Utafiti ulikusanya ishara za mkondo, volteji na akustiki ya piezoelektriki kutoka kwa kutokwa kwa umeme kwa sehemu kulikozalishwa katika hewa, mafuta ya madini ya transfoma na karatasi iliyopenyezwa ndani ya mpangilio wa majaribio ya volteji ya juu wa ncha–bapa uliodhibitiwa, kisha ukalinganisha vitambuzi vya Random Forest (RF) na Gradient Boosting (GB) kwa kutumia vipengele vilivyotolewa kutoka kwa ishara hizo. Usahihi wa juu zaidi wa jumla katika utafiti ulipatikana kwenye seti ya data ya kihisi cha akustiki kwa RF kwa %96,51; katika seti hiyo hiyo ya data, GB ilitoa usahihi wa %95,87. Katika seti ya data ya mkondo, RF ilifikia %94,60, na katika seti ya data ya volteji ilifikia usahihi wa %91,43. Hata hivyo, majaribio yalifanywa katika hali za maabara zilizodhibitiwa na katika mazingira matatu tu ya kuhami; uthibitishaji wa uga kwenye transfoma zinazofanya kazi katika mazingira halisi hautolewi.

Matokeo ya utafiti yanaonyesha kuwa aina ya kihisi huathiri kwa uwazi mafanikio ya uainishaji. Muundo wa RF ulitoa usahihi wa jumla wa juu kuliko GB katika seti zote tatu za data. Utendaji ulio dhahiri zaidi unaonekana katika data ya akustiki, ilhali tofauti kati ya miundo miwili katika data ya kihisi cha volteji ni ndogo zaidi. Kwa data ya akustiki, thamani za precision, recall, F1-score, specificity na accuracy za RF zimeripotiwa mtawalia kama %96,51, %96,56, %96,48, %98,27 na %96,51.

Matokeo haya hayamaanishi kwamba “kihisi cha akustiki peke yake hutatua matatizo yote ya utambuzi wa kutokwa kwa umeme kwa sehemu”. Utafiti ulifanywa kwa data iliyozalishwa katika jiometria maalumu ya elektrodi na mazingira ya kuhami yaliyodhibitiwa. Aidha, ingawa makala inasisitiza mbinu ya vihisi vingi, katika jedwali la utendaji lililochapishwa vihisi vya mkondo, volteji na akustiki vimetathminiwa kama seti tofauti za data; hakuna matokeo tofauti ya utendaji yaliyotolewa kutokana na muundo mmoja wa fusion uliounganisha vipengele vilivyotoka kwenye vihisi vitatu.

Kwa mtazamo wa Uturuki, mbinu hii inatoa mfumo wa utafiti unaoweza kutumika kwa ajili ya kutathmini pamoja vipimo vya umeme na akustiki kwa kutumia ujifunzaji wa mashine katika mifumo ya ufuatiliaji wa hali ya transfoma za nguvu. Hata hivyo, usahihi wa %96,51 katika utafiti hauwezi kutumiwa moja kwa moja kama kiwango cha mafanikio kinachotarajiwa kwa transfoma za uga nchini Uturuki. Katika matumizi halisi, uwekaji wa vihisi, kelele za sumakuumeme na mitambo, usanifu wa transfoma, kuzeeka kwa mafuta na karatasi, jiometria ya kutokwa kwa umeme na hali za uendeshaji zinahitaji mafunzo upya na uthibitishaji huru wa uga.

Kwa nini kutokwa kwa umeme kwa sehemu hufuatiliwa?

Utafiti unaanza kutokana na wazo kwamba uaminifu wa transfoma za nguvu unahusiana kwa karibu na hali ya mfumo wa kuhami. Waandishi wanafafanua kutokwa kwa umeme kwa sehemu kama kuharibika kwa ndani kwa dielektriki kunakotokea katika nyenzo ya kuhami, na wanaeleza kuwa matukio haya yasipotambuliwa kwa wakati yanaweza kuendelea kuwa hitilafu nzito zaidi za kuhami.

