KR102596766B1 - 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치 - Google Patents

태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 접속반에 설치되어 해당 접속반 또는 인버터 내부에서 발생하는 직류 아크와 인접된 위치의 주변 장치에서 발생하는 직류 아크를 동시에 검출할 수 있는 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치는, 접속반 또는 인버터 내부에 설치되는 스트링에 설치되어 직류 전류의 변화율을 검출하는 복수 개의 직류전류 검출센서; 상기 접속반 또는 인버터 내부에 설치되는 복수 개의 스트링상에 설치되어 직류 아크 전류를 검출하는 복수 개의 아크 검출센서; 상기 복수 개의 직류전류 검출센서 및 아크 검출센서를 통해 검출되는 신호를 처리하는 신호처리유닛; 상기 접속반 또는 인버터의 내부 또는 외부에 설치되면서 공기 중으로 방사되는 직류 아크 방사파 신호를 검출하는 ACP센서(Airborne Capacitive Plate); 및 상기 접속반 또는 인버터의 내부에 설치되어 회로를 선택적으로 차단하는 차단기; 상기 접속반 또는 인버터의 내부에 설치되면서 상기 신호처리유닛 및 상기 ACP센서에서 실시간 검출되는 신호를 통해 직류 전류 감소율, 직류 아크 신호 증가율 및 직류 아크 방사파 신호 증가율을 함께 판단하고, 판단 결과를 통해 직류 아크 발생여부를 판정하여 선택적으로 상기 차단기의 동작을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치{DC Arc Detection Device with Three Signal Voting for Solar System}
본 발명은 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전 시스템의 접속반 또는 인버터 등에 설치되어 직류 전류 변화율 및 아크 발생 여부를 검출하는 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 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 1'이라 한다)이 개시되어 있다.
상기 특허문헌 1에 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.
상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 본 출원인은 등록특허공보 제2415927호의 대용량 직류 전류 회로 설치용 직류 아크 전류 검출센서 및 이를 이용한 직류 아크 검출장치(이하 '특허문헌 2'라 한다)를 출원한바 있다.
상기 특허문헌 2는 직류 전류 회로상에 설치되어 직류 아크 전류를 검출하는 직류 아크 검출장치에 있어서, 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 구성되며, 상기 직류 아크 전류 검출센서와 상기 전류검출유닛 사이에는, 상기 대역통과필터를 통과하여 검출되는 신호 중에 포함되는 주기성 잡음을 상쇄하여 제거하는 주기성잡음 상쇄회로부가 구비되며, 인버터의 입력단에 방향 차단 커패시터가 설치되어, 상기 대역통과필터, 상기 주기성 잡음 상쇄회로부 및 상기 방향 차단 커패시터를 통해 3회에 걸쳐 인버터 잡음이 제거되고, 상기 직류 아크 전류 검출센서는, 최대 200A의 대용량 직류 전류가 흐르는 부스에 설치되도록 상기 코어의 내경이 30㎜이상으로 형성되면서, 상기 코어에 소정 폭의 절개부가 형성되고, 상기 절개부에 홀센서가 설치되어 직류 아크 전류와 직류 전류가 동시에 검출되도록 구성되며, 상기 직류 아크 전류 검출센서와 상기 전류검출유닛을 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 감소율이 판단되어, 직류 전류값의 감소율이 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 출력부를 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 구성된다.
그러나 상기 특허문헌 2는 직류 아크 검출장치가 설치된 해당 접속반 내부에서 발생하는 직류 아크만 검출되기 때문에 접속반 외부에서 발생하는 직류 아크를 검출하지 못하는 기술적인 한계가 있다.
따라서 직류 아크 검출장치가 설치된 접속반 주변 장치에서 발생하는 직류 아크 신호도 함께 검출하여 직류 아크 발생 여부를 더욱 확실하게 검출할 수 있도록 구조가 개선된 직류 아크 검출장치의 개발이 요구된다.
KR 10-2019-0059455 A (2019. 05. 31.) KR 10-2415927 B1 (2022. 06. 28.) KR 10-1515478 B1 (2015. 04. 21.) KR 10-1550689 B1 (2015. 09. 01.)
본 발명은 상기와 같은 종래의 직류 아크 검출장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 태양광 시스템에 설치되어 해당 접속반 또는 인버터 내부에서 발생하는 직류 아크와 인접된 위치의 주변 장치에서 발생하는 직류 아크를 동시에 검출할 수 있는 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치는, 접속반 또는 인버터 내부에 설치되는 스트링에 설치되어 직류 전류의 변화율을 검출하는 복수 개의 직류전류 검출센서; 상기 접속반 또는 인버터 내부에 설치되는 복수 개의 스트링상에 설치되어 직류 아크 전류를 검출하는 복수 개의 아크 검출센서; 상기 복수 개의 직류전류 검출센서 및 아크 검출센서를 통해 검출되는 신호를 처리하는 신호처리유닛; 상기 접속반 또는 인버터의 내부 또는 외부에 설치되면서 공기 중으로 방사되는 직류 아크 방사파 신호를 검출하는 ACP센서(Airborne Capacitive Plate); 및 상기 접속반 또는 인버터의 내부에 설치되어 회로를 선택적으로 차단하는 차단기; 상기 접속반 또는 인버터의 내부에 설치되면서 상기 신호처리유닛 및 상기 ACP센서에서 실시간 검출되는 신호를 통해 직류 전류 감소율, 직류 아크 신호 증가율 및 직류 아크 방사파 신호 증가율을 함께 판단하고, 판단 결과를 통해 직류 아크 발생여부를 판정하여 선택적으로 상기 차단기의 동작을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 ACP센서가 상기 접속반 또는 인버터를 기준으로 반경 70M 이내에 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 ACP센서가 2 ~ 50MHz 주파수 대역에서 직류 아크 방사파 신호를 검출하도록 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
이에 더해 본 발명은 상기 제어기가 상기 직류 전류 감소율, 상기 직류 아크 신호 증가율 및 직류 아크 방사파 신호 증가율이 모두 설정된 기준값과 같거나 큰 경우에만 직류 아크가 발생한 것으로 최종 판정하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 제어기가 상기 직류 아크 신호 및 직류 아크 방사파 신호 증가율이 1.5배 이상인 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 태양광 접속반 또는 인버터 내부의 직류 전류 회로상에서 발생하는 직류 아크를 검출하는 3중화 검출장치로서, 내부에서 발생하는 직류아크를 검출하고, 이와 동시에 해당 접속반 또는 인버터와 인접한 주변 장치에서 발생하는 직류 아크를 함께 검출하여 아크의 발생 여부를 오동작 없이 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치의 예를 보인 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치의 예를 보인 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 주기성 잡음 상쇄회로의 예를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 직류전류 신호, 직류 아크 신호 및 직류 아크 방사파 신호가 검출되는 예를 보인 도면.
도 6은 도 5에서 아크 발생시 직류전류의 전류량이 감소되는 예를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 ACP센서의 예를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치를 통해 직류전류, 직류 아크 신호 및 직류 아크 방사파 신호가 검출되는 예를 보인 순서도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.
본 발명은 태양광 시스템에 설치되어 해당 접속반 또는 인버터 내부에서 발생하는 직류 아크와 인접된 위치의 주변 장치에서 발생하는 직류 아크를 동시에 검출할 수 있는 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치를 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 직류전류 검출센서(10), 아크 검출센서(20), 신호처리유닛(30), ACP센서(40), 차단기(50) 및 제어기(60)를 포함한다.
직류전류 검출센서(10)와 아크 검출센서(20)는 접속반(1) 또는 인버터의 내부에 설치되어 직류전류와 직류 아크 전류를 실시간으로 검출하는 구성이다.
이러한 직류전류 검출센서(10)와 아크 검출센서(20)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 소정 지름을 가지는 원환 모양의 코어(11, 21)와, 상기 코어(11, 21)의 외측면을 감싸도록 권취되면서 코어(11, 21)의 중심을 관통하는 전력선에 전류가 인가됨에 따라 직류전류와 직류 아크 전류를 검출하는 코일(12, 22)을 포함한다.
이때 코일(12, 22)의 양단은 후술되는 신호처리유닛(30)에 연결되어 검출되는 신호가 신호처리유닛(30)을 통과하여 신호 처리된 다음, 후술되는 제어기(60) 쪽으로 전달되도록 구성될 수 있다.
또한, 직류전류 검출센서(10)는 코어(11)와 신호처리유닛(30) 사이의 코일(12) 상에 직류전류 검출센서(10)와 아크 검출센서(20)의 코일(12, 22)을 통해 검출되는 신호의 주파수 대역을 필터링하여 불필요한 잡음을 제거하는 대역통과필터(13, Band pass filter)가 더 설치될 수 있다.
