초연구(R18XA02) "자가발전식 고효율 저비용 스마트센서 및 센서 데이터 전송기술 연구"을 통해 개발된 발명이다.
The present invention provides a sensor for detecting partial discharge, wherein the sensor for detecting partial discharge includes a support substrate, an electrode on the support substrate, a zinc oxide nanorod layer on the electrode, and the electrode on the zinc oxide nanorod layer. It is characterized in that it includes a corresponding counter electrode and an upper substrate on the counter electrode.
This invention was developed through the Korea Electric Power Corporation's Electric Power Research Institute's 2018-2021 electric power industry external contest basic research (R18XA02) "Research on self-generated, high-efficiency, low-cost smart sensors and sensor data transmission technology."

Description

산화아연 기반의 부분방전 진단용 센서{ZINC OXIDE BASED PARTIAL DISCHARGE DIAGNOSIS SENSOR}Sensor for partial discharge diagnosis based on zinc oxide {ZINC OXIDE BASED PARTIAL DISCHARGE DIAGNOSIS SENSOR}

본 발명은 부분방전을 진단하는 센서에 관한 것으로 구체적으로는 산화아연을 기반으로 하는 구조체를 포함하는 부분방전 진단용 센서에 관한 것이다. The present invention relates to a sensor for diagnosing partial discharge, and more specifically, to a sensor for diagnosing partial discharge including a structure based on zinc oxide.

최근 전력수요의 폭발적인 증가에 따라 전력설비는 대용량 및 초고압화가 진행되고 있으며, 각 지역의 변전소는 무인화되어 관리되는 추세로 발전되어 가고 있다. Recently, with the explosive increase in power demand, power facilities are becoming larger in capacity and ultra-high voltage, and substations in each region are developing into a trend of being unmanned and managed.

특히 이러한 추세에 따라 전력 IoT 기반의 설비관리 모델은 기존 시스템과는 차별화된 패러다임이 필요하며, 기존 설비관리 관련 기술 중 진단시스템은 설비의 결합에 의해 발생하는 부분방전(PD, Partial Discharge)도 증가하는 추세다. In particular, according to this trend, the power IoT-based facility management model requires a paradigm differentiated from existing systems, and among existing facility management-related technologies, the diagnostic system also increases partial discharge (PD) caused by the combination of facilities. It is a trend.

부분방전은 전극과 전극 사이에서 일어나지 않고 한 부분에 생기는 방전을 총칭하는 것으로, 절연물 표면에서 고전계에 의한 부분적인 표면 방전 또는 절연물 내부에 존재하는 공극이나 기포에 발생하는 내부 방전 등의 부분 방전이 있고, 기체 중에서 뾰족한 전극의 첨단 부근에 생기는 코로나방전, 고체절연물의 표면을 따라서 생기는 연면방전(沿面放電), 고체절연물 내의 공극에 생기는 보이드방전 등의 부분 방전이 있다. Partial discharge is a general term for discharges that occur in one part rather than between electrodes. Partial discharges such as partial surface discharges caused by high electric fields on the surface of an insulating material or internal discharges that occur in voids or bubbles present inside the insulating material. There are partial discharges such as corona discharge that occurs near the tip of a sharp electrode in a gas, creeping discharge that occurs along the surface of a solid insulator, and void discharge that occurs in the pores in the solid insulator.

이러한 부분방전을 시작으로 전압 스트레스에 의한 절연물의 열화가 진전되기도 한다. 전기 집진장치 등에서 집진극에 모아지는 입자층의 저항률이 매우 높은 때에는 입자층 표면에서 방전극을 향하여 역 코로나 방전(역전리)이 발생하고, 전계강도가 강해지면 입자층 전면에서 역 이온이 방전극을 향하여 방출되어 입자 전하를 중화하여 집진 기능이 상실되어 절연물이 둔화되는 원인이 되기도 한다. Starting with this partial discharge, the deterioration of the insulating material due to voltage stress may progress. When the resistivity of the particle layer collected at the dust collection electrode in an electric precipitator, etc. is very high, reverse corona discharge (reverse ionization) occurs from the surface of the particle layer toward the discharge electrode, and when the electric field strength becomes strong, reverse ions are emitted from the front of the particle layer toward the discharge electrode, causing particles to drop. By neutralizing the electric charge, the dust collection function is lost, which can cause the insulating material to become dull.

따라서 부분방전을 검출하는 시스템의 수요도 증가하고 있으나, 이러한 부분방전 검출 시스템은 대부분 미소 PD 신호(pC의 전하량에 의해 발생하는 전압, 수μV)를 계측 및 분석하는 고사양의 고가 제품들이다. 따라서, 최근 부분방전(PD) 신호를 직접 계측하는 대신 부분방전(PD)에 의해 발생하는 빛, 음, 진동, 자외선, 적외선 초음파, 오존 등을 검출하는 진단장비가 도입되고 있으며, 궁극적으로 IoT 기반 설비관리 시스템은 기존 고사양 장비를 대체하여 휴대가 가능하며 소형, 저사양 센서를 적용해야 하는 필요성이 있다. Accordingly, the demand for systems that detect partial discharge is increasing, but most of these partial discharge detection systems are high-specification, expensive products that measure and analyze small PD signals (voltage generated by the charge amount of pC, several μV). Therefore, recently, instead of directly measuring partial discharge (PD) signals, diagnostic equipment that detects light, sound, vibration, ultraviolet rays, infrared ultrasonic waves, ozone, etc. generated by partial discharge (PD) has been introduced, and is ultimately IoT-based. There is a need for facility management systems to replace existing high-spec equipment and apply portable, small, low-spec sensors.

본 발명은 한국전력공사 전력연구원 2018년~2021년 전력산업 사외공모 기초연구(R18XA02) "자가발전식 고효율 저비용 스마트센서 및 센서 데이터 전송기술 연구"을 통해 개발된 발명이다. This invention was developed through the Korea Electric Power Corporation's Electric Power Research Institute's 2018-2021 electric power industry external contest basic research (R18XA02) "Research on self-generated, high-efficiency, low-cost smart sensors and sensor data transmission technology."

한국공개특허공보 제10-2013-0047418호, "복수의 센서를 이용한 고전압 전력기기의 부분방전 진단장치 및 방법"Korean Patent Publication No. 10-2013-0047418, “Partial discharge diagnosis device and method for high-voltage power equipment using multiple sensors” 한국등록특허공보 제10-1303082호, "휴대형 부분방전 검출 장치"Korean Patent Publication No. 10-1303082, “Portable partial discharge detection device”

본 발명의 실시예는 산화아연(ZnO) 나노막대(nanorod)의 종횡비가 조절되는 산화아연 기반의 나노막대 구조체를 제공하고자 한다. An embodiment of the present invention seeks to provide a zinc oxide-based nanorod structure in which the aspect ratio of zinc oxide (ZnO) nanorods is controlled.

또한, 본 발명의 실시예는 산화아연 기반의 나노막대 구조체의 산화아연 나노막대의 종횡비를 조절하는 산화아연 기반의 전극 소자의 제조방법을 제공하고자 한다. Additionally, an embodiment of the present invention seeks to provide a method of manufacturing a zinc oxide-based electrode device that adjusts the aspect ratio of the zinc oxide nanorods of the zinc oxide-based nanorod structure.

