KR101700084B1 - 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템 - Google Patents
태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 태양광 접속반에서 전기화재를 감시하고 진단하기 위하여 전기화재에 의해 발생될 수 있는 아크, 열화, CO가스, 연기 및 연소음 등을 감지하여 전기화재의 발생을 실시간으로 확인하고, 전기화재의 확산을 미연에 방지할 수 있는 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 태양광 접속반에서 전기화재의 발생에 따라 아크, 열화, CO가스, 연기 및 연소음 등을 감지하여 전기화재의 확산을 미연에 방지할 수 있으며, 전기화재에 의해 발생되는 결과를 종합적으로 판단할 수 있으므로 신뢰성이 높은 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 태양광 접속반에서 전기화재의 발생에 따라 아크, 열화, CO가스, 연기 및 연소음 등을 감지하여 전기화재의 확산을 미연에 방지할 수 있으며, 전기화재에 의해 발생되는 결과를 종합적으로 판단할 수 있으므로 신뢰성이 높은 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 접속반에서 전기화재를 감시하고 진단하기 위하여 전기화재에 의해 발생될 수 있는 아크, 열화, CO가스, 연기 및 연소음 등을 감지하여 전기화재의 발생을 실시간으로 확인하고, 전기화재의 확산을 미연에 방지할 수 있는 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전은 태양 전지판에서 생산된 직류 전류를 인버터가 교류 전류로 변환하여 각 수용가에 공급하게 된다. 이러한 태양광 발전 시스템은 수광된 태양광에 상응하는 직류 전원을 공급하는 태양 전지 모듈군과 이를 직렬로 연결한 태양 전지 어레이, 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, 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 모듈의 접속을 알기 쉽게 정리하여 보수점검 시에 회로를 분리하여 점검작업을 용이하게 한다. 이러한 태양광 접속반에는 직류출력 개폐기, 피뢰소자, 역류방지소자, 단자대, 퓨즈 또는 개폐기 등으로 구성되고, 절연저항측정이나 정기적인 단락전류 확인을 위한 출력단자용 개폐기가 설치되기도 한다.
특히, 태양광 접속반에는 예상하지 못한 급격한 전압이나 전류가 발생하는 전자 쇼크에 의해 회로가 손상되는 문제점과, 또한 주위 환경 변화와 같은 기타 요인에 따른 집광판의 발전 특성 불균형 등을 방지하기 위한 여러 가지 보호 장치들이 구비된다. 이러한 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 구성되어 있고, 이러한 장치는 주로 태양광 발전 장치와 부하 또는 중앙의 제어부 사이에 설치된 접속반에 구성된다.
그러나 무엇보다 가장 중요한 것은 전기 화재의 현상과 조기 검출을 위한 장치와 감시 시스템의 개발이 매우 절실하다. 전기 화재가 발생되면 재산 피해 및 인명 피해가 매우 크기 때문이다.
이 중에서 전기화재 사고에 대응하기 위해 누설전류 발생 시 화재 징후를 감시하기 위한 기술 중 하나로서, 등록특허공보 제10-1491013호에 누설전류 및 화재 징후 감시 기능을 갖는 태양광 접속반을 포함하는 태양광 발전 시스템이 개시되어 있다.
상기 기술은 인버터의 입력라인 각각에 설치된 전류감지수단에서 감지된 전류를 비교하여 두 라인의 총 전류차를 산출하고, 산출된 총 전류차를 설정된 총 전류차 임계값을 대비하여 전류 누설 여부를 감지한 후, 태양광 패널별로 누설전류값이 기준치를 초과하는지 여부를 판단하여 기준치 이상 누설전류가 발생한 태양광 패널을 찾을 수 있게 하였고, 접속반 내부에 설치된 온도센서에서 감지된 온도를 기 설정된 온도상한값과 비교하거나, 실시간온도변화율과 기 설정된 기준온도변화율을 비교하여 접속반 내부의 화재징후를 감지할 수 있도록 구성된 것에 그 특징이 있다.
그러나 상기의 기술은 누설전류를 검출하여 전기화재의 징후를 감시한다는 점에서는 어느 정도 효과가 있을 수 있으나, 일반적으로 전기화재는 접촉불량에 의한 과열, 단선, 단락에 의한 아크발생 및 절연피복재 열화에 의한 절연파괴 현상 등을 통해서도 발생될 수 있으며, 이러한 원인에 의한 전기화재를 미연에 감지하여 방지하기에는 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 전기화재에 의해 발생될 수 있는 아크, 열화, CO가스, 연기 및 연소음 등을 감지하여 전기화재의 확산을 미연에 방지할 수 있는 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템은 태양전지 어레이로부터 생산된 직류 전류를 취합하여 인버터로 출력하는 태양광 접속반에 구비되어 전기화재를 감시하는 시스템으로 구성되며, 상기 태양광 접속반 내부의 일산화탄소 농도를 검출하는 CO가스 센서, 온도를 검출하는 적외선 온도센서, 불꽃을 감지하는 불꽃센서, 연기 농도를 검출하는 연기센서 및 전기화재에 따라 발생된 연소음을 검출하는 연소음 센서를 포함하여 구성되는 복합센서부; 및 상기 복합센서부에서 검출된 데이터에 근거하여 상기 태양광 접속반 내부의 전기화재 발생 여부를 판단하는 감시 제어장치를 포함하고, 상기 연소음 센서는 전기화재에 따라 발생된 초음파 형태의 연소음을 수신하는 초음파 센싱 엘리먼트; 상기 초음파 센싱 엘리먼트를 통해 수신된 초음파 형태의 연소음을 증폭하여 주파수로 출력하는 프리앰프 모듈; 상기 프리앰프 모듈에서 출력되는 주파수와 가변주파수발진기를 믹싱하여 가청 주파수를 출력하는 믹서모듈; 상기 믹서모듈에서 출력되는 가청 주파수에서 고주파를 제거하는 LPF 모듈; 상기 LPF 모듈에서 출력되는 가청주파수를 증폭하는 오디오 앰프모듈; 및 상기 오디오 앰프모듈에서 출력되는 가청주파수를 청취 신호로 출력하는 스피커 모듈로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 연소음 센서는 상기 프리앰프모듈에 구비된 리시버가 정상동작인지를 확인하기 위한 테스트 드라이버가 더 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 초음파는 30 ~ 40㎑ 범위로 정해지며, 상기 가변주파수발진기의 가변주파수는 상기 믹서모듈에서 혼합된 가청주파수에 따라 30 ~ 48㎑의 범위 내에서 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감시 제어장치는 상기 CO가스 센서의 경우 검출된 가스의 농도, 적외선 온도센서의 경우 접촉온도가 주위온도보다 설정 범위 이상으로 차이가 발생되는 온도차, 불꽃센서의 경우 불꽃 방전 횟수가 설정된 시간 이내에 설정된 횟수 이상 발생 시 또는 불꽃발생 지속 시간이 설정된 시간 이상 지속시, 연기센서의 경우 설정값 이상의 기준값을 초과하는 연기농도, 연소음 센서의 경우 설정된 시간 이내에서의 가청 주파수의 발생 횟수에 근거하여 전기화재의 발생여부를 판단하고, 상기 판단된 결과 어느 한 항목이라도 해당되는 경우 전기화재로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 CO가스 센서는 세라믹 반도체 표면에 CO가 접촉했을 때 발생되는 전기전도도의 변화를 이용한 산화물 반도체 방식의 CO가스 센서 또는 화학 반응에 의해 발생하는 에너지를 전기적인 에너지로 변환시키는 전기화학방식의 CO가스 센서 중에서 선택된 하나의 센서로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 적외선 온도센서는 5도 광각을 가지는 센서모듈로 구성되고 비접촉으로 광각을 검출하는 비접촉 온도센서모듈; 상기 비접촉 온도센서모듈에서 광각을 프로그램된 로직에 따라 수신된 광각에 대응하는 온도데이터로 산출하는 마이컴; 상기 마이컴으로부터 전달된 상기 온도데이터를 통신 규약에 따라 변환하여 통신선로를 이용하여 감시 상기 제어장치로 전송하는 통신인터페이스; 및 상기 비접촉 온도센서모듈, 마이컴 및 통신인터페이스에서 요구되는 전원으로 변환하여 공급하는 전원공급모듈을 포함하는 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 불꽃센서는 가시광선 영역파장을 제거하고 자외선 영역마다 파장 대역을 검출하여 불꽃을 검출하는 불꽃센서모듈; 상기 불꽃센서모듈에서 출력되는 불꽃을 슈미트로직으로 구성된 IC칩을 이용하여 파형을 로직화하여 출력하는 파형정형모듈; 상기 파형정형모듈로부터 전송된 아크신호를 체크하여 아크의 발생유무를 판단하는 마이컴; 및 상기 마이컴의 테스트 신호에 따라 상기 불꽃센서모듈의 초크트랜스의 1차측에 인위적으로 드라이브 펄스가 인가하는 고압발생모듈을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 연기센서는 저항분배방식을 이용하여 연기 농도에 따른 적외선 입사량에 의해 선형적으로 변화되는 출력전압을 검출하는 연기센서모듈; 상기 연기센서모듈에서 미세하게 출력되는 상기 출력전압을 증폭하는 신호증폭모듈; 및 상기 신호증폭모듈에서 증폭된 출력전압의 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 출력하는 컨버터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 태양광 접속반에서 전기화재의 발생에 따라 아크, 열화, CO가스, 연기 및 연소음 등을 감지하여 전기화재의 확산을 미연에 방지할 수 있으며, 전기화재에 의해 발생되는 결과를 종합적으로 판단할 수 있으므로 신뢰성이 높은 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템이 적용된 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템의 전체적인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 적외선 온도센서의 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 적외선 불꽃센서의 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연기센서의 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연소음 센서의 개략적인 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연소음 센서에서의 회로도.
도 8은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연소음 센서에서의 테스트 드라이버에 대한 회로도.
도 9는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에서 관리서버에 설치된 감시진단 소프트웨어의 구성도.
도 10 내지 도 14는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에서 관리서버에 설치된 감시진단 소프트웨어에 표시되는 화면.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템의 전체적인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 적외선 온도센서의 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 적외선 불꽃센서의 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연기센서의 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연소음 센서의 개략적인 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연소음 센서에서의 회로도.
도 8은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연소음 센서에서의 테스트 드라이버에 대한 회로도.
도 9는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에서 관리서버에 설치된 감시진단 소프트웨어의 구성도.
도 10 내지 도 14는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에서 관리서버에 설치된 감시진단 소프트웨어에 표시되는 화면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 태양광 접속반에서 전기화재를 감시하고 진단하기 위하여 전기화재에 의해 발생될 수 있는 아크, 열화, CO가스, 연기 및 연소음 등을 감지하여 전기화재의 발생을 실시간으로 확인하고, 전기화재의 확산을 미연에 방지할 수 있는 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템이 적용된 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명을 실시하기 위한 태양광 발전 시스템의 전체 구성은 태양전지 어레이(1), 태양광 접속반(2), 인버터(3), 분전반(4), 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.
상기 태양전지 어레이(1)의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다. 실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 V이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 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(1)로부터 생산된 직류 전류를 취합하여, 인버터(3)에 출력하는 장치로서, 태양전지 어레이(1)로부터 생산된 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. 절연저항측정이나 정기적인 단락전류 확인을 위한 출력단자용 개폐기가 설치되기도 한다.
한편, 태양광 접속반(2)의 경우, 평상시에는 주회로장치의 마그네틱 스위치가 투입되고, 예비회로장치의 마그네틱 스위치는 개방돼 있어, 주회로장치의 다이오드와 전력용 퓨즈를 통하여 직류전력이 공급된다. 접속반 내부 전력기기에 이상이 발생하게 되면, 현장에서 이상이 발생한 주회로장치의 마그네틱 스위치를 개방시킨 후, 예비회로장치의 마그네틱 스위치를 투입시켜 상기 예비회로장치의 다이오드와 전력용 퓨즈를 통하여 지속적인 발전을 할 수 있도록 한다.
인버터(3)는 태양전지 어레이(1)에서 병렬군으로 입력받은 직류전력을 하나의 직류전력으로 통합한 후 이를 상용전력으로 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하여 출력한다. 인버터(3)에서 출력된 교류 전력은 분전반(4)을 통해 수용가의 부하로 공급된다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템의 전체적인 구성도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템은 복합센서부(10), 감시 제어장치(20), 디스플레이부(30), 사용자 단말기(40) 및 관리서버(50)를 포함하여 구성된다.
상기 복합센서부(10)는 태양광 접속반(2) 내부의 일산화탄소 농도를 검출하는 CO가스 센서(100), 온도를 검출하는 적외선 온도센서(200), 불꽃을 감지하는 불꽃센서(300), 연기 농도를 검출하는 연기센서(400) 및 전기화재에 따라 발생된 연소음을 검출하는 연소음 센서(500)를 포함하여 구성된다.
상기 복합센서부(10)는 설명의 편의를 위하여 센서들을 일괄하여 단일 개수로 표시하였으나, 상기 태양광 접속반(2) 내부에 지점을 선택하여 분산배치 후 통신선로에 의하여 감시 제어장치(20)와 연결된다.
상기 CO가스 센서(100)는 일산화탄소(CO) 농도에 따른 적외선 입사량에 따라 선형적으로 변화하는 특성을 이용하여 가스농도를 검출하여 출력한다.
태양광 접속반 화재 발생 시에 발생하는 징후(연기, 열, CO, CO2 등) 중에서 가장 먼저 발생하는 것이 일산화탄소(CO)이다. 이에, 가장 빠르게 화재의 징후를 감지하기 위해서는 CO를 검출할 수 있는 CO가스 센서(100)를 구비하는 것이 바람직하다. 특히, 선진국에서는 CO를 화재 감지의 표적가스로 규정하여 법규로 제정하고 있을 정도로 그 활용도가 매우 높다.
이러한 CO가스 센서(100)는 방식에 따라 산화물 반도체 방식과 전기화학 방식으로 분류된다.
상기 산화물 반도체 방식의 CO가스 센서는 세라믹 반도체 표면에 CO가 접촉했을 때 발생되는 전기전도도의 변화를 이용하는 것이다. 세라믹으로 이루어진 반도체 표면에 열에너지가 가해지면 자유로이 움직일 수 있는 전자가 많아지게 된다. 여기에 CO가 흡착되면 이들 자유전자는 입자표면의 CO기체에 포획되어 세라믹의 입자계면에 전위장벽을 형성하고 입자 간의 전기전도도는 낮아진다. 환원성 기체 또는 가연성기체는 CO기체와 만나 산화되기 때문에 이들 기체가 존재하게 되면 세라믹 표면에 흡착되어 있던 CO기체를 제거하게 되고, CO기체에 포획되었던 자유전자는 세라믹 입자내로 들어가게 되어 전위장벽은 낮아지게 되어 입자간의 전기전도도는 커지게 된다. 결국, 일산화탄소(CO)의 흡착량과 탈착량은 센서의 감도를 좌우하게 된다.
이러한 산화물 반도체 방식의 CO가스 센서는 다른 물질에 비해 소결이 잘되지 않기 때문에 사용 중 장기간의 고온상태에서도 더 이상의 임계성장이 일어나지 않아 수명이 길고 높은 신뢰성을 갖는다. 또한, 산화물 반도체방식의 CO가스 센서는 검출회로의 구성이 간단하고 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 그러나 산화물 반도체방식의 CO가스 센서에 사용되는 촉매는 대기 중의 수분 및 다른 유해가스의 영향에 의해 장기 사용 시 열화되기 때문에 센서저항 및 감도의 변화가 발생하게 된다.
이에 따라 일반적으로 산화물 반도체방식 CO가스 센서는 장기 운행 시 초기에 비하여 저항이 작아지고 감도가 예민해지는 경향이 있다.
상기 전기화학방식의 CO가스 센서는 화학 반응(산화환원 반응)에 의해 발생되는 에너지를 전기적인 에너지로 변환시키는 원리를 적용한 것으로서, CO에 대한 높은 선택성을 나타내며 가스센서의 출력 값은 CO 농도 값에 선형적으로 비례한다.
또한, 상기 산화물 반도체 방식에 비해 출력신호의 안정성, 작은 전력소모 등의 우수한 특성을 지닌다.
상기 전기화학방식의 CO가스 센서는 산화물 반도체방식의 CO가스 센서에 비하여 상대적으로 가격이 고가이며 검출회로의 구성이 복잡하다는 단점이 있다.
이와 같이, 상기 CO가스 센서(100)는 방식에 따라 산화물 반도체 방식 또는 전기화학방식 중에서 선택되어 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 적외선 온도센서(200)는 태양광 접속반(2) 내부에 구비된 구성 설비의 열을 단일 또는 다중 영역으로 측정한다. 바람직하게는, 적외선 온도센서(200)는 단일 또는 다중영역(multi-area) 적외선 온도센서로 구성한다.
이때, 다중영역 적외선 센서는 2×2, 3×3, 4×4 등의 어레이 구조로 구성될 수 있다. 즉, 적외선 온도센서를 다중 영역으로 구성하고 영역 내 각 셀들의 온도 측정값을 엘이디(LED) 소자로 표시한다. 상기 적외선 온도센서(200)에 의해 촬영된 다중영역 영상은 2차원의 열영역 영상으로서, 태양광 접속반(2)의 내부 영역 영상이고, 각 셀 값은 해당 부분의 온도를 나타내는 수치 값이다. 또한, 열영역 영상은 각 셀 값에 따라 또는 각 부분의 온도에 따라 색상을 표시한다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 적외선 온도센서(200)의 블록도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 상기 적외선 온도센서(200)는 비접촉 온도센서모듈(210), 마이컴(220), 통신인터페이스(230) 및 전원공급모듈(240)을 포함하여 구성된다.
상기 비접촉 온도센서모듈(210)은 5도 광각을 가지는 센서모듈로 구성될 수 있으며, 비접촉 표면온도와 주위온도를 측정하여 마이컴(220)에 검출된 광각을 송출한다.
상기 마이컴(220)에 송출된 광각은 프로그램된 로직에 따라 수신된 광각에 대응하는 온도데이터로 산출하고, 산출된 온도데이터를 통신인터페이스(230)로 전달한다.
상기 통신인터페이스(230)는 전달된 상기 온도데이터를 RS-485의 통신 규약에 따라 변환하여 통신선로를 이용하여 감시 제어장치(20)로 전송한다.
상기 전원공급모듈(240)은 상기 비접촉 온도센서모듈(210), 마이컴(220) 및 통신인터페이스(230)에서 요구되는 전원으로 변환하여 공급한다.
이와 같은 구성에서, 상기 비접촉 온도센서모듈(210)은 복수 개로 구성될 수 있으며, 상기 마이컴(220)은 상기 비접촉 온도센서모듈(210)을 구분하는 아이디(ID)를 부여하도록 구성될 수 있고, 상기 비접촉 온도센서모듈(210)로부터 전송된 광각에 대응하여 산출된 온도데이터에 아이디를 부여하여 전송할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 불꽃센서(300)는 분전반 및 전동기제어반의 내부 또는 외부에서의 불꽃을 감지하여 그에 상응한 데이터 신호(불꽃에 대한 펄스 지속시간과 펄스 횟수)를 출력한다.
불꽃은 300 ~ 1100nm 가시광선과 자외선 파장영역으로 분포되어 있어, 본 발명에서는 가시광선 영역파장을 제거하고 자외선 영역마다 파장 대역을 검출하여 불꽃을 검출하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 적외선 불꽃센서(300)의 블록도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 상기 불꽃센서(300)는 불꽃센서모듈(310), 파형정형모듈(320), 고압발생모듈(330), 마이컴(340), 표시모듈(350) 및 통신모듈(360)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 구성에 대하여 설명하면, 상기 불꽃센서모듈(310)은 가시광선 영역파장을 제거하고 자외선 영역마다 파장 대역을 검출하여 불꽃을 검출한다.
즉, 태양광 접속반(2) 내에서 불꽃(아크)이 발생되면, 발생된 불꽃은 상기 불꽃센서모듈(310)의 드라이브 트랜지스터(DTR)의 캐소드에 입력되어 상기 드라이브 트랜지스터(DTR)가 도통되며, 상기 드라이브 트랜지스터(DTR)의 애노드에 공급된 고압신호에 따라 아크(Arc)가 발생된다.
상기 파형정형모듈(320)은 상기 불꽃센서모듈(310)에서 출력되는 아크(Arc)를 슈미트로직으로 구성된 IC칩을 이용하여 파형을 로직화하고. 이를 마이컴(340)에 전송한다.
상기 마이컴(340)은 상기 파형정형모듈(320)로부터 전송된 아크신호를 체크하여 아크, 즉 불꽃의 발생유무를 판단한다. 또한, 상기 마이컴(340)은 센서의 고유식별코드, 예를 들면 센서를 구별할 수 있는 ID를 자체적으로 저장 관리하도록 구성된다.
이에, 상기 마이컴(340)은 불꽃의 발생여부 및 상기 불꽃센서모듈(310)의 정상 여부를 표시모듈(350)에 표시하거나 통신모듈(360)을 통해 감시 제어장치(20)로 전송한다.
여기서, 상기 불꽃센서(300)는 주기적으로 초크트랜스의 1차측에 인위적으로 드라이브 펄스를 인가하여 상기 불꽃센서모듈(310)의 정상 여부를 판단할 수 있도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 마이컴(340)의 테스트 신호에 따라 상기 고압발생모듈(330)에서 발생된 고압신호를 이용하여 상기 불꽃센서모듈(310)의 고장여부를 판단할 수 있도록 불꽃센서모듈(310)의 초크트랜스의 1차측에 인위적으로 드라이브 펄스를 인가한 후, 불꽃신호의 출력 여부에 따라 상기 불꽃센서모듈(310) 정상동작 여부를 판단할 수 있도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 고압발생모듈(330)은 슈미트트리거의 발진회로를 이용하여 고압신호를 발생시키기 위한 구성이다. 여기서, 상기 발진회로의 펄스폭은 대략 52ms로 하여 2차 슈미트트리거의 IC를 통해 듀티폭을 8 : 2로 정형화한 후, 초크트랜스의 2차측 전압을 350V로 승압하고, 상기 승압된 전압을 불꽃센서모듈(310)을 구성하는 드라이브 트랜지스터(DTR)의 애노드(anode)에 공급한다. 상기 애노도에 공급된 전압은 전기화재시와 동일한 불꽃을 발생시키고, 발생된 불꽃은 상기 불꽃센서모듈(310)에서 검출되도록 구성된다.
이에 따라, 상기 마이컴(340)의 테스트 신호에 의해서 불꽃이 검출되는 경우 상기 불꽃센서모듈(310)은 정상동작되는 것으로 판단할 수 있다.
상기 연기센서(400)는 연기발생 감지 시 연기농도에 따른 적외선 입사량에 따라 선형적으로 가변되는 전압을 출력한다.
상기 연기센서(400)는 전기화재에 의해 발생되는 열, 연기 및 불꽃을 감지하는 방식으로서, 비화재 및 화재의 조기 감지에 따른 초동 대처 어려움과 서서히 이루어지는 전기화재에 대한 신뢰성 있는 감지를 위해 먼지, 습기 및 온도 등의 변화 만으로는 동작되지 않는 것을 방지하기 위해 비분산 적외선 방식의 연기센서가 적용될 수 있다.
상기 비분산 적외선 방식의 연기센서는 다원자 분자 기체의 특정 파장의 적외선 흡수 특성을 이용하여 가스 및 연기 농도에 대한 해당 파장의 적외선 흡수율을 측정하고 농도로 환산하는 방식으로서, 타 가스에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 높은 정밀성과 정확성 및 긴 수명을 갖는 측정 신뢰도가 높은 방식이다.
상기 비분산 적외선 방식은 연기센서의 응답시간을 고려하여 연기의 발생시점 이후 일정한 시간 간격(step)에 대한 농도 증가량의 기울기를 구하여 태양광 접속반의 전기화재를 검출한다.
즉, 연기 농도가 증가하기 시작하여 사전에 설정한 농도를 초과할 경우, 초기 농도를 기준 값으로 일정한 시간 간격으로 각각의 연기 농도의 기울기를 산출하고, 기준농도 기울기를 초과하는 경우 각각의 시간 간격에 대한 표준편차를 구하여 기준값과 비교한 후 화재발생 여부 및 진행상태를 판단하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연기센서의 블록도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 상기 연기센서(400)는 연기센서모듈(410), 신호증폭모듈(420), 컨버터(430), 마이컴(440), 전원공급모듈(450) 및 통신인터페이스(460)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 연기센서모듈(410)은 저항분배방식을 이용하여 연기 농도에 따른 적외선 입사량에 의해 선형적으로 변화되는 출력전압(Vout)을 검출하여 이루어진다.
상기 출력전압(Vout)은 가변저항(Vr)과 로드저항(RL)에 인가되는 전압이다.
한편, 태양광 접속반(2) 내부에서 차단기와 개폐기의 단자대는 주로 에폭시몰드와 폴리에틸렌 등으로 구성되어 있고, 케이블은 주로 폴리에틸렌 수지로 구성되어 있다. 국부과열로 인한 전기화재 발생 시에 에틸렌 가스와 일산화탄소가 주로 발생되는 데, 전기화재 발생 시 일산화탄소(CO)의 경우 내부 온도상승보다 상대적으로 빠르게 증가하는 것으로 나타난다. 전기화재가 발생된 이후에는 연소도 확대되나 연소 후의 재의 생성도 많아지므로 연소의 증가 속도는 서서히 감소한다. 연소가 정점에 도달되는 시점에서 연소의 규모가 가장 크며 가장 많은 가스가 발생하고, 연소 후의 재의 생성도 정점에 도달한다.
본 발명에 따른 비분산 적외선 방식을 적용한 연기센서모듈(410)은 가스농도에 의한 적외선 흡수량이 선형적으로 변화하는 특성을 이용하여 가스농도를 검출한다. 이때, CO에 의한 농도변화에 따라 미세한 출력전압이 검출된다.
전기화재의 발생에 따라 연소가 초기에 개시되어 화염이 발생하지 않은 상태에서는 다량의 연기와 불완전 연소도 진행되며, 이에 따라 CO가 다량 발생하고, 발생된 CO는 상기 연기센서모듈(410)의 출력전압(Vout)을 미세하게 가변시킨다.
신호증폭모듈(420)은 상기 연기센서모듈(410)에서 미세하게 출력되는 출력전압(Vout)을 증폭하고, 컨버터(430)는 상기 신호증폭모듈(420)에서 증폭된 출력전압의 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 출력한다.
상기 마이컴(440)은 출력된 디지털 신호에 근거하여 전기화재의 발생여부를 검출한다. 이때, 전기화재의 발생여부는 일산화탄소의 농도가 10% 상승하는 경우 전기화재가 발생된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 전원공급모듈(450)은 상기 연기센서모듈(410) 및 마이컴(440)을 구동하는 전원을 공급하고, 상기 통신인터페이스(460)는 상기 마이컴(440)에서 판단된 결과를 통신규약에 따른 RS-485 통신신호로 변환하여 상기 감시 제어장치(20)로 전송한다.
이에, 태양광 접속반(2) 내부에서 발생하는 화재의 징후의 한 종류인 일산화탄소(CO)를 사전에 검출하여 감시하고 관리하면 태양광 접속반(2) 뿐만 아니라 배전반과 같은 공간에서 발생할 수 있는 전기화재의 확산을 미연에 방지할 수 있게 된다.
상기 연소음 센서(500)는 전기화재에 따라 발생된 연소음을 검출한다.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연소음 센서의 개략적인 블록도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 상기 연소음 센서(500)는 초음파 센싱 엘리먼트(510), 프리앰프모듈(520), 믹서 모듈(530), LPF 모듈(540), 오디오 앰프모듈(550), 스피커 모듈(560) 및 테스트 드라이버(570)를 포함하여 구성된다.
상기 초음파 센싱 엘리먼트(510)는 전기화재에 따라 발생된 초음파 형태의 연소음을 수신하는 것으로서, 파라볼릭 반사판이 부착된 형태로 구성될 수 있다.
전기화재에 의해 발생된 연소음은 가청주파수 범위를 벗어난 초음파 범위에 존재하며, 상기 초음파는 30 ~ 40㎑ 범위에 존재한다. 구체적으로 상기 초음파는 40㎑ 영역의 초음파가 발생되고, 발생된 초음파는 초음파 센싱 엘리먼트(510)를 통해 수신된다.
상기 프리앰프모듈(520)은 상기 초음파 센싱 엘리먼트(510)를 통해 수신된 초음파 형태의 연소음을 증폭하는 것으로서, 도 7은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연소음 센서에서의 회로도이다.
상기 초음파 센싱 엘리먼트(510)를 통해 수신된 초음파 신호는 리시버(RECEIVER)에 입력되고, 상기 리시버에 입력된 초음파 신호는 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함하여 구성된 프리앰프모듈(520)을 통해 증폭된다.
상기 믹서모듈(530)은 상기 프리앰프모듈(520)에서 출력되는 주파수와 가변주파수발진기에서 출력되는 가변주파수를 믹싱하여 가청 주파수를 출력하고, 상기 LPF 모듈(540)은 상기 믹서모듈(530)에서 출력되는 가청 주파수에서 고주파를 제거하며, 상기 오디오 앰프모듈(550)은 상기 LPF 모듈(540)에서 출력되는 가청주파수를 증폭하고, 스피커 모듈(560)은 상기 오디오 앰프모듈(550)에서 출력되는 가청주파수를 청취 신호로 출력한다.
상기 프리앰프모듈(520)을 통해 증폭된 주파수는 저항(R11) 및 커패시터(C3)를 통해 가변주파수발진기(U1)에서 생성된 VFO(Variable frequency oscillator)의 신호와 믹싱된다. 여기서, TP1에 입력되는 신호는 믹스된 주파수의 측정포인트이며, 가변저항(J5(50Kohm), VR)의 가변으로 VFO 주파수를 결정하게 된다.
상기 프리앰프모듈(520)과 가변주파수발진기(U1)의 출력차에 의해 가청주파수로 변환된 신호는 저역통과필터인 LPF 모듈(540)를 통해 고주파 성분이 제거되고, 고주파 성분이 제거된 가청주파수는 오디오 앰프모듈(550)을 통해 증폭된다.
또한, 상기 오디오 앰프모듈(550)을 통해 증폭된 가청주파수는 스피커 모듈(560)을 통해 출력된다.
여기서, 상기 프리앰프모듈(520)에 구비된 리시버가 정상동작인지를 확인하기 위한 테스트 드라이버(570)가 더 구성된다.
도 8은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에 적용된 연소음 센서에서의 테스트 드라이버에 대한 회로도이다.
상기 테스트 드라이버(570)는 전기화재에 의해 발생되는 연소음을 인위적으로 생성하여 상기 프리앰프모듈(520)에 구비된 리시버에 인가시키는 것으로서, 전원은 9Vpp/40KHz의 클럭을 인버팅하여 18V를 출력하고, 상기 출력되는 18V의 전압을 배전압회로를 이용하여 최대 36V의 전압이 이용될 수 있다.
즉, 상기 프리앰프모듈(520)을 인위적으로 구동시키기 위해 생성된 36V의 전원이 트랜스듀서(Transducer)에 인가된다. 예를 들면, 9V/40KHz의 클럭을 배압시켜 18V의 클럭 전원을 생성하고 일측 배압회로의 트랜지스터가 동작(ON)되는 시점에 타측 배압회로의 트랜지스터의 동작을 정지(OFF)되도록 하여 최대 36V의 전압펄스를 발생시킨 후, 상기 발생된 전압펄스를 트랜스듀서(Transducer)에 인가시킨다.
상기 트랜스듀서에 유기된 40KHz대역의 전압신호(캐리어신호)는 콘덴서(0.10㎌)을 통해 트랜지스터(2N3904)에 입력되고, 상기 트랜지스터(2N3904)를 구동시킨다. 이때, 47KΩ 저항과 18KΩ 저항은 상기 트랜지스터(2N3904)의 바이어스 전압의 정합에 사용된다.
상기 트랜지스터(2N3904)를 경유한 캐리어신호는 33mH의 용량을 갖는 리액터와 0.1uF의 용량을 가지는 커패시터 등으로 이루어진 대역통과필터(BPF, Band-Pass Filter)를 통해 콤퍼레이터(LM393)로 입력된다. 이때, 상기 컴퍼레이터의 레퍼런스레벨은 2.48V로 고정되어 있으며 이 레벨보다 케리어가 높을 때 컴퍼레이터에서는 40KHz대역 초음파가 출력되게 된다.
따라서 상기 테스트 드라이버(570)에서 발생된 인위적인 초음파 신호를 상기 프리앰프모듈(520)에 구비된 리시버에 인가하여 정상적인 가청음의 발생 여부를 검출할 수 있고, 가청음의 발생 여부에 따라 상기 프리앰프모듈(520)의 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.
감시 제어장치(20)는 상기 복합센서부(10)에서 검출된 데이터에 근거하여 상기 태양광 접속반 내부의 전기화재 발생 여부를 판단한다.
여기서, 전기화재 발생 여부의 판단은 상기 복합센서부(10)에서 검출된 결과값이 설정값(횟수 등) 이상 검출될 경우에 근거하여 이루어지는 것으로서, 각각의 센서 종류에 따라 설정값은 다르게 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 CO가스 센서(100)의 경우에는 검출된 가스의 농도, 적외선 온도센서(200)의 경우에는 접촉온도가 주위온도보다 설정 범위 이상으로 차이가 발생되는 온도차, 불꽃센서(300)의 경우에는 불꽃 방전 횟수가 설정된 시간 이내에 설정된 회수 이상 발생 시 또는 불꽃발생 지속 시간이 설정된 시간 이상 지속되는 경우, 연기센서(400)의 경우에는 설정값 이상의 기준값을 초과하는 연기농도, 연소음 센서(500)의 경우에는 설정된 시간 이내에서의 가청 주파수의 발생 횟수에 근거하여 전기화재의 발생여부를 종합적으로 판단할 수 있도록 구성된다.
이때, 이상 여부 중 어느 한 항목이라도 해당되는 경우에는 그에 따른 조치를 취하도록 디스플레이부(30)에 표시하거나 경고음을 출력하도록 구성된다.
여기서, 각 센서의 최적 설정조건에 대한 일예를 적용하여 보면, CO가스농도의 레벨이 기준농도보다 상대적으로 10% 이상 상승하였을 경우, 불꽃 방전 횟수가 2초 이내에 5회 이상 발생 시, 불꽃발생 지속시간이 4초 이상 계속 될 시, 기준값을 초과하는 연기농도, 접촉온도가 주위 온도보다 2배 이상 차이가 발생, 가청신호의 출력 및 센서 이상 여부 중 어느 한 항목이라도 해당되는 경우에 그에 따른 조치를 취하도록 표시되거나 경고음이 출력되도록 구성된다.
사용자 단말기(40)는 스마트 폰, 태블릿 PC 및 데스크 탑 등으로 구성되며, 검출 결과 확인 및 제어 메시지를 입력하는 포인트로서, HTTP(hypertext transfer protocol)와 웹 브라우저 CoAP 플러그인 모두를 지원하는 애플리케이션이 설치되고, 상기 애플리케이션을 통해 관리서버(50)에 접속하는 통신을 지원하도록 구성될 수 있다.
상기 관리서버(50)는 상기 감시 제어장치(20)에서 전송된 데이터를 저장 관리하고, 사용자 단말기(40)의 접속을 허용하거나 상기 사용자 단말기(40)로부터 요청신호에 따른 결과물을 제공한다.
이때, 관리서버(50)는 보안 레벨에 따라 사용자 등급을 구분하고, 구분된 사용자에 대한 접근 권한을 부여하도록 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에서 관리서버에 설치된 감시진단 소프트웨어의 구성도이다.
첨부된 도 9를 참조하면, 상기 감시진단 소프트웨어(600)는 설정된 주기에 따라 통신을 통해 상기 감시 제어장치(20)로부터 검출 데이터를 읽어오는 스케줄러 에이전트(610), 복합센서부를 이루는 각 센서에서 검출된 데이터에 대한 추이를 분석하는 추이분석 에이전트(620), 센서의 종류와 비교항목을 선택하여 비교하는 비교분석 에이전트(630), 센서의 건전성을 진단하는 지수분석 에이전트(640) 및 저장된 데이터에 대한 저장정보 및 경보 내용을 저장 관리하는 보고서 에이전트(650)를 포함하여 이루어진다.
도 10은 본 발명에 따른 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템에서 관리서버에 설치된 감시진단 소프트웨어에 의해 표시되는 종합감시 화면이다.
도 10에 따르면, 5개의 센서(CO가스 센서, 적외선 온도센서, 불꽃센서, 연기센서 및 연소음 센서)에 대한 실시간 검출 데이터, 설정값 및 고장여부 등이 표시된다.
이때, 센서의 고장여부에 대한 표시는 색을 달리하여 표시하는 것으로 식별력을 높일 수 있게 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서가 정상 작동되는 것으로 판단되는 경우 녹색 아이콘으로 표시하고, 비정상적으로 작동되는 것으로 판단되는 경우 주황색으로 표시되게 구성하여, 식별력을 높일 수 있도록 구성된다.
추이분석 에이전트(620)는 복합센서부를 이루는 각 센서에서 검출된 데이터에 대한 추이를 분석하는 것으로서, 도 11은 상기 추이분석 에이전트(620)에 의해서 표시되는 화면의 일 예를 나타낸 것이다.
즉, 상기 추이분석 에이전트(620)는 복합센서부를 이루는 각 센서에 대하여 검출된 데이터를 설정된 시간 간격으로 저장하며, 사용자의 선택에 대한 날짜 및 센서에 따라 해당 일자의 검출 데이터에 대한 추이를 분석하여 화면에 표시한다.
비교분석 에이전트(630)는 복합센서부를 이루는 각 센서의 종류와 비교항목을 선택하여 비교하는 것으로서, 도 12는 상기 비교분석 에이전트(630)에 의해서 표시되는 화면의 일 예를 나타낸 것이다.
상기 비교분석 에이전트(630)는 복합센서부를 이루는 각 센서 중 선택된 2개의 센서에 대한 검출 데이터를 설정된 시간 간격으로 비교하여 선택된 2개의 센서에 대한 비교 분석을 확인할 수 있게 된다.
지수분석 에이전트(640)는 센서의 건전성을 진단하는 기능을 수행한다.
상기 지수분석 에이전트(640)는 복합센서부를 이루는 각 센서의 건전상태를 진단하고, 상기 진단된 결과를 표시한다. 이때, 건전성에 대한 안전도(정상상태 정도)는 0 ~ 100 사이의 값으로 표시될 수 있으며, 안전도가 낮을수록 고장 발생률이 높은 것으로 볼 수 있다. 따라서 안전도가 낮은 센서에 대한 교체 시기를 확인할 수 있게 된다.
보고서 에이전트(650)는 저장된 데이터에 대한 저장정보 및 경보 내용을 표시하는 것으로서, 도 13은 센서에 대응되는 날짜별 저장 데이터를 표시하는 일 예의 화면이고, 도 14는 입력된 설정값에 대한 경보처리 내용을 표시하는 일 예의 화면이다.
상기 보고서 에이전트(650)에 의해서 복합센서부를 이루는 각 센서에 대한 날짜별 및 시간대별 전기화재 발생 횟수 또는 경보 발생 횟수 등을 용이하게 확인할 수 있다.
본 발명에 의하면, 태양광 접속반에서 전기화재의 발생에 따라 아크, 열화, CO가스, 연기 및 연소음 등을 감지하여 전기화재의 확산을 미연에 방지할 수 있으며, 전기화재에 의해 발생되는 결과를 종합적으로 판단할 수 있으므로 신뢰성이 높은 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템을 제공할 수 있는 장점이 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: 태양전기 어레이 2: 태양광 접속반
3: 인버터 4: 분전반
10: 복합센서부 20: 감시 제어장치
30: 디스플레이부 40: 사용자 단말기
50: 관리서버
100: CO가스 센서 200: 적외선 온도센서
210: 비접촉 온도센서모듈 220: 마이컴
230: 통신인터페이스 240: 전원공급모듈
300: 불꽃센서 310: 불꽃센서모듈
320: 파형정형모듈 330: 고압발생모듈
340: 마이컴 350: 표시모듈
360: 통신모듈 400: 연기센서
410: 연기센서모듈 420: 신호증폭모듈
430: 컨버터 440: 마이컴
450: 전원공급모듈 460: 통신인터페이스
500: 연소음 센서 510: 초음파 센싱 엘리먼트
520: 프리앰프모듈 530: 믹서 모듈
540: LPF 모듈 550: 오디오 앰프모듈
560: 스피커 모듈 570: 테스트 드라이버
600: 감시진단 소프트웨어 610: 스케줄러 에이전트
620: 추이분석 에이전트 630: 비교분석 에이전트
640: 지수분석 에이전트 650: 보고서 에이전트
3: 인버터 4: 분전반
10: 복합센서부 20: 감시 제어장치
30: 디스플레이부 40: 사용자 단말기
50: 관리서버
100: CO가스 센서 200: 적외선 온도센서
210: 비접촉 온도센서모듈 220: 마이컴
230: 통신인터페이스 240: 전원공급모듈
300: 불꽃센서 310: 불꽃센서모듈
320: 파형정형모듈 330: 고압발생모듈
340: 마이컴 350: 표시모듈
360: 통신모듈 400: 연기센서
410: 연기센서모듈 420: 신호증폭모듈
430: 컨버터 440: 마이컴
450: 전원공급모듈 460: 통신인터페이스
500: 연소음 센서 510: 초음파 센싱 엘리먼트
520: 프리앰프모듈 530: 믹서 모듈
540: LPF 모듈 550: 오디오 앰프모듈
560: 스피커 모듈 570: 테스트 드라이버
600: 감시진단 소프트웨어 610: 스케줄러 에이전트
620: 추이분석 에이전트 630: 비교분석 에이전트
640: 지수분석 에이전트 650: 보고서 에이전트
Claims (9)
- 태양전지 어레이로부터 생산된 직류 전류를 취합하여 인버터로 출력하는 태양광 접속반에 구비되어 전기화재를 감시하는 시스템에 있어서,
상기 태양광 접속반 내부의 일산화탄소 농도를 검출하는 CO가스 센서, 온도를 검출하는 적외선 온도센서, 불꽃을 감지하는 불꽃센서, 연기 농도를 검출하는 연기센서 및 전기화재에 따라 발생된 연소음을 검출하는 연소음 센서를 포함하여 구성되는 복합센서부;
상기 복합센서부에서 검출된 데이터에 근거하여 상기 태양광 접속반 내부의 전기화재 발생 여부를 판단하는 감시 제어장치; 및
상기 감시 제어장치에서 전송된 데이터를 저장 관리하고, 사용자 단말기의 접속을 허용하거나 상기 사용자 단말기로부터의 요청신호에 따른 결과물을 제공하는 관리서버;
를 포함하고,
상기 연소음 센서는,
전기화재에 따라 발생된 초음파 형태의 연소음을 수신하는 초음파 센싱 엘리먼트;
상기 초음파 센싱 엘리먼트를 통해 수신된 초음파 형태의 연소음을 증폭하여 주파수로 출력하는 프리앰프 모듈;
상기 프리앰프 모듈에서 출력되는 주파수와 가변주파수발진기에서 출력되는 가변주파수를 믹싱하여 가청 주파수를 출력하는 믹서모듈;
상기 믹서모듈에서 출력되는 가청 주파수에서 고주파를 제거하는 LPF 모듈;
상기 LPF 모듈에서 출력되는 가청주파수를 증폭하는 오디오 앰프모듈; 및
상기 오디오 앰프모듈에서 출력되는 가청주파수를 청취 신호로 출력하는 스피커 모듈;
로 구성되며,
상기 연소음 센서에는,
상기 프리앰프모듈에 구비된 리시버가 정상동작인지를 확인하기 위한 테스트 드라이버가 더 구성되되, 상기 테스트 드라이버에서 발생된 초음파 신호를 상기 프리앰프모듈에 구비된 리시버에 인가하여 정상 가청음의 발생여부를 검출하여, 상기 가청음의 발생 여부에 따라 상기 프리앰프모듈의 정상 동작 여부가 판단되도록 하며,
상기 불꽃센서는,
가시광선 영역파장을 제거하고 자외선 영역마다 파장 대역을 검출하여 불꽃을 검출하는 불꽃센서모듈;
상기 불꽃센서모듈에서 출력되는 불꽃을 슈미트로직으로 구성된 IC칩을 이용하여 파형을 로직화하여 출력하는 파형정형모듈;
상기 파형정형모듈로부터 전송된 아크신호를 체크하여 아크의 발생유무를 판단하는 마이컴; 및
상기 마이컴의 테스트 신호에 따라 상기 불꽃센서모듈의 초크트랜스의 1차측에 인위적으로 드라이브 펄스가 인가하는 고압발생모듈;
을 포함하며,
상기 관리서버에는 감시진단 소프트웨어가 구비되며,
상기 감시진단 소프트웨어는,
설정된 주기에 따라 통신을 통해 상기 감시 제어장치로부터 검출 데이터를 읽어오는 스케줄러 에이전트;
복합센서부를 이루는 각 센서에서 검출된 데이터에 대한 추이를 분석하는 추이분석 에이전트;
센서의 종류와 비교항목을 선택하여 비교하는 비교분석 에이전트;
센서의 건전성을 진단하는 지수분석 에이전트; 및
저장된 데이터에 대한 저장정보 및 경보 내용을 저장 관리하는 보고서 에이전트를 포함하여 이루어지며,
상기 추이분석 에이전트는,
복합센서부를 이루는 각 센서에 대하여 검출된 데이터를 설정된 시간 간격으로 저장하며, 사용자의 선택에 대한 날짜 및 센서에 따라 해당 일자의 검출 데이터에 대한 추이를 분석하여 화면에 표시하며,
상기 비교분석 에이전트는,
복합센서부를 이루는 각 센서 중 선택된 2개의 센서에 대한 검출 데이터를 설정된 시간 간격으로 비교하여 선택된 2개의 센서에 대한 비교 분석을 확인할 수 있도록 하며,
상기 지수분석 에이전트는,
복합센서부를 이루는 각 센서의 건전상태를 진단하고, 상기 진단된 결과를 표시하며,
상기 보고서 에이전트는,
복합센서부를 이루는 각 센서에 대한 날짜별 및 시간대별 전기화재 발생 횟수 또는 경보 발생 횟수 등을 용이하게 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 감시 제어장치는,
상기 CO가스 센서의 경우 검출된 가스의 농도, 적외선 온도센서의 경우 접촉온도가 주위온도보다 설정 범위 이상으로 차이가 발생되는 온도차, 불꽃센서의 경우 불꽃 방전 횟수가 설정된 시간 이내에 설정된 횟수 이상 발생 시 또는 불꽃발생 지속 시간이 설정된 시간 이상 지속시, 연기센서의 경우 설정값 이상의 기준값을 초과하는 연기농도, 연소음 센서의 경우 설정된 시간 이내에서의 가청 주파수의 발생 횟수에 근거하여 전기화재의 발생여부를 판단하고,
상기 판단된 결과 어느 한 항목이라도 해당되는 경우 전기화재로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 적외선 온도센서는,
5도 광각을 가지는 센서모듈로 구성되고 비접촉으로 광각을 검출하는 비접촉 온도센서모듈;
상기 비접촉 온도센서모듈에서 광각을 프로그램된 로직에 따라 수신된 광각에 대응하는 온도데이터로 산출하는 마이컴;
상기 마이컴으로부터 전달된 상기 온도데이터를 통신 규약에 따라 변환하여 통신선로를 이용하여 감시 상기 제어장치로 전송하는 통신인터페이스; 및
상기 비접촉 온도센서모듈, 마이컴 및 통신인터페이스에서 요구되는 전원으로 변환하여 공급하는 전원공급모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 연기센서는,
저항분배방식을 이용하여 연기 농도에 따른 적외선 입사량에 의해 선형적으로 변화되는 출력전압을 검출하는 연기센서모듈;
상기 연기센서모듈에서 미세하게 출력되는 상기 출력전압을 증폭하는 신호증폭모듈; 및
상기 신호증폭모듈에서 증폭된 출력전압의 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 출력하는 컨버터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020160033973A KR101700084B1 (ko) | 2016-03-22 | 2016-03-22 | 태양광 접속반용 전기화재 감시 시스템 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101700084B1 true KR101700084B1 (ko) | 2017-01-26 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101700084B1 (ko) |
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