이때 대역통과필터(13)는, 상기 대역통과필터(13)를 통해 인버터 등에서 발생하는 잡음의 주파수 대역인 500㎑이하의 주파수 대역 신호가 차단되도록 하고, 이와 반대로 500㎑ 이상의 주파수 대역 신호는 통과되도록 구성될 수 있다.
이에 더해 직류전류 검출센서(10)와 아크 검출센서(20)는 최대 15A의 직류 전류가 흐르는 스트링에 설치되도록 코어(11, 21)가 10㎜의 지름(내경)을 가지도록 형성될 수 있다.
이때 1개의 직류전류 검출센서(10)와 1개의 아크 검출센서(20)가 세트를 이루도록 일체로 구성될 수 있고, 이러한 하나의 세트가 하나의 접속반(1) 또는 인버터 내부에 5 ~ 30개(세트)가 설치될 수 있다.
이에 더해 직류전류 검출센서(10)의 절개부(11A)에는 코어(11)를 관통하는 전력선에 전류가 인가되면, 상기 전력선에서 발생하는 자기장에 의해 전압을 감지하는 홀센서(14)가 설치될 수 있고, 이러한 홀센서(14)는 후술되는 신호처리유닛(30)에 연결되어 직류 전류가 측정되도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 직류전류 검출센서(10)와 아크 검출센서(20)의 구성을 통해 코어(11, 21)를 관통하는 전력선에 전류가 인가되면, 전력선에서 발생하는 자기장이 제1 아크검출센서(10)의 절개부(11A) 쪽으로 집중되게 되면서 홀센서(14)를 통해 전압이 감지되게 되고, 이렇게 검출되는 전압을 이용하여 직류 전류가 검출되게 되며, 이와 동시에 코어(11, 21)를 통과하는 전력선에 직류 전류가 흐르는 과정에서 발생하는 특정 대역의 주파수 신호가 코일(12, 22)을 통해 검출되어 신호처리유닛(30) 쪽으로 전달되게 된다.
신호처리유닛(30)은 직류전류 검출센서(10)와 아크 검출센서(20)를 통해 검출되는 직류전류와 직류 아크 신호를 검출하는 구성이다.
이러한 신호처리유닛(30)은 도 3에 도시된 바와 같이 기판부(31), 직류 아크 신호 증폭부(32), AD변환부(33), 디지털 신호 처리부(34), 직류 아크 신호 출력부(35)를 포함하여 구성될 수 있다.
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 구성이고, 직류 아크 신호 증폭부(32)는 아크 검출센서(20)의 대역통과필터(13, 23)를 통과하여 입력되는 신호의 에너지를 증가시켜 출력 신호를 증가시키는 구성이다.
그리고 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, 아크검출센서(20)와 신호처리유닛(30) 사이에는 도 3에 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, 22)을 따라 신호처리유닛(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, 신호처리유닛(30)의 직류 아크 신호 증폭부(32)에서 2차로 증폭되도록 한다.
상기와 같은 구성을 통해 일정 간격을 두고 반복적으로 발생하는 잡음이 제거되게 되므로 아크 발생으로 인해 불규칙적으로 발생하는 직류 아크 신호를 더욱 쉽게 확인할 수 있게 된다.
또한, 신호처리유닛(30)에는 직류 전류 측정회로부(36)가 더 설치되고, 이러한 직류 전류 측정회로부(36)는 직류전류 검출센서(10)의 홀센서(14)가 연결되도록 설치되며, 이를 통해 홀센서(14)와 직류 전류 측정회로부(36)를 통해 직류 전류가 측정되게 된다.
상기와 같이 직류전류 검출센서(10)의 홀센서(14)를 통해 직류 전류를 검출하고, 아크 검출센서(20)를 통해 직류 아크 전류를 검출하게 되면, 직류전류의 감소율과, 직류 아크 신호의 증가율을 실시간으로 모니터링할 수 있게 되고, 일반적으로 직류 아크 신호가 발생하면 직류전류의 전류량이 감소하게 되므로, 이를 통해 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 직류 아크 신호가 검출됨과 동시에 직류전류의 감소율을 확인하는 것으로 직류 아크 발생 여부를 더욱 정확하게 판단할 수 있게 된다.
ACP센서(Airborne Capacitive Plate, 40)는 접속반(1) 또는 인버터의 내부 또는 외부에 설치되어 공기 중으로 방사되는 아크 방사파 신호를 검출하는 구성이다.
이러한 ACP센서(40)는 도 7에 도시된 바와 같이 소정 두께의 베이스판(41)과, 상기 베이스판(41)의 양면에 각각 부착되는 제1, 2 전도체(42, 43)와, 상기 제1, 2 전도체(42, 43)의 일측면을 커버하는 제1, 2 절연판(44, 45) 및 상기 제2 전도체(43)의 저면에 부착되는 소정 크기의 마그네틱(46)을 포함한다.
이때 베이스판(41)은 커패시턴스 용량을 높이기 위해 소정 크기의 유전율을 갖는 재질로 이루어지되, ACP센서(40)가 쉽게 구부러지거나 변형되지 않도록 소정의 강도를 가지는 재질로 구성될 수 있다.
그리고 제1, 2 전도체(42, 43)는 구리 등의 전도체로 구성되면서 소정 두께를 가지는 판 모양으로 형성될 수 있다.
또한, 제1, 2 절연판(44, 45)은 외력이 작용하더라도 제1, 2 전도체(42, 43)의 구성이 쉽게 변형되거나 파손되지 않도록 보호하는 구성으로, 이러한 제1, 2 절연판(44, 45)은 ACP센서(40)의 두께가 과도하게 두껍게 형성되지 않도록 제1, 2 전도체(42, 43)의 두께 대비 1 ~ 2배의 두께로 형성될 수 있다.
여기서 제1, 2 절연판(44, 45)의 두께가 제1, 2 전도체(42, 43)의 두께보다 상대적으로 얇은 경우에는 외력으로부터 제1, 2 전도체(42, 43)를 보호하는 기능을 확실하게 담보하기 어렵고, 이와 반대로 제1, 2 절연판(44, 45)의 두께가 제1, 2 전도체(42, 43)의 두께보다 2배를 초과하여 두껍게 형성되는 경우에는 ACP센서(40)의 두께가 과도하게 두껍게 형성되기 때문에 그 만큼 설치 공간의 제약이 발생하게 되므로 바람직하지 못하다.
또한, 제1, 2 전도체(42, 43)에는 제어기(60) 또는 신호처리유닛(30)과 연결되기 위한 케이블(도면부호 없음)이 설치되고, 이러한 케이블은 제1, 2 전도체(42, 43) 중에서 선택되는 어느 하나의 전도체에 연결되는 접지선(도시하지 않음)과, 선택되지 않은 또 다른 하나의 전도체에 연결되는 신호선(도시하지 않음)을 포함하고, 이러한 케이블은 제어기(60)의 제어에 의해 온오프 동작되는 스위치와 연결되게 되며, 상기 스위치의 온오프 동작에 의해 선택적으로 신호처리유닛(30) 또는 제어기(60)와 연결되어 검출된 부분방전 신호를 전달하도록 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 ACP센서(40)는 접속반(1)을 기준으로 반경 70M 이내에 설치되면서 2 ~ 50MHz 주파수 대역에서 직류 아크를 검출하도록 구성되고, 이를 통해 접속반(1)과 인접하여 설치되는 주변 장치에서 방사되는 잡음을 제외한 아크 방사파를 검출하여 후술되는 신호처리유닛(30) 또는 제어기(60) 쪽으로 전달하게 된다.
위에서는 ACP센서(40)가 접속반(1) 또는 인버터의 내부 또는 외부 중 어느 한 곳에 설치되는 것으로만 설명되었으나, 이와 달리 내부와 외부에 각각 1개씩 2개의 ACP센서(40)가 설치될 수 있고, 이를 통해 접속반(1) 또는 인버터의 함체로 인해 어느 하나의 ACP센서(40)에서 신호가 차폐되어 아크 방사파 신호가 검출되지 않더라도 다른 하나의 ACP센서(40)를 통해 아크 방사파 신호가 검출될 수 있도록 구성될 수 있다.
차단기(50)는 후술되는 제어기(60)의 제어에 의해 선택적으로 접속반(1) 내부의 직류 전류 회로를 차단하고, 이를 통해 아크 발생으로 인한 화재 등이 발생하지 않도록 전원을 차단하는 구성이다.
이러한 차단기(50)는 고전류의 전기 회로를 보호할 수 있는 MCCB(Molded Case Circuit Breaker)로 구성될 수 있다.
제어기(60)는 접속반(1)의 내부에 설치되면서 신호처리유닛(30) 및 ACP센서(40)에서 실시간 검출되는 신호를 통해 직류전류 감소율, 직류 아크 신호 증가율 및 직류 아크 방사파 신호 증가율을 판단하고, 판단 결과를 통해 직류 아크 발생여부를 판정하여 선택적으로 차단기(50)의 동작을 제어하는 구성이다.
이러한 제어기(60)는 직류전류 검출센서(10), 아크 검출센서(20) 및 ACP센서(40)를 통해 직류 전류의 감소율, 직류 아크 신호 증가율 및 직류 아크 방사파 신호 증가율을 이용하여 직류 아크 발생 여부를 판단하도록 제어될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 제어기(60)를 통해 직류 아크 발생으로 판정되는 예에 대하여 설명한다.
접속반(1) 또는 인버터의 내부에 설치되어 전원이 인가되면, 직류전류 검출센서(10), 아크 검출센서(20) 및 ACP센서(40)를 통해 직류전류 신호, 직류 아크 신호 및 직류 아크 방사파 신호가 각각 검출되게 되고, 이렇게 검출되는 신호를 기준으로 정상상태의 직류전류 신호, 직류 아크 신호 및 직류 아크 방사파 신호의 평균 신호값이 각각 계산된다.
위 과정을 설정횟수(예를 들면, 20회) 동안 반복하여 정상상태의 평균 신호값이 저장되고, 이후 실시간으로 직류전류 신호, 직류 아크 신호 및 직류 아크 방사파 신호가 검출되면서 모니터링된다.
이때 직류전류 검출센서(10)를 통해 실시간 검출되는 직류전류 값과 정상상태의 직류전류 값이 대비되면서 실시간 검출되는 직류 전류값의 감소율(Δ)이 판단되고, 이때 직류 전류값의 감소율(Δ)이 설정된 감소율(예를 들면, 5%)과 같거나 큰 것으로 판단되는 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되게 된다.
또한, 아크 검출센서(20)를 통해 실시간 검출되는 직류 아크 신호와 미리 저장된 정상상태의 평균 신호값이 대비되고, 여기서 직류 아크 신호의 증가율(진폭)이 설정된 값(예를 들면, 1.5배)과 같거나 큰 것으로 판단되는 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되게 된다.
또한, ACP센서(40)를 통해 실시간으로 검출되는 직류 아크 방사파 신호와 미리 저장된 정상상태의 직류 아크 방사파 신호가 대비되고, 직류 아크 방사파 신호의 증가율(진폭)이 설정된 값(예를 들면, 1.5배)과 같거나 큰 것으로 판단되는 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되게 된다.
위와 같이 직류전류 신호 감소율, 직류 아크 신호 증가율 및 직류 아크 방사파 신호 증가율이 모두 미리 설정된 기준값과 같거나 큰 경우에는 최종적으로 직류 아크가 발생한 것으로 판단하여 직류 아크 검출신호를 발생시키고, 이를 통해 차단기(50)가 제어되어 전원이 차단되게 된다.
또한, 직류전류 신호 감소율, 직류 아크 신호 증가율 및 직류 아크 방사파 신호 증가율 중에서 어느 하나라도 미리 설정된 기준값보다 작은 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 한 곳 이상에서 직류 아크 예비 판정이 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.
위와 같이 직류 아크 예비 판정이 해제되지 않고 한 곳 이상에서 직류 아크 예비 판정이 유지되게 되면, 직류 아크 예비 판정이 이루어지지 못한 구성에 고장이 발생한 것으로 볼 수 있고, 따라서 위 경우에는 직류 아크 검출 신호와 함께 해당 구성의 점검 신호가 함께 출력되도록 구성될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 태양광 접속반 또는 인버터 내부의 직류 전류 회로상에서 발생하는 직류 아크를 검출하는 3중화 검출장치로서, 내부에서 발생하는 직류아크를 검출하고, 이와 동시에 해당 접속반 또는 인버터와 인접한 주변 장치에서 발생하는 직류 아크를 함께 검출하여 아크의 발생 여부를 오동작 없이 정확하게 검출할 수 있게 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.
1: 접속반 10: 직류전류 검출센서
11: 코어 11A: 절개부
12: 코일 13: 대역통과필터
14: 홀센서 20: 아크 검출센서
21: 코어 22: 코일
30: 신호처리유닛 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: ACP센서 41: 베이스판
42: 제1 전도체 43: 제2 전도체
44: 제1 절연판 45: 제2 절연판
46: 마그네틱 50: 차단기
60: 제어기

Claims (5)

  1. 태양광발전소의 접속반(1) 또는 인버터에 설치되어 직류 아크 전류를 검출하는 직류 아크 검출장치에 있어서,
    상기 접속반(1) 또는 인버터 내부에 설치되는 스트링에 설치되어 직류 전류의 변화율을 검출하는 복수 개의 직류전류 검출센서(10);
    상기 접속반(1) 또는 인버터 내부에 설치되는 복수 개의 스트링상에 설치되어 직류 아크 전류를 검출하는 복수 개의 아크 검출센서(20);
    상기 복수 개의 직류전류 검출센서(10) 및 아크 검출센서(20)를 통해 검출되는 신호를 처리하는 신호처리유닛(30);
    상기 접속반(1) 또는 인버터의 내부 또는 외부에 설치되면서 공기 중으로 방사되는 직류 아크 방사파 신호를 검출하는 ACP센서(Airborne Capacitive Plate, 40);
    상기 접속반(1) 또는 인버터의 내부에 설치되어 회로를 선택적으로 차단하는 차단기(50); 및
    상기 접속반(1) 또는 인버터의 내부에 설치되면서 상기 신호처리유닛(30) 및 상기 ACP센서(40)에서 실시간 검출되는 신호를 통해 직류 전류 감소율, 직류 아크 신호 증가율 및 직류 아크 방사파 신호 증가율을 함께 판단하고, 판단 결과를 통해 직류 아크 발생여부를 판정하여 선택적으로 상기 차단기(50)의 동작을 제어하는 제어기(60);
    를 포함하고,
    상기 ACP센서(40)는,
    2 ~ 50MHz 주파수 대역에서 직류 아크 방사파 신호를 검출하도록 구성되며,
    상기 ACP센서(40)는,
    상기 접속반(1) 또는 인버터를 기준으로 반경 70M 이내에 설치되고,
    상기 ACP센서(40)는,
    소정 두께의 베이스판(41);
    상기 베이스판(41)의 양면에 각각 부착되는 제1, 2 전도체(42, 43);
    상기 제1, 2 전도체(42, 43)의 일측면을 커버하는 제1, 2 절연판(44, 45); 및
    상기 제2 전도체(43)의 저면에 부착되는 소정 크기의 마그네틱(46);
    을 포함하고,
    상기 제1, 2 절연판(44, 45)은,
    상기 제1, 2 전도체(42, 43)의 두께 대비 1 ~ 2배의 두께로 형성되며,
    상기 제어기(60)는,
    상기 직류전류 검출센서(10)를 통해 실시간 검출되는 직류전류 값과 정상상태의 직류전류 값이 대비되면서 실시간 검출되는 직류 전류값의 감소율이 판단되고, 상기 직류 전류값의 감소율이 설정된 감소율과 같거나 큰 것으로 판단되는 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되며,
    상기 아크 검출센서(20)를 통해 실시간 검출되는 직류 아크 신호와 미리 저장된 정상상태의 평균 신호값이 대비되고, 상기 직류 아크 신호의 증가율이 설정된 값과 같거나 큰 것으로 판단되는 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되고,
    상기 ACP센서(40)를 통해 실시간으로 검출되는 직류 아크 방사파 신호와 미리 저장된 정상상태의 직류 아크 방사파 신호가 대비되고, 상기 직류 아크 방사파 신호의 증가율이 설정된 값과 같거나 큰 것으로 판단되는 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정되며,
    상기 직류 전류 감소율, 상기 직류 아크 신호 증가율 및 직류 아크 방사파 신호 증가율이 모두 설정된 기준값과 같거나 큰 경우에만 직류 아크가 발생한 것으로 최종 판정되고,
    상기 직류전류 감소율, 직류 아크 신호 증가율 및 직류 아크 방사파 신호 증가율 중에서 어느 하나라도 미리 설정된 기준값보다 작은 경우에는 미리 설정된 시간 동안 또는 미리 설정된 횟수동안 직류 아크 신호와 직류 전류값이 추가로 모니터링되는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(60)는,
    상기 직류 아크 신호 및 직류 아크 방사파 신호 증가율이 1.5배 이상인 경우에는 직류 아크가 발생한 것으로 예비 판정하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템 설치용 직류 아크 3중화 검출장치.
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