KR102517889B1 - 아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈 - Google Patents

아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR102517889B1
KR102517889B1 KR1020220131665A KR20220131665A KR102517889B1 KR 102517889 B1 KR102517889 B1 KR 102517889B1 KR 1020220131665 A KR1020220131665 A KR 1020220131665A KR 20220131665 A KR20220131665 A KR 20220131665A KR 102517889 B1 KR102517889 B1 KR 102517889B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
case
sensing module
arc current
arc
Prior art date
Application number
KR1020220131665A
Other languages
English (en)
Inventor
윤희복
김태우
이상율
Original Assignee
주식회사 미래이앤아이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 미래이앤아이 filed Critical 주식회사 미래이앤아이
Priority to KR1020220131665A priority Critical patent/KR102517889B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102517889B1 publication Critical patent/KR102517889B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/202—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using Hall-effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/003—Measuring mean values of current or voltage during a given time interval
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/1659—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 to indicate that the value is within or outside a predetermined range of values (window)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/30—Measuring the maximum or the minimum value of current or voltage reached in a time interval
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/005—Circuits for comparing several input signals and for indicating the result of this comparison, e.g. equal, different, greater, smaller (comparing phase or frequency of 2 mutually independent oscillations in demodulators)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈은, 태양광 접속함 내부에 설치되는 태양광 접속함용 전류 감지 모듈에 있어서, 전류가 흐르는 복수의 배선들이 관통하는 제1 관통공들이 형성되어 있고, 상기 각 제1 관통공을 한정하고 상기 각 배선의 관통방향을 따라 길게 형성된 제1 보스를 구비하는 제1 케이스; 상기 제1 관통공을 통과한 배선이 관통하는 제2 관통공들이 형성되어 있고, 상기 각 제2 관통공을 한정하고 상기 제1 케이스의 제1 보스와 동축상에 서로 마주하게 배치되는 제2 보스를 구비하며, 상기 제1 케이스에 결합됨으로써 상기 제1 케이스와 함께 수용공간을 형성시키는 제2 케이스; 상기 각 배선들로부터 감지된 전류 신호를 외부로 송출시키기 위한 부품들이 실장되어 있는 회로기판; 상기 회로기판에 실장되고, 상기 제1 케이스와 제2 케이스 중 어느 하나에 형성된 노출구에 수용됨으로써 상기 제1 케이스와 제2 케이스 간의 결합을 방해하지 않게 하고, 그 제1 케이스와 제2 케이스가 상호 결합된 상태에서 상기 노출구를 통해 외부로 노출됨으로써 외부 통신 케이블과 접속되는 접속단자; 상기 제1 및 제2 관통공을 통과하는 복수의 배선에 비접촉된 상태로 각각 근접 설치되어 상기 배선에 입력되는 아날로그 전류 신호를 실시간으로 측정 및 증폭하는 아크전류 감지부; 상기 아크전류 감지부에서 전송된 아날로그 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; 상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 신호의 파형을 분석하여 평균 전류값을 상회하는 비정상적인 피크값이 감지되면 이를 아크전류로 판단 및 검출하는 아크전류 판단부; 및 상기 아크전류 판단부가 아크전류를 검출하면 알람을 발생하는 이상상태 알림부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈 {Current sensing module for photovoltaic connector box capable of arc detection}
본 발명은 태양광 접속함용 전류 감지 모듈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 태양광 발전시스템의 전체 직류전류에 대한 아크의 감지가 가능하며, 태양광 접속함에 들어오는 채널별 또는 어디서 아크가 발생했는지 아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전장치는 태양으로부터 입사되는 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하고, 수집된 전기에너지를 저장하는 한편, 수집단계에서 직류로 변환된 전기에너지를 교류에너지로 변환하여 변압기에 입력되도록 한다. 이러한 태양광 발전장치는 입사되는 태양광을 수집하는 집광판이 다수 개 설치되고, 각각의 집광판에 상술한 태양광 발전장치가 구비되는 것이 일반적이다.
이러한 태양광 발전장치에는 전자 쇼크 등 예상하지 못한 급격한 전압이나 전류의 발생에 의해 회로가 손상되는 문제점이 발생될 수 있는데, 이와 같은 문제점을 방지하기 위해 태양광 접속함에는 여러 가지 보호장치들이 구비된다.
일반적으로 태양광 접속함은 태양광 발전장치와 중앙 제어부 사이에 설치되고, 역전압 방지 모듈, 과전류 보호용 퓨즈, 전류 감지 모듈 등을 구비한다.
먼저, 태양광 접속함에 구비된 역전압 방지 모듈은, 역방향으로 흐르는 전류를 차단하여 입력단의 회로를 보호하는 역전압 방지용 다이오드로 이루어지며, 과전류 보호용 퓨즈는 과전류를 차단하여 회로를 보호하는 기능을 가진다.
한편, 전류 감지 모듈은 태양광 발전이 이루어지는 시간 동안 태양광 접속함을 경유하는 배선들로부터 전류를 감지하는데, 태양 전지판을 통해 생성된 전력 전압과 전류를 검출하여 발전 상태의 정상 여부를 감시할 수 있도록 한다.
이와 같은 종래의 전류 감지 모듈은, 아날로그 방식으로 오랜 시간 전류 감지 시 감지 정확도가 떨어짐으로써, 태양광 발전 상태를 정확하게 감시할 수 없도록 하는 문제점을 가진다. 또한, 종래의 전류 감지 모듈은 전류 감지를 위해 내부에 구비되는 장치들 간의 결속력이 약해 전류 감지 시 오류를 발생시키고 내구성이 약한 문제점이 있다.
도 1은 태양광 발전 시스템에서 아크전류가 발생되는 상황을 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 태양광 발전설비에서 가장 심각한 문제점으로 인식되고 있는 화재는 대부분 아크전류(Arc)로 의한 화재로 그중에서도 태양광 접속함에서 제일 많은 화재가 발생되고 있는 것으로 파악되고 있다. 즉, 태양광 발전시스템에서 접속함의 역할은 태양전지에서 생성된 전압/전류를 집적하는 장비로 향상 고전류에 노출되어 있어, 태양광 발전설비의 90%의 전기 화재가 접속함에서 발생하고 있다.
통상적으로 태양광 발전에 사용하는 접속함은 다수의 태양 전지판에서 나오는 고전압/고전류(1채널 기준 1500V/10A) 다수 채널을 입력받아서 다이오드 또는 직결연결을 통해 하나의 채널로 만들어지고 하나의 전압은 MCCB를 거친 후 다음 장치인 인버터로 연결된다.
또한, 태양광 접속함 내부에서 고전압/고전류는 버스바, 커넥터, 다이오드, MCCB 등과 연결되면서 볼트류로 체결되면서 많은 접촉 부위가 생기며, 접촉 부위에 고전압/고전류가 매일 흘렀다 멈췄다 반복하는데, 볼트로 체결된 접촉 부위에서 발열로 아주 미세한 수축팽창 하면서 장기간 사용 시 접촉 부위가 느슨해지는데 이로 인해 접촉 부위에서 아크가 발생 되어 접속함이 화재가 발생된다.
또한, 태양광 접속함 아크가 일정 시간동안 스파크 현상으로 지속되면 전기 화재가 발생하기 때문에, 종래 접속함 화재 예방으로 사용하고 있는 연기 감지 센서, 온도 센서 등을 이용하여 접속함의 화재를 예방하기에는 물리적으로 한계가 있었다.
그러나, 현재 시중의 통상적인 태양광 접속함은 복수개의 케이블이 PCB에 구비된 복수의 전류감지센서 및 전압감지센서에 각각 연결되어 각 케이블의 전류와 전압을 감지하도록 하고 있는데, 이에 따라 PCB의 회로와 케이블을 연결하는 납땜 부위에 균열이 발생하게 되면, 균열부위를 중심으로 아크가 발생하여 화재 발생의 우려가 높고 PCB가 손상되어 이상이 발생할 경우 8~12개의 채널로 이루어진 PCB 전체를 교체해야 하는 문제점이 있다.
이를 해소키 위해서는, 태양광 발전시스템의 전체 직류전류에 대한 아크의 발생을 실시간으로 감지할 수 있어야 하나, 종래 태양광 접속함용 전류 감지 모듈은 태양광 접속함에 들어오는 배선 채널 중 어디에서 아크가 발생하는지 정확히 확인할 수 없는 등 여전히 화재 위험성을 내포하는 문제점이 있었다.
한국 등록특허 제10-1833176호 (2018.02.21. 등록)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 안출된 것으로, 태양광 발전시스템의 전체 직류전류에 대한 아크의 감지가 가능하며, 태양광 접속함에 들어오는 채널별 또는 어디서 아크가 발생했는지 아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예에 따라, 태양광 접속함 내부에 설치되는 태양광 접속함용 전류 감지 모듈에 있어서, 전류가 흐르는 복수의 배선들이 관통하는 제1 관통공들이 형성되어 있고, 상기 각 제1 관통공을 한정하고 상기 각 배선의 관통방향을 따라 길게 형성된 제1 보스를 구비하는 제1 케이스; 상기 제1 관통공을 통과한 배선이 관통하는 제2 관통공들이 형성되어 있고, 상기 각 제2 관통공을 한정하고 상기 제1 케이스의 제1 보스와 동축상에 서로 마주하게 배치되는 제2 보스를 구비하며, 상기 제1 케이스에 결합됨으로써 상기 제1 케이스와 함께 수용공간을 형성시키는 제2 케이스; 상기 각 배선들로부터 감지된 전류 신호를 외부로 송출시키기 위한 부품들이 실장되어 있는 회로기판; 상기 회로기판에 실장되고, 상기 제1 케이스와 제2 케이스 중 어느 하나에 형성된 노출구에 수용됨으로써 상기 제1 케이스와 제2 케이스 간의 결합을 방해하지 않게 하고, 그 제1 케이스와 제2 케이스가 상호 결합된 상태에서 상기 노출구를 통해 외부로 노출됨으로써 외부 통신 케이블과 접속되는 접속단자; 상기 제1 및 제2 관통공을 통과하는 복수의 배선에 비접촉된 상태로 각각 근접 설치되어 상기 배선에 입력되는 아날로그 전류 신호를 실시간으로 측정 및 증폭하는 아크전류 감지부; 상기 아크전류 감지부에서 전송된 아날로그 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; 상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 신호의 파형을 분석하여 평균 전류값을 상회하는 비정상적인 피크값이 감지되면 이를 아크전류로 판단 및 검출하는 아크전류 판단부; 및 상기 아크전류 판단부가 아크전류를 검출하면 알람을 발생하는 이상상태 알림부;를 포함하여 구성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 아크전류 감지부는, 각각의 배선에 입력되는 아날로그 전류 신호를 실시간으로 측정하는 홀 센서; 및 상기 홀 센서에 의해 측정된 아날로그 전류 신호를 증폭하는 신호 증폭기(amplifier);를 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 관통공은 4개 이상의 채널로 구성되고, 상기 각각의 채널에 구비된 홀 센서는 배선의 채널별 전류 신호를 각각 감지한 후 접속단자 및 외부 통신 케이블을 통해 상기 채널별 전류 신호를 외부로 전송한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 각 배선이 관통하는 제1 보스와 제2 보스 중 어느 하나에는 배치홈이 형성됨과 함께 상기 배치홈에는 홀 센서가 수용되고, 상기 각 배선에 자기장을 발생시킬 수 있도록 상기 제1 보스 또는 제2 보스를 감싸는 형태로 자성체가 끼워져 배치된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 전류 감지 모듈은 복수로 구비되고, 아크전류 판단부는 각 전류 감지 모듈 및 채널의 어드레스를 설정한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 이상상태 알림부는 아크전류가 검출된 각 전류 감지 모듈 및 채널의 어드레스 정보를 외부의 관리자 단말기로 전송한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 아크전류 판단부는 A/D 변환부에서 변환된 디지털 신호의 파형을 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 알고리즘을 적용하여 주파수로 변환하고, 상기 주파수 중에서 평균 전류값을 상회하는 비정상적인 피크값이 감지되면 이를 아크전류로 판단 및 검출한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 전류 감지 모듈이 복수로 마련된 경우 각 전류 감지 모듈별로 전류 감지 상태를 식별할 수 있도록, 상기 회로기판에 전기적으로 연결되어 식별정보 신호를 생성시키는 조작유닛;을 더 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 홀 센서가 구비된 전류 감지 모듈을 통해 복수의 배선을 따라 흐르는 전류를 비접촉식으로 실시간 감지하고, 각 배선별로 아크전류의 발생을 즉시 판단 및 검출함으로써 아크전류에 의해 심각한 피해를 야기할 수 있는 접속함 화재의 발생을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제1 케이스 및 제2 케이스의 제1 보스 및 제2 보스가 제1 관통공과 제2 관통공을 한정하며 서로 마주하고, 자성체가 제1 보스와 제2 보스 중 어느 하나에 감싸는 형태로 배치되며 홀 센서가 수용되는 배치홈을 구비하고, 센서에 의해 센싱된 신호를 송출하는 부품들이 회로기판에 실장되며, 접속단자가 그 회로기판에 실장된 상태에서 제1 케이스와 제2 케이스들 중 어느 하나에 형성된 노출구를 통해 외부로 노출되어 외부 통신 케이블과 접속됨으로써, 배선에 흐르는 전류를 장시간 무접점 방식으로 감지하여 감지 정확도를 유지할 수 있고 태양광 발전 상태와 아크전류의 발생을 정확하고 안정되게 감시할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 조작유닛이 전류 감지 모듈의 식별정보 신호를 생성시키고 그 조작유닛이 제1 케이스의 조작공간에 노출되며, 자성체가 제1 보스를 감싸는 체결리브의 삽입홈에 삽입됨으로써, 전류 감지 모듈이 복수로 이루어진 경우 각 전류 감지 모듈 별로 전류 감지 상태를 식별할 수 있고, 케이스들의 내부에 구비되는 장치들의 위치 고정력과 결속력을 높여 내구성 및 아크전류의 감지 시 안정성을 증대시켜 오류 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 태양광 발전 시스템에서 아크전류가 발생되는 상황을 예시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 전류 감지 모듈이 태양광 접속함에 설치된 상태를 보인 도면
도 3은 본 발명에 따른 전류 감지 모듈의 분해 사시도
도 4는 도 3의 제1 케이스의 수용공간에 구비된 장치들을 설명하기 위한 정면도
도 5는 본 발명에 따른 전류 감지 모듈의 아크전류 검출을 위한 회로 구성도
도 6은 본 발명에 따른 전류 감지 모듈의 아크전류 검출 과정을 보인 도면
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈의 구성 및 작동 관계에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 전류 감지 모듈이 태양광 접속함에 설치된 상태를 보인 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 전류 감지 모듈의 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 제1 케이스의 수용공간에 구비된 장치들을 설명하기 위한 정면도이다.
먼저, 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 감지 모듈(100)은, 태양광 접속함(10)과 접촉되는 제1 케이스(100a) 및 제2 케이스(100b)의 하부에 조인트리브(400)와 나사홈(402)를 구비한다.
또한, 상기 조인트리브(400)와 나사홈(402)에 의해 태양광 접속함(10)에 위치고정된다. 상기 조인트리브(400)는 제1 케이스(100a)와 제2 케이스(100b) 중 어느 하나의 하측에 외부로 돌출형성되며, 장공 형태의 조인트홈(401)을 구비한다.
상기 나사홈(402)은 제1 케이스(100a)와 제2 케이스(100b)의 하측에 마련되어, 나사와 같은 체결부재(20)에 의해 상기 제1 케이스(100a)와 제2 케이스(100b)가 태양광 접속함(10)에 체결된다.
또한, 도 3 및 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈(100)은, 제1 케이스(100a), 제2 케이스(100b), 자성체(200), 회로기판(300), 접속단자(302)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 케이스(100a)는, 전류가 흐르는 복수의 배선(C)들이 관통하는 제1 관통공(101a)들을 구비하고, 각 제1 관통공(101a)을 한정하고 각 배선(C)의 관통방향을 따라 길게 형성된 제1 보스(102a)를 구비한다.
상기 제1 케이스(100a)는 상기 제2 케이스(100b)와 결합되어 수용공간을 형성하고, 그 수용공간에 회로기판(300)과 자성체(200)가 설치될 수 있도록 한다. 상기 제1 케이스(100a)는 플라스틱과 같이 소정의 강도를 가지는 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제1 케이스(100a)는, 내부에 돌출형성된 결합리브들(103)을 구비하고, 그 결합리브들(103)에 상기 회로기판(300)이 체결되도록 함으로써, 그 회로기판(300)을 상기 수용공간에 고정시킨다.
상기 제2 케이스(100b)는, 제1 관통공(101a)을 통과한 배선(C)이 관통하는 제2 관통공(101b)들을 구비하고, 각 제2 관통공(101b)을 한정하고 상기 제1 보스(102a)와 동축상에 서로 마주하게 배치되는 제2 보스(102b)를 구비한다.
상기 제2 케이스(100b)는 제1 케이스(100a)와 나사결합방식에 의해 결합되는 것이 바람직하며, 상기 나사결합방식을 위해 제1 케이스(100a)에 형성된 나사구멍(N)과 접하는 결합보스(미도시)를 구비할 수 있다. 상기 제2 케이스(100b)는 제1 케이스(100a)와 결합됨으로써, 수용공간을 형성하고 그 수용공간에 설치된 장치들을 외부의 습기 및 이물질 등으로부터 보호한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 채용된 상기 제2 케이스(100b)와 제1 케이스(100a)는 소정의 강도를 가지는 소재로 이루어지고, 결합 시 사각통 형상으로 이루어지는 구조가 채용되었다.
상기 자성체(200)는 각 배선(C)이 관통한 제1 보스(102a)와 제2 보스(102b) 중 어느 하나를 감싸는 형태로 배치되고, 원주방향을 따라 일정구간에 센서(301)가 수용되는 배치홈(201)을 구비한다. 본 명세서에서는 상기 자성체(200)가 제1 케이스(100a)의 제1 보스(102a)에 배치된 경우를 중심으로 설명하도록 한다.
상기 자성체(200)는 링 형태의 영구자석으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 제1 보스(102a)에 끼워져서 각 배선(C)에서 자기장을 발생시킨다. 이때, 회로기판(300)에 전기적으로 연결된 센서(301)는, 상기 자기장의 방향과 크기 등과 같은 신호을 센싱하게 된다.
상기 자성체(200)는 제1 보스(102a)에 슬라이딩 이동하며 끼워지고, 상기 제1 보스(102a)에 배치된 각 배선(C)들 측에 자기장을 발생시킴으로써, 상기 배선(C)에 흐르는 전류를 상기 센서(301)가 무접점 방식으로 감지할 수 있도록 한다.
상기 회로기판(300)은, 제1 케이스(100a) 및 제2 케이스(100b)에 의해 형성된 수용공간에 배치되고, 상기 센서(301)에 의해 센싱된 신호를 외부로 송출시키기 위한 부품(장치)들과 체결된다. 또한, 상기 회로기판(300)은 센서(301)에 의해 센싱된 신호를 증폭시키는 부품 등과 체결되는 것이 바람직하다.
상기 회로기판(300)은, 상기 제1 케이스(100a) 및 제2 케이스(100b)의 내측면에 끼워지고, 상기 결합리브(103)들에 나사결합방식에 의해 결합되는 것이 바람직하다. 한편, 회로기판(300)은 외부 통신 케이블과 접속되는 접속 단자(302)와 체결된다.
상기 접속단자(302)는, 상기 회로기판(300)에 실장되고 제1 케이스(100a)와 제2 케이스(100b) 중 어느 하나에 형성된 노출구(104)에 수용된다. 본 명세서에서는 상기 노출구(104)가 제2 케이스(100b)에 형성된 것을 중심으로 설명하기로 한다.
상기 접속단자(302)는 제2 케이스(100b)에 형성된 노출구(104)에 수용됨으로써, 상기 제1 케이스(100a)와 제2 케이스(100b) 간의 결합을 방해하지 않고, 제1 케이스(100a)와 제2 케이스(100b)가 상호 결합된 상태에서 상기 노출구(104)를 통해 외부로 노출되어 외부 통신 케이블과 접속된다.
상기 접속단자(302)는 회로기판(300)과 전기적으로 연결됨으로써, 센서(301)에 의한 상기 신호가 상기 외부 통신 케이블을 경유해 제어부(미도시)로 송출될 수 있도록 한다. 일 실시예에 따라, 상기 외부 통신 케이블은 UTP케이블(Unshielded Twisted Pair cable)로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 센서(301)의 경우 홀 센서(Hall sensor)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 의한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈(100)은, 제1 케이스(100a) 및 제2 케이스(100b)의 제1 보스(102a) 및 제2 보스(102b)가 제1 관통공(101a)과 제2 관통공(101b)을 한정하며 서로 마주하고, 자성체가 제1 보스(102a)와 제2 보스(102b) 중 어느 하나에 감싸는 형태로 배치되며 센서(301)가 수용되는 배치홈(201)을 구비하고, 센서(301)에 의해 센싱된 신호를 송출하는 부품들이 회로기판(300)에 실장되며, 접속단자(302)가 그 회로기판(300)에 실장된 상태에서 제1 케이스(100a)와 제2 케이스(100b)들 중 어느 하나에 형성된 노출구(104)를 통해 외부로 노출되어 외부 통신 케이블과 접속됨으로써, 배선에 흐르는 전류를 장시간 무접점 방식으로 감지하여 감지 정확도를 유지할 수 있고 태양광 발전 상태를 정확하고 안정되게 감시할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 실시예는 조작유닛(303)을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 조작유닛(303)은, 회로기판(300)에 전기적으로 연결되어 관리자의 조작에 의해 식별정보 신호를 생성시킴으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 감지 모듈(100)이 복수로 구비된 경우 각 전류 감지 모듈별로 전류 감지 상태를 파악할 수 있도록 한다.
이하, 도 5 및 6을 참조하여 본 발명 태양광 접속함 전류 감지 모듈이 아크전류를 검출하기 위한 구성 및 방법에 대해 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 전류 감지 모듈의 아크전류 검출을 위한 회로 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 전류 감지 모듈의 아크전류 검출 과정을 보인 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명 전류 감지 모듈(100)의 아크전류 검출을 위한 회로 구성은, 먼저 상기 제1 및 제2 케이스(100a)(100b) 내부에 구비되고, 제1 및 제2 관통공(101a)(101b)을 통과하는 복수의 배선(C)에 비접촉된 상태로 근접 설치되어 상기 배선(C)에 입력되는 아날로그 전류 신호를 실시간으로 측정 및 증폭하는 아크전류 감지부(1100)를 구비한다.
일 실시예에 따라, 상기 아크전류 감지부(1100)는, 각각의 배선(C)에 입력되는 아날로그 전류 신호를 실시간으로 측정하는 홀 센서(301); 및 상기 홀 센서(301)에 의해 측정된 아날로그 전류 신호를 증폭하는 신호 증폭기(amplifier, 1110);를 포함한다.
또한, 상기 아크전류 감지부(1100)에서 전송된 아날로그 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(1200)를 구비한다.
또한, 상기 A/D 변환부(1200)에서 변환된 디지털 신호의 파형을 분석하여 평균 전류값을 상회하는 비정상적인 피크값이 감지되면 이를 아크전류로 판단 및 검출하는 아크전류 판단부(1300)를 구비한다. 상기 아크전류 판단부(1300)는 아크전류를 검출하기 위해 입력된 전류 신호의 주파수 변환을 수행하기 위한 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 알고리즘을 포함할 수 있다.
상기 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)은 푸리에 분석의 한가지 형태로서, 원 데이터의 푸리에 변환에서 직접 파워 스펙트럼 밀도를 구하고, 평활화 조작을 반복하여 안정적인 스펙트럼을 단시간에 구하기 위해 시간 변화 신호를 주파수 변화 신호로 변환시키는 분석 기법이다.
도 6을 참조하면, 보다 구체적으로 상기 아크전류 판단부는, 단계 (a): A/D 변환부에서 변환된 디지털 신호의 파형을 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 알고리즘을 적용하여 주파수로 변환하고, 단계 (b): 상기 주파수 중에서 평균 전류값을 상회하는 비정상적인 진폭의 피크값이 일정 시간동안 감지되면 이를 아크전류로 판단 및 검출한다.
예컨대, 상기 피크값(아크)이 0.5초 이상 지속되면 이상전류 또는 아크전류로서 판단할 수 있으며, 1초 이상 지속되는 경우 스파크로 인한 화재 위험이 높은 고위험 아크전류로 판단할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 이상전류 또는 아크전류가 검출되면 상기 이상전류 또는 아크전류의 발생 정보를 즉시 관리자 단말기(부호없음, 도 5 참조)에 유/무선으로 전송할 수 있다.
본 발명의 전류 감지 모듈(100)은 태양광 모듈의 수에 따라 복수로 구비되고, 상기 아크전류 판단부(1300)는 각 전류 감지 모듈(100) 및 배선(C)의 채널 어드레스를 설정한다. 이에 따라, 복수의 전류 감지 모듈(100) 및 배선(C) 채널 중에서 아크전류가 감지되면 상기 어드레스에 따라 어느 배선(C)의 채널에서 아크전류가 검출되었는지 정확하게 파악할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 A/D 변환부(1200)와 아크전류 판단부(1300)는 32 비트 암코어 마이컴(Arm Core Micom)에 내장된 프로그램일 수 있다.
즉, 일 실시예에 따라 제1 및 제2 관통공(101a)(101b)을 통과하는 배선(C)에 DC 0~20A 의 전류가 입력이 인가되면, 제1 및 제2 케이스(100a)(100b) 내부에 구비된 홀 센서(301)로 이를 감지하여 전압값으로 변환하고, 이 값을 A/D 변환부(1200)를 통해 디지털 값으로 변환한 후 아크전류 판단부(1300)에서 입력되는 현재 전류값에 해당하는 데이터를 유/무선 통신을 통해 MUX-COM(다채널 지시송신기, 부호없음)에 전송함으로써 해당 배선(C)의 전류 정보가 상기 MUX-COM의 디스플레이창(미도시)에 표시되도록 할 수 있다.
또한, 상기 아크전류 판단부(1300)가 아크전류를 검출하면 알람을 발생하는 이상상태 알림부(1400)를 더 구비할 수 있는데, 상기 이상상태 알림부(1400)는 소리, 빛 또는 문자 디스플레이의 형태로 아크전류의 발생 시 알람을 발생시킬 수 있다. 상기 이상상태 알림부(1400)는 아크전류가 검출된 각 전류 감지 모듈(100) 및 채널의 어드레스 정보를 외부의 관리자 단말기(부호없음)로 전송한다.
아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.
100 : (본 발명의) 전류 감지 모듈
1100 : 아크전류 감지부
1110 : 신호 증폭기(Amplifier)
1200 : A/D 변환부
1300 : 아크전류 판단부
1400 : 이상상태 알림부
10 : 태양광 접속함
C : 배선
100a, 100b : 제1, 제2 케이스
101a, 101b : 제1, 제2 관통공
303 : 조작유닛

Claims (8)

  1. 태양광 접속함 내부에 설치되는 태양광 접속함용 전류 감지 모듈에 있어서,
    전류가 흐르는 복수의 배선들이 관통하는 제1 관통공들이 형성되어 있고, 상기 각 제1 관통공을 한정하고 상기 각 배선의 관통방향을 따라 길게 형성된 제1 보스를 구비하는 제1 케이스;
    상기 제1 관통공을 통과한 배선이 관통하는 제2 관통공들이 형성되어 있고, 상기 각 제2 관통공을 한정하고 상기 제1 케이스의 제1 보스와 동축상에 서로 마주하게 배치되는 제2 보스를 구비하며, 상기 제1 케이스에 결합됨으로써 상기 제1 케이스와 함께 수용공간을 형성시키는 제2 케이스;
    상기 각 배선들로부터 감지된 전류 신호를 외부로 송출시키기 위한 부품들이 실장되어 있는 회로기판;
    상기 회로기판에 실장되고, 상기 제1 케이스와 제2 케이스 중 어느 하나에 형성된 노출구에 수용됨으로써 상기 제1 케이스와 제2 케이스 간의 결합을 방해하지 않게 하고, 그 제1 케이스와 제2 케이스가 상호 결합된 상태에서 상기 노출구를 통해 외부로 노출됨으로써 외부 통신 케이블과 접속되는 접속단자;
    상기 제1 및 제2 관통공을 통과하는 복수의 배선에 비접촉된 상태로 각각 근접 설치되어 상기 배선에 입력되는 아날로그 전류 신호를 실시간으로 측정 및 증폭하는 아크전류 감지부;
    상기 아크전류 감지부에서 전송된 아날로그 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부;
    상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 신호의 파형을 분석하여 평균 전류값을 상회하는 비정상적인 피크값이 감지되면 이를 아크전류로 판단 및 검출하는 아크전류 판단부; 및
    상기 아크전류 판단부가 아크전류를 검출하면 알람을 발생하는 이상상태 알림부;를 포함하고,
    상기 아크전류 감지부는,
    각각의 배선에 입력되는 아날로그 전류 신호를 실시간으로 측정하는 홀 센서; 및 상기 홀 센서에 의해 측정된 아날로그 전류 신호를 증폭하는 신호 증폭기(amplifier);를 포함하고,
    상기 제1,2 관통공들은 4개 이상의 채널로 구성되고, 상기 각각의 채널에 구비된 홀 센서는 배선의 채널별 전류 신호를 각각 감지한 후 접속단자 및 외부 통신 케이블을 통해 상기 채널별 전류 신호를 외부로 유선 전송하고,
    상기 각 배선이 관통하는 제1 보스와 제2 보스 중 어느 하나의 원주방향을 따라 일정구간에는 배치홈이 형성됨과 함께 상기 배치홈에는 홀 센서가 수용되고,
    상기 각 배선에 자기장을 발생시킬 수 있도록 상기 제1 보스 또는 제2 보스를 감싸는 형태로 자성체가 끼워져 배치되되,
    상기 자성체는 링 형태의 영구자석으로 이루어짐과 함께 제1 보스에 슬라이딩 이동하며 끼워지고, 상기 제1 보스에 배치된 각 배선들 측에 자기장을 발생시킴으로써 상기 배선에 흐르는 전류를 상기 홀 센서가 무접점 방식으로 감지할 수 있도록 하고,
    상기 아크전류 판단부는 A/D 변환부에서 변환된 디지털 신호의 파형을 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 알고리즘을 적용하여 주파수로 변환하고, 상기 주파수 중에서 평균 전류값을 상회하는 비정상적인 피크값이 감지되면 이를 아크전류로 판단 및 검출하고,
    상기 아크전류 판단부는 아크전류로 판단 및 검출되는 현재 전류값에 해당하는 데이터를 유/무선 통신을 통해 MUX-COM(다채널 지시송신기)에 전송함으로써 해당 배선의 전류 정보가 상기 MUX-COM의 디스플레이창에 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는,
    아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 감지 모듈은 복수로 구비되고, 아크전류 판단부는 각 전류 감지 모듈 및 채널의 어드레스를 설정하는 것을 특징으로 하는,
    아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이상상태 알림부는 아크전류가 검출된 각 전류 감지 모듈 및 채널의 어드레스 정보를 외부의 관리자 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는,
    아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 감지 모듈이 복수로 마련된 경우 각 전류 감지 모듈별로 전류 감지 상태를 식별할 수 있도록, 상기 회로기판에 전기적으로 연결되어 식별정보 신호를 생성시키는 조작유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈.

KR1020220131665A 2022-10-13 2022-10-13 아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈 KR102517889B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220131665A KR102517889B1 (ko) 2022-10-13 2022-10-13 아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220131665A KR102517889B1 (ko) 2022-10-13 2022-10-13 아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102517889B1 true KR102517889B1 (ko) 2023-04-03

Family

ID=85936617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220131665A KR102517889B1 (ko) 2022-10-13 2022-10-13 아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102517889B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170101680A (ko) * 2016-02-29 2017-09-06 디지털파워넷 주식회사 전기화재 예방을 위한 사물인터넷(IoT) 기반의 과부하겸용 아크차단장치 및 그 제어방법
KR101833176B1 (ko) 2017-07-12 2018-02-28 주식회사 미래이앤아이 태양광 접속반용 전류 감지 모듈

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170101680A (ko) * 2016-02-29 2017-09-06 디지털파워넷 주식회사 전기화재 예방을 위한 사물인터넷(IoT) 기반의 과부하겸용 아크차단장치 및 그 제어방법
KR101833176B1 (ko) 2017-07-12 2018-02-28 주식회사 미래이앤아이 태양광 접속반용 전류 감지 모듈

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR200278981Y1 (ko) 방사 전자파를 이용한 전력기기의 부분방전 검출장치
US20040211456A1 (en) Apparatus, system, and method of diagnosing individual photovoltaic cells
US20050264298A1 (en) Partial discharge detection test link, partial discharge detection system and methods for detecting partial discharge on a power cable
CN102565566B (zh) 包括夹具的声学装置以及声学传感器装置
WO2018155848A1 (ko) 태양광 발전 설비의 전기화재 예방 시스템
KR101879743B1 (ko) 온도 및 결로 검출기능을 구비한 태양광 접속반
CN201490710U (zh) 一种智能监测型浪涌保护器
KR20100125810A (ko) 전력기기용 아크 발생 위치 측정장치 및 그 방법
KR102517889B1 (ko) 아크전류의 검출이 가능한 태양광 접속함용 전류 감지 모듈
CN1554930A (zh) 电力设备内部故障光信号采集和在线监测方法
EP1625408B1 (en) Fiber optic Faraday effect sensor
KR102009296B1 (ko) 비접촉식 전류감지모듈이 구비된 태양광 접속반
US20220357387A1 (en) Monitoring the state of overvoltage protection components
WO2021069878A1 (en) Partial discharge monitoring device, system and method for a substation asset provided with a voltage presence indication system (vpis)
CN216209617U (zh) 一种电弧检测装置及电能表
CN212181599U (zh) 一种电气线路火灾预警终端
CN110031120B (zh) 母线测温装置
WO2017003162A1 (ko) 태양전지 모니터링장치
KR101484637B1 (ko) 자외선 감응 방식의 아크 감시 기능을 갖는 배전반(고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반) 및 그 제어 방법
KR20210034533A (ko) 랙 화재 방지장치
GB2607143A (en) Intelligent link box with early warning system for online monitoring of sheath bonding system and high voltage cable accessories
WO2020022875A1 (en) Monitoring system of a medium-voltage electric power network, and method thereto
CN201576078U (zh) 真空断路器电寿命状态检测系统
KR102497988B1 (ko) 태양광 발전 시스템의 휴대용 발전효율 판정 및 고장진단 장치
KR102642337B1 (ko) 인공지능 빅데이터를 이용한 배전설비 사고 예방 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant