KR102415927B1 - 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서 및 이를 이용한 직류 아크 검출장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대용량의 직류 전류 회로에 적용할 수 있고, 직류 아크 전류와 직류 전류를 동시에 측정할 수 있으며, 100㎑이상의 주파수 대역에서 직류 아크 신호를 검출할 수 있는 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서 및 이를 이용한 직류 아크 검출장치에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서는, 소정 지름의 내경을 가지는 원환 모양으로 형성되는 코어; 상기 코어에 권취되는 코일; 및 상기 코일상에 설치되는 대역통과필터를 포함하고, 상기 코어를 관통하도록 직류 전류 회로가 설치되어, 상기 코일을 통해 직류 아크 신호가 검출되도록 구성되며, 상기 대역통과필터는, 100㎑ 이하 주파수 대역의 신호를 차단하고, 100㎑ 이상 주파수 대역의 신호를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서는, 소정 지름의 내경을 가지는 원환 모양으로 형성되는 코어; 상기 코어에 권취되는 코일; 및 상기 코일상에 설치되는 대역통과필터를 포함하고, 상기 코어를 관통하도록 직류 전류 회로가 설치되어, 상기 코일을 통해 직류 아크 신호가 검출되도록 구성되며, 상기 대역통과필터는, 100㎑ 이하 주파수 대역의 신호를 차단하고, 100㎑ 이상 주파수 대역의 신호를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서 및 이를 이용한 직류 아크 검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전 시스템의 접속반 등에 설치되어 직류 전류 및 아크 발생 여부를 검출하는 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서 및 이를 이용한 직류 아크 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 모듈의 접속반에는 직류 전류의 아크를 감지하기 위한 아크 검출장치가 구비되고, 이러한 아크 검출장치를 통해 아크가 검출되면 신속하게 전류를 차단하여 아크 발생으로 인한 전기 화재 등을 방지하고 있다.
상기와 같은 목적의 종래 기술로는 공개특허공보 제2019-0059455호의 태양광 발전 시스템에서의 직류 아크 검출장치 및 방법(이하 '특허문헌'이라 한다)이 개시되어 있다.
상기 특허문헌에 개시된 직류 아크 검출장치는, 태양광 발전 시스템의 태양광 직류(Direct Current) 접속함에 있어서, 광전지 셀(Photo-Voltaic cell)과 연결된 케이블의 둘레에 위치하여, 상기 광전지 셀로부터 출력된 직류 전류 형태의 신호를 미분한 형태의 신호로 출력하는 공심 코일 전류 센서(air-core coil current sensor); 상기 공심 코일 전류 센서로부터 출력된 신호를 설정된 크기로 조절하는 게인 조절부(gain controller); 상기 게인 조절부에서 출력된 신호를 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing)하는 디지털 신호 처리부; 및 상기 디지털 신호 처리부를 통하여 설정된 범위 이상의 신호가 감지되고, 상기 설정된 범위 이상의 신호가 설정된 시간 이상으로 검출되었을 때 직류 아크(arc)로 판단하는 제어부를 포함하는 것으로 이루어진다.
그러나 상기와 같은 종래의 직류 아크 검출장치는 100㎑ 이하의 주파수 대역에서 잡음을 제거한 다음, 직류 아크 신호를 검출하도록 구성되는데, 주변 장치의 잡음이 없는 환경에서는 100㎑ 이하의 주파수 대역에서 직류 아크 신호를 검출하는 것이 가능하지만, 인버터 등이 설치된 실제 현장의 접속반 등에서는 100㎑ 이하의 주파수 대역에서 잡음이 많이 발생하여 100㎑ 이하의 주파수 대역 내에서 직류 아크 신호만을 따로 검출하는 것이 기술적으로 쉽지 않은 문제가 있다.
따라서 인버터 등의 주변 장치에서 발생하는 잡음을 확실하게 제거하여 직류 아크 신호를 정확하게 검출할 수 있는 직류 아크 검출센서 및 이를 이용한 직류 아크 검출장치의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 직류 아크 검출센서 및 장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대용량의 직류 전류 회로에 적용할 수 있고, 직류 아크 전류와 직류 전류를 동시에 측정할 수 있으며, 100㎑ 이상의 주파수 대역에서 직류 아크 신호를 검출할 수 있는 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서 및 이를 이용한 직류 아크 검출장치를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서는, 소정 지름의 내경을 가지는 원환 모양으로 형성되는 코어; 상기 코어에 권취되는 코일; 및 상기 코일상에 설치되는 대역통과필터를 포함하고, 상기 코어를 관통하도록 직류 전류 회로가 설치되어, 상기 코일을 통해 직류 아크 신호가 검출되도록 구성되며, 상기 대역통과필터는, 100㎑ 이하 주파수 대역의 신호를 차단하고, 100㎑ 이상 주파수 대역의 신호를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 코어가 30㎜이상의 내경을 가지면서 일측에 소정 폭의 절개부가 형성되어 직류 전류 회로에 설치되고, 상기 절개부에는, 직류 전류를 측정하는 홀센서가 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 코어가 10~20㎜의 내경을 가지도록 형성되어 직류 전류 회로에 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서를 이용한 직류 아크 검출장치는, 소정 지름의 내경을 가지는 원환 모양의 코어; 상기 코어에 권취되는 코일; 및 상기 코일상에 설치되는 대역통과필터를 포함하는 직류 아크 전류 검출센서; 및 상기 대역통과필터를 통과하여 검출되는 신호를 통해 직류 아크 전류를 측정하는 전류검출유닛을 포함하고, 상기 전류검출유닛은, 소정 크기를 가지는 기판부; 상기 기판부에 설치되면서 상기 대역통과필터를 통과하여 수신되는 신호를 증폭시키는 직류 아크 신호 증폭부; 상기 기판부에 설치되면서 상기 직류 아크 신호 증폭부를 통과한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD변환부; 상기 기판부에 설치되면서 상기 AD변환부에서 변환된 디지털 신호를 연산 처리하는 디지털 신호 처리부; 및 상기 디지털 신호 처리부에서 검출되는 직류 아크 검출 신호를 출력하는 직류 아크 신호 출력부를 포함하며, 상기 대역통과필터는, 100㎑ 이하 주파수 대역의 신호를 차단하고, 100㎑ 이상 주파수 대역의 신호를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 직류 아크 전류 검출센서와 상기 전류검출유닛 사이에는, 상기 대역통과필터를 통과하여 검출되는 신호 중에 포함되는 주기성 잡음을 상쇄하여 제거하는 주기성 잡음 상쇄회로부가 더 구비되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 30㎜이상의 내경을 가지는 직류 아크 전류 검출센서가 접속반 내부의 부스에 설치되어 최대 200A의 직류 전류 및 직류 아크 신호를 검출할 수 있고, 10~20㎜의 내경을 가지는 직류 아크 전류 검출센서가 복수 개의 스트링에 각각 설치되어 최대 20A의 직류 아크 신호를 검출할 수 있으며, 직류 아크 전류 검출센서에 대역통과필터가 설치되어 100㎑ 이하 주파수 대역의 신호를 차단하므로 100㎑ 이상 주파수 대역의 신호를 검출하여 인버터 잡음이 제거된 직류 아크 전류 및 직류 전류 신호를 동시에 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 대역통과필터를 통해 인버터 잡음이 1차로 제거된 상태에서 주기성 잡음 상쇄회로부를 통해 100㎑ 이상 주파수 대역의 주기성 잡음이 2차로 제거되므로 최종 검출되는 신호로부터 직류 아크 신호 및 직류 전류를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서 중, 부스 설치형 센서의 예를 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서 중, 스트링 설치형 센서의 예를 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서를 이용한 직류 아크 검출장치의 예를 보인 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 주기성 잡음 상쇄회로의 예를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 주기성 잡음 상쇄회로가 미적용된 경우의 검출신호를 보인 도면.
도 6은 본 발명에 따른 주기성 잡음 상쇄회로가 적용된 경우의 검출신호를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서를 이용한 직류 아크 검출장치를 통해 직류 아크 신호가 검출되는 예를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서를 이용한 직류 아크 검출장치에 방향 차단 커패시터가 설치되는 예를 보인 도면.
도 9는 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서를 이용한 직류 아크 검출장치를 통해 직류 아크 신호가 검출되는 예를 보인 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서 중, 스트링 설치형 센서의 예를 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서를 이용한 직류 아크 검출장치의 예를 보인 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 주기성 잡음 상쇄회로의 예를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 주기성 잡음 상쇄회로가 미적용된 경우의 검출신호를 보인 도면.
도 6은 본 발명에 따른 주기성 잡음 상쇄회로가 적용된 경우의 검출신호를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서를 이용한 직류 아크 검출장치를 통해 직류 아크 신호가 검출되는 예를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서를 이용한 직류 아크 검출장치에 방향 차단 커패시터가 설치되는 예를 보인 도면.
도 9는 본 발명에 따른 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서를 이용한 직류 아크 검출장치를 통해 직류 아크 신호가 검출되는 예를 보인 순서도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.
본 발명은 대용량의 직류 전류 회로에 적용할 수 있고, 직류 아크 전류와 직류 전류를 동시에 측정할 수 있으며, 100㎑ 이상 주파수 대역에서 직류 아크 신호를 검출할 수 있는 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서 및 이를 이용한 직류 아크 검출장치를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명의 직류 아크 전류 검출센서(10, 20)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 코어(11, 21), 코일(12, 22) 및 대역통과필터(13, 23)를 포함한다.
코어(11, 21)는 소정 지름을 가지는 원환 모양을 가지면서 직류 전류가 흐르는 전력선이 중심을 관통하도록 설치되는 구성이다.
이러한 코어(11, 21)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 코어(11, 21)의 내경(D)에 따라 검출 가능한 최대 직류 전류 용량에 차이가 있고, 따라서 접속반의 부스 또는 스트링에 설치되는 것에 따라 코어(11, 21)의 내경(D)이 다르게 실시된다.
더욱 상세하게는, 예를 들어 최대 200A의 대용량 직류 전류가 흐르는 부스에 설치될 경우 코어(11)가 30㎜이상의 내경(D)으로 형성되고, 최대 20A의 직류 전류가 흐르는 스트링에 설치될 경우 코어(21)가 10~20㎜의 내경(D)을 가지도록 형성된다.
이때 코어(11)의 내경이 30㎜이상으로 형성되는 경우에는 자기 포화로 인해 직류 아크 전류 검출이 정확하게 이루어지지 못할 수 있고, 따라서 이 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 자기 포화를 방지하기 위해 일측에 소정 폭의 절개부(11A)가 형성된다.
코일(12, 22)은 코어(11, 21)의 외측면을 감싸도록 권취되면서 코어(11, 21)의 중심을 관통하는 전력선에 전류가 인가됨에 따라 직류 아크 전류를 검출하는 구성이고, 이러한 코일(12, 22)의 양단은 후술되는 전류검출유닛(30)에 연결된다.
대역통과필터(13, 23, Band pass filter)는 코어(11, 12)에 권취된 코일(12, 22)의 양단이 전류검출유닛(30)에 연결될 때, 코어(11, 12)와 전류검출유닛(30) 사이의 코일(12, 22) 상에 설치되어 코일(12, 22)을 통해 검출되는 신호의 주파수 대역을 필터링하여 불필요한 잡음을 제거하는 구성으로, 본 발명에서는 대역통과필터(13, 23)를 통해 인버터에서 주로 발생하는 잡음의 주파수 대역인 100㎑ 이하의 주파수 대역 신호가 차단되고, 100㎑ 이상의 주파수 대역 신호가 검출(통과)되게 된다.
위에서는 직류 아크 전류 검출센서(10)가 최대 200A의 대용량 직류 전류가 흐르는 부스에 설치될 경우, 코어(11)의 내경이 30㎜이상으로 형성되면서 자기 포화를 방지하기 위해 일측에 절개부(11A)가 형성되는 것으로만 설명되었으나, 이에 더해 도 1에 도시된 바와 같이 절개부(11A)를 통해 형성되는 코어(11)의 공간상에 홀센서(14)가 삽입 설치될 수 있다.
상기와 같은 구성을 통해 코어(11)를 관통하는 전력선에 전류가 인가되면, 전력선에서 발생하는 자기장이 절개부(11A) 쪽으로 집중되게 되면서 홀센서(14)를 통해 전압이 감지되게 되고, 이렇게 검출되는 전압을 이용하여 직류 전류가 검출되도록 구성될 수 있다.
즉, 내경이 30㎜이상으로 형성되는 코어(11)를 가지는 직류 아크 전류 검출센서(10)는 코일(22)을 통한 직류 아크 전류의 검출과, 홀센서(14)를 통한 직류 전류의 검출이 동시에 가능하게 된다.
또한, 내경이 10~20㎜인 코어(21)를 가지는 직류 아크 전류 검출센서(20)에는 별도로 구성되는 전류 감지센서(도시하지 않음)가 스트링에 설치될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 직류 아크 전류 검출센서(10, 20)를 이용하여 직류 아크 검출장치가 구성되는 예에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 직류 아크 검출장치는 도 3(a, b)에 도시된 바와 같이 직류 아크 전류 검출센서(10, 20)와 전류검출유닛(30)을 포함한다.
여기서 직류 아크 검출센서(10, 20)는 위에서 설명한 바와 같이 코어(11, 21), 코일(12, 22) 및 대역통과필터(13, 23)를 포함하고, 최대 200A의 대용량 직류 전류가 흐르는 부스에 설치될 경우에는 코어(11)의 내경(D)이 30㎜이상으로 형성되며, 최대 20A의 직류 전류가 흐르는 스트링에 설치될 경우에는 코어(21)의 내경이 10~20㎜로 형성된다.
또한, 대역통과필터(13, 23)는 코일(12, 22)을 통해 검출되는 신호 중, 인버터의 잡음 주파수 대역인 100㎑ 이하의 주파수 대역 신호를 차단하고, 100㎑ 이상의 주파수 대역 신호가 검출(통과)되도록 구성된다.
한편, 전류검출유닛(30)은 도 3(a, b)에 도시된 바와 같이 기판부(31), 직류 아크 신호 증폭부(32), AD변환부(33), 디지털 신호 처리부(34), 직류 아크 신호 출력부(35)를 포함한다.
여기서 기판부(31)는 인쇄회로기판(printed circuit board)으로 후술되는 직류 아크 신호 증폭부(32), AD변환부(33), 디지털 신호 처리부(34), 직류 아크 신호 출력부(35)가 하나의 모듈로 구성되도록 하는 구성이다.
그리고 직류 아크 신호 증폭부(32)는 직류 아크 전류 검출센서(10, 20)의 대역통과필터(13, 23)를 통과하여 입력되는 신호의 에너지를 증가시켜 출력 신호를 증가시키는 구성이다.
또한, AD변환부(33)는 직류 아크 신호 증폭부(32)에서 증폭되어 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 구성이고, 디지털 신호 처리부(34, Digital Signal Processor, DSP)는 AD변환부(33)를 통해 디지털 신호로 변환된 신호를 빠르게 연산 처리하기 위한 구성이며, 직류 아크 신호 출력부(35)는 디지털 신호로 변환된 직류 아크 신호가 외부 출력 장치 등을 통해 출력되도록 하는 구성이다.
한편, 직류 아크 전류 검출센서(10)와 전류검출유닛(30) 사이에는 도 3(a, b)에 도시된 바와 같이 대역통과필터(13)를 통과하여 검출되는 신호 중에 포함되는 주기성 잡음을 상쇄하여 제거하는 주기성 잡음 상쇄회로부(37)가 더 구비될 수 있다.
이러한 주기성 잡음 상쇄회로부(37)는 도 4에 도시된 바와 같이 대역통과필터(13)를 통과한 신호가 코일(12)을 따라 전류검출유닛(30)의 직류 아크 신호 증폭부(32) 쪽으로 전달되기에 앞서, 주기성 잡음 상쇄회로부(37)를 통해 인버터 스위칭 신호에 동기화된 고조파 잡음 차단 신호가 주입됨으로써 인버터 스위칭 신호에 동기화된 고조파 잡음이 제거된 검출 신호가 증폭기를 통과하여 증폭되도록 한 다음, 전류검출유닛(30)의 직류 아크 신호 증폭부(32)에서 2차로 증폭되도록 한다.
상기와 같은 구성을 통해 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 일정 간격을 두고 반복적으로 발생하는 잡음이 제거되게 되고, 이를 통해 아크 발생으로 인해 불규칙적으로 발생하는 직류 아크 신호를 더욱 쉽게 확인할 수 있게 된다.
한편, 위에서는 직류 아크 전류 검출센서(10, 20)를 통해 직류 아크 전류만이 검출되는 것으로만 설명되었으나, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 코어(11)에 절개부(11A)가 형성된 다음, 상기 절개부(11A)에 홀센서(14)가 삽입 설치된 경우에는 직류 아크 전류와 함께 직류 전류가 함께 검출되도록 직류 아크 검출장치가 구성될 수 있고, 이 경우에는 기판부(31)에 도 3(a)에 도시된 바와 같이 홀센서(14)와 연결되어 직류 전류를 검출하는 직류 전류 측정회로부(36)가 더 설치된다.
상기와 같이 직류 아크 전류와 직류 전류를 하나의 직류 아크 전류 검출센서(10)를 통해 검출하게 되면, 직류 아크 전류와 직류 전류의 감소 여부를 실시간으로 모니터링할 수 있는데, 일반적으로 직류 아크 전류가 발생하면 직류 전류량이 감소하게 되므로, 이를 통해 도 7에 도시된 바와 같이 직류 아크 전류가 검출됨과 동시에 직류 전류의 감소 여부를 확인하는 것으로 직류 아크 발생 여부를 더욱 정확하게 판단할 수 있게 된다.
또한, 인버터에서 발생하는 잡음을 더욱 확실하게 제거하기 위해 도 8에 도시된 바와 같이 인버터의 입력단에 방향 차단 커패시터(40, Directional Blocking Capacitor)가 더 설치될 수 있고, 이를 통해 대역통과필터(13, 23)와 주기성 잡음 상쇄회로부(37) 및 방향 차단 커패시터(40)를 통해 3회에 걸쳐 인버터 잡음이 제거되므로 직류 아크 신호가 더욱 정확하게 검출되게 된다.
이하에서는 최대 200A의 대용량 직류 전류가 흐르는 부스에 설치되도록 코어(11)의 내경이 30㎜이상으로 형성되면서, 코어(11)의 절개부(11A)에 홀센서(14)가 설치되어 직류 아크 전류와 직류 전류가 동시에 검출되도록 구성되는 직류 아크 검출장치를 통해 직류 아크가 검출되는 예에 대하여 설명한다.
직류 아크 검출장치가 설치되어 초기 작동되면, 도 9에 도시된 바와 같이 직류 아크 신호와 직류 전류 신호가 각각 측정되면서, 정상상태의 직류 아크 신호 잡음값과 평균 직류 전류값이 각각 계산되고, 이를 설정횟수(예를 들면, 20회) 동안 반복하여 정상상태의 평균 잡음값과 평균 직류 전류값이 저장된다.
그런 다음, 직류 아크 신호와 직류 전류가 실시간으로 검출되면서 모니터링된다.
그리고 실시간 검출되는 직류 아크 신호와 미리 저장된 정상상태의 직류 아크 신호 잡음값이 대비되고, 이때 직류 아크 신호 잡음값의 증가율(진폭)이 설정된 값(예를 들면, 1.5배) 이상 증가된 것으로 판단되는 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되게 된다.
또한, 실시간 검출되는 직류 전류값과 정상상태의 직류 전류 값이 대비되면서 실시간 검출되는 직류 전류값의 감소율(Δ)이 판단되고, 이때 직류 전류값의 감소율(Δ)이 설정된 감소율(예를 들면, 5%) 이상인 것으로 판단되는 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되게 된다.
위와 같이 실시간 검출되는 직류 아크 신호와 직류 전류값이 모두 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되고 나면, 최종적으로 직류 아크가 발생한 것으로 판정되고, 직류 아크 신호 출력부(35)를 통해 직류 아크 검출 신호가 출력되게 된다.
이때 직류 아크 신호와 직류 전류값 중에서 선택된 어느 한 곳에서만 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정된 경우에는, 추가로 미리 설정된 시간 동안 또는 미리 설정된 횟수동안 직류 아크 신호와 직류 전류값이 추가로 모니터링되게 되고, 이때 직류 아크 예비 판정이 해제되는 정상 신호가 검출되는 경우에는 그대로 실시간 모니터링이 유지되게 된다.
이와 달리 직류 아크 예비 판정이 해제되지 않고 유지되는 경우에는 최종 직류 아크가 발생한 것으로 판정되면서, 직류 아크 신호 출력부(35)를 통해 직류 아크 검출 신호가 출력되거나 또는 관리자 점검 신호가 발생하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 30㎜이상의 내경을 가지는 직류 아크 전류 검출센서를 통해 최대 200A의 직류 전류 및 직류 아크 신호가 검출되고, 10~20㎜의 내경을 가지는 직류 아크 전류 검출센서를 통해 최대 20A의 직류 아크 신호가 검출되며, 직류 아크 전류 검출센서에 대역통과필터가 설치되어 100㎑ 이하 주파수 대역의 신호가 차단되므로 100㎑ 이상 주파수 대역의 신호가 검출되어 인버터 잡음이 제거된 직류 아크 전류 및 직류 전류 신호가 동시에 검출되게 된다.
또한, 대역통과필터를 통해 인버터 잡음이 1차로 제거된 상태에서 주기성 잡음 상쇄회로부를 통해 100㎑ 이상 주파수 대역의 주기성 잡음이 2차로 제거되므로 최종 검출되는 신호로부터 직류 아크 신호 및 직류 전류가 정확하게 검출되게 된다.
위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.
10: 직류 아크 전류 검출센서 11: 코어
11A: 절개부 12: 코일
13: 대역통과필터 14: 홀센서
20: 직류 아크 전류 검출센서 21: 코어
22: 코일 23: 대역통과필터
30: 전류검출유닛 31: 기판부
32: 직류 아크 신호 증폭부 33: AD변환부
34: 디지털 신호 처리부 35: 직류 아크 신호 출력부
36: 직류 전류 측정회로부 37: 주기성 잡음 상쇄회로부
40: 방향 차단 커패시터 D: 코어의 내경
11A: 절개부 12: 코일
13: 대역통과필터 14: 홀센서
20: 직류 아크 전류 검출센서 21: 코어
22: 코일 23: 대역통과필터
30: 전류검출유닛 31: 기판부
32: 직류 아크 신호 증폭부 33: AD변환부
34: 디지털 신호 처리부 35: 직류 아크 신호 출력부
36: 직류 전류 측정회로부 37: 주기성 잡음 상쇄회로부
40: 방향 차단 커패시터 D: 코어의 내경
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- 직류 전류 회로상에 설치되어 직류 아크 전류를 검출하는 직류 아크 검출장치에 있어서,
소정 지름의 내경(D)을 가지는 원환 모양의 코어(11, 21);
상기 코어(11, 21)에 권취되는 코일(12, 22); 및
상기 코일(12, 22)상에 설치되는 대역통과필터(13, 23);
를 포함하는 직류 아크 전류 검출센서(10, 20); 및
상기 대역통과필터(13, 23)를 통과하여 검출되는 신호를 통해 직류 아크 전류를 측정하는 전류검출유닛(30);
을 포함하고,
상기 전류검출유닛(30)은,
소정 크기를 가지는 기판부(31);
상기 기판부(31)에 설치되면서 상기 대역통과필터(13, 23)를 통과하여 수신되는 신호를 증폭시키는 직류 아크 신호 증폭부(32);
상기 기판부(31)에 설치되면서 상기 직류 아크 신호 증폭부(32)를 통과한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD변환부(33);
상기 기판부(31)에 설치되면서 상기 AD변환부(33)에서 변환된 디지털 신호를 연산 처리하는 디지털 신호 처리부(34); 및
상기 디지털 신호 처리부(34)에서 검출되는 직류 아크 검출 신호를 출력하는 직류 아크 신호 출력부(35);
를 포함하며,
상기 대역통과필터(13, 23)는,
100㎑ 이하 주파수 대역의 신호를 차단하고, 100㎑ 이상 주파수 대역의 신호를 검출하도록 구성되고,
상기 직류 아크 전류 검출센서(10, 20)와 상기 전류검출유닛(30) 사이에는,
상기 대역통과필터(13, 23)를 통과하여 검출되는 신호 중에 포함되는 주기성 잡음을 상쇄하여 제거하는 주기성 잡음 상쇄회로부(37)가 구비되며,
인버터의 입력단에 방향 차단 커패시터(40)가 설치되어, 상기 대역통과필터(13, 23), 상기 주기성 잡음 상쇄회로부(37) 및 상기 방향 차단 커패시터(40)를 통해 3회에 걸쳐 인버터 잡음이 제거되고,
상기 직류 아크 전류 검출센서(10)는,
최대 200A의 대용량 직류 전류가 흐르는 부스에 설치되도록 상기 코어(11)의 내경이 30㎜이상으로 형성되면서, 상기 코어(11)에 소정 폭의 절개부(11A)가 형성되고, 상기 절개부(11A)에 홀센서(14)가 설치되어 직류 아크 전류와 직류 전류가 동시에 검출되도록 구성되며,
상기 직류 아크 전류 검출센서(10, 20)와 상기 전류검출유닛(30)을 통해 실시간 검출되는 직류 아크 신호와 미리 저장된 정상상태의 직류 아크 신호 잡음값이 대비되어, 직류 아크 신호 잡음값의 증가율이 설정된 값 이상 증가된 것으로 판단되는 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되고,
실시간 검출되는 직류 전류값과 정상상태의 직류 전류 값이 대비되면서 실시간 검출되는 직류 전류값의 감소율(Δ)이 판단되어, 직류 전류값의 감소율(Δ)이 설정된 감소율 이상인 것으로 판단되는 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되며,
실시간 검출되는 직류 아크 신호와 직류 전류값이 모두 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되고 나면, 최종적으로 직류 아크가 발생한 것으로 판정되어, 상기 직류 아크 신호 출력부(35)를 통해 직류 아크 검출 신호가 출력되되,
직류 아크 신호와 직류 전류값 중에서 선택된 어느 한 곳에서만 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정된 경우에는, 추가로 미리 설정된 시간 동안 또는 미리 설정된 횟수 동안 직류 아크 신호와 직류 전류값을 추가로 모니터링하여 직류 아크 예비 판정이 해제되는 정상 신호가 검출되는 경우에는 실시간 모니터링이 유지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서를 이용한 직류 아크 검출장치. - 삭제
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