Kwa kuwa mafuta ya madini na karatasi ya selulosi ya kuhami umeme vinaweza kutumika pamoja katika transfoma, tukio la aina ile ile la umeme linaweza kuonyesha sifa tofauti za mkondo, volteji na akustiki katika mazingira tofauti ya dielektriki. Swali kuu la utafiti ni kama tofauti hizi zinaweza kutofautishwa na ujifunzaji wa mashine kama hewa, mafuta ya madini na karatasi.

Mpangilio wa majaribio uliundwaje?

Mfumo wa majaribio unajumuisha chanzo cha AC kinachoweza kurekebishwa cha 220 V, 50 Hz, saketi ya ulinzi, transfoma ya volteji ya juu ambayo uwiano wake umetolewa katika chanzo kama 600, kipingamizi cha kupunguza mkondo, kigawanya-volteji, kipingamizi cha kupimia, osiloskopu, kompyuta na kihisi cha akustiki cha piezoelektriki.

Seli ya majaribio iliandaliwa kwa kutumia Plexiglas na Bakelite kwa vipimo vya 11,4 × 6,9 × 11,6 cm³. Ndani ya seli kuna mfumo wa elektrodi ya ncha–bapa. Radiasi ya upinde wa elektrodi ya ncha ni 50 µm, kipenyo cha elektrodi bapa ni 2,5 cm na nafasi kati ya elektrodi ni 2,5 mm.

Kipingamizi cha kupimia kimetolewa kama 50 Ω. Ili kulinda ingizo la osiloskopu, diodi zilizounganishwa kinyume-sambamba ziliunganishwa kwenye kipingamizi hiki. Mfumo uliwekwa ndani ya ngome ya Faraday ili kupunguza mwingiliano wa sumakuumeme, na upinzani wa kutia ardhini umeripotiwa katika chanzo kama 0,92 Ω.

Kihisi cha piezoelektriki kiliwekwa nje ya seli ya majaribio, kwa namna inayolingana na urefu wa sehemu ya kutokea kwa umeme. Hivyo, wakati wa tukio lile lile, njia za mkondo, volteji na akustiki zilirekodiwa kwa wakati mmoja kupitia osiloskopu.

Chanzo kinasema nini kuhusu mwonekano wa muda?

Utafiti unaeleza kuwa rekodi zilifanywa kwa “0,5 µs time shifting” na kwamba wakati ambapo mkondo unaovuja au kushuka kwa volteji kulianza ulikubaliwa kuwa \(t=0\). Haifafanuliwi wazi kama hii ni kipindi cha usampulishaji, mkengeuko wa muda kwenye skrini au kigezo kingine cha kurekodi. Pia, kasi ya usampulishaji na upana wa bendi wa osiloskopu haujatolewa kando.

Maelezo haya ni muhimu; kwa sababu utafiti unafasiri kilele cha kwanza cha mkondo katika mazingira ya hewa kwa takriban kipimo cha 20 ns. Chanzo hakielezi uhusiano wa kiufundi kati ya usemi “0,5 µs time shifting” na mwonekano huu wa 20 ns. Kwa hiyo, thamani husika hapa haijatafsiriwa kimyakimya kama kipindi cha usampulishaji.

Ni ishara zipi zilizoonekana katika mazingira matatu ya kuhami?

Vielelezo 3–5 vinaonyesha kuwa ishara za mkondo, volteji na akustiki zilizorekodiwa katika hewa, mafuta ya madini na karatasi iliyopenyezwa zinaonyesha amplitudo tofauti na wasifu wa mitikisiko inayopungua.

Nambari hizi ni thamani za kilele zilizoonyeshwa katika vielelezo husika. Kwa kuwa kuna volteji tofauti za majaribio na mazingira tofauti ya dielektriki, haipaswi kutoa mpangilio wa jumla wa ustahimilivu wa dielektriki wa mazingira kwa kutazama amplitudo za juu pekee.

Kasi ilihesabiwaje kwa kutokwa kwa umeme hewani?

Katika utafiti, inakubaliwa kuwa kilele cha kwanza chenye nguvu cha mkondo katika mazingira ya hewa kilidumu takriban 20 ns, na inadhaniwa kuwa kutokwa kwa umeme kulivuka nafasi ya elektrodi ya 2,5 mm wakati huo. Uhusiano uliotumika katika chanzo ni:

\[ v=\frac{d}{t} \]

Katika hapa, \(d\) inaonyesha umbali kati ya elektrodi, na \(t\) inaonyesha muda unaodhaniwa kuwa kutokwa kwa umeme kulitumia kuvuka umbali huu.