또한 본 발명의 실시예는 산화아연 기반의 전극 소자를 포함하는 부분방전 검출 센서를 제공하고자 한다. Additionally, an embodiment of the present invention seeks to provide a partial discharge detection sensor including a zinc oxide-based electrode element.

본 발명의 실시예에 따른 부분방전 검출용 센서는 지지 기판 상에 형성된 전극, 상기 전극 상에 전력설비의 부분방전으로 발생하는 초음파를 감지하는 산화아연 나노막대 층, 상기 산화아연 나노막대 층 상에 상기 전극과 대응하는 상대전극, 상기 상대전극 상에 상부 기판 및 상기 전극과 상대 전극을 연결하는 전선을 포함한다. A sensor for partial discharge detection according to an embodiment of the present invention includes an electrode formed on a support substrate, a zinc oxide nanorod layer that detects ultrasonic waves generated by partial discharge of power equipment on the electrode, and a zinc oxide nanorod layer on the zinc oxide nanorod layer. It includes a counter electrode corresponding to the electrode, an upper substrate on the counter electrode, and a wire connecting the electrode and the counter electrode.

상기 지지 기판은 유리 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나트탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리이서설폰(polyethersulfone, PES), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 로 이루어진 고분자 필름군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 한다. The support substrate is selected from the group of polymer films consisting of glass and polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), and polycarbonate (PC). It is characterized by being one.

상기 전극은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 탄소섬유, 금속, 전도성 고분자, 그래핀, 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 인 것을 특징으로 한다. The electrode is characterized in that it is selected from the group consisting of indium tin oxide (ITO), carbon fiber, metal, conductive polymer, graphene, and carbon nanotube (Carbon nanotube, CNT).

상기 산화아연 나노막대 층의 산화아연 나노막대는 5:1 내지 40:1의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 한다. The zinc oxide nanorods of the zinc oxide nanorod layer are characterized in that they have an aspect ratio of 5:1 to 40:1.

상기 상대 전극은 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 한다. The counter electrode is characterized in that it is selected from the group consisting of silver (Ag), platinum (Pt), and palladium (Pd).

상기 상부 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나트탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리이서설폰(polyethersulfone, PES), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 한다. The upper substrate is characterized by being selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), and polycarbonate (PC). Do it as

상기 초음파는 50MHz 내지 700MHz 대역의 초음파인 것을 특징으로 한다. The ultrasonic waves are characterized in that they are ultrasonic waves in the 50 MHz to 700 MHz band.

본 발명의 다른 실시예에 따른 부분방전 검출용 센서 제조방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 산화아연 씨드(ZnO seed) 용액으로 산화아연 씨드층(seed layer)을 형성하는 단계, 상기 산화아연 씨드층이 형성된 기판 상에 복수개의 산화아연 나노막대(nanorod)가 성장시켜 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계 및 상기 산화아연 나노막대층 상에 상대 전극 물질이 증착된 기판을 결합하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a sensor for partial discharge detection according to another embodiment of the present invention includes the steps of preparing a substrate, forming a zinc oxide seed layer with a zinc oxide seed (ZnO seed solution) on the substrate, and the oxidation step. Forming a zinc oxide nanorod layer by growing a plurality of zinc oxide nanorods on a substrate on which a zinc seed layer is formed, and combining a substrate on which a counter electrode material is deposited on the zinc oxide nanorod layer. Includes.

상기 산화아연 씨드층이 형성된 기판 상에 복수개의 산화아연 나노막대(nanorod)를 성장시키는 방법은 수열합성법(hydrothermal process)인 것을 특징으로 한다. The method of growing a plurality of zinc oxide nanorods on the substrate on which the zinc oxide seed layer is formed is characterized by a hydrothermal process.

산화아연 씨드층을 형성하는 단계는 상기 산화아연 씨드 용액을 상기 기판상에 800rpm 내지 1200rpm으로 40 내지 80초간 스핀 코팅하고 80℃ 내지 120℃에서 1분 내지 3분간 건조하는 것을 특징으로 한다. The step of forming a zinc oxide seed layer is characterized by spin coating the zinc oxide seed solution on the substrate at 800 rpm to 1200 rpm for 40 to 80 seconds and drying at 80°C to 120°C for 1 to 3 minutes.

상기 산화아연 씨드 용액을 상기 기판상에 스핀 코팅하고 건조하는 과정을 2번 내지 10번 반복하여 상기 씨드층의 밀도를 조절하는 것을 특징으로 한다. The density of the seed layer is adjusted by repeating the process of spin-coating the zinc oxide seed solution on the substrate and drying it 2 to 10 times.

상기 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계는 상기 산화아연 씨드층이 형성된 기판을 산화아연 성장 용액에 넣고 1 내지 12 시간 성장시키는 것을 특징으로 한다. The step of forming the zinc oxide nanorod layer is characterized by placing the substrate on which the zinc oxide seed layer is formed in a zinc oxide growth solution and growing it for 1 to 12 hours.

상기 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계는 상기 산화아연 나노막대 층의 산화아연 나노막대의 종횡비가 5:1 내지 40:1 인 것을 특징으로 한다. The step of forming the zinc oxide nanorod layer is characterized in that the aspect ratio of the zinc oxide nanorods of the zinc oxide nanorod layer is 5:1 to 40:1.

상기 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계의 상기 산화아연 나노막대 층은 전력설비의 부분방전으로 발생하는 초음파를 감지하는 것을 특징으로 한다. The zinc oxide nanorod layer in the step of forming the zinc oxide nanorod layer is characterized by detecting ultrasonic waves generated by partial discharge of power equipment.

상기 초음파는 50MHz 내지 700MHz 대역의 초음파인 것을 특징으로 한다. The ultrasonic waves are characterized in that they are ultrasonic waves in the 50 MHz to 700 MHz band.

본 발명의 실시예에 따르면, 부분방전으로 발생하는 초음파를 검출할 수 있는 산화아연 기반의 나노막대의 구조체를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a zinc oxide-based nanorod structure that can detect ultrasonic waves generated by partial discharge.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 산화아연 기반의 나노막대의 구조체를 포함하는 부분방전 검출용 센서를 제공할 수 있다. Additionally, according to an embodiment of the present invention, a sensor for detecting partial discharge including a zinc oxide-based nanorod structure can be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 부분방전 검출용 센서를 이용하여 소형화된 부분방전 검출 장비를 제공할 수 있다. Additionally, according to an embodiment of the present invention, miniaturized partial discharge detection equipment can be provided using a sensor for partial discharge detection.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 검출용 센서의 모식도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 검출용 센서 제조방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 검출용 센서의 산화아연 기반의 나노막대 구조체의 SEM 이미지를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 검출용 센서의 특성평가에 사용된 장치를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 준비예 1에 따라 준비된 기판의 XRD 분석 결과를 도시한 것이다.
도 6는 본 발명의 실시예 1에 따른 부분방전 검출용 센서의 부분방전(코로나방전) 검출 결과를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 부분방전 검출용 센서의 부분방전(코로나방전) 검출 결과를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 부분방전 검출용 센서의 부분방전(코로나방전) 검출 결과를 도시한 것이다.
도 9은 본 발명의 실시예 4에 따른 부분방전 검출용 센서의 부분방전(코로나방전) 검출 결과를 도시한 것이다.
도 10는 본 발명의 실시예 2에 따른 부분방전(보이드방전) 검출 결과를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 비교예 1에 따른 부분방전(보이드방전) 검출 결과를 도시한 것이다.
Figure 1 shows a schematic diagram of a sensor for detecting partial discharge according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a flow chart of a method for manufacturing a sensor for detecting partial discharge according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows an SEM image of a zinc oxide-based nanorod structure of a sensor for partial discharge detection according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows a device used to evaluate the characteristics of a sensor for detecting partial discharge according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the results of XRD analysis of the substrate prepared according to Preparation Example 1 of the present invention.
Figure 6 shows the partial discharge (corona discharge) detection results of the partial discharge detection sensor according to Example 1 of the present invention.
Figure 7 shows the partial discharge (corona discharge) detection results of the partial discharge detection sensor according to Example 2 of the present invention.
Figure 8 shows the partial discharge (corona discharge) detection results of the partial discharge detection sensor according to Example 3 of the present invention.
Figure 9 shows the partial discharge (corona discharge) detection results of the partial discharge detection sensor according to Example 4 of the present invention.
Figure 10 shows partial discharge (void discharge) detection results according to Example 2 of the present invention.
Figure 11 shows partial discharge (void discharge) detection results according to Comparative Example 1 of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used herein, “comprises” and/or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or does not rule out addition.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, “embodiment,” “example,” “aspect,” “example,” etc. should be construed to mean that any aspect or design described is better or advantageous than other aspects or designs. It's not like that.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Additionally, the term 'or' means an inclusive OR 'inclusive or' rather than an exclusive OR 'exclusive or'. That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Additionally, as used in this specification and claims, the singular expressions “a” or “an” generally mean “one or more,” unless otherwise indicated or it is clear from the context that the singular refers to singular forms. It should be interpreted as

또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.Additionally, a part of an act, layer, area, component request, etc., is said to be "on" or "on" another part, not only when it is directly on top of the other part, but also when there are other acts, layers, areas, or components in between. Also includes cases where etc. are included.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 검출용 센서를 설명하기로 한다.Hereinafter, a sensor for detecting partial discharge according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

도 1을 참조하면, 부분방전 검출용 센서는 지지기판(112)과 전극(114)를 포함하는 기판(110), 기판(110) 상에 산화아연 나노막대 층(120), 산화아연 나노막대 층(120) 상에 전극(114)과 대응하는 상대전극(130), 상대전극(130) 상에 상부 기판(140) 및 전극(112)과 상대 전극(130)을 연결하는 전선(150)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the sensor for partial discharge detection includes a substrate 110 including a support substrate 112 and an electrode 114, a zinc oxide nanorod layer 120 on the substrate 110, and a zinc oxide nanorod layer. It includes a counter electrode 130 corresponding to the electrode 114 on (120), an upper substrate 140 on the counter electrode 130, and a wire 150 connecting the electrode 112 and the counter electrode 130. do.

지지 기판(114)은 유리 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나트탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리이서설폰(polyethersulfone, PES), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 로 이루어진 고분자 필름군에서 선택된 하나 일 수 있다.The support substrate 114 is a polymer film group consisting of glass, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), and polycarbonate (PC). It can be one selected from .

전극(112)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 탄소섬유, 금속, 전도성 고분자, 그래핀, 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 일 수 있다. The electrode 112 may be made of indium tin oxide (ITO), carbon fiber, metal, conductive polymer, graphene, or carbon nanotube (CNT).

산화아연 나노막대 층(120)의 산화아연 나노막대는 5:1 내지 40:1의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하고, 바람직하게는 11:1 내지 35:1이고, 보다 바람직하게는 21:1이다. The zinc oxide nanorods of the zinc oxide nanorod layer 120 are characterized as having an aspect ratio of 5:1 to 40:1, preferably 11:1 to 35:1, and more preferably 21:1. .

상기 종횡비는 상기 산화아연 나노막대 하나가 기판에 부착된 면의 평균 지름과 상기 산화아연 나노막대 하나의 평균 길이의 비율을 지칭한다. The aspect ratio refers to the ratio of the average diameter of the surface on which one zinc oxide nanorod is attached to the substrate and the average length of one zinc oxide nanorod.

상대 전극(130)은 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)(본 발명에서 사용 가능한 전극 종류 개시바랍니다)일 수 있고, 보다 구체적으로는 은(Ag) 일수 있다. The counter electrode 130 may be silver (Ag), platinum (Pt), or palladium (Pd) (please list the types of electrodes usable in the present invention), and more specifically, it may be silver (Ag).

상부 기판(140)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나트탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리이서설폰(polyethersulfone, PES), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 일 수 있으며, 구체적으로는 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN) 필름일 수 있다The upper substrate 140 may be polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), or polycarbonate (PC). Specifically, It may be a polyethylene naphthalate (PEN) film.

산화아연 나노막대 층(120)은 전력설비의 부분 방전으로 발생하는 초음파를 감지할 수 있고, 상기 초음파는 50MHz 내지 700MHz 대역의 일수 있다. The zinc oxide nanorod layer 120 can detect ultrasonic waves generated by partial discharge of power equipment, and the ultrasonic waves may be in the 50 MHz to 700 MHz band.

도 2를 참조하면 부분방전 검출용 센서 제조방법은 기판을 준비하는 단계, Referring to Figure 2, the method of manufacturing a sensor for partial discharge detection includes preparing a substrate,

산화아연 씨드층(seed layer)을 형성하는 단계, 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계 및 상대 전극과 결합하는 단계를 포함한다. It includes forming a zinc oxide seed layer, forming a zinc oxide nanorod layer, and combining it with a counter electrode.

보다 구체적으로는 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 산화아연 씨드(ZnO seed) 용액으로 산화아연 씨드층(seed layer)을 형성하는 단계, 상기 산화아연 씨드층이 형성된 기판 상에 복수개의 산화아연 나노막대(nanorod)가 성장시켜 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계 및 상기 산화아연 나노막대층 상에 상대 전극 물질이 증착된 기판을 결합하는 단계를 포함한다.More specifically, preparing a substrate, forming a zinc oxide seed layer with a zinc oxide seed (ZnO seed) solution on the substrate, forming a plurality of zinc oxide seeds on the substrate on which the zinc oxide seed layer is formed. It includes growing nanorods to form a zinc oxide nanorod layer and combining a substrate on which a counter electrode material is deposited on the zinc oxide nanorod layer.

상기 기판을 준비하는 단계의 상기 기판은 지지기판 및 전극을 포함하며, 상기 지지기판은 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나트탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리이서설폰(polyethersulfone, PES) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 일수 있다. 또한 상기 전극은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 탄소섬유, 금속, 전도성 고분자, 그래핀, 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 일 수 있으며, 구체적으로는 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO)일 수 있다.The substrate in the step of preparing the substrate includes a support substrate and an electrode, and the support substrate is glass, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and polyethersulfone. , PES) or polycarbonate (PC). Additionally, the electrode may be indium tin oxide (ITO), carbon fiber, metal, conductive polymer, graphene, or carbon nanotube (CNT), and specifically, indium tin oxide (Indium Tin Oxide, It may be ITO).

상기 기판을 준비하는 단계의 기판은 50 ohm/sq 내지 500 ohm/sq 저항을 가질 수 있다. 상기 저항의 단위는 ohm/sq 또는 Ω/□으로 표기할 수 있다. The substrate in the step of preparing the substrate may have a resistance of 50 ohm/sq to 500 ohm/sq. The unit of resistance is ohm/sq or Ω It can be written as /□.

상기 산화아연 씨드층이 형성된 기판 상에 복수개의 산화아연 나노막대(nanorod)를 성장시키는 방법은 수열합성법(hydrothermal process), 화학기상 증착법(CVD method), 전기 증착법(electro-deposition mehod), 졸-젤법(sol-gel method), 분자빔 증착법, 스퍼터링법, 펄스레이저 증착법 일수 있으며, 바람직하게는 수열합성법일 수 있다. Methods for growing a plurality of zinc oxide nanorods on a substrate on which the zinc oxide seed layer is formed include a hydrothermal process, a CVD method, an electro-deposition method, and a sol- It may be a gel method (sol-gel method), molecular beam deposition method, sputtering method, or pulse laser deposition method, and preferably, it may be a hydrothermal synthesis method.

상기 수열 합성법은 지하의 수열광산에서 천연적으로 광물이 결정화 되는 과정을 인공적으로 재현하여 특정 금속입자가 자라나는 것처럼 결정화 시키는 방법이다. 일반적인 수열 합성법은 고온고압에서 수행하나, 본 발명의 수열 합성법은 50 내지 100℃의 저온 및 상압에서 이뤄지는 것을 특징으로 한다. The hydrothermal synthesis method is a method of artificially reproducing the natural crystallization process of minerals in an underground hydrothermal mine and crystallizing specific metal particles as if they were growing. A typical hydrothermal synthesis method is performed at high temperature and high pressure, but the hydrothermal synthesis method of the present invention is characterized by being performed at a low temperature and normal pressure of 50 to 100°C.

산화아연 씨드층을 형성하는 단계는 상기 산화아연 씨드 용액을 상기 기판상에 800rpm 내지 1200rpm으로 40 내지 80초간 스핀 코팅 할 수 있고, 80℃ 내지 120℃에서 1분 내지 3분간 건조할 수 있다. 구체적으로는 1000 rpm으로 60초간 스핀 코팅하고 100℃에서 2분간 건조한다. In the step of forming a zinc oxide seed layer, the zinc oxide seed solution may be spin coated on the substrate at 800 rpm to 1200 rpm for 40 to 80 seconds, and dried at 80°C to 120°C for 1 minute to 3 minutes. Specifically, spin coating at 1000 rpm for 60 seconds and drying at 100°C for 2 minutes.

상기 산화아연 씨드 용액을 상기 기판상에 스핀 코팅하고 건조하는 과정은 2번 내지 10번 반복하여 상기 씨드층의 밀도를 조절할 수 있다. 바람직하게는 5번을 반복하여 씨드층의 밀도를 조절하는 것이 좋다.The process of spin coating and drying the zinc oxide seed solution on the substrate can be repeated 2 to 10 times to adjust the density of the seed layer. Preferably, it is better to adjust the density of the seed layer by repeating this step 5 times.

상기 씨드층의 밀도는 상기 산화아연 나노막대의 종횡비 성장에 영향을 주며, 상기 씨드층의 밀도에 영향을 받아 형성된 산화아연 나노막대 층은 부분방전에 의한 초음파 검출시 효과에 영향을 준다.The density of the seed layer affects the aspect ratio growth of the zinc oxide nanorods, and the zinc oxide nanorod layer formed under the influence of the density of the seed layer affects the effectiveness of ultrasonic detection by partial discharge.

상기 씨드층의 밀도는 XRD 결과의 특정 위치의 피크 크기로 확인할 수 있고, 특정 위치의 피크가 확인되면 어느정도 밀도분포를 같는 seed 층이 형성이 된 것으로 판단할 수 있다. 그렇게 확인된 씨드층을 사용하는 것이 나노로드의 성장에 유리하다.The density of the seed layer can be confirmed by the peak size at a specific position in the XRD results, and when the peak at a specific position is confirmed, it can be determined that a seed layer with the same density distribution to some extent has been formed. Using the identified seed layer is advantageous for the growth of nanorods.

상기 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계는 상기 산화아연 씨드층이 형성된 기판을 산화아연 성장 용액에 넣고 1 내지 12 시간 성장시킬 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 9시간 성장시킬 수 있다. In the step of forming the zinc oxide nanorod layer, the substrate on which the zinc oxide seed layer is formed can be placed in a zinc oxide growth solution and grown for 1 to 12 hours, preferably for 3 to 9 hours.

상기 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계는 상기 산화아연 나노막대의 종횡비가 5:1 내지 40:1 일 수 있고, 바람직하게는 5:1 내지 35:1 일수 있으며, 보다 바람직하게는 11:1 내지 21:1일 수 있다. In the step of forming the zinc oxide nanorod layer, the aspect ratio of the zinc oxide nanorods may be 5:1 to 40:1, preferably 5:1 to 35:1, and more preferably 11:1. It may be 21:1.

상기 산화아연 나노막대층 상에 상대 전극 물질이 증착된 기판을 결합하는 단계의 상기 상대 전극 물질은 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 하나일수 있다. In the step of combining the substrate on which the counter electrode material is deposited on the zinc oxide nanorod layer, the counter electrode material may be one selected from the group consisting of silver (Ag), platinum (Pt), and palladium (Pd).

상기 결합하는 단계는 상기 산화아연 나노막대 층과 상기 적극 물질이 증착된 기판의 전극 물질 증착 부분이 닿도록 결합한다. In the combining step, the zinc oxide nanorod layer and the electrode material deposition portion of the substrate on which the positive material is deposited are combined to contact each other.

상기 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계의상기 산화아연 나노막대 층은 변압기, 송전설비, 배전설비, GIS(gas insulated switchgear) 등과 같은 전력설비의 부분방전으로 발생하는 초음파를 감지할 수 있으며, 상기 초음파는 50MHz 내지 700MHz 대역의 초음파일 수 있다. The zinc oxide nanorod layer in the step of forming the zinc oxide nanorod layer can detect ultrasonic waves generated by partial discharge of power equipment such as transformers, power transmission equipment, distribution equipment, GIS (gas insulated switchgear), etc. The ultrasonic waves may be ultrasonic waves in the 50 MHz to 700 MHz band.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations can be made from these descriptions by those skilled in the art. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the claims and equivalents thereof as well as the claims described later.

준비예 1. Preparation example 1.

ZnO nanorod(산화아연 나노막대)를 기판 위에 형성하기 위해 저온에서 대면적 성장이 가능한 습식화학방법(수열 합성법, hydrothermal process)을 이용하였다. To form ZnO nanorods (zinc oxide nanorods) on a substrate, a wet chemical method (hydrothermal process) that allows large-area growth at low temperatures was used.

먼저, 상온에서 에탄올 50 ml에 Zinc acetate dihydrate (Zn(CH3COO)2·2H2O, Aldrich) 0.02 M을 30 min 동안 교반기를 이용하여 용해시켰다. 이후 모두 용해시키기 위해 추가적으로 90 ℃로 온도를 상승시킨 후 10 min 동안 더 교반하였다. 이렇게 제조한 ZnO seed 용액에 IPA, Acetone으로 세정 후 건조 과정을 거친 후 불순물 제거와 surface wettability를 높이기 위해 plasma(Ar) 처리한 ITO/Glass 기판을 침지하는 ASM(Aqueous solution method)방식을 이용하여 ZnO seed layer를 형성하였다. 이때 상기 ITO/Glass 기판은 약 30 Ω/□의 면 저항을 가지는 ITO/Glass 기판을 사용한다. First, 0.02 M of zinc acetate dihydrate (Zn(CH3COO)2·2H2O, Aldrich) was dissolved in 50 ml of ethanol at room temperature using a stirrer for 30 min. Afterwards, in order to dissolve everything, the temperature was additionally raised to 90°C and stirred for an additional 10 min. The ZnO seed solution prepared in this way is cleaned with IPA and Acetone, dried, and then the ITO/Glass substrate treated with plasma (Ar) is immersed in the ZnO seed solution to remove impurities and increase surface wettability, using the ASM (Aqueous solution method) method. A seed layer was formed. At this time, the ITO/Glass substrate is used having a sheet resistance of about 30 Ω/□.

ZnO seed layer를 형성은 상기 ZnO seed 용액을 상기 ITO/Glass 기판 위에 떨어뜨린 후, 1000 rpm에서 60 s 동안 spin coating을 진행하였다. spin coating 처리된 기판은 seed 흡착과 유기 용매 제거를 위해 100 hot-plate 위에서 2 min 동안 건조하였다. 이러한 과정을 5번 반복하여 ZnO seed layer의 밀도를 조절하였다.To form a ZnO seed layer, the ZnO seed solution was dropped on the ITO/Glass substrate, and then spin coating was performed at 1000 rpm for 60 s. The spin-coated substrate was dried on a 100 hot-plate for 2 min to adsorb the seeds and remove the organic solvent. This process was repeated 5 times to adjust the density of the ZnO seed layer.

실시예 1. Example 1.

상기 준비예 1에서 ZnO seed layer가 형성된 ITO/Glass 기판을 증류수 300 ml에 0.025 M의 Zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO3)2·6H2O, Aldrich)와 0.025 M Hexamethylenetetramine (C6H12N4, Aldrich)을 75 ℃온도 조건에서 교반기를 이용하여 용해시켜 만든 성장 용액에 넣고 90 ℃ hot air oven에서 9 시간 성장시켰다. In Preparation Example 1, the ITO/Glass substrate on which the ZnO seed layer was formed was mixed with 0.025 M Zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO3)2·6H2O, Aldrich) and 0.025 M Hexamethylenetetramine (C6H12N4, Aldrich) in 300 ml of distilled water at a temperature of 75°C. It was added to the growth solution prepared by dissolving it using a stirrer and grown in a 90°C hot air oven for 9 hours.

상기와 같은 방법으로 35:1의 종횡비를 가진 ZnO nanorod 기반의 구조체가 형성된 기판을 준비한다. A substrate on which a ZnO nanorod-based structure with an aspect ratio of 35:1 was formed was prepared in the same manner as above.

상기와 같이 35:1의 종횡비를 가진 ZnO nanorod 기반의 구조체가 형성된 기판(glass or film, 1㎝ x 4㎝)을 하판으로 사용하였으며, 합착을 위해 일부를 칼로 긁어 제거한 뒤 양면테이프(Cat. 3215, 3M)를 부착한다. Ag가 증착된 PEN Film(125㎛)을 상기 하판과 유사한 크기로 절단하고 하판과 합착시킨다. 그리고 각각의 전극(ITO, Ag)에 전선을 캡톤 테이프로 고정하여 도 1과 같은 구조를 갖는 센서(sensor)용 소자를 제작한다. As described above, a substrate (glass or film, 1 cm , 3M) is attached. The PEN film (125㎛) on which Ag is deposited is cut to a size similar to the lower plate and bonded to the lower plate. Then, wires are fixed to each electrode (ITO, Ag) with Kapton tape to manufacture a sensor element having the structure shown in FIG. 1.

실시예 2. Example 2.

상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 반응 시간은 6시간 동안 수행하여 21:1의 종횡비를 가지는 ZnO nanorod 기반의 구조체가 형성된 기판을 준비한다.The same procedure as in Example 1 was performed, but the reaction time was 6 hours to prepare a substrate on which a ZnO nanorod-based structure with an aspect ratio of 21:1 was formed.

상기 ZnO nanorod의 종횡비가 21:1 인 ZnO nanorod 기반의 구조체가 형성된 기판을 이용하여, 상기 실시예 1과 동일하게 sensor용 소자를 제작한다. A sensor device was manufactured in the same manner as Example 1, using a substrate on which a ZnO nanorod-based structure was formed with an aspect ratio of the ZnO nanorod of 21:1.

실시예 3. Example 3.

상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 반응 시간은 3시간 동안 수행하여 11:1의 종횡비를 가지는 ZnO nanorod 기반의 구조체가 형성된 기판을 준비한다.The same procedure as in Example 1 was performed, but the reaction time was 3 hours to prepare a substrate on which a ZnO nanorod-based structure with an aspect ratio of 11:1 was formed.

상기 ZnO nanorod의 종횡비가 11:1 인 ZnO nanorod 기반의 구조체가 형성된 기판을 이용하여, 상기 실시예 1과 동일하게 sensor용 소자를 제작한다. Using a substrate on which a ZnO nanorod-based structure having an aspect ratio of the ZnO nanorod of 11:1 was formed, a sensor device was manufactured in the same manner as in Example 1.

실시예 4. Example 4.

상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 반응 시간은 1시간 동안 수행하여 5:1의 종횡비를 가지는 ZnO nanorod 기반의 구조체가 형성된 기판을 준비한다.The same procedure as in Example 1 was performed, except that the reaction time was 1 hour to prepare a substrate on which a ZnO nanorod-based structure with an aspect ratio of 5:1 was formed.

상기 ZnO nanorod의 종횡비가 5:1 인 ZnO nanorod 기반의 구조체가 형성된 기판을 이용하여, 상기 실시예 1과 동일하게 sensor용 소자를 제작한다. Using a substrate on which a ZnO nanorod-based structure having an aspect ratio of the ZnO nanorod of 5:1 was formed, a sensor device was manufactured in the same manner as Example 1.

비교예 1. Comparative Example 1.

상용화 센서인 HFCT(High Frequency Current Transformer) 센서를 준비한다. Prepare a commercialized sensor, the HFCT (High Frequency Current Transformer) sensor.

특성평가 1. Characteristic evaluation 1.

상기 준비예 1에 따라 준비된 기판을 X선 회절분석기를 이용하여 XRD(X-ray diffraction)분석하였다. 분석결과는 도 5에 도시하였다. The substrate prepared according to Preparation Example 1 above was subjected to XRD (X-ray diffraction) analysis using an X-ray diffraction analyzer. The analysis results are shown in Figure 5.

도 5을 참조하면 준비예 1에 따라 준비된 기판의 XRD 분석 결과, 2세타(2theta) 15도에서의 피크의 크기를 통해 (110)면의 결정이 잘 형성되었음을 확인하였다. 이를 통해 상기 준비예 1에 따라 준비된 기판의 Seed 층의 밀도가 ZnO nanorod를 성장시키기 용이함을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, as a result of XRD analysis of the substrate prepared according to Preparation Example 1, it was confirmed that crystals on the (110) plane were well formed through the size of the peak at 2theta 15 degrees. Through this, it can be seen that the density of the seed layer of the substrate prepared according to Preparation Example 1 makes it easy to grow ZnO nanorods.

특성평가 2. Characteristic evaluation 2.

코로나(corona) 방전을 이용한 부분 방전 모사 실험으로 센서 감지 여부 확인 실험을 진행하였다. 상기 부분 방전은 도 4의 도시된 장비를 이용하여 진행하였다. A partial discharge simulation experiment using corona discharge was conducted to check whether the sensor was detected. The partial discharge was performed using the equipment shown in FIG. 4.

부분 방전 감지 확인을 위해 10 pC(pico coulomb)을 갖는 corona 방전을 발생시켰다. 부분 방전이 일어나는 옆 기둥에 실시예 1을 통해 준비한 센서를 장착하여 부분 방전이 일어났을 때 signal이 변화하는지 센서에 연결된 전위계(Electrometer; 6514, Keithley)를 사용하여 전압 변화를 관찰하였다. To confirm partial discharge detection, a corona discharge with 10 pC (pico coulomb) was generated. The sensor prepared in Example 1 was mounted on the pillar next to the partial discharge, and the change in voltage was observed using an electrometer (6514, Keithley) connected to the sensor to see if the signal changed when partial discharge occurred.

실제로 부분 방전이 일어난 것은 상용화 되고 있는 비교예 1을 통해 준비한 센서를 연결한 오실로스코프(oscilloscope)를 통해 확인하였고, oscilloscope를 통해 부분 방전이 일어날 때 전압 변화가 생기고 부분 방전이 일어나지 않을 때 전압 변화가 없는 것을 확인하였다. The fact that a partial discharge actually occurred was confirmed through an oscilloscope connected to the sensor prepared through the commercially available Comparative Example 1. Through the oscilloscope, a voltage change occurred when a partial discharge occurred, and there was no voltage change when a partial discharge did not occur. confirmed.

상기와 같이 실시예 1(35:1의 종횡비를 갖는 ZnO nanorod 기반으로 한 sensor)로 10 pC의 코로나(corona)방전 모의 실험한 결과를 FFT(Fast Fourier Transform) 변환하였으며, 그 결과는 도 6에 도시하였다. As described above, the results of a 10 pC corona discharge simulation experiment using Example 1 (a sensor based on ZnO nanorod with an aspect ratio of 35:1) were converted to FFT (Fast Fourier Transform), and the results are shown in FIG. 6 Shown.

도 6를 참조하면, (a)가 실제적인 전압 데이터(voltage data)이고 이것을 FFT 변환한 것이 (b)이고, X축의 빈도(frequency)를 로그 스케일(log scale)로 변환한 것이 (c)이다. 마지막 (c)에서 보는 것과 같이 70 MHz, 115 MHz, 520 MHz 주파수 대역의 부분방전 신호가 검출되는 것으로 확인하였다.Referring to FIG. 6, (a) is the actual voltage data, (b) is the FFT conversion of this, and (c) is the frequency of the X-axis converted to a log scale. . As shown in last (c), it was confirmed that partial discharge signals were detected in the 70 MHz, 115 MHz, and 520 MHz frequency bands.

특성평가 3. Characteristic evaluation 3.

상기 특성평가 2와 동일하게 수행하되, 실시예 1을 통해 준비한 센서 대신에 실시예 2(21:1의 종횡비를 갖는 ZnO nanorod 기반으로 한 sensor)를 통해 준비한 센서를 이용하여 확인하였다. The same characteristics as the above characteristic evaluation 2 were performed, but instead of the sensor prepared in Example 1, the sensor prepared in Example 2 (a sensor based on ZnO nanorod with an aspect ratio of 21:1) was used.

확인 결과는 도 7에 도시하였다. The confirmation results are shown in Figure 7.

특성평가 4. Characteristic evaluation 4.

상기 특성평가 2와 동일하게 수행하되, 실시예 1을 통해 준비한 센서 대신에 실시예 3(11:1의 종횡비를 갖는 ZnO nanorod 기반으로 한 sensor)을 통해 준비한 센서를 이용하여 확인하였다. The same characteristic evaluation as 2 was performed, but instead of the sensor prepared in Example 1, it was confirmed using the sensor prepared in Example 3 (a sensor based on ZnO nanorod with an aspect ratio of 11:1).

확인 결과는 도 8에 도시하였다. The confirmation results are shown in Figure 8.

특성평가 5. Characteristic evaluation 5.

상기 특성평가 2와 동일하게 수행하되, 실시예 1을 통해 준비한 센서 대신에 실시예 4(5:1의 종횡비를 갖는 ZnO nanorod 기반으로 한 sensor)를 통해 준비한 센서를 이용하여 확인하였다. The same characteristics as the above characteristic evaluation 2 were performed, but instead of the sensor prepared in Example 1, it was confirmed using the sensor prepared in Example 4 (a sensor based on ZnO nanorod with an aspect ratio of 5:1).

확인 결과는 도 9에 도시하였다. The confirmation results are shown in Figure 9.

상기 도 7, 상기 도 8, 상기 도 9은 각각 21:1, 11:1, 5:1의 종횡비를 갖는 ZnO nanorod 기반으로 한 sensor의 부분 방전 실험 결과를 FFT 변환한 결과이다. 상기 도 7 내지 도 9은 특성평가 4의 결과와 동일하게 70 MHz, 115 MHz, 520 MHz 주파수에서 피크(peak)가 나왔음을 확인할 수 있다. FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 9 are FFT conversion results of partial discharge experiment results of a sensor based on ZnO nanorod with aspect ratios of 21:1, 11:1, and 5:1, respectively. 7 to 9 above, it can be seen that peaks occurred at frequencies of 70 MHz, 115 MHz, and 520 MHz, identical to the results of characteristic evaluation 4.

또한 21:1의 종횡비를 갖는 산화아연 나노막대(ZnO nanorod)기반의 센서가 520 MHz 주파수에서 peak가 조금 더 샤프(sharp)하게 나온 것을 통해 동일한 부분방전 조건에서 고주파 영역을 효과적으로 검출함을 확인할 수 있었다. In addition, it can be confirmed that the sensor based on zinc oxide nanorod (ZnO nanorod) with an aspect ratio of 21:1 has a slightly sharper peak at the 520 MHz frequency, effectively detecting the high frequency region under the same partial discharge conditions. there was.

특성평가 6. Characteristic evaluation 6.

상기 특성평가 2와 같이 수행하되, corona 방전이 아닌 void 방전을 이용하였다. The same procedure as characteristic evaluation 2 above was performed, but void discharge was used instead of corona discharge.

확인을 위해 50 pC(pico coulomb)을 갖는 void 방전을 발생시켰다. 부분 방전이 일어나는 옆 기둥에 실시예 2 및 비교예 1 통해 준비한 센서를 장착하여 부분 방전이 일어났을 때 신호(signal)가 변화하는지 센서에 연결된 전위계(Electrometer; 6514, Keithley)를 사용하여 전압 변화를 관찰하였다. For confirmation, a void discharge with 50 pC (pico coulomb) was generated. The sensor prepared through Example 2 and Comparative Example 1 was mounted on the pillar next to where partial discharge occurs, and the voltage change was measured using an electrometer (6514, Keithley) connected to the sensor to see if the signal changes when partial discharge occurs. observed.

실제로 부분 방전이 일어난 것은 상용화 되고 있는 비교예 1을 통해 준비한 sensor를 연결한 오실로스코프(oscilloscope)를 통해 확인하였고, 오실로스코프(oscilloscope)를 통해 부분 방전이 일어날 때 전압 변화가 생기고 부분 방전이 일어나지 않을 때 전압 변화가 없는 것을 확인하였다.The fact that a partial discharge actually occurred was confirmed through an oscilloscope connected to the sensor prepared through the commercially available Comparative Example 1. Through the oscilloscope, a voltage change occurs when a partial discharge occurs, and when a partial discharge does not occur, the voltage changes. It was confirmed that there was no change.

상기 실시예 2를 통해 준비한 센서를 이용하여 확인한 결과는 도 10에 도시하였고, 상기 비교예 1을 통해 준비한 센서를 이용하여 확인한 결과는 도 11에 도시하였다. The results confirmed using the sensor prepared through Example 2 are shown in FIG. 10, and the results confirmed using the sensor prepared through Comparative Example 1 are shown in FIG. 11.

도 10은 실시예 2(21:1의 종횡비를 갖는 ZnO nanorod 기반으로 한 sensor)를 이용한 50 pC의 void 방전 모의 테스트를 진행한 결과를 FFT 변환한 결과이다. 그 결과 15 MHz에서 높은 peak가 확인되었다. Figure 10 shows the results of FFT conversion of the results of a void discharge simulation test of 50 pC using Example 2 (sensor based on ZnO nanorod with an aspect ratio of 21:1). As a result, a high peak was confirmed at 15 MHz.

도 10의 결과를 상용화되고 있는 부분 방전 감지 sensor의 결과인 도 11의 결과와 비교해 보았다. 그 결과 도 11는 도 10의 결과와는 상대적으로 10 MHz에서 높은 peak이 나왔음을 확인할 수 있다. 이는 상기 도 10에 따라 제조된 시료가 상기 도 11과 동일한 방전조건에서 다른 주파수 영역을 검출할 수 있는 것을 확인한 결과이다.The results of FIG. 10 were compared with the results of FIG. 11, which are the results of a commercially available partial discharge detection sensor. As a result, it can be seen that Figure 11 shows a relatively high peak at 10 MHz compared to the result in Figure 10. This is a result of confirming that the sample manufactured according to FIG. 10 can detect a different frequency region under the same discharge conditions as that of FIG. 11.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations can be made from these descriptions by those skilled in the art. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the claims and equivalents thereof as well as the claims described later.

100: 부분방전 검출용 센서
110: 기판
112: 전극 114: 지지기판
120: 산화아연 나노막대 층
130: 상대 전극
140: 상부 기판
150: 전선
100: Sensor for partial discharge detection
110: substrate
112: electrode 114: support substrate
120: Zinc oxide nanorod layer
130: counter electrode
140: upper substrate
150: wire

Claims (15)

지지 기판상에 형성된 전극;
상기 전극 상에 전력설비의 부분방전으로 발생하는 초음파를 감지하는 산화아연 나노막대 층;
상기 산화아연 나노막대 층 상에 상기 전극과 대응하는 상대전극; 및
상기 상대전극 상에 상부 기판을 포함하고,
상기 산화아연 나노막대 층의 산화아연 나노막대는 5:1 내지 40:1의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서.
Electrodes formed on a support substrate;
A zinc oxide nanorod layer on the electrode that detects ultrasonic waves generated by partial discharge of power equipment;
A counter electrode corresponding to the electrode on the zinc oxide nanorod layer; and
Includes an upper substrate on the counter electrode,
A sensor for detecting partial discharge, characterized in that the zinc oxide nanorods of the zinc oxide nanorod layer have an aspect ratio of 5:1 to 40:1.
제1항에 있어서,
상기 지지 기판은 유리 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나트탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리이서설폰(polyethersulfone, PES), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 로 이루어진 고분자 필름군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서.
According to paragraph 1,
The support substrate is selected from the group of polymer films consisting of glass and polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), and polycarbonate (PC). A sensor for detecting partial discharge, characterized in that there is one.
제1항에 있어서,
상기 전극은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 탄소섬유, 금속, 전도성 고분자, 그래핀, 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 인 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서
According to paragraph 1,
The electrode is a sensor for partial discharge detection, characterized in that one selected from the group consisting of indium tin oxide (ITO), carbon fiber, metal, conductive polymer, graphene, and carbon nanotube (CNT).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 상대 전극은 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서.
According to paragraph 1,
A sensor for partial discharge detection, wherein the counter electrode is one selected from the group consisting of silver (Ag), platinum (Pt), and palladium (Pd).
제1항에 있어서,
상기 상부 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나트탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리이서설폰(polyethersulfone, PES), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서.
According to paragraph 1,
The upper substrate is characterized by being selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), and polycarbonate (PC). A sensor for partial discharge detection.
제1항에 있어서,
상기 초음파는 50MHz 내지 700MHz 대역의 초음파인 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서.
According to paragraph 1,
A sensor for partial discharge detection, characterized in that the ultrasonic waves are ultrasonic waves in the 50MHz to 700MHz band.
기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 산화아연 씨드(ZnO seed) 용액으로 산화아연 씨드층(seed layer)을 형성하는 단계;
상기 산화아연 씨드층이 형성된 기판 상에 복수개의 산화아연 나노막대(nanorod)를 성장시켜 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계; 및
상기 산화아연 나노막대층 상에 상대 전극 물질이 증착된 기판을 결합하고,
상기 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계는 상기 산화아연 나노막대 층의 산화아연 나노막대의 종횡비가 5:1 내지 40:1 인 것을 특징으로 하는 단계를 포함하는 부분방전 검출용 센서 제조방법.
Preparing a substrate;
Forming a zinc oxide seed layer on the substrate using a zinc oxide seed (ZnO seed) solution;
forming a zinc oxide nanorod layer by growing a plurality of zinc oxide nanorods on the substrate on which the zinc oxide seed layer is formed; and
Combining a substrate on which a counter electrode material is deposited on the zinc oxide nanorod layer,
The step of forming the zinc oxide nanorod layer is a method of manufacturing a sensor for partial discharge detection, wherein the zinc oxide nanorod layer has an aspect ratio of zinc oxide nanorods of 5:1 to 40:1.
제8항에 있어서,
상기 산화아연 씨드층이 형성된 기판 상에 복수개의 산화아연 나노막대(nanorod)를 성장시키는 방법은 수열합성법(hydrothermal process)인 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서 제조방법.
According to clause 8,
A method of manufacturing a sensor for partial discharge detection, characterized in that the method of growing a plurality of zinc oxide nanorods on the substrate on which the zinc oxide seed layer is formed is a hydrothermal process.
제8항에 있어서,
산화아연 씨드층을 형성하는 단계는 상기 산화아연 씨드 용액을 상기 기판상에 800rpm 내지 1200rpm으로 40 내지 80초간 스핀 코팅하고 80℃ 내지 120℃에서 1분 내지 3분간 건조하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서 제조방법.
According to clause 8,
The step of forming a zinc oxide seed layer involves spin coating the zinc oxide seed solution on the substrate at 800 rpm to 1200 rpm for 40 to 80 seconds and drying at 80°C to 120°C for 1 to 3 minutes. Sensor manufacturing method.
제10항에 있어서,
상기 산화아연 씨드 용액을 상기 기판상에 스핀 코팅하고 건조하는 과정을 2번 내지 10번 반복하여 상기 씨드층의 밀도를 조절하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서 제조방법.
According to clause 10,
A method of manufacturing a sensor for partial discharge detection, characterized in that the density of the seed layer is adjusted by repeating the process of spin coating and drying the zinc oxide seed solution on the substrate 2 to 10 times.
제8항에 있어서,
상기 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계는 상기 산화아연 씨드층이 형성된 기판을 산화아연 성장 용액에 넣고 1 내지 12 시간 성장시키는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서 제조방법.
According to clause 8,
The step of forming the zinc oxide nanorod layer is a method of manufacturing a sensor for partial discharge detection, characterized in that the substrate on which the zinc oxide seed layer is formed is placed in a zinc oxide growth solution and grown for 1 to 12 hours.
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 산화아연 나노막대 층을 형성하는 단계의 상기 산화아연 나노막대 층은 전력설비의 부분방전으로 발생하는 초음파를 감지하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서 제조방법.
According to clause 8,
A method of manufacturing a sensor for partial discharge detection, characterized in that the zinc oxide nanorod layer in the step of forming the zinc oxide nanorod layer detects ultrasonic waves generated by partial discharge of power equipment.
제14항에 있어서,
상기 초음파는 50MHz 내지 700MHz 대역의 초음파인 것을 특징으로 하는 부분방전 검출용 센서 제조방법.
According to clause 14,
A method of manufacturing a sensor for partial discharge detection, characterized in that the ultrasonic waves are ultrasonic waves in the 50MHz to 700MHz band.
KR1020200169904A 2020-12-07 2020-12-07 Zinc oxide based partial discharge diagnosis sensor KR102604185B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200169904A KR102604185B1 (en) 2020-12-07 2020-12-07 Zinc oxide based partial discharge diagnosis sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200169904A KR102604185B1 (en) 2020-12-07 2020-12-07 Zinc oxide based partial discharge diagnosis sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220080610A KR20220080610A (en) 2022-06-14
KR102604185B1 true KR102604185B1 (en) 2023-11-20

Family

ID=81980236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200169904A KR102604185B1 (en) 2020-12-07 2020-12-07 Zinc oxide based partial discharge diagnosis sensor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102604185B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101481646B1 (en) * 2014-02-10 2015-01-14 (주) 대원계전산업 Incoming and distribution panel system and its control method
KR101573652B1 (en) * 2014-10-23 2015-12-01 성균관대학교산학협력단 Method of manufacturing zinc oxide nanosheet structure, and electronic apparatus and touch sensor apparatus having the zinc oxide nanosheet structure

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100019261A (en) * 2008-08-08 2010-02-18 인하대학교 산학협력단 Sensor using zno nanorod array and method for the same
KR101760143B1 (en) 2011-10-31 2017-07-21 한국전력공사 Apparatus and method for diagnosing partial discharge of high voltage facilities using a plurality of sensors
KR101364138B1 (en) * 2012-03-13 2014-02-18 인하대학교 산학협력단 ZnSnO3 nanorods coated with palladium particles, a preparation method thereof, and gas sensor using the same
KR101303082B1 (en) 2012-03-15 2013-09-03 오피전력기술 주식회사 Apparatus for detecting partial discharge of portable

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101481646B1 (en) * 2014-02-10 2015-01-14 (주) 대원계전산업 Incoming and distribution panel system and its control method
KR101573652B1 (en) * 2014-10-23 2015-12-01 성균관대학교산학협력단 Method of manufacturing zinc oxide nanosheet structure, and electronic apparatus and touch sensor apparatus having the zinc oxide nanosheet structure

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220080610A (en) 2022-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lou et al. Branch-like hierarchical heterostructure (α-Fe2O3/TiO2): a novel sensing material for trimethylamine gas sensor
Liu et al. Synthesis, characterization and enhanced sensing properties of a NiO/ZnO p–n junctions sensor for the SF6 decomposition byproducts SO2, SO2F2, and SOF2
Rivera et al. Length‐dependent charge generation from vertical arrays of high‐aspect‐ratio ZnO nanowires
Yang et al. NiWO4 microflowers on multi-walled carbon nanotubes for high-performance NH3 detection
Marichy et al. Tin dioxide–carbon heterostructures applied to gas sensing: structure-dependent properties and general sensing mechanism
Zhang et al. Facile fabrication of polyaniline nanocapsule modified zinc oxide hexagonal microdiscs for H2S gas sensing applications
Zhang et al. Gas sensitivity and sensing mechanism studies on Au-doped TiO2 nanotube arrays for detecting SF6 decomposed components
Zhang et al. Effect of plasma treatment on multi-walled carbon nanotubes for the detection of H2S and SO2
Imran et al. Excellent humidity sensing properties of cadmium titanate nanofibers
CN102506693A (en) Graphene-based strain measuring and motion sensing device and manufacturing method thereof
KR101217236B1 (en) Hydrogen gas sensor using carbon nanotube sheet and its fabrication method
CN110618351B (en) Capacitance sensor and detection device
Zhu et al. High-sensitivity and ultrafast-response ethanol sensors based on graphene oxide
CN104713915A (en) High-performance gas sensor based on laminated structure and preparation method for high-performance gas sensor
CN103543183A (en) High-sensitivity gas sensor based on microchannel plate three-dimensional structure and production method of high-density gas sensor
KR102604185B1 (en) Zinc oxide based partial discharge diagnosis sensor
Shin et al. Detection of hazardous gas using multidemensional porous iron oxide nanorods-decorated carbon nanoparticles
Tang et al. Decomposition characteristics of SF6 and partial discharge recognition under negative DC conditions
Haq et al. Low-temperature detection of sulfur-hexafluoride decomposition products using octahedral Co3O4-modified NiSnO3 nanofibers
CN108195914B (en) Preparation method of single-walled carbon nanotube capable of detecting biomolecule by utilizing self-growing condition electric signal conversion
Wei et al. Formaldehyde sensing properties of ZnO-based hollow nanofibers
KR20150026151A (en) GAS SENSOR and Method for Manufacturing GAS SENSOR
TW201432932A (en) Photoresistor
Wang et al. Real-Time Monitoring of Air Discharge in a Switchgear by an Intelligent NO2 Sensor Module
Wu et al. Vibrational and electrochemical studies of pectin—a candidate towards environmental friendly lithium-ion battery development

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant