KR102506153B1 - 태양광발전시스템용 접속반 및 이의 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 함체와, 상기 함체 내부에 구비되어 각 태양광 모듈 어레이의 개별 스트링에 대한 지락, 아크 발생을 포함하는 전기적 결함 검출을 수행하고, 검출 결과 결함이 확인된 스트링에 차단 신호를 송출하여 개별 스트링 차단을 제어하는 검출부와, 상기 함체 내부에 구비되며, 이상 온도 발생 여부 및 연기 발생 여부를 검출하기 위한 센서부와, 상기 함체 일측에 구비되어 상기 태양광 모듈 어레이가 함체 외부에서 연결되며, 제어신호에 따라 연결 부분이 물리적으로 분리되는 안전분리수단 및 상기 검출부 및 센서부와 연결되어 검출 및 감지 정보를 수신하며, 수신된 정보를 바탕으로 경결함과 중결함을 구분하고, 중결함 검출 시 상기 안전분리수단이 태양광 모듈 어레이와 분리되도록 제어하는 메인제어부를 포함하며, 안전분리수단에는 상기 태양광 모듈 어레이가 연결되는 분리블록 어셈블리와, 일측은 상기 검출부와 연결되고, 타측은 상기 분리블록 어셈블리와 분리가능하게 결합되는 커넥팅 스테이션이 포함되고, 분리블록 어셈블리와 커넥팅 스테이션은 분리구동부에 의해 결합되며, 분리구동부는 메인제어부를 통한 제어신호 전달 시 상기 분리블록 어셈블리와 커넥팅 스테이션 사이의 거리를 이격시켜 상기 태양광 모듈 어레이와 상기 검출부 사이의 물리적 연결이 해제되도록 한다. 이에 의하면 결함 발생 시 인버터와 계통 연계부는 물론 접속함의 안정적인 보호가 이루어질 수 있다.
Description
본 발명은 태양광모듈을 통해 생성되는 직류전원을 대전류로 취합하여 인버터로 전달하기 위한 태양광발전시스템용 접속반에 관한 것이다.
일반적으로 태양광발전시스템은 기본 발전 소자인 태양전지(solar cell)를 복수개 직렬 연결하여 발전 전압을 높이고, 이를 복수개 병렬 연결하여 대전류를 형성한 뒤 상용 가능한 교류전원으로 변환하여 공급하도록 구성된다.
도 1 은 태양광발전시스템의 개략적인 구성을 보이기 위한 도면으로, 복수개의 태양전지를 직렬 연결하여 구성되는 태양광 모듈(photovoltaic module, 20)은 접속반(40)과 연결되어 생성된 직류전원(DC)을 전달하며, 상기 접속반(40)은 복수의 태양광 모듈(20)에서 전달되는 직류전원(DC)을 취합하여 대전류를 형성한다.
상기와 같이 형성된 대전류는 인버터(60)로 전달되며, 상기 인버터(60)에서는 직류전원(DC)을 교류전원(AC)으로 변환하여 수배전반(80)으로 전달한다.
상기 수배전반(80)은 상기와 같이 전달되는 교류전원(AC)을 수전을 전력계통(70)으로 공급하거나, 수용가(90)로 제공하여 상용전원으로 활용될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 모니터링 시스템(50)은 상기 인버터(60)와 통신선을 통해 연결되어 태양광 발전 현황을 표시하고, 발전 상태를 감시한다.
한편, 상기 태양광 모듈(20)과 접속반(40)의 연결은 태양광 모듈(40)의 양극(+) 및 음극(-) 스트링을 접속반(40) 내부의 양극(+) 단자와 음극(-)단자에 직접 결선하여 설치된다.
하지만, 상기와 같은 결선의 경우 현장에서는 태양광 모듈(20)을 통해 전력이 공급되고 있는 상태의 활선을 결선하게 되며, 접속반(40) 내부의 좁은 공간에서 복수의 스트링을 연결하고, 이미 연결된 스트링이 접속반(40) 내부의 부스바(BUS-Bar)에 인가된 상태로 작업이 이루어짐에 따라 감전 사고의 위험이 높은 문제점을 가진다.
한편, 도 2 는 태양광발전시스템을 구성하는 접속반의 화재에 따른 전소 상태를 보인 사진으로, 외부 환경에 노출되는 접속반(40)은 빗물 등의 수분이 유입되는 경우나, 입/출력단자 또는 PCB 표면 트래킹현상 등에 의해 아크, 지락과 같은 접속반(40) 내부 이상발생 시 화재로 이어질 수 있다.
그리고, 상기와 같은 화재가 인버터(60)와 계통 연계부의 추가 피해로 이어지지 않도록 상기 접속반(40) 내부에는 배선용 차단기(Molded Case Circuit Breaker, MCCB), 퓨즈(Fuse), 릴레이(Relay) 등을 이용하여 이상 검출 및 전류 차단 기능의 동작이 이루어지고 있다.
즉, 종래 기술에 따른 태양광발전 시스템에서 사고 발생을 예방하기 위한 기술은 이상 검출을 바탕으로 접속반(40)과 인버터(60) 사이의 선로 연결을 차단하여 인버터(60)와 계통 연계부의 보호를 주목적으로 구성된다.
하지만, 접속반(40) 내부의 이상 검출을 위한 구성간 인입경로나 연결부에 문제가 발생할 경우 인버터(60)와 계통 연계부의 차단 기능은 정상적으로 작동하더라도 접속반(40)은 보호되지 못하여 도 2에 도시된 바와 같이 외부(a) 및 내부(b)가 전소되는 경우가 태양광발전 시스템의 화재상황 대다수를 차지하고 있는 실정이다.
한편, 상기와 같은 문제점이 발생됨에 따라 국내 일부 지역자치단체에서는 태양광설비의 설치와 관리 등에 관한 기준 고시 등을 통해 태양광설비의 화재 방지에 대한 행동 지침을 규정한 바 있다.
일 예로 부산광역시 고시 제2021-253호에는 “ 제14조(태양광설비의 화재 방지) ① 인버터 및 접속함 인근에는 전기화재용 소화기 및 안전장비(절연장갑, 케이블 절단기 등)를 비치한다.
② 화재 시 신속하게 태양전지 모듈을 분리할 수 있도록 접속함 인입전(前)케이블 (-)회로에 절단 지점을 사전에 표시한다.”와 같은 내용이 게시된다.
즉, 상기 고시에서는 태양광설비의 화재 방지를 위하여 인버터 및 접속함 인근에 절연장갑 및 케이블 절단기 등의 안정장비를 비치한 상태에서 화재 시 태양전지 모듈을 물리적으로 분리할 수 있도록 접속함 인입전(前) 케이블 (-)회로에 절단 지점을 표시함으로써 관리자 등이 케이블을 절단할 수 있도록 안내한다.
하지만, 화재 상황 발생 시 작업자나 관리자가 불이 붙은 설비 주변에서 케이블 (-)회로에 표시된 절단 위치를 확인하기에 어려움이 있을 뿐 아니라, 이를 확인한다고 하더라도 표시된 위치를 안정적으로 절단하는 것은 쉽지 않다.
게다가, 잘못 절단하는 상황이 발생하게 될 경우 인명사고가 발생될 수 있으므로 보다 안전하게 태양광모듈과 접속함 사이의 연결을 해제할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
" 태양광 접속함의 트래킹에 의한 전기화재 위험성 연구 ", 전기안전연구원, 박강묵, 김동욱, 이기연, 김재현, 박진영, 대한전기학회 하계학술대회 논문집, 2015.07.15 ~ 2015.07.17
" 부산광역시 태양광 설비의 설치와 관리 등에 관한 기준 고시", 부산광역시 고시 제2021-253호, 2021.06.30.
본 발명의 목적은 태양광 모듈 어레이와 접속반 내부 단자가 접속반 내/외부를 연결하는 안전분리수단에 의해 연결되어 이상 검출 시 태양광 모듈 어레이와 접속반의 연결이 물리적으로 해제될 수 있도록 하는 태양광발전 시스템용 접속반을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 물리적 해제 상황을 판단하기 위하여 접속반 내부 이상 검출을 경결함과 중결함으로 구분하고, 중결함 검출 시 태양광 모듈 어레이와 접속반의 연결상태가 물리적으로 해제될 수 있도록 하는 태양광발전 시스템용 접속반을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 경결함과 중결함을 구분 검출하되, 경결함에 따른 차단 기능이 수행되며, 차단 기능의 수행 신호 생성이후 경결함 반복 검출 및 차단 기능 반복 재실행이 감지되면, 이를 중결함으로 판단하여 태양광 모듈 어레이와 접속반의 연결상태가 물리적으로 해제될 수 있도록 하는 태양광발전 시스템용 접속반을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 접속반의 결함 검출에 따른 물리적 차단 여부가 접속반 외부에서 육안으로 용이하게 인지될 수 있도록 하는 태양광발전 시스템용 접속반을 제공하는 것이다.
본 발명은 복수의 태양광 모듈 어레이에서 스트링을 통해 전달되는 직류전원(DC)을 취합하여 대전류를 형성하고, 형성된 대전류를 인버터로 전달하기 위한 태양광발전시스템용 접속반에 있어서, 함체와, 상기 함체 내부에 구비되어 각 태양광 모듈 어레이의 개별 스트링에 대한 지락, 아크 발생을 포함하는 전기적 결함 검출을 수행하고, 검출 결과 결함이 확인된 스트링에 차단 신호를 송출하여 개별 스트링 차단을 제어하는 검출부와, 상기 함체 내부에 구비되며, 이상 온도 발생 여부 및 연기 발생 여부를 검출하기 위한 센서부와, 상기 태양광 모듈 어레이의 개별 스트링이 함체 외부에서 연결되는 분리블록 어셈블리와, 일측은 상기 검출부와 연결되고 타측은 상기 분리블록 어셈블리와 분리가능하게 결합되는 커넥팅 스테이션을 포함하도록 구성되어 분리구동부에 의해 연결 부분이 물리적으로 결합 또는 분리되는 안전분리수단 및 상기 검출부 및 센서부와 연결되어 검출 및 감지 정보를 수신하며, 수신된 정보를 바탕으로 경결함과 중결함을 구분하고, 중결함 검출 시 상기 안전분리수단이 분리되도록 제어하는 메인제어부를 포함하며, 상기 분리구동부는 상기 커넥팅 스테이션을 구성하며, 회전력을 생성하는 작동모터와, 상기 작동모터와 결합되어 동기 회전하는 리니어 스크류 및 상기 분리블록 어셈블리를 구성하며, 상기 리니어 스크류와 결합되어 리니어 스크류의 나선을 따라 직선이동하는 리니어 가이드를 포함하도록 구성되고, 상기 분리블록 어셈블리는 상기 커넥팅 스테이션과 상기 리니어 가이드 및 리니어 스크류로 연결되어 슬라이딩 직선이동이 이루어지며, 직선이동 거리에 따라 상기 분리블록 어셈블리에 상기 개별 스트링과 대응되도로 구비되는 복수의 스프링 터미널이 커넥팅 스테이션에 구비되는 내부단자대와 연결 또는 연결해제 되는 것을 특징으로 한다.
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상기 메인제어부에서는 상기 개별 스트링에 대한 상기 검출부를 통한 지락, 아크발생을 포함하는 전기적 결함이 경결함으로 판단되며, 경결함이 확인된 스트링의 차단을 위한 차단신호를 상기 검출부로 송출하고, 해당 스트링의 차단여부를 확인하기 위한 전기적 결함 검출을 반복 수행하여, 경결함이 검출된 스트링에 차단신호 송출이 반복 실시 될 경우 중결함 판단이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 중결함에는 상기 센서부를 통한 이상온도 발생 감지 및 연기 발생 감지가 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 함체 일측에는 상기 분리블록 어셈블리와 상기 커넥팅스테이션의 연결해제 상태를 사용자가 외부에서 육안으로 확인 가능하도록 하는 인디케이터가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서 본 발명은 복수의 태양광 모듈 어레이에서 스트링을 통해 전달되는 직류전원(DC)을 취합하여 대전류를 형성하고, 형성된 대전류를 인버터로 전달하기 위한 태양광발전시스템용 접속반의 제어방법에 있어서, 함체 내부에 구비되어 각 태양광 모듈 어레이의 개별 스트링에 대한 지락, 아크 발생을 포함하는 전기적 결함 검출을 수행하는 검출부와, 이상 온도 발생 여부 및 연기 발생 여부를 포함한 중결함을 검출하기 위한 센서부를 통해 이상 상황이 감지되는 이상상황 감지단계 및 상기 함체 내부에 구비되어 상기 검출부 및 센서부로부터 이상상황 감지정보를 수신하는 메인제어부에 의해 감지된 이상상황에 따른 차단 신호가 송출되어 전원의 차단이 이루어지도록 하는 차단단계를 포함하며, 상기 차단단계에는 상기 이상상황 감지단계에서 감지된 이상 상황이 상기 검출부에 의한 전기적 결함일 경우 결함이 확인된 스트링에 차단 신호가 송출되어 개별 스트링이 차단되는 경결함 차단과정과, 상기 이상상황 감지단계에서 감지된 이상 상황이 상기 센서부에 의해 감지된 이상상황일 경우 상기 태양광 모듈 어레이의 개별 스트링이 함체 외부에서 연결되는 분리블록 어셈블리와, 일측은 상기 검출부와 연결되고 타측은 상기 분리블록 어셈블리와 리니어 스크류 및 리니어 가이드에 의해 직선 이동하여 분리가능하게 결합되는 커넥팅 스테이션을 포함하도록 구성되어 분리구동부에 의해 연결 부분이 물리적으로 결합 또는 분리되는 안전분리수단으로 차단 신호가 송출됨으로써 태양광 모듈 어레이와의 물리적 연결이 차단되도록 하는 중결함 차단과정이 포함되며, 상기 이상상황 감지단계에서는 상기 경결함 차단과정을 위한 차단 신호가 송출된 이후 해당 스트링의 차단여부를 확인하기 위한 전기적 결함 검출 및 스트링 차단신호 송출이 반복 수행되며, 스트링에 차단신호 송출이 반복 실시 되어 설정 횟수에 도달할 경우 중결함으로 판단되어 상기 중결함 차단과정이 수행되는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따른 태양광발전시스템용 접속반은 지락, 아크 발생 등의 전기적 이상 발생 검출을 경결함으로 구분하고, 이상온도, 연기 등의 화재 발생 위험 요인을 중결함으로 구분 검출하여 중결함 검출 시 태양광 모듈 어레이와 접속반의 연결을 안전분리수단을 이용하여 물리적으로 차단함으로써 접속반의 안정적인 보호가 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명은 경결함 검출 시 해당 스트링의 전기적 차단 기능을 실행시키고, 차단 기능 실행 신호 송출 이후에도 해당 스트링에 대한 결함 검출은 물론 이에 따른 차단 기능이 반복해서 실행되도록 하며, 차단 기능의 반복 실행이나 동일 결함의 반복 검출이 감지될 경우에는 중결함으로 판단하고, 접속반의 물리적 차단이 이루어질 수 있도록 함으로써 경결함의 차단 불량 상황이 발생되는 경우에도 보다 안정적으로 접속반을 보호할 수 있는 이점을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 안전분리수단은 접속반 함체의 일측에 구비되어 접속반 외측에서 태양광모듈 어레이가 결합되고, 결함 검출에 따른 안전분리수단 구동 시 태양광 모듈 어레이와 분리수단의 연결 해제 상태가 육안으로 식별 될 수 있으므로, 현장에서 결함 발생 여부를 용이하게 인지할 수 있다.
게다가, 현장에서 결함 발생 상황을 인지하여 결함에 따른 유지 보수를 완료한 이후에는 접속반 외부에서 태양광모듈 어레이와 접속반의 재연결이 이루어질 수 있으므로, 유지 보수가 보다 용이하게 이루어질 수 있는 이점을 가진다.
도 1 은 태양광발전시스템의 개략적인 구성을 보이기 위한 도면.
도 2 는 태양광발전시스템을 구성하는 접속반의 화재에 따른 전소 상태를 보인 사진.
도 3 은 본 발명에 따른 태양광발전시스템용 접속반의 일 실시 예를 보인 도면.
도 4 는 본 발명의 요부구성인 안전분리수단 일 실시 예를 보인 도면.
도 5 는 도 4 에 도시된 분리블록 어셈블리의 상세 구성을 보이기 위한 분해사시도.
도 6 은 도 4 에 도시된 커넥팅 스테이션의 상세 구성을 보이기 위한 분해사시도.
도 7 은 도 4 에 도시된 커넥팅 스테이션의 결합구조를 보이기 위한 도면.
도 8 은 도 4 의 실시 예에 따른 안전분리수단의 물리적 분리동작을 설명하기 위한 도면.
도 9 는 본 발명에 따른 태양광발전시스템용 접속반의 내부 구조 및 분리 구동을 위한 제어신호의 송출경로를 설명하기 위한 도면.
도 10 은 본 발명에 따른 태양광발전시스템용 접속반의 분리구동 제어과정을 보이기 위한 순서도.
도 2 는 태양광발전시스템을 구성하는 접속반의 화재에 따른 전소 상태를 보인 사진.
도 3 은 본 발명에 따른 태양광발전시스템용 접속반의 일 실시 예를 보인 도면.
도 4 는 본 발명의 요부구성인 안전분리수단 일 실시 예를 보인 도면.
도 5 는 도 4 에 도시된 분리블록 어셈블리의 상세 구성을 보이기 위한 분해사시도.