Hesabu ya nambari ya chanzo imetolewa kama:

\[ v= \frac{2.5\times10^{-3}} {20\times10^{-9}} = 12.5\times10^{4}\ \mathrm{m/s} = 125\ \mathrm{km/s} \]

Thamani hii si kasi ya kusonga mbele kwa kutokwa kwa umeme iliyopimwa moja kwa moja kwa njia ya macho; ni hesabu inayotegemea dhana kwamba muda wa kilele cha ishara unawakilisha muda wa kuziba nafasi ya 2,5 mm.

Kwa nini ishara inaigwa kama mtikisiko unaopungua?

Watafiti wanaeleza kuwa baada ya kilele cha kwanza chenye nguvu, ishara ya mkondo hubadilika kuwa muundo wa sinusoidi unaopungua, na wanatumia usemi wa kimajaribio ufuatao:

\[ v=r+b\sin(c\,t+d)\exp(f\,t) \]

Kulingana na maelezo ya chanzo, \(f\) hudhibiti upunguaji; \(r\) na \(b\) huathiri amplitudo, huku \(c\) na \(d\) zikiathiri sifa za masafa/awamu za mtikisiko. Katika utafiti, visadifu vya mlinganyo huu havijaripotiwa kwa nambari kando kwa mazingira matatu; kwa hiyo, muundo huu hapa hutumika kama maelezo ya umbo la ishara ya kimajaribio.

Seti ya data iligawanywa vipi?

Kielelezo 2 kinaonyesha mgawanyo wa %70 kwa mafunzo na %30 kwa majaribio. Jedwali I linatoa idadi halisi za sampuli kwa kila kihisi na mazingira ya kuhami.

Kwa hiyo, seti ya data ya kihisi cha mkondo ina sampuli 736 za mafunzo na 315 za majaribio; seti za data za volteji na akustiki kila moja zina sampuli 735 za mafunzo na 315 za majaribio.

Chanzo hakielezi seti huru ya uthibitishaji, cross-validation, mbegu ya nasibu, algoriti ya kugawa data au jinsi sampuli zinazohusiana na tukio lile lile la kimwili la kutokwa kwa umeme zilivyotenganishwa kati ya vikundi vya mafunzo na majaribio. Mapungufu haya yanazuia tathmini ya kiasi ambacho usahihi ulioripotiwa unaweza kubadilika katika migawanyo tofauti ya data.

Utoaji wa vipengele ulifanywaje?

Katika mchoro wa mbinu, ishara kwanza hupelekwa kwenye mchakato wa kuondoa kelele, kisha vipengele vya kikoa cha muda na kikoa cha masafa hutolewa na kupelekwa kwa kitambuzi. Hata hivyo, chanzo hakitoi jina na vigezo vya algoriti ya denoising iliyotumika wala orodha kamili ya vipengele vilivyotolewa.

Hapa pia kuna tofauti ya uwasilishaji ndani ya chanzo: sehemu ya muhtasari inatumia tu usemi time-domain feature extraction, ilhali sehemu ya mbinu inataja wazi vipengele vya time-domain na frequency-domain. Kwa kuwa sehemu ya mbinu ya makala ni ya kina zaidi, imeripotiwa kuwa vikoa vyote viwili vilitumika; lakini tofauti hii imehifadhiwa kama dokezo la kibibliografia/kimethodolojia.

Random Forest hufanyaje uamuzi?

Random Forest hufundisha miti mingi ya uamuzi kwenye vikundi vidogo vya data na vipengele vilivyochaguliwa kwa nasibu, kisha hutumia kura ya wengi ya miti hiyo. Katika chanzo, darasa la mwisho linaonyeshwa kwa:

\[ \hat{y}=\operatorname{mode}\{h_t(x)\}_{t=1}^{T} \]

\(h_t(x)\) ni utabiri unaotolewa na mti wa \(t\). wa uamuzi kwa sampuli \(x\); \(T\) ni idadi ya miti.

