KR101602844B1 - 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 과열을 감지할 수 있는 온도 센서 및 아크 발생에 따른 전자파를 검출할 수 있는 전기화재 감시 기능을 구비한 태양광 접속반에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반은 태양전지 어레이로부터 생성되어 출력되는 전력을 수신하는 입력부; 상기 입력부에 전기적으로 연결되어 상기 입력부로부터 출력되는 직류전류를 입력받아 전기적으로 연결된 인버터로 출력하는 출력부; 상기 입력부와 상기 출력부 사이에 구비되고, 상기 입력부에서 출력되는 전력을 선택적으로 차단하는 입력전력 차단부; 상기 태양광 접속반 내부의 온도를 검출하는 온도검출부; 상기 태양광 접속반 내부에서 발생된 아크에 의한 전자파를 검출하는 전자파 검출부; 상기 입력부에 입력된 전압이 설정 전압 이상인 경우, 상기 온도 검출부 및 전자파 검출부에서 각각 검출된 온도 및 전자파에 근거하여 전기화재 가능성에 대해 판단하고, 상기 판단 결과 전기화재 가능성을 평가하여 전기화재의 위험성이 있는 경우 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부에서 출력되는 제어신호를 통신망을 통해 전송하는 통신부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반은 태양전지 어레이로부터 생성되어 출력되는 전력을 수신하는 입력부; 상기 입력부에 전기적으로 연결되어 상기 입력부로부터 출력되는 직류전류를 입력받아 전기적으로 연결된 인버터로 출력하는 출력부; 상기 입력부와 상기 출력부 사이에 구비되고, 상기 입력부에서 출력되는 전력을 선택적으로 차단하는 입력전력 차단부; 상기 태양광 접속반 내부의 온도를 검출하는 온도검출부; 상기 태양광 접속반 내부에서 발생된 아크에 의한 전자파를 검출하는 전자파 검출부; 상기 입력부에 입력된 전압이 설정 전압 이상인 경우, 상기 온도 검출부 및 전자파 검출부에서 각각 검출된 온도 및 전자파에 근거하여 전기화재 가능성에 대해 판단하고, 상기 판단 결과 전기화재 가능성을 평가하여 전기화재의 위험성이 있는 경우 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부에서 출력되는 제어신호를 통신망을 통해 전송하는 통신부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과열을 감지할 수 있는 온도 센서 및 아크 발생에 따른 전자파를 검출할 수 있는 전기화재 감시 기능을 구비한 태양광 접속반에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것으로서, 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지판(모듈)과 상기 태양전지판에서 생산된 직류 전원을 교류 전원으로 바꾸어주는 인버터를 포함하여 구성된다.
상기 태양광 발전 시스템의 구성을 좀 더 상세히 설명하면, 수광된 태양광에 상응하는 직류 전원을 공급하는 태양 전지 모듈과 이를 직렬로 연결한 태양 전지 어레이, 상기 태양 전지 어레이와 인버터 사이에서 많은 배선의 결선을 용이하게 해주고 각종 보호 기능을 수행하는 태양광 접속반, 태양 전지 어레이에서 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터 및 발전된 전력을 소비하는 부하로 구성된다.
상기 태양광 접속반은 태양전지 어레이에서 고장이 발생할 경우 고장 범위를 최소로 축소시켜 사고를 방지하고, 고장점을 찾기 쉽도록 구성된다. 또한, 어레이 구성과 용량에 따라 적정한 어레이의 병렬군을 접속하여 어레이별 케이블을 인버터까지 연결해주고, 다수의 태양전지 어레이의 접속을 알기 쉽게 정리하여 보수점검 시에 회로를 분리하여 점검 작업을 용이하게 한다. 이러한 접속반에는 직류출력 개폐기, 피뢰소자, 역류방지소자, 단자대 및 퓨즈(또는 개폐기) 등을 포함하여 구성되고, 절연저항측정이나 정기적인 단락전류 확인을 위한 출력단자용 개폐기가 설치되기도 한다.
특히, 태양광 발전 시스템의 태양광 접속반에는 예상하지 못한 급격한 전압이나 전류가 발생하는 전자 쇼크에 의해 회로가 손상되는 문제점과, 주위 환경 변화와 같은 기타 요인에 따른 집광판의 발전 특성 불균형 등을 방지하기 위한 여러 가지 보호 장치들을 구비한다. 아울러, 상기 보호 장치에는 역방향으로 흐르는 전류를 차단하여 입/출력단의 회로를 보호하는 역전압 방지용 다이오드로 이루어진 역전압 방지 수단과, 태양 전지판을 통해 생성된 전력 전압과 전류를 검출하여 발전 상태의 정상 여부를 감시하는 전압 및 전류 측정 센서와, 과전류를 차단하여 회로를 보호하는 과전류 보호용 퓨즈 등이 포함된다.
한편, 태양광 접속반에서 발생되는 불꽃을 감지하는 기술로서, 등록특허공보 제10-1298559호에 불꽃감지기가 구비된 태양전지판넬의 모니터링 장치가 개시되어 있다.
상기 태양전지판넬의 모니터링 장치는 태양광을 전원으로 변환시켜 출력하는 셀모듈이 조합되는 적어도 하나 이상의 셀 어레이와; 셀 어레이에서 발전된 전원이 공급되는 접속반과; 접속반에 구비되어 불꽃을 감지하는 불꽃 감지부와; 상기 접속반에 구비되어, 각 셀 어레이로부터 전압값을 검출하는 검출부와; 검출부의 신호에 의하여 이상으로 판단된 셀모듈을 세척하는 세척부와; 그리고 상기 불꽃 감지부와, 검출부와, 세척부로부터 신호를 송수신함으로써 검출된 전압값이 기준치를 벗어났는지 여부에 의하여 이상 유무를 판단하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 등록특허공보 제10-1357201호에는 태양광 접속반 모니터링 장치가 개시되어 있다.
상기 태양광 접속반의 모니터링 장치는 태양광 셀 어레이별로 모인 전압과 전류를 인버터로 전송하기 전 태양광 접속반 내의 MCCB 입력 단에서 병렬로 발전 전압을 연결하여, 통신장비를 구동하기 위한 전압으로 변환하여 태양광 셀 어레이의 발전 전원을 이용하여 내부전원으로 사용하여 태양광 접속반을 감시할 수 있는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기 종래의 기술들은 태양광 모듈의 외부 절연보호막이 시간이 경과되어 열화 및 손상을 초래함으로써 선로 케이블과 절연보호막의 접촉 또는 태양광 모듈의 접속단자와 절연보호막 간에 아크가 발생하게 된다. 한편, 태양광 접속반 전기 화재의 현상과 조기 검출을 위한 장치와 감시 시스템의 개발이 매우 절실하다.
전기 화재가 발생되면, 재산 피해 및 인명 피해가 매우 크기 때문이다. 전기화재 사고에 대응하기 위해 현재 설치된 접속반 내의 각종 보호 장치는 부하회로에서 과전류 발생 시 회로를 차단하는 기능이 있지만, 접촉 불량에 의한 과열, 단선, 단락에 의한 아크발생 및 절연피복재 열화에 의한 절연파괴 현상 등은 과전류 보호용 장치로는 사고의 해결이 불가능하다.
아크 화재의 경우, 지락이나 용량초과, 타물건과의 접촉 등에 의해 비정상적인 전류가 흐르게 되어 태양광 어레이 및 스트링 또는 접속반 내부의 전선이 과열되고, 이로 인하여 다른 물체에 접촉함으로써 고장부위에서 선이 절단되어 차단되거나 부분적인 접촉으로 인해 아크를 지속적으로 발생시키게 된다. 또한, 태양광 접속반 내부의 개폐기 단자대의 접속 불량으로 인한 과열로 접속반 내부의 절연물이 열화되고 오래 지속될 경우 절연파괴로 인한 화재가 발생하게 된다.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 태양광 분전반 내부에서 발생된 과열을 온도 센서를 통해 감지하여 온도를 검출하고, 아크 발생에 따른 전자파를 검출할 수 있는 센서를 이용하여 아크발생 여부를 판단하여 전기화재를 감시진단하는 태양광 접속반을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반은 태양전지 어레이로부터 생성되어 출력되는 전력을 수신하는 입력부; 상기 입력부에 전기적으로 연결되어 상기 입력부로부터 출력되는 직류전류를 입력받아 전기적으로 연결된 인버터로 출력하는 출력부; 상기 입력부와 상기 출력부 사이에 구비되고, 상기 입력부에서 출력되는 전력을 선택적으로 차단하는 입력전력 차단부; 상기 태양광 접속반 내부의 온도를 검출하는 온도검출부; 상기 태양광 접속반 내부에서 발생된 아크에 의한 전자파를 검출하는 전자파 검출부; 상기 입력부에 입력된 전압이 설정 전압 이상인 경우, 상기 온도 검출부 및 전자파 검출부에서 각각 검출된 온도 및 전자파에 근거하여 전기화재 가능성에 대해 판단하고, 상기 판단 결과 전기화재 가능성을 평가하여 전기화재의 위험성이 있는 경우 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부에서 출력되는 제어신호를 통신망을 통해 전송하는 통신부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 온도 검출부는 금속 재질의 동체에 전원을 인가하여 상기 금속 재질의 온도 변화에 따른 저항값을 온도 데이터로 변환하고 상기 온도 데이터를 디지털 신호로 출력하는 센서모듈; 상기 센서모듈에서 출력되는 디지털 신호를 외부 데이터 신호로 변환하여 출력하는 마이컴모듈; 및 상기 마이컴모듈과 외부 기기와의 통신을 수행하는 인터페이스모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 자파 검출부는 아크에 의해 발생된 전자파를 수신하는 UHF안테나를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 온도 검출부에서 출력되는 온도 데이터와 상기 전자파 검출모듈에서 출력되는 전자파를 수신하는 수신모듈; 상기 수신 모듈에서 수신된 전자파 및 온도 데이터에 대한 유효성을 판단하는 유효성 판단모듈; 상기 전자파 검출부에서 수신된 전자파에서 임펄스 잡음을 제거하고 통계분석을 통해 상기 전자파의 속성을 산출하는 전자파 속성 산출모듈; 상기 입력부의 입력 전압이 소정 전압 이상인 경우, 상기 수신된 전자파의 빈도와 상기 전자파 속성 산출모듈에서 판단된 전자파의 유효성과 온도 데이터에 근거하여 화재 가능성을 판단하는 평가모듈; 및 상기 평가모듈의 평가 결과에 따라 제어신호를 생성하여 출력하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 온도 변화에 따라 금속체의 저항값을 검출하여 저항값에 대응되는 태양광 접속반 내부 온도를 정밀하게 검출할 수 있고, 아크 발생에 따른 전자파를 검출하여 아크 발생 여부를 용이하게 확인할 수 있으므로, 전기화재가 발생될 수 있는 요건을 만족하는 온도 및 아크를 전기화재 발생전에 판단하여 태양광 접속반의 화재를 예방할 수 있는 장점이 있다.
또한, 과열 및 아크 발생을 검출하는 센서의 구조를 간단하게 구성하여 검출 오류를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반이 적용된 태양광 발전 시스템의 전체적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반의 구성 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에서 온도 검출부의 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에서 제어부의 구성을 나타낸 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에서 배선에 사용된 전선에 따른 점화확률 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반의 구성 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에서 온도 검출부의 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에서 제어부의 구성을 나타낸 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에서 배선에 사용된 전선에 따른 점화확률 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과열을 감지할 수 있는 온도 센서 및 아크 발생에 따른 전자파를 검출할 수 있는 전기화재 감시 기능을 갖는 태양광 접속반에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반이 적용된 태양광 발전 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 태양광 발전 시스템은 태양전지 어레이(1), 태양광 접속반(2), 인버터(3), 수전반(4) 및 부하를 포함하여 이루어진다.
상기 태양전지 어레이(1)는 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 것으로서, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 상기 태양전지 어레이(1)는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다.
대부분의 태양전지 어레이(1)는 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다. 태양전지 어레이(1)의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지 셀은 복수 개로 사용된다. 즉, 가정에서 사용되는 필요 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 V 이상인데 비하여, 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다. 또한, 태양전지 어레이(1)가 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 구성하여 사용한다.
상기 태양광 접속반(2)은 태양전지 어레이(7)로부터 생산된 직류 전류를 취합하여 인버터(3)에 출력하는 장치로서, 태양전지 어레이(1)로부터 발전된 직류전력을 입력받으며, 직류출력 개폐기 및 출력단자용 개폐기, 또는 배선용 차단기(MCCB: Molded Case Circuit Breaker), 부스바 또는 단자대, 그리고 마그네틱 스위치, 다이오드 및 전력용 퓨즈, 피뢰소자(SPD, ZNR) 등으로 구성되는 주회로 장치(도시되지 않음)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 태양광 접속반(2)에는 절연저항측정이나 정기적인 단락전류 확인을 위한 출력단자용 개폐기가 설치되기도 한다.
한편, 상기 태양광 접속반(2)은 평상시에는 주회로 장치의 마그네틱 스위치가 투입되어지고, 예비회로장치의 마그네틱 스위치는 개방되어 있어, 주회로 장치의 다이오드와 전력용 퓨즈를 통하여 직류전력이 공급된다. 이때, 상기 태양광 접속반 내부 전력기기에 이상이 발생하게 되면, 현장에서 이상이 발생한 주회로장치의 마그네틱 스위치를 개방시킨 후, 예비회로장치의 마그네틱 스위치를 즉시 투입시켜 예비회로장치의 다이오드와 전력용 퓨즈를 통하여 지속적인 발전을 할 수 있도록 한다.
상기 인버터(3)는 태양전지 어레이(1)에서 입력받은 직류전력을 하나의 직류전력으로 통합한 후 이를 상용전력으로 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하여 출력한다. 상기 인버터(3)에서 출력된 교류 전력은 수전반(4)을 통해 수용가의 부하로 공급된다.
다음으로, 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반의 구성 블록도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반은 입력부(10), 출력부(20), 입력전력 차단부(30), 온도 검출부(40), 전자파 검출부(50), 제어부(60) 및 통신부(70)를 포함하여 구성된다.
상기 입력부(10)는 상기 태양전지 어레이로부터 생성되어 출력되는 전력을 수신하고, 상기 출력부(20)는 상기 입력부에 전기적으로 연결되어 상기 입력부로부터 출력되는 직류전류를 입력받아 전기적으로 연결된 인버터(3)로 출력한다.
상기 입력전력 차단부(30)는 상기 입력부(10)와 상기 출력부(20) 사이에 구비되고, 상기 입력부(10)에서 출력되는 전력의 비 이상적인 전류 흐름을 선택적으로 차단한다. 여기서, 비 이상적인 전류 흐름은 크게 회로 내의 과부하 및 단락 등이 될 수 있으며, 상기 입력전력 차단부(30)는 정격전류 이상의 전류가 흐를 때 이로 인한 사고를 예방하기 위해 전류의 흐름을 차단하게 된다.
상기 온도 검출부(40)는 상기 태양광 접속반(2) 내부의 온도를 검출하는 기능을 수행하는 것으로서, 도 4는 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에서 온도 검출부(40)의 회로도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 상기 온도 검출부(40)는 센서모듈(41), 마이컴모듈(42) 및 인터페이스모듈(43)을 포함하여 구성된다.
상기 센서모듈(41)은 금속 재질의 동체에 전원을 인가하여 상기 금속 재질의 온도 변화에 따른 저항값을 온도 데이터로 변환하고 상기 온도 데이터를 디지털 신호로 출력하는 기능을 수행한다. 이때, 상기 금속 재질의 동체는 외경 8mm 및 내경 6mm로 이루어진 알루미늄 재질이 사용될 수 있다.
이러한 센서모듈(41)은 금속 재질의 동체의 온도 변화에 따라 소정의 전압을 인가하여 흐르는 전류에 대한 저항값을 검출하여 온도를 검출하는 것으로서, 동체에 흐르는 전류가 온도 변화에 따라 달라지게 하도록 상기 동체와 병렬로 콘덴서가 연결된 전선이 연결된다.
이때, 상기 센서모듈(41)은 저항의 변화에 따라 온도 데이터로 변환하고, 변화된 온도 데이터는 디지털 신호로 출력하게 된다.
상기 마이컴모듈(42)은 상기 센서모듈(41)에서 출력되는 디지털 신호를 외부 데이터 신호로 변환하여 출력하는 것으로서, 상기 외부 데이터 신호는 RS-485신호로 이루어질 수 있다.
상기 인터페이스모듈(43)은 상기 마이컴모듈(42)과 외부 기기와의 통신을 수행하는 것으로서, 상기 마이컴모듈(42)에서 변환된 외부 데이터 신호를 제어부(60)로 전송한다.
상기 전자파 검출부(50)는 상기 태양광 접속반 내부에서 발생된 아크에 의한 전자파를 검출하여 출력한다.
아크는 전기가 공간을 통과할 때 발생하는데, 전기가 주변의 먼지, 잔해 및 습기를 전도 매체로 사용하여 손상된 절연 경로를 흐를 때, 또는 전기가 고전압 송전선에서 누출되어 전기 접속의 갭을 건너뛰어 무선 신호를 생성할 때 발생한다.
이러한 아크가 발생되는 경우, 고장 전류의 높은 온도 때문에 고장 전류가 유도되어 전력계통에 많은 손상을 초래하게 된다. 아크 고장 전류의 크기는 아크의 저항과 접지 귀로의 임피던스에 의해 제한된다. 즉, 낮은 수준의 고장 전류는 아크 고장 근처에 설치된 과전류 장치를 즉시 트립시키기에는 역부족이라서 아크 고장의 증폭을 초래하고, 증폭된 아크는 전력계통의 손상을 키운다.
아크 발생은 전자파를 동반하는 데, 전자파는 전자기장을 형성하게 된다. 이러한 전자기장은 상기 UHF안테나를 통해 전자파(전자파(RF: Radio Frequency))를 검출할 수 있다.
즉, 전자파의 진행 방향에 UHF안테나를 설치하면, 전기장의 크기는 UHF안테나로 전달되는 전자파의 양에 비례하여 검출될 수 있으며, 이때 방사장은 반응성 근접장, 방사 근접장 및 원거리장으로 구분되는 세 가지 영역으로 구분된다.
상기의 전자파 검출부(50)는 아크 발생에 따른 전자파를 검출할 수 있는 UHF안테나를 포함하여 구성되는 것으로서, 전자파 검출부(50)는 UHF안테나로부터 수신된 전자파를 검출한다.
상기 제어부(60)는 상기 온도 검출부 및 전자파 검출부에서 각각 검출된 온도 및 전자파에 근거하여 전기화재 가능성에 대해 판단하고, 상기 판단 결과 전기화재 가능성을 평가하여 전기화재의 위험성이 있는 경우 제어신호를 출력한다.
이때, 태양광 어레이(1)는 태양광의 유무에 따라 발전되는 전기의 양이 달라지게 되는 데, 상기 태양광 어레이(1)에서 출력되는 전압이 없거나 소정의 전압 미만인 경우에는 온도 검출부 및 전자파 검출부의 동작을 제한하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제어부(60)는 상기 입력부에서 입력된 전압이 설정 전압 이상인 경우에만 상기 온도 검출부 및 전자파 검출부가 활성화되도록 구성하여, 필요치 이상의 전압 소모를 줄이고 온도/아크가 발생될 수 있는 조건에서만 상기 온도 검출부 및 전자파 검출부가 동작되도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에서 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명에 다른 태양광 접속반에서의 제어부(60)는 수신모듈(61), 유효성 판단모듈(62), 전자파 속성 산출모듈(63), 평가모듈(64) 및 제어모듈(65)을 포함하여 구성된다.
상기 수신모듈(61)은 상기 온도 검출부에서 출력되는 온도 데이터와 상기 전자파 검출모듈에서 출력되는 전자파를 수신한다.
상기 유효성 판단모듈(62)은 상기 수신모듈에서 수신된 전자파 및 온도 데이터에 대한 유효성을 판단한다.
상기 전자파 검출부에서 수신된 전자파는 접촉 불량 등의 아크에 의한 전자파 또는 스위치 개폐에 의한 아크에 의한 전자파 등 다양하게 이루어질 수 있다.
즉, 태양광 어레이와 접속반의 특성상 아크에 의해 전자파가 검출 되었다 하더라도, 이 감지된 전자파가 태양광 접속반 내의 정상적인 동작 즉 스위치 개폐 등에 다른 정상적인 아크 일수도 있고, 설령 정상적인 아크가 연속되거나 일정 시간 동안 그 회수가 빈번하지 아니하다면 화재로 전이될 가능성이 희박하다고 보아야하므로, 이러한 경우에는 태양광 접속반의 메인 전원을 차단한다든지 부하를 차단하는 등의 태양광 발전 시스템의 운전에 영향을 주는 제어 동작을 하지 아니하는 것이 효율적이다.
아울러 온도 검출부에서 검출된 온도는 일시적인 첨두값을 가지는 경우에도 역시 태양광 접속반의 메인 전원을 차단하지 않도록 하여 태양광 발전 시스템의 효율적인 운전이 이루어지도록 구성되어야 한다.
따라서 상기 유효성 판단모듈(62)은 이러한 일시적인 전자파 및 온도에 따른 유효성을 판단하여, 유효 상태에 데이터(전자파 및 온도)를 가지고 평가되도록 구성된다.
상기 전자파 속성 산출모듈(63)은 상기 전자파 검출부에서 수신된 전자파에서 임펄스 잡음을 제거하고 통계분석을 통해 상기 전자파의 속성을 산출한다.
상기의 임펄스 잡음은 불규칙한 진폭과 불규칙한 스펙트럼을 갖는 불규칙한 에너지 스파이크로 형성된 잡음을 의미하는 것으로서, 고조파 성분이 여기에 속하며, 고조파 성분은 저역통과필터(LPF)를 통해 제거될 수 있다.
통계 분석은 상기 필터링 단계를 통해 임펄스 잡음이 제거된 전자파 각각에 대한 통계분석을 이용하여 상기 전자파를 속성 또는 매개변수 집합의 면으로 표시하는 것이다. 부연하면, 상기 통계 분석은 1개 또는 복수 개의 UHF안테나에서 검출된 각각의 전자파를 비교하여 전자파의 유효성을 판단할 수 있는 데이터로 활용하기 위한 과정이다.
상기 통계분석은 데이터가 집중되는 값을 계산하여 이루어질 수 있으며, 이 중심집중 경향은 평균을 측정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 통계분석은 산술평균, 표준편차, 자동상관계수 및 분산 등을 통하여 이루어질 수 있다.
이때, 사용되는 매개변수는 데이터 즉, 전자파 신호가 집중되는 값을 이용하여 계산될 수 있다. 이와 같이 신호가 집중되는 경향의 모든 측정은 평균을 추정하는 데 사용된다.
상기 평가모듈(64)은 상기 입력부의 입력 전압이 소정 전압 이상인 경우, 상기 수신된 전자파의 빈도와 상기 전자파 속성 산출모듈에서 판단된 전자파의 유효성과 온도 데이터에 근거하여 화재 가능성을 판단한다.
즉, 상기 전자파 검출부에서 검출된 전자파가 유효한 데이터로 판단되고, 유효한 것으로 판단된 전자파가 일정 시간 지속되는 경우, 아크가 발생된 것으로 평가할 수 있다.
또한, 상기 온도 검출부에서 검출된 온도가 데이터로 판단되고, 유효한 것으로 판단된 온도가 일정시간 지속되거나 점진적으로 상승하는 경우, 전기화재가 발생된 것으로 평가할 수 있다.
이러한 구성에서, 상기 전자파의 지속 시간 및 온도의 최대 설정값은 사용자 인터페이스를 통해 변경가능하게 구성될 수 있으며, 일반적인 전기화재의 범위에서 수정할 수 있도록 구성되거나 표준 값을 제시하여 사용자가 설정할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 제어모듈(65)은 상기 평가모듈의 평가 결과에 따라 제어신호를 생성하여 출력한다.
즉, 상기 제어모듈(65)은 설정값에 근접하거나 설정값을 초과하는 경우, 상기 평가모듈(64)에서 평가된 데이터에 근거하여 상기 입력전력 차단부(30)에 차단기를 동작시키는 트립신호를 발생시키거나 사용자의 모바일기기로 메시지 등을 송출할 수 있는 제어신호를 생성하여 출력한다.
도 6은 본 발명에 따른 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반에서 배선에 사용된 전선에 따른 점화확률 그래프를 나타낸 것이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 상기 평가모듈(64)에서 평가된 데이터는 배선에 사용된 전선에 따른 점화확률 그래프로 구성될 수 있으며, 일 실시 예로 HIV 전선의 점화확률(도 6의 (a)) 및 SPT 전선의 점화확률(도 6의 (b)) 등으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 점화확률에 대한 그래프는 일 실시 예로 설명한 것이며, 실제 태양광 접속반에 사용되는 재료와 전압 전류 조건 등에 따라 실험에 의하여 추출하여 별도록 작성한 그래프를 저장하여 선택적으로 사용할 수 있다.
첨부된 그래프의 데이터를 통해 일 실시 예에 따른 상기 평가모듈의 평가 결과에 따라 제어신호를 생성하여 출력하는 과정을 설명하면, 태양광 접속반의 배선이 최고 사용온도 70℃인 HIV 전선을 사용하는 경우, 사용 전압이 220V이며 부하에 흐르는 전류가 5A이고 전자파 지속 시간이 0.3초이면, 상기 평가모듈(64)은 전기화재로 발생 가능성이 8% 수준이고, 전기화재로 전이될 가능성의 10% 미만으로 평가될 수 있으며, 이에 태양광 접속반은 정상운영 하면서, 상기 제어모듈(65)을 통해 경고를 위한 신호만을 출력할 수 있도록 하며, 만약 사용전류가 20A이면 전기화재로 전이될 가능성은 80%로서 부하차단 및 태양광 발전을 중지하는 등의 제어 신호를 송출하도록 구성될 수 있다.
이에 더하여, 상기의 점화확률 그래프에 대한 데이터는 평균적인 데이터로 일반화하여 추출된 데이터가 사용될 수 있으며, 상기와 같이 각각의 전선 재료에 따라 선택하여 사용될 수 있음은 당연하다.
상기 통신부(70)는 상기 제어부에서 출력되는 제어신호를 통신망을 통해 전송하는 기능을 수행하는 것으로서, 통신망은 유/무선 통신망으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 태양광 접속반에는 표시부(80)가 구성될 수 있다.
상기 표시부(80)는 태양광 접속반의 전면 패널에 설치될 수 있으며, 태양광 발전량, 발전 전압, 부하 전류 등이 표시되도록 구성될 수 있으며, 사용자의 조작에 따라 상기 전자파의 지속 시간, 전자파 검출 빈도수, 허용 온도 범위 등을 설정할 수 있도록 구성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
1: 태양광 어레이 2: 태양광 접속반
3: 인버터 4: 수전반
10: 입력부 20: 출력부
30: 입력전력 차단부 40: 온도 검출부
41: 센서모듈 42: 마이컴모듈
43: 인터페이스모듈 50: 전자파 검출부
60: 제어부 61: 수신모듈
62: 유효성 판단모듈 63: 전자파 속성 산출모듈
64: 평가모듈 65: 제어모듈
70: 통신부 80: 표시부
3: 인버터 4: 수전반
10: 입력부 20: 출력부
30: 입력전력 차단부 40: 온도 검출부
41: 센서모듈 42: 마이컴모듈
43: 인터페이스모듈 50: 전자파 검출부
60: 제어부 61: 수신모듈
62: 유효성 판단모듈 63: 전자파 속성 산출모듈
64: 평가모듈 65: 제어모듈
70: 통신부 80: 표시부
Claims (4)
- 태양전지 어레이로부터 생산된 직류 전류를 취합하여 인버터에 출력하는 장치를 구비한 태양광 접속반에 있어서,
상기 태양전지 어레이로부터 생성되어 출력되는 전력을 수신하는 입력부;
상기 입력부에 전기적으로 연결되어 상기 입력부로부터 출력되는 직류전류를 입력받아 전기적으로 연결된 인버터로 출력하는 출력부;
상기 입력부와 상기 출력부 사이에 구비되고, 상기 입력부에서 출력되는 전력을 선택적으로 차단하는 입력전력 차단부;
상기 태양광 접속반 내부의 온도를 검출하는 온도검출부;
상기 태양광 접속반 내부에서 발생된 아크에 의한 전자파를 검출하는 전자파 검출부;
상기 입력부에 입력된 전압이 설정 전압 이상인 경우, 상기 온도 검출부 및 전자파 검출부에서 각각 검출된 온도 및 전자파에 근거하여 전기화재 가능성에 대해 판단하고, 상기 판단 결과 전기화재 가능성을 평가하여 전기화재의 위험성이 있는 경우 제어신호를 출력하는 제어부; 및
상기 제어부에서 출력되는 제어신호를 통신망을 통해 전송하는 통신부;
를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 온도 검출부에서 출력되는 온도 데이터와 상기 전자파 검출부에서 출력되는 전자파를 수신하는 수신모듈;
상기 수신모듈에서 수신된 전자파 및 온도 데이터에 대한 유효성을 판단하는 유효성 판단모듈;
상기 전자파 검출부에서 수신된 전자파에서 임펄스 잡음을 제거하고 통계분석을 통해 상기 전자파의 속성을 산출하는 전자파 속성 산출모듈;
상기 입력부의 입력 전압이 소정 전압 이상인 경우, 상기 수신된 전자파의 빈도와 상기 전자파 속성 산출모듈에서 판단된 전자파의 유효성과 온도 데이터에 근거하여 화재 가능성을 판단하는 평가모듈; 및
상기 평가모듈의 평가 결과에 따라 제어신호를 생성하여 출력하는 제어모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반.
- 청구항 1에 있어서,
상기 온도 검출부는,
금속 재질의 동체에 전원을 인가하여 상기 금속 재질의 온도 변화에 따른 저항값을 온도 데이터로 변환하고 상기 온도 데이터를 디지털 신호로 출력하는 센서모듈;
상기 센서모듈에서 출력되는 디지털 신호를 외부 데이터 신호로 변환하여 출력하는 마이컴모듈; 및
상기 마이컴모듈과 외부 기기와의 통신을 수행하는 인터페이스모듈;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전자파 검출부는,
아크에 의해 발생된 전자파를 수신하는 UHF안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 및 아크 검출을 통해 전기화재 감시진단 기능을 갖는 태양광 접속반.
- 삭제
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