온라인 모니터링에 GC보다 PAS DGA가 더 적합한 이유는 무엇일까요?

1.2 다중 가스 모니터링 개발 Technologies

현재 DGA 다중 가스 모니터링 기술은 가스 크로마토그래피, 적외선 분광학, 광음향 분광학 및 센서 어레이의 네 가지 주요 범주로 분류됩니다. 이 중 가스 크로마토그래피는 전통적인 실험실 표준인 반면, 적외선 분광법과 광음향 분광법은 최근 몇 년 동안 온라인 모니터링을 위한 연구 핫스팟이 되었습니다.

2. 가스 크로마토그래피(GC)

2.1 작동 원리

가스 크로마토그래피는 DGA의 고전적인 방법이며 국제 표준(IEC 60567, IEEE C57.104)에서 참조 기술로 인정됩니다. 작동 원리는

Step 1: Gas extraction
An oil sample is collected from the transformer, and dissolved gases are separated from the oil using vacuum degassing or headspace extraction.

Step 2: Chromatographic separation
The extracted gas mixture is carried by an inert carrier gas (such as helium, nitrogen, or argon) through a chromatographic column. The column is packed with a stationary phase. Different gas molecules interact differently with the stationary phase, so they travel through the column at different speeds, achieving separation.

Step 3: Detection and quantification
The separated gases enter a detector (commonly a Thermal Conductivity Detector, TCD, or a Flame Ionization Detector, FID). The detector output produces a chromatogram – peak position identifies the gas species, and peak area reflects gas concentration.

2.2 기술의 세 단계로 구성됩니다. 특성s

이점:

• High sensitivity: Down to 0.1 ppm; detection limit for key gases like acetylene ≤ 0.5 ppm

• High accuracy and repeatability: As a laboratory standard, results are reliable

• Comprehensive gas coverage: Can measure nine or more fault gases simultaneously

• Mature technology: Well‑established international standards and extensive application experience

제한 사항:

• Requires carrier gas: Consumes high‑purity inert gases, increasing operating costs

• Requires regular calibration: Needs standard gas mixtures for calibration

• Discontinuous monitoring: Traditional GC is batch‑based – cannot provide real‑time continuous monitoring

• Complex maintenance: Columns, valves, and other parts require regular servicing

• Time delay: From sampling to results takes hours to days

2.3 응용 프로그램 Scenarios

• Laboratory offline analysis: Used as a benchmark method for fault confirmation

• Periodic inspections: Regular sampling for non‑critical transformers

• Online monitoring systems: Miniaturized GC systems exist, but they still consume carrier gas

연구에 따르면 GC와 광음향 분광법(PAS)은 오일의 용존 가스 농도를 측정하는 데 있어 높은 일관성을 나타냅니다. 두 기술 모두 가스 조성과 농도를 효과적으로 결정합니다.

3. 적외선 분광기

적외선 분광기는 Lambert-Beer 법칙에 따라 특정 적외선 파장의 흡수를 기반으로 가스를 감지합니다. 다양한 가스 분자에는 고유한 적외선 흡수 스펙트럼, 즉 "지문" 스펙트럼이 있습니다.

3.1 푸리에 변환 적외선 분광학 (FTIR)

Principle:
FTIR uses a Michelson interferometer to generate interference light. After passing through the gas sample, the light undergoes Fourier transformation to produce an infrared absorption spectrum. The position of absorption peaks identifies gas species, and the peak intensity corresponds to gas concentration.

특성:

• 여러 가스를 동시에 측정할 수 있음

• 높은 스펙트럼 분해능 및 양호 선택성

• 비교적 복잡한 광 경로 시스템

• 미량 가스에 대한 제한된 감도(일반적인 검출 한계 ~0.5 ppm)

3.2 가변 다이오드 레이저 흡수 분광법 (TDLAS)

Principle:
TDLAS uses a tunable semiconductor laser whose emission wavelength is precisely aligned with the characteristic absorption line of the target gas. By scanning the laser wavelength and measuring the absorption peak intensity, gas concentration is quantified.

특성:

• 측정당 하나 또는 몇 가지 가스만 측정 가능

• 높은 감도, 최저 ppb 수준

• 강력한 간섭 방지 기능 및 우수한 선택성

• 다중 구성 요소에 대해 여러 레이저 또는 파장 스캐닝 필요 측정

3.3 비분산 적외선 분광학 (NDIR)

특성:

• 비교적 간단한 구조와 저렴한 비용

• 중간 선택성 – 다른 가스의 간섭에 취약함

• 감지 한계 ~0.5ppm

• 단일 또는 2성분 가스에 일반적으로 사용됨 감지

4. 광음향 분광학(PAS)

4.1 작동 원리

광음향 분광학은 빠르게 발전하는 광학 가스 감지 기술입니다. 그 원리는 광음향 효과에 기초합니다. 가스 분자가 특정 파장의 적외선을 흡수하면 바닥 상태에서 들뜬 상태로 전환됩니다. 충돌 완화를 통해 흡수된 에너지는 열로 변환되어 일시적인 온도 상승을 유발합니다. 광원이 변조되면 주기적인 가열로 인해 압력파, 즉 음파가 생성됩니다. 고감도 마이크는 가스 농도에 정비례하는 음파 강도를 감지합니다.

PAS의 핵심 공식은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

S = k · α · P · C

Where:
S = photoacoustic signal intensity
k = instrument constant
α = gas absorption coefficient
P = optical power
C = gas concentration

4.2 기술 특성s

장점:

• No carrier gas required: Direct gas measurement – no consumable carrier gas

• High sensitivity: Detection limit for key gases like acetylene reaches 0.1–0.5 ppm

• Fast response: Suitable for real‑time continuous monitoring

• No moving parts: When using MEMS electronic modulation, reliability is high

• Low maintenance: No consumables

제한 사항:

• 기존 PAS는 기계식 초퍼를 사용하여 변조합니다. 광원, 진동 소음 발생

• 환경 진동이 측정 정확도에 영향을 미칠 수 있음

• 마이크 감도에 대한 높은 요구

4.3 향상된 광음향 분광학(Enhanced PAS)

현대적인 향상된 PAS 기술은 여러 가지 혁신을 통해 기존 PAS의 한계를 극복합니다.

• MEMS infrared light source: Electronic modulation replaces the mechanical chopper, eliminating vibration noise

• Dual‑chamber enhanced gas cell: Gold‑coated absorption cavities with resonance enhancement technology improve detection sensitivity

• Vacuum degassing: Temperature‑controlled vacuum degassing compatible with multiple oil types

Enhanced PAS achieves consumable‑free, maintenance‑free, full‑gas‑coverage online monitoring capability.

4.4 PAS 대 GC: 비교 검증

연구에 따르면 다양한 오일 샘플의 용존 가스 농도를 측정할 때 PAS와 GC 간의 높은 일관성이 입증되었습니다. 3년 넘게 사용 중인 변압기에서 채취한 30개의 오일 샘플을 사용한 한 비교 실험에서는 두 기술 모두 가스 조성과 농도를 효과적으로 결정한다는 사실이 확인되었습니다.

실험에서 관찰된 PAS 측정의 차이는 주로 샘플링 중에 유입된 공기에 기인했으며 이로 인해 CO2 및 CH₄ 농도가 약간 높아졌습니다. 이는 본질적인 기술 결함보다는 적절한 샘플링 절차의 중요성을 강조합니다.

5. 기타 신기술

5.1 라만 분광학(RS)

라만 분광학은 라만 산란 효과를 기반으로 합니다. 레이저 빛이 가스 분자와 상호 작용할 때 생성되는 산란 스펙트럼을 측정하여 가스 구성을 분석합니다.

특징:

• 샘플 준비가 필요하지 않습니다. 오일

• 단일 레이저는 여러 가스를 동시에 감지할 수 있습니다

• 상대적으로 낮은 감도 – 향상 기술 필요

• 더 높은 시스템 cost

Current status:
With advances in laser and fiber optic technologies, RS is gradually expanding its role in DGA. Enhanced RS systems have reduced detection limits for gases such as C₂H₂ and CH₄ to tens of ppm, sufficient for online monitoring applications.

5.2 센서 어레이 기술

센서 어레이는 여러 개의 가스 감지 센서로 구성됩니다. 가스 조성은 패턴 인식 알고리즘을 사용하여 분석됩니다.

특성:

• 상대적으로 저렴한 비용

• 작은 크기 – 통합 용이

• 선택성과 안정성은 추가 개선 필요

• 주위 온도 및 습도에 크게 영향을 받음

6. 기술 비교 요약

(자세한 비교표는 여기에 있습니다. 아래는 텍스트 요약입니다.)

출처: 여러 동료 검토 연구 및 기술 데이터시트.

7. 기술 동향s

7.1 운반 가스 없는 작동

기존 GC에는 운반 가스가 필요하므로 운영 비용과 복잡성이 증가합니다. 광학 기술(PAS, 적외선 분광학 등)은 운반 가스를 필요로 하지 않으며 향후 온라인 모니터링의 주류 방향을 제시합니다.

7.2 통합 모니터링 매개변수

수분, 온도 및 기타 매개변수와 결합된 단일 가스에서 다중 구성 요소 모니터링으로 전환하면 포괄적인 변압기 상태 평가가 가능합니다.

7.3 다중 기술 통합

다양한 기술의 장점이 다릅니다. GC는 높은 정확도를 제공하고 PAS는 유지보수가 필요 없으며 TDLAS는 뛰어난 감도를 제공합니다. 미래 추세는 상호 보완적인 이점을 달성하기 위해 여러 기술을 통합하는 것을 선호합니다.

7.4 지능형 진단s

인공 지능(AI)과 기계 학습 알고리즘을 결합하면 자동 오류 유형 식별 및 심각도 평가가 가능해집니다. 이는 전문가 경험에 대한 의존성과 기존의 일관되지 않은 진단 결과를 극복합니다. DGA 방법. 연구에 따르면 인공 신경망(ANN)은 DGA 결함 진단에서 76.8%의 정확도를 달성할 수 있으며 이는 기존 방법(Dornenburg 55%, Duval 삼각형 40%, Roger 38.4%, IEC 31.8%)보다 훨씬 높습니다.

8. 올바른 기술 솔루션을 선택하는 방법

결론

변압기 오일에 대한 용존 가스 분석은 단일 성분에서 다중 성분으로, 오프라인에서 온라인으로, 전기에서 광학 방법으로 발전했습니다.

Gas chromatography, as the traditional standard method, remains irreplaceable in laboratory applications due to its high accuracy and comprehensive coverage. 
Photoacoustic spectroscopy, with its maintenance‑free and consumable‑free characteristics, has become the ideal choice for online continuous monitoring. 

For power utilities, selecting the right DGA technology requires balancing asset criticality, budget constraints, maintenance capabilities, and diagnostic needs. As next‑generation technologies like enhanced PAS mature, maintenance‑free, full‑gas‑coverage, intelligent diagnostic online monitoring is becoming a reality – providing strong support for the transition from “periodic maintenance” to “predictive maintenance” of power equipment.

HERTZINNO’s online DGA systems (DGA900, DGA500, DGA300) use enhanced MEMS‑based photoacoustic spectroscopy to deliver consumable‑free, maintenance‑free continuous monitoring, with flexible configurations ranging from single‑gas to 9+1 (nine gases + moisture). Learn more →