도 6 은 도 4 에 도시된 커넥팅 스테이션의 상세 구성을 보이기 위한 분해사시도.
도 7 은 도 4 에 도시된 커넥팅 스테이션의 결합구조를 보이기 위한 도면.
도 8 은 도 4 의 실시 예에 따른 안전분리수단의 물리적 분리동작을 설명하기 위한 도면.
도 9 는 본 발명에 따른 태양광발전시스템용 접속반의 내부 구조 및 분리 구동을 위한 제어신호의 송출경로를 설명하기 위한 도면.
도 10 은 본 발명에 따른 태양광발전시스템용 접속반의 분리구동 제어과정을 보이기 위한 순서도.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다.
각 도면을 통한 실시 예의 설명에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 설명을 간략히 하거나 생략하였으며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “구비”또는“결합”된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 구비되거나 결합될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “구비” 또는“결합”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3 에는 본 발명에 따른 태양광발전시스템용 접속반의 일 실시 예를 보인 도면이 도시되고, 도 4 에는 본 발명의 요부구성인 안전분리수단 일 실시 예를 보인 도면이 도시된다. 그리고, 도 5 에는 도 4 에 도시된 분리블록 어셈블리의 상세 구성을 보이기 위한 분해사시도가 도시되고, 도 6 에는 도 4 에 도시된 커넥팅 스테이션의 상세 구성을 보이기 위한 분해사시도가 도시된다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 태양광발전시스템용 접속반(이하 ‘접속반(100)’이라 함)은 함체(120)의 일측에 구비되는 안전분리수단(200)을 이용하여 태양광모듈 어레이와 함체(120) 외부에서 연결되며, 결함 검출 여부에 따라 상기 태양광모듈 어레이와 접속반(100)의 물리적 연결상태가 해제될 수 있도록 한다.
이를 위해 상기 안전분리수단(200)은 상기 함체(120) 외부로 노출되어 상기 태양광모듈 어레이의 양극 및 음극 스트링(30)이 연결되는 분리블록 어셈블리(400)와, 일측은 아래에서 설명할 검출부(700)와 연결되고, 타측은 상기 분리블록 어셈블리(400)와 분리가능하게 결합되는 커넥팅 스테이션(600)을 포함한다.
그리고, 상기 분리블록 어셈블리(400)와 상기 커넥팅 스테이션(600)의 연결 상태는 함체(120)에 구비되는 인디케이터(650)에 의해 육안으로 확인될 수 있다.
즉, 상기 인디케이터(650)는 함체(120)의 일측에 구비되어 점등 색깔을 달리하며, 현재 연결상태를 사용자가 외부에서 직관적으로 확인할 수 있도록 하며, 이를 위해 복수의 엘이디(LED)를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 함체(120)에는 본 발명에 따른 접속반(100)과 태양광 모듈 어레이의 접속상태를 수동으로 물리적 해제 시키기 위한 분리버튼(662)이 더 구비된다.
상기 분리버튼(662)은 상기 함체(120)에 형성되는 버튼홀(124)에 삽입되어 고정링(666)을 이용하여 설치될 수 있으며, 수분 침투 및 외부 이물질 유입 차단을 위해 버튼 보호 가드(664)와 보호가드 개스킷(638)이 더 구비될 수 있으며, 분리버튼(662)의 조작에 따른 연결해제 및 재연결 구조 등은 아래에서 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
한편, 상기 분리블록 어셈블리(400)는 메인커버(410) 일면에 구비되는 케이블 그랜드(420)와, 메인커버(410) 내부에 구비되어 상기 케이블 그랜드(420)와 대응되는 스프링 터미널(490)에 의해 태양광 모듈 어레이와 연결된다.
즉, 상기 케이블 그랜드(420)는 상기 메인커버(410) 내부에서 상기 스프링 터미널(490)과 연결선(미도시)에 의해 연결될 수 있으며, 연결하고자 하는 스트링(30)의 개수 및 위치에 따라 상기 메인커버(410) 내부에서 개별 작업 될 수 있다.
본 실시 예에서 상기 메인커버(410)는 후측이 개구된 상자 형상으로 형성되며, 하면(下面)에 상기 케이블 그랜드(420)가 구비되나 케이블 그랜드(420)의 위치는 필요에 따라 변경될 수 있다.
즉, 케이블 덕트(32)에서 인출되는 스트링(30)을 상기 메인커버(410)의 전방에서 연결하고자 할 경우에는 상기 케이블 그랜드(420)가 메인커버(410)의 전면(前面)에 위치될 수 있다.
한편, 상기 메인커버(410)의 개구된 후단에는 브라켓(412)에 의해 외부 플레이트(460)가 설치되어 상기 메인커버와 외부 플레이트(460)에 의해 내부공간이 형성된다.
상기와 같이 형성되는 내부공간에는 상기 스프링 터미널(490)의 설치를 위한 터미널 가드(440)가 더 구비된다.
상기 터미널 가드(440)는 상기 스프링 터미널(490)의 일측과 상기 케이블 그랜드(420)가 연결스트링(미도시)에 의해 접속된 상태에서 스프링 터미널(490)의 일측 단부의 위치를 고정하며, 이를 위해 상기 외부 플레이트(460)에 형성된 터미널 관통홀(462)에 대응되도록 설치된다.
즉, 상기 터미널 가드(440)에는 상기 터미널 관통홀(462)과 대응되는 홀이 형성되며, 상기 스프링 터미널(490)의 일측은 상기 터미널 관통홀(462)과 상기 터미널 가드(440)에 형성된 홀을 통과하여 상기 연결스트링(미도시)과 접속된다.
그리고, 상기와 같이 접속되는 스프링 터미널(490)의 타측은 상기 외부 플레이트(460)를 통과하여 외부로 노출되며, 상기 커넥팅 스테이션(600)에 구비되는 내부단자대(640)와 선택적으로 연결된다.
이를 위해 상기 스프링 터미널(490)은 포고핀이 적용될 수 있다.
상기 포고핀은 스프링을 포함하는 바(bar) 형태의 가변커넥터로 본 발명에서는 상기 분리블록 어셈블리(400)와 커넥팅 스테이션(600) 사이의 이격 거리에 따라 연결 상태가 가변된다.
그리고, 상기 외부 플레이트(460)에는 스프링터미널 가이드(480)가 더 구비되어 스프링 터미널(490)의 설치 위치 고정 및 길이 가변이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 스프링 터미널(490)의 길이 가변은 상기 커넥팅 스테이션(600)으로부터 상기 분리블록 어셈블리(400)의 이격거리가 가변되면서 이루어지며, 이는 상기 커넥팅 스테이션(600)에 구비되는 작동모터(671)와 리니어 스크류(672)에 의해 구현된다.
상세히, 상기 외부 플레이트(460)에는 상기 리니어 스크류(672)와 대응되는 스크류 관통홀(466)이 마련되며, 상기 스크류 관통홀(466)에는 리니어 가이드(472)가 설치된다.
상기 리니어 가이드(472)는 상기 리니어 스크류(672)의 일부분이 수용될 수 있도록 대응되는 형상의 돌출부를 포함하며, 상기 돌출부의 내부에는 나선이 형성되어 상기 리니어 스크류(672)와 결합될 수 있다.
따라서, 상기와 같이 리니어 스크류(672)와 결합되는 리니어 가이드(472)는 상기 리니어 스크류(672)의 회전 방향에 따라 전/후 방향으로 소정 거리 이동될 수 있다.
즉, 상기 분리블록 어셈블리(400)는 상기 커넥팅 스테이션(600)과 리니어 가이드(472) 및 리니어 스크류(672)로 연결되어 슬라이딩 직선이동이 이루어지며, 직선이동 거리에 따라 상기 스프링 터미널(490)이 커넥팅 스테이션(600)에 구비되는 내부단자대(640)와 연결 또는 연결해제 된다.
한편, 상기와 같은 직선이동이 보다 안정적으로 이루어질 수 있도록 상기 외부 플레이트(460)에는 상기 스크류 관통홀(466)의 상측과 하측에 가이드 관통홀(464)이 더 형성된다. 그리고, 상기 가이드 관통홀(464)에는 상기 커넥팅 스테이션(600)에 구비되는 가이드 샤프트(674)가 수용되는 가이드 슬리브(474)가 더 마련된다.
즉, 상기 가이드 슬리브(474)는 상기 리니어 가이드(472)가 리니어 스크류(672)에 의해 전후 방향으로 슬라이딩 이동할 때, 상기 가이드 샤프트(674)와 함께 이동 경로를 가이드 하면서 분리블록 어셈블리(400)을 안정적으로 지지한다.
그리고, 본 실시 예에서 상기 가이드 샤프트(674)와 가이드 슬리브(474)가 리니어 스크류(672)의 상측과 하측에 위치되는 것으로 설명되었으나, 리니어 스크류(672)를 사이에 두고 좌우 방향은 물론 방사상에 배치되어 이동경로를 안내하고, 지지강도를 보강할 수 있다.
한편, 상기 분리블록 어셈블리(400)와 연결되는 커넥팅 스테이션(600)은 상기 함체(120)의 일측에 설치되며, 상기 분리블록 어셈블리(400)의 장착공간을 형성하기 위한 프레임 슈라우드(610)를 포함한다.
상기 프레임 슈라우드(610)는 상기 분리블록 어셈블리(400)의 상하좌우면을 적어도 일부분 감싸도록 형성되어 분리블록 어셈블리(400)를 지지하면서 슬라이딩 이동 경로를 가이드함은 물론 외부 오염으로부터 보호한다.
또한, 상기 프레임 슈라우드(610)의 상측은 상대적으로 더 길게 돌출 형성되어 차양 및 오염 방지가 보다 효과적으로 이루어질 수 있으며, 상기 프레임 슈라우드(610)의 내측에는 슈라우드 개스킷(632)이 더 구비된다.
즉, 상기 슈라우드 개스킷(632)은 상기 분리블록 어셈블리(400)가 상기 커넥팅 스테이션(600)에 결합될 때, 상기 분리블록 어셈블리(400)와 상기 커넥팅 스테이션(600) 사이를 차폐하여 누수나 오염이 방지될 수 있도록 한다.
한편, 상기 함체(120)에는 상기 프레임 슈라우드(610)의 설치 위치 외측으로 복수의 함체슬릿(126)이 더 형성되고, 상기 함체슬릿(126)에는 상기 인디케이터(650)가 위치될 수 있으며, 상기 인디케이터(650)는 외부환경으로부터 보호될 수 있도록 인디케이터 개스킷(636)과 함께 설치될 수 있다.
또한, 상기 함체(120)에는 상기 프레임 슈라우드(610)에 의해 정의되는 영역만큼 절개부(122)가 형성되고, 상기 절개부(122)는 내부플레이트(620)와 플레이트 개스킷(634)에 의해 차폐된다.
즉, 상기 내부플레이트(620)는 상기 함체(120)의 외부와 내부를 차폐하면서, 상기 스프링 터미널(490)의 선택적인 접속이 이루어질 수 있도록 하며, 이를 위한 복수의 홀이 천공 형성된다.
상세히, 상기 내부플레이트(620)에는 상기 스프링 터미널(490)이 관통하여 함체(120) 내부에 구비되는 검출부(700, 도 9 참조)와 연결되도록 하는 터미널 수용홀(626)이 형성되며, 상기 터미널 수용홀(626)에 대응되도록 내부단자대(640)가 설치된다. 즉, 상기 스프링 터미널(490)은 상기 터미널 수용홀(626)을 통해 상기 내부단자대(640)와 접속될 수 있다.
그리고, 상기 내부플레이트(620)에는 상기 스프링 터미널(490)의 접속이 선택적으로 이루어질 수 있도록 상기 분리블록 어셈블리(400)와 내부플레이트(620) 사이의 거리를 조정하기 위한 작동모터(671)가 구비된다.
전술한 바와 같이, 상기 분리블록 어셈블리(400)는 상기 커넥팅 스테이션(600)과 리니어 가이드(472) 및 리니어 스크류(672)의 회전 방향에 따라 전/후 방향으로 소정거리 이격되며, 상기 작동모터(671)는 상기 내부플레이트(620)에 설치되어 상기 리니어 스크류(672)에 회전력을 제공한다.
이를 위해 상기 내부플레이트(620)에는 상기 리니어 스크류(672)와 작동모터(671)의 회전축이 결합될 수 있도록 스크류 설치홀(622)이 형성되며, 상기 스크류 설치홀(622)의 상측 및 하측에는 전술한 가이드 샤프트(674)가 더 구비된다.
또한, 상기 내부플레이트(620)에는 상기 함체(120)에 형성되는 함체슬릿(126)과 대응되는 위치에 플레이트 슬릿(624)이 더 형성되어 상기 인디케이터(650)가 상기 플레이트 슬릿(624)에 대응되어 설치될 수 있다.
한편, 도 7 에는 도 4 에 도시된 커넥팅 스테이션의 결합구조를 보이기 위한 도면이 도시되고, 도 8 에는 도 4 의 실시 예에 따른 안전분리수단의 물리적 분리동작을 설명하기 위한 도면이 도시된다.
우선, 도 7b에는 도 7a의 A-A 영역을 따라 절개한 도면이 도시되며, 이를 참조하면 내부플레이트(620)의 후측에는 상기 작동모터(671)가 설치되어 모터회전축(671a)에 상기 리니어 스크류(672)가 회전 가능하게 연결된다.
그리고, 상기와 같이 연결된 리니어 스크류(672)의 상측 및 하측에는 상기 가이드 샤프트(674)가 상기 내부플레이트(620)의 전측에 위치되도록 설치되며, 상측 또는 하측에 위치되는 가이드 샤프트(674) 중 어느 하나에는 리미트 스위치가 더 마련된다.
본 실시 예에서 상기 리미트 스위치는 상기 리니어 스크류(672)의 상측에 위치되는 가이드 샤프트(674)에 구비되며, 상대적으로 전측에 위치한 제1리미트 스위치(673)와 후측에 위치한 제2리미트 스위치(675)로 구분된다.
상세히, 상기 제1리미트 스위치(673)는 상기 작동모터(671)로 동작 신호를 전달하여 상기 리니어 스크류(672)가 함체(120) 내측으로 인입되도록 회전시킨다.
그리고, 상기 제2리미트 스위치(675)는 상기 작동모터(671)로 동작 중지 신호를 전달하여 상기 리니어 스크류(672)의 회전이 멈추도록 함으로써 상기 리니어 스크류(672)의 함체(120) 내측 인입 위치를 제한한다.
따라서, 상기 커넥팅 스테이션(600)의 전방에서 분리블록 어셈블리(400)가 삽입되면서 상기 가이드 슬리브(474)에 의해 제1리미트 스위치(673)가 가압되면 상기 분리블록 어셈블리(400)가 작동모터(671)를 회전시켜 분리블록 어셈블리(400)가 커넥팅 스테이션(600)과 결합되는 방향으로 이동하게 된다.
그리고, 이동이 계속되면서 상기 가이드 슬리브(474)에 의해 제2리미트 스위치(675)가 가압되면, 상기 분리블록 어셈블리(400)의 이동이 정지되면서 분리블록 어셈블리(400)와 커넥팅 스테이션(600)의 정위치 결합이 완료된다.
한편, 상기와 같이 결합이 완료되면, 도 8a와 같이 상기 리니어 스크류(672)와 리니어 가이드(472)가 결합되고, 상기 가이드 샤프트(674)도 상기 가이드 슬리브(474) 내부에 수용되며, 상기 스프링 터미널(490)의 단부가 상기 내부단자대(640)와 접하여 전류의 이송을 위한 접속이 이루어진다.
그리고, 상기와 같이 결합이 완료된 상태에서 전술한 분리버튼(662)을 누름조작하거나, 검출부(700, 도 9 참조)에 의해 차단신호가 생성될 경우에는 도 8b와 같이 상기 분리블록 어셈블리(400)가 커넥팅 스테이션(600)으로부터 밀려나면서 물리적 차단이 이루어진다.
결국, 본 발명에 따른 안전분리수단(200)은 전술한 바와 같이 분리블록 어셈블리(400)와 커넥팅 스테이션(600) 사이의 이격거리를 가변시키면서 분리구동이 이루어지고, 이를 위해 작동모터(671)의 회전축(671a)에 리니어 스크류(672)가 결합되고, 상기 리니어 스크류(672)가 상기 리니어 가이드(472)와 결합되므로, 상기 작동모터(671)와 리니어 스크류(672) 및 리니어 가이드(472)는 분리구동부로 정의될 수 있다.
즉, 상기 분리구동부는 상기 작동모터(671)의 회전 방향에 따라 리니어 스크류(672)와 결합된 리니어 가이드(472)의 슬라이딩 이동이 이루어짐으로써 분리블록 어셈블리(400)와 커넥팅 스테이션(600) 사이의 이격거리를 제어할 수 있다.
한편, 도 9 에는 본 발명에 따른 태양광발전시스템용 접속반의 내부 구조 및 분리 구동을 위한 제어신호의 송출경로를 설명하기 위한 도면이 도시되고, 도 10 에는 본 발명에 따른 태양광발전시스템용 접속반의 분리구동 제어과정을 보이기 위한 순서도가 도시된다.
이들 도면을 참조하면, 상기 함체(120) 내부에는 상기 검출부(700)를 경유한 스트링이 부스바(742, 744)를 통해 개폐기(800)에 연결되며, 각 스트링과 부스바(742, 744)의 연결 경로에는 개별스트링 퓨즈(722, 724)와 릴레이 차단부(726)가 마련되어 상기 검출부(700)를 통한 결함이 검출될 경우 개별 차단이 이루어질 수 있다.
그리고, 본 실시 예에서는 상기 개별스트링 퓨즈(722, 724)가 부스바(742, 744)의 위치와 대응되어 2곳에 설치된다.
또한, 상기 함체(120) 내부에는 전기적 경결함을 검출하기 위한 검출부(700)와 함께 이상온도 및 화재 발생시 생성되는 연기 등의 중결함 감지를 위한 센서부(900)와 상기 검출부(700) 및 센서부(900)를 통해 수집되는 정보에 기반하여 상기 안전분리수단(200)의 물리적 차단을 제어하기 위한 메인제어부(500)가 더 구비된다.
상세히, 상기 메인제어부(500)는 상기 검출부(700) 및 센서부(900)와 연결되어 검출 및 감지 정보를 수신하며, 수신된 정보를 바탕으로 경결함과 중결함을 구분하고, 중결함 검출 시 상기 안전분리수단(200)이 태양광 모듈 어레이와 분리되도록 제어명령을 송출한다.
즉, 상기 메인제어부(500)에서는 상기 검출부(700)를 통한 지락, 아크발생을 포함하는 전기적 결함이 경결함으로 판단되며, 경결함이 확인된 스트링의 차단을 위한 차단신호를 상기 검출부(700)로 송출한다.
그리고, 상기 메인제어부(500)에서는 상기 센서부(900)를 통해 이상온도 또는 연기를 감지하는 중결함 검출이 이루어진다.
이를 위해 상기 센서부(900)는 온도센서와 연기감지 센서를 포함할 수 있으며, 상기 메인제어부(500)에는 온도센서에서 감지되는 온도 범위와, 연기센서에서 감지되는 미세입자나 가스입자의 허용 범위가 설정될 수 있다.
여기서, 상기 온도센서와 연기감지 센서 중 하나 이상은 상기 메인제어부(500)를 구성하는 인쇄회로기판(PCB) 상에 구비되어 센서부(900)를 형성할 수 있으며, 별도의 인쇄회로기판(PCB)을 이용하여 개별 설치되거나, 하나의 인쇄회로기판(PCB) 상에 함께 설치되어 감지정보를 수집할 수 있다.
한편, 상기 센서부(900)를 통해 중결함이 감지될 경우에는 상기 메인제어부(500)에 의해 상기 안전분리수단(200)으로 제어명령을 송출하여 작동모터(671)에 제어명령이 전달되고, 상기 리니어 스크류(672)가 회전하면서 상기 리니어 가이드(472)가 전방으로 이동하게 되어 상기 분리블록 어셈블리(400)를 상기 커넥팅 스테이션(600)으로부터 밀어내면서 물리적 차단이 이루어질 수 있다.
그리고, 상기와 같은 물리적 차단이 완료된 이후에는 분리 여부를 확인하는 과정이 이루어지며, 분리가 확인된 이후에는 중결함 검출 상황을 연결된 모니터링 시스템으로 전달하기 위한 이상 신호 송출이 이루어질 수 있다.
한편, 상기 검출부(700)에서는 상기 센서부(900)를 통한 중결함 검출과는 별도로 경결함 검출이 지속적으로 이루어진다.
상기 경결함 검출 시에는 전술한 바와 같이 각 스트링 별 아크 또는 지락 발생을 검출하게 되며, 아크 또는 지락 발생이 어느 스트링에서 검출될 경우에는 릴레이 차단부(726)에 의해 해당 스트링과 연결되는 스트링 릴레이에 대한 개별 차단신호가 생성되어 개별 차단이 이루어진다.
한편, 상기 개별 차단 신호가 생성된 이후에는 경결함 검출 상황을 연결된 모니터링 시스템으로 전달하기 위한 이상 신호 송출이 이루어질 수 있다.
한편, 상기 메인제어부(500)에서는 개별 차단 신호가 생성된 이후에도 차단 여부 확인 및 이상발생 내용의 재검출 여부를 반복적으로 감시하여 차단 기능이 재실행 될 수 있도록 한다.
그리고, 상기와 같이 반복적으로 이루어지는 감시를 통해 차단 기능의 반복적 실행 및 이상 내용의 반복 검출이 확인될 경우에는 상기 메인제어부(500)에서 이와 같은 상황을 중결함으로 판단하게 된다.
즉, 경결함이 다수의 스트링에서 감지되거나, 경결함 검출에 의해 차단 기능이 실행되었음에도 불구하고 차단이 이루어지지 않은 경우에는 이를 중결함으로 판단하여 분리구동부에 분리구동 신호가 전달되어 물리적 차단이 이루어지게 된다.
한편, 상기와 같이 물리적 차단이 이루어지는 경우에는 분리블록 어셈블리(400)와 커넥팅 스테이션(600)의 연결이 해제되면서 점등되는 인디케이터(650)에 의해 모니터링 시스템으로 송출되는 이상 신호 이외에도 현장에서 관리자가 육안으로 결함에 의한 분리 상태를 용이하게 확인할 수 있다.
그리고, 상기와 같은 결함 상태를 확인하여 함체(120) 내부의 유지보수가 완료된 이후에는 다시 함체(120) 외부에서 분리블록 어셈블리(400)을 커넥팅 스테이션(600)에 용이하게 장착시킬 수 있으므로 감전사고에 대한 위험을 줄이면서 태양광모듈 어레이와 안전분리수단(200)의 연결이 보다 안전하고 용이하게 이루어질 수 있다.
100..... 태양광발전시스템용 접속반 120..... 함체
200..... 안전분리수단 400..... 분리블록 어셈블리
410..... 메인커버 420..... 케이블 그랜드
440..... 터미널 가드 460..... 외부 플레이트
490..... 스프링 터미널 500..... 제어부
600..... 커넥팅 스테이션 610..... 프레임 슈라우드
620..... 내부 플레이트 640..... 내부단자대
700..... 검출부 800..... 개폐기
900..... 센서부
200..... 안전분리수단 400..... 분리블록 어셈블리
410..... 메인커버 420..... 케이블 그랜드
440..... 터미널 가드 460..... 외부 플레이트
490..... 스프링 터미널 500..... 제어부
600..... 커넥팅 스테이션 610..... 프레임 슈라우드
620..... 내부 플레이트 640..... 내부단자대
700..... 검출부 800..... 개폐기
900..... 센서부
Claims (7)
- 복수의 태양광 모듈 어레이에서 스트링을 통해 전달되는 직류전원(DC)을 취합하여 대전류를 형성하고, 형성된 대전류를 인버터로 전달하기 위한 태양광발전시스템용 접속반에 있어서,
함체;
상기 함체 내부에 구비되어 각 태양광 모듈 어레이의 개별 스트링에 대한 지락, 아크 발생을 포함하는 전기적 결함 검출을 수행하고, 검출 결과 결함이 확인된 스트링에 차단 신호를 송출하여 개별 스트링 차단을 제어하는 검출부;
상기 함체 내부에 구비되며, 이상 온도 발생 여부 및 연기 발생 여부를 검출하기 위한 센서부;
상기 태양광 모듈 어레이의 개별 스트링이 함체 외부에서 연결되는 분리블록 어셈블리와, 일측은 상기 검출부와 연결되고 타측은 상기 분리블록 어셈블리와 분리가능하게 결합되는 커넥팅 스테이션을 포함하도록 구성되어 분리구동부에 의해 연결 부분이 물리적으로 결합 또는 분리되는 안전분리수단; 및
상기 검출부 및 센서부와 연결되어 검출 및 감지 정보를 수신하며, 수신된 정보를 바탕으로 경결함과 중결함을 구분하고, 중결함 검출 시 상기 안전분리수단이 분리되도록 제어하는 메인제어부;를 포함하며,
상기 분리구동부는 상기 커넥팅 스테이션을 구성하며, 회전력을 생성하는 작동모터와, 상기 작동모터와 결합되어 동기 회전하는 리니어 스크류 및 상기 분리블록 어셈블리를 구성하며, 상기 리니어 스크류와 결합되어 리니어 스크류의 나선을 따라 직선이동하는 리니어 가이드를 포함하도록 구성되고,
상기 분리블록 어셈블리는 상기 커넥팅 스테이션과 상기 리니어 가이드 및 리니어 스크류로 연결되어 슬라이딩 직선이동이 이루어지며, 직선이동 거리에 따라 상기 분리블록 어셈블리에 상기 개별 스트링과 대응되도로 구비되는 복수의 스프링 터미널이 커넥팅 스테이션에 구비되는 내부단자대와 연결 또는 연결해제 되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템용 접속반.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 메인제어부에서는,
상기 개별 스트링에 대한 상기 검출부를 통한 지락, 아크발생을 포함하는 전기적 결함이 경결함으로 판단되며,
경결함이 확인된 스트링의 차단을 위한 차단신호를 상기 검출부로 송출하고, 해당 스트링의 차단여부를 확인하기 위한 전기적 결함 검출을 반복 수행하여, 경결함이 검출된 스트링에 차단신호 송출이 반복 실시 될 경우 중결함 판단이 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템용 접속반.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중결함에는,
상기 센서부를 통한 이상온도 발생 감지 및 연기 발생 감지가 포함되는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템용 접속반
- 제 1 항에 있어서,
상기 함체 일측에는 상기 분리블록 어셈블리와 상기 커넥팅스테이션의 연결해제 상태를 사용자가 외부에서 육안으로 확인 가능하도록 하는 인디케이터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템용 접속반
- 복수의 태양광 모듈 어레이에서 스트링을 통해 전달되는 직류전원(DC)을 취합하여 대전류를 형성하고, 형성된 대전류를 인버터로 전달하기 위한 태양광발전시스템용 접속반의 제어방법에 있어서,
함체 내부에 구비되어 각 태양광 모듈 어레이의 개별 스트링에 대한 지락, 아크 발생을 포함하는 전기적 결함 검출을 수행하는 검출부와, 이상 온도 발생 여부 및 연기 발생 여부를 포함한 중결함을 검출하기 위한 센서부를 통해 이상 상황이 감지되는 이상상황 감지단계; 및
상기 함체 내부에 구비되어 상기 검출부 및 센서부로부터 이상상황 감지정보를 수신하는 메인제어부에 의해 감지된 이상상황에 따른 차단 신호가 송출되어 전원의 차단이 이루어지도록 하는 차단단계;를 포함하며,
상기 차단단계에는,
상기 이상상황 감지단계에서 감지된 이상 상황이 상기 검출부에 의한 전기적 결함일 경우 결함이 확인된 스트링에 차단 신호가 송출되어 개별 스트링이 차단되는 경결함 차단과정과,
상기 이상상황 감지단계에서 감지된 이상 상황이 상기 센서부에 의해 감지된 이상상황일 경우 상기 태양광 모듈 어레이의 개별 스트링이 함체 외부에서 연결되는 분리블록 어셈블리와, 일측은 상기 검출부와 연결되고 타측은 상기 분리블록 어셈블리와 리니어 스크류 및 리니어 가이드에 의해 직선 이동하여 분리가능하게 결합되는 커넥팅 스테이션을 포함하도록 구성되어 분리구동부에 의해 연결 부분이 물리적으로 결합 또는 분리되는 안전분리수단으로 차단 신호가 송출됨으로써 태양광 모듈 어레이와의 물리적 연결이 차단되도록 하는 중결함 차단과정이 포함되며,
상기 이상상황 감지단계에서는,
상기 경결함 차단과정을 위한 차단 신호가 송출된 이후 해당 스트링의 차단여부를 확인하기 위한 전기적 결함 검출 및 스트링 차단신호 송출이 반복 수행되며, 스트링에 차단신호 송출이 반복 실시 되어 설정 횟수에 도달할 경우 중결함으로 판단되어 상기 중결함 차단과정이 수행되는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템용 접속반의 제어방법.
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