Hata hivyo, idadi halisi ya miti iliyotumika katika utafiti, kina cha juu, mkakati wa kuchagua vipengele au vigezo vingine vya juu vya RF havijaripotiwa.

Gradient Boosting ilitumika vipi?

Katika Gradient Boosting, miti haiundwi kwa sambamba na kwa kujitegemea, bali huundwa kwa mfululizo kwa namna inayopunguza makosa ya modeli iliyotangulia. Katika utafiti, darasa la mwisho limeelezwa kama:

\[ \hat{y}=\operatorname{sign}(F_M(x)) \]

\(F_M(x)\) ni kazi ya ensemble inayopatikana mwishoni mwa iteresheni \(M\) za boosting. Hata hivyo, kasi ya kujifunza, kina cha mti, idadi ya iteresheni za boosting na mipangilio halisi ya majaribio ya kazi ya hasara havijatolewa kwa kina katika chanzo.

Mafanikio yalitathminiwa kwa vipimo vipi?

Utafiti unatumia accuracy, precision, recall, F1-score na specificity:

\[ Accuracy=\frac{TP+TN}{N} \]

\[ Precision=\frac{TP}{TP+FP} \]

\[ Recall=\frac{TP}{TP+FN} \]

\[ F1=2\times\frac{Precision\times Recall}{Precision+Recall} \]

\[ Specificity=\frac{TN}{TN+FP} \]

Hapa \(TP\) inawakilisha idadi ya sampuli chanya sahihi, \(TN\) hasi sahihi, \(FP\) chanya zisizo sahihi na \(FN\) hasi zisizo sahihi. Katika tatizo la madarasa matatu, chanzo hakielezi kando ni kwa uzito gani wa macro/micro vipimo hivi vimeunganishwa kati ya madarasa.

Matokeo ambayo utafiti unaunga mkono na hauungi mkono

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Utendaji wa jumla wa RF na GB

Matokeo ya jumla katika Jedwali II yanaonyesha kuwa RF ilitoa usahihi wa juu kuliko GB katika seti zote tatu za data za vihisi. Tofauti ya RF–GB accuracy iko katika kiwango cha alama 3,49 za asilimia katika data ya mkondo, alama 0,95 za asilimia katika data ya volteji na alama 0,64 za asilimia katika data ya akustiki.

Kwa nini data ya akustiki inajitokeza?

Katika mpangilio wa majaribio wa utafiti wenyewe, data ya akustiki ilitoa usahihi wa juu zaidi wa jumla kwa modeli zote mbili za ensemble. Katika RF, acoustic accuracy ni %96,51, ilhali katika mkondo ni %94,60 na katika volteji ni %91,43. Katika GB, mpangilio huo huo ni %95,87, %91,11 na %90,48.

Kihisi cha akustiki ni kipokezi cha piezoelektriki kilichowekwa nje ya seli ya majaribio katika urefu wa eneo la kutokwa kwa umeme. Katika Vielelezo 3–5 kuna tofauti zinazoonekana katika amplitudo ya kilele na mwenendo wa kupungua wa ishara za akustiki za mazingira matatu. Utafiti unasema kuwa tofauti hizi ni muhimu kwa uainishaji.

Kwa nini ni muhimu kuwa makini na matriksi za mkanganyiko?

Vielelezo 7–9 vinatoa matriksi za mkanganyiko zilizorekebishwa kwa madarasa ya hewa, mafuta ya madini na karatasi. Ingawa matriksi kwa ujumla zinaonyesha viwango vya juu vya uainishaji sahihi, baadhi ya asilimia za kila darasa zilizo karibu na vielelezo hazilingani moja kwa moja na asilimia zilizotolewa katika maandishi ya maelezo.

Kwa mfano, kwa seti ya data ya mkondo, maandishi yanasema RF ilitoa usahihi wa uainishaji wa %94,2 katika karatasi, ilhali kisanduku cha diagonal kinachohusika katika matriksi kuu ya Kielelezo 8 kinaonyesha thamani tofauti. Kwa data ya akustiki, thamani za recall za madarasa zilizotolewa katika maandishi pia hazilingani kikamilifu na thamani za diagonal katika Kielelezo 9. Kwa hiyo, maelezo haya ya Verianla yanategemea vipimo vya jumla vya Jedwali II vilivyowasilishwa wazi na kwa uthabiti, badala ya kurudia asilimia zisizo thabiti za kila darasa katika mjadala wa madarasa.

Ulinganisho wa fasihi unapaswa kufasiriwa vipi?

Jedwali hili linaonyesha kuwa mbinu ya RF ilitoa usahihi wa juu kuliko baadhi ya tafiti za kulinganisha, huku pia likionyesha wazi kuwa haiko juu kuliko kila mstari: matokeo ya CNN yaliyotajwa katika chanzo ni %98 na matokeo ya bilayered neural network ni %96,97.

La muhimu zaidi, tafiti hizi hazitumii seti ile ile ya data, kihisi, lengo la uainishaji au itifaki ya majaribio. Kwa hiyo, Jedwali III si benchmark ya head-to-head iliyodhibitiwa. Ni ulinganisho wa kimuktadha wa usahihi uliotolewa kutoka machapisho tofauti, na ubora wa hakika wa algoriti haupaswi kutolewa kutokana na tofauti ndogo za asilimia.

Mapungufu katika kuhamisha modeli kwenda matumizi halisi ya uga

Utafiti unapendekeza kupanuliwa kwa seti ya data na uendelezaji wa matumizi ya ufuatiliaji wa muda halisi katika siku zijazo. Katika jaribio lililopo, data endelevu ya mtandaoni kutoka kwa transfoma zinazofanya kazi katika mazingira halisi haikutumiwa.

Aidha, vigezo vya juu vya RF na GB, orodha kamili ya vipengele, maelezo ya algoriti ya kuondoa kelele, njia ya kugawa data kwa nasibu, cross-validation, muda wa uaminifu au ubadilishaji wa utendaji chini ya mianzo tofauti ya nasibu havijaripotiwa. Maelezo haya ni mipaka muhimu kwa kuzalisha upya modeli kwa kujitegemea na kutathmini uwezo wake wa kujumlishwa.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la utafiti asilia: Experimental Evaluation of Ensemble Learning Models for Partial Discharges Detection in Transformer Insulation Mediums

Dokezo la kichwa: Katika kichwa asilia, usemi “Partial Discharges Detection” umetumika katika umbo hili. Kwa uaminifu wa kibibliografia, kichwa hakijabadilishwa kimyakimya kisarufi.

Waandishi: Ryad Haridi, Hocine Moulai, Hakim Azizi, Abdelmoumene Hechifa, Said Djaballah na Kaissa Hamouimeche.

Mpangilio wa waandishi: Mpangilio katika toleo la chanzo umehifadhiwa kama ulivyo.

Mwandishi wa kwanza sawa/mchango sawa: Hakuna tamko la mchango sawa katika chanzo.

Mwandishi anayewajibika: Hocine Moulai; katika chanzo, anwani ya mawasiliano imetolewa kama hmoulai@usthb.dz.

Taasisi: LCDEP Laboratory, Faculty of Electrical Engineering, Algiers; Ziane Achour University, Djelfa; UDERZA Unit, University of El Oued na LGMM Laboratory, University of 20 August 1955-Skikda; Hassiba Benbouali University, Chlef; Electrical Engineering Faculty, Mouloud Mammeri University, Tizi-Ouzou, Algeria.

DOI: 10.2139/ssrn.6932264

Jukwaa: SSRN.

Rekodi rasmi:https://ssrn.com/abstract=6932264

Tarehe ya rekodi ya SSRN: 13 Juni 2026.

Aina ya chanzo na hali ya uhakiki: Utafiti huu ni preprint ambayo haijapitia tathmini ya wahakiki; matokeo yake yanapaswa kutathminiwa kwa kuzingatia hatua hii ya uchapishaji.

Jarida/mchapishaji wa mwisho uliopitia uhakiki: Haijaelezwa katika chanzo kilichochunguzwa.

Leseni: Leseni ya wazi ya matumizi tena haijaelezwa katika chanzo.

Ufadhili: Hakuna tamko tofauti la ufadhili katika toleo lililochunguzwa.

Mgongano wa maslahi: Hakuna tamko tofauti la competing-interest katika toleo lililochunguzwa.

Upatikanaji wa data: Hakuna tamko tofauti la data-availability katika toleo lililochunguzwa.

CRediT/michango ya waandishi: Hakuna taarifa tofauti ya mchango wa CRediT katika toleo lililochunguzwa.

Jiometria ya majaribio: Mfumo wa elektrodi ya ncha–bapa; radiasi ya upinde wa elektrodi ya ncha ni 50 µm, kipenyo cha elektrodi bapa ni 2,5 cm na nafasi kati ya elektrodi ni 2,5 mm. Seli ya majaribio imeripotiwa kuwa 11,4 × 6,9 × 11,6 cm³.

Mazingira ya kuhami: Hewa, mafuta ya madini ya transfoma na karatasi iliyopenyezwa. Sehemu ya karatasi imeelezwa katika chanzo kama “paper 0.1 mm of width”; haijafafanuliwa kando kama thamani ya 0,1 mm ni unene kijiometria au kipimo kingine.

Njia za kipimo: Mkondo, volteji na ishara ya akustiki ya piezoelektriki.

Ujifunzaji wa mashine: Random Forest na Gradient Boosting.

Mgawanyo wa data: Mchoro wa mbinu unaonyesha takriban mgawanyo wa %70 mafunzo / %30 majaribio. Seti tofauti ya uthibitishaji au cross-validation haijaripotiwa.

Dokezo la utoaji wa vipengele ndani ya chanzo: Muhtasari unataja tu vipengele vya kikoa cha muda, ilhali sehemu ya mbinu inaeleza kuwa vipengele vya vikoa vya muda na masafa vilitolewa pamoja. Orodha ya kina ya vipengele maalumu haijatolewa katika chanzo.

Dokezo la vihisi vingi: Utafiti unasisitiza mbinu ya vihisi vingi; lakini katika Jedwali II utendaji umeripotiwa kando kwa seti za data za mkondo, volteji na akustiki. Hakuna matokeo tofauti yanayounganisha modaliti tatu katika modeli moja ya feature-fusion. Kwa hiyo, thamani ya %96,51 haipaswi kufasiriwa kama “usahihi wa fusion iliyounganishwa ya vihisi vitatu”.

Dokezo la ujanibishaji: Maandishi yanazungumzia kubainisha chanzo cha PD na mazingira ya kutokea kwake; lebo za uainishaji zilizochapishwa ni hewa, mafuta ya madini na karatasi. Lengo tofauti la ujanibishaji wa anga, utabiri wa koordinati au kipimo cha kosa la ujanibishaji hakijaripotiwa.

Dokezo la matriksi ya mkanganyiko: Kuna kutolingana kati ya baadhi ya thamani za kila darasa katika Vielelezo 7–9 na asilimia zilizomo katika maandishi yanayozifafanua. Kwa hiyo, nambari kuu za utendaji katika makala ya Verianla zimetolewa kupitia Jedwali II lililo wazi katika chanzo; asilimia zisizo wazi za madarasa hazijapatanishwa kimyakimya.

Mpaka wa maudhui ya kisayansi: Matokeo yanahusu majaribio ya maabara yaliyodhibitiwa, jiometria moja ya elektrodi ya ncha–bapa, mazingira matatu ya kuhami na seti za data za mafunzo/majaribio zilizoelezwa katika chanzo. Utendaji uleule wa uainishaji, mafanikio ya kuzuia hitilafu mapema au uaminifu wa kiutendaji wa muda halisi katika transfoma halisi za uga haujathibitishwa moja kwa moja.

Msingi wa maudhui: Maelezo haya ya Verianla yanategemea mpangilio wa majaribio, grafu za ishara, mchoro wa mbinu, mgawanyo wa data, milinganyo, majedwali ya utendaji, matriksi za mkanganyiko, mjadala na hitimisho la utafiti uliochunguzwa. Isipokuwa uthibitishaji wa utambulisho wa kibibliografia, hakuna matokeo mapya ya kisayansi yaliyoongezwa kutoka vyanzo vya nje.