KR20220048603A

KR20220048603A - 접속불량 감지장치 및 접속불량 감지방법

Info

Publication number: KR20220048603A
Application number: KR1020200131676A
Authority: KR
Inventors: 이상원; 권우현
Original assignee: 주식회사 디케이
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-04-20
Also published as: KR102420902B1

Abstract

본 발명은 접속불량 감지장치 및 접속불량 감지방법을 제안한다. 접속불량 감지장치는, 신호처리회로 및 접속불량 판단부를 포함하고, 접속불량 감지방법은 홀센서, 불꽃감지기, 연기검출회로 및 온도감지회로로부터 수신한 아크전류, 불꽃, 연기 및 부스바의 온도 정보를 이용하여 접속불량을 감지하는 6가지 방법을 포함한다.

Description

접속불량 감지장치 및 접속불량 감지방법 {An apparatus and method for detecting a bad connection}

본 발명은 접속불량 감지장치에 관한 것으로, 특히, 접속불량에 의해 발생하는 아크를 검출하는 접속불량 감지장치 및 접속불량 감지방법에 관한 것이다.

태양광발전설비에서 발생하는 화재의 원인으로는, 전선 절연, 인버터의 과열, 및 접속함의 결함 등에서 발생하나 대다수가 설치 단가가 비교적 낮은 전기관련 자재 및 부품에 기인한 사고가 대부분을 차지하며, 1차적으로 접속불량으로 과열이 발생하고, 시간이 경과하면서 절연 파괴로 전선로의 일부가 서로 단락되어 화재로 이어지고, 궁극적으로는 대지와 전기적으로 연결되는 지락사고 등을 유발하게 된다. 이때 전선로가 상호 단락되어도 직류전기인 태양광발전 전기는 전류의 증가량이 크지 않으므로, 전류 크기 자체를 검출하여 태양광발전설비의 이상유무를 판단하는 것은 불가능하다.

접속불량은 1차적으로 직렬회로에서의 전기적 결함이므로 아주 심각하지는 않다. 그렇지만, 접속불량은 접속부에서의 전기저항을 증가시키고 따라서 발열을 수반한다. 발열은 금속을 산화 변형시키며 이를 오랫동안 방치하면 아크(arc), 즉 직렬 아크가 발생한다. 아크는 열을 수반하므로 케이블과 같은 전선 주변 절연물을 탄화시켜 전도체로 변화시키고, 결국은 발전 전기 자체를 서로 단락시켜 큰 아크를 유발시켜 화재로 이어진다. 또 접속불량으로 인한 발열에 의해 발생한 연기가 좁은 공간에 쌓이게 되면, 연기는 도전체 역할을 하여 바로 폭발적인 병렬 아크를 만들어 큰 화재로 이어진다.

따라서 태양광발전설비에서의 화재를 예방 및 방지하기 위해서는 상용 교류전원에서 사용하는 과전류 차단기 또는 누설 차단기 등과 같은 단순 전류 크기 감지는 의미가 없으며, 궁극적으로는 전류 속에 포함된 아크 성분을 감지할 수 있도록 하여야 하며, 부가적으로 접속부 발열 및 불꽃, 연기 등을 감지하는 것이 바람직하다.

대한민국 등록특허: 10-1579939호(2015년 12월 17일)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 접속불량에 의해 발생하는 아크, 불꽃, 연기 및 온도의 변화를 검출하는 접속불량 감지장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 접속불량에 의해 발생하는 아크, 불꽃, 연기 및 온도의 변화를 검출하는 접속불량 감지방법을 제공하는 것에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 아크 접속불량 감지장치는, 신호처리회로 및 접속불량 판단부를 포함한다. 상기 신호처리회로는 홀센서에서 감지된 발전전류의 신호처리 및 불꽃감지기로부터 수신한 검출한 불꽃의 신호처리 중 적어도 하나를 수행한다. 상기 접속불량 판단부는 상기 신호처리회로부터 출력되는 발전전류의 신호처리 결과 및 불꽃의 신호처리 결과를 가공하여 접속불량 여부를 판단하거나, 연기검출회로에서 검출한 연기 및 부스바 온도감지회로에서 검출한 부스바의 온도 중 적어도 하나를 가공하여 접속불량 여부를 판단하거나, 발전전류의 신호처리 결과 및 불꽃의 신호처리결과를 이용하여 접속불량 여부를 판단하거나, 상기 발전전류의 신호처리 결과, 상기 불꽃의 신호처리결과 및 연기를 가공한 결과를 이용하여 접속불량 여부를 판단한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 아크 접속불량 감지방법은, 제1항에 기재된 상기 신호처리회로 및 상기 접속불량 판단부에서 수행하는 것으로, 홀센서에서 검출한 발전전류에 포함된 아크 신호로부터 접속불량을 검출하는 제1접속불량 감지단계, 불꽃 감지기로부터 검출한 불꽃의 발생 여부에 따라 접속불량을 검출하는 제2접속불량 감지단계, 연기검출회로를 이용하여 함내부의 연기로부터 화재 징후를 검출하는 제3접속불량 감지단계, 부스바 온도감지회로로부터 측정된 온도에 따라 접속불량을 검출하는 제4접속불량 감지단계, 상기 제2접속불량 감지단계 및 상기 제3접속불량 감지단계를 병행하여 수행하여 접속불량을 검출하는 제5접속불량 감지단계 및 상기 제1접속불량 감지단계, 및 상기 제5접속불량 감지단계를 통합하여 실시하는 제6접속불량 감지단계 중 적어도 하나를 수행한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 접속불량 감지장치 및 접속불량 감지방법은, 아크 감지를 위한 별도의 센서를 추가하지 않고 기존의 전류센서(홀센서)를 사용하여 고주파 성분을 분리하여 처리하는 방법과, 추가적으로 불꽃 감지기, 연기검출기, 및 온도감지기를 사용하나, 이들 모두는 구현 회로가 비교적 간단하기 때문에 추가 비용을 최소로 할 수 있는 장점이 있다. 이들 중 하나를 독자적으로 사용하는 경우뿐만 아니라, 이들을 병합하는 접속불량 감지방법을 실시함으로써 접속함에서의 접속불량의 상태를 정확하게 예견할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 접속불량 감지방법의 실시 예를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 신호처리회로의 실시 예를 설명한다.
도 3은 접속불량 감지방법의 제1실시 예이다.
도 4는 접속불량 감지방법의 제2실시 예를 설명한다.
도 5는 포토 인터럽트로 구현한 연기검출회로를 이용하여 접속불량을 감지하는 제3실시 예이다.
도 6은 불꽃의 감지 및 연기의 감지 결과를 이용하여 접속불량을 감지하는 접속불량 감지방법의 병합 실시 예를 설명한다.
도 7은 부스바 온도감지회로를 이용하는 접속불량 감지방법의 제4실시 예이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 접속불량 감지방법의 실시 예를 나타낸다.

도 1a는 홀센서와 신호처리회로를 이용하는 제1실시 예이고, 도 1b는 불꽃감지기와 신호처리회로를 이용하는 제2실시 예이며, 도 1c는 연기감지회로를 이용하는 제3실시 예이고, 도 1d는 온도감지회로를 이용하는 제4실시 예이다.

제1실시 예에서, 홀센서(10, 전류센서)는 태양광발전장치의 전극단자로부터 차단기(미도시)로 흐르는 전류를 감지하므로, 접속불량 감지장치 내부에 설치되거나 홀센서(10)가 태양광발전장치의 내부에 설치되는 것도 가능하다.

제2실시 예에서, 불꽃 감지기(20)는 태양광발전장치의 접속함(미도시) 즉 외부에서 빛이 들어오지 않는 밀폐된 공간에 설치되는 곳에서 발생하는 불꽃을 감지한다. 불꽃 감지기(20)는 접속 불량이 가장 많이 발생하는 퓨즈 단자부를 바라볼 수 있는 문짝 중앙에 설치하는 것이 바람직하다.

접속불량으로 열이 발생하면 연기가 나올 수 있는데, 제3실시 예에서는 발광다이오드 & 포토 트랜지스터를 이용하는 연기검출회로(130)를 이용하여 접속불량으로 인해 발생하는 연기를 감지하여 더 큰 화재가 발생하기 전에 접속불량 상태를 감지할 수 있다.

접속불량으로 발생하는 열이 종국에는 화재를 발생하는 원인이 되므로, 제4실시 예에서는 온도가 올라가면 저항이 줄어드는 반도체 소자(NTC; Negative Temperature Coefficient)를 이용하는 온도감지회로(140)를 이용하여 아크의 발생 확률이 높은 장소의 온도를 측정함으로써, 접속불량을 원인으로 하는 화재의 예방에 활용할 수 있다.

접속불량의 결과는 다양한데, 본 발명에서는 접속불량의 결과 중 상당한 부분을 차지하는 아크(arc)의 발생 및 열의 발생을 검출하여, 화재의 예방 또는 더 큰 화재로 발전하기 전에 이를 확인할 수 있도록 한다.

상술한 제1실시 예 및 제2실시 예는 홀센서(10) 및 불꽃감지기(20)에서 감지된 신호를 본 발명에 따른 접속불량 감지장치를 구성하는 신호처리회로(110)에서 처리하여 접속불량 판단부(120)에서 접속불량의 결과 중 하나인 아크의 발생을 판단할 수 있다.

반면에, 접속불량 감지장치의 제3실시 예 및 제4실시 예에 각각 사용되는 연기검출회로(120) 및 부스바 온도감지회로(130)는, 연기검출회로(120) 및 부스바 온도감지회로(130)의 결과신호를 이용하여 본 발명에 따른 접속불량 감지장치를 구성하는 접속불량 판단부(120)에서 접속불량의 결과 중 다른 하나인 열의 발생을 감지할 수 있도록 한다.

후술하겠지만, 4개의 실시 예는 모두 각각 독자적으로 접속불량을 감지하는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 이들 중 적어도 2개의 실시 예를 병합하여 접속불량을 감지하는데 사용되는 것도 가능하다.

도 1에는 본 발명에 따른 접속불량 감지장치를 구성하는 복수의 기능블록 중 일부인 신호처리회로(110) 및 접속불량 판단부(120)를 도시하였다. 접속불량 감지장치를 구성하는 신호처리회로(110) 및 접속불량 판단부(120)가 홀센서(10)에서 검출한 발전전류에 포함된 아크 전류, 불꽃감지기(20)에서 검출한 불꽃, 연기검출회로(130)에서 검출한 연기, 및 부스바 온도감지회로(140)에서 검출한 부스바 온도를 이용하여 접속불량을 검출한다.

여기서, 접속불량 판단부(120)는 아날로그-디지털 컨버터(미도시), 메모리(미도시), 펄스 계수기(미도시) 및 제어부(미도시)를 포함하여, 신호처리장치(110), 연기검출회로(130), 및 온도감지회로(140)에서 측정한 아날로그 신호를 디지털신호로 변환한 후, 변환한 값을 메모리(미도시)에 저장한 기준크기, 기준크기변화, 기준개수변화, 기준지속시간 1, 기준지속시간 2, 통합지속시간, 경고기준시간, 기준밝기, 기준연기, 기준 불꽃 세기, 최고온도, 기준 불꽃 세기, 및 기준편차와 비교하여 그 결과에 따라 접속불량 여부를 결정한다.

도 2는 도 1에 도시된 신호처리회로의 실시 예를 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 접속불량 감지장치를 구성하는 신호처리회로(110)는 증폭기(210), 고역통과필터 & 증폭기(220), 적분기(230) 및 미분기(240)를 포함한다.

증폭기(210, amplifier)는 홀센서(10, 또는 전류센서)에서 측정한 발전전류 속에 포함된 잡음은 제거하고 아크 전류성분은 증폭한다. 고역통과필터 & 증폭기(220, high pass filter & amplifier)는 한편으로는 증폭기(210)에서 출력되는 고주파성분을 가지는 아크 전류성분을 일반 신호와 분리하며, 분리된 아크 전류성분을 증폭한다. 적분기(230, integrator)는 고역통과필터 & 증폭기(220)에서 출력하는 아크 전류성분의 크기를 적분한다. 미분기(240, differentiator)는 고역통과필터 & 증폭기(220)에서 출력하는 아크 전류성분의 피크 신호를 생성한다.

증폭기(210)의 아날로그 출력(A)은 한편으로는 고역통과필터 & 증폭기(220)로 전달되지만, 다른 한편으로는 접속불량 판단부(120)를 구성하는 아날로그-디지털 컨버터(미도시)로 전달되어 홀센서(10)에서 검출한 전류의 크기를 디지털신호로 변환한 후 발전전류의 크기를 측정하는데 사용될 수 있다.

적분기(230)의 아날로그 출력(B)도 접속불량 판단부(120)를 구성하는 아날로그-디지털 컨버터(미도시)로 전달하여 디지털신호로 변환된 후 접속불량 판단부(120)를 구성하는 메모리(미도시)에 저장한 기준크기와 비교하는데 사용된다.

미분기(240)로부터 출력되는 펄스 신호는 접속불량 판단부(120)를 구성하는 펄스 계수기(미도시)로 전달되어 펄스의 개수를 계측하고, 계측된 펄스의 개수는 접속불량 판단부(120)를 구성하는 메모리에 저장된 기준펄스와 비교하는데 사용된다.

도 3은 접속불량 감지방법의 제1실시 예이다.

도 3a는 본 발명에 따른 접속불량 감지장치를 이용하여 접속불량 감지방법의 제1실시 예를 수행하는 감지회로를 표시하며, 도 3b는 접속불량 감지방법의 제1실시 예를 나타낸다.

도 3a를 참조하면, 태양광발전장치(301)의 전원단자(NEG-IN)에서 차단기(MCCB)로 전달되는 발전전류를 홀센서(10, 전류센서)에서 검출하고, 홀센서(10)에서 검출한 발전전류에 포함된 아크 전류성분에 대한 신호처리(signal processing)를 본 발명에 따른 접속불량 감지장치를 구성하는 신호처리회로(110)에서 수행하여 아크 유무를 판별한다는 것을 알 수 있다. 본 발명에서는 발전전류 속에 포함된 신호의 주기성 및 발전전류를 적분한 값의 크기를 이용하여 아크의 발생 여부를 판단하는 것을 제안한다.

일반적으로 아크는 인버터에서 발생하는 주기적인 잡음과는 다르게 비 주기적이며 연속적이지 않는데, 본 발명에서는 아크의 이러한 특징을 감안하여 30Hz(Hertz)로 인가되는 신호의 개수를 카운트하고 카운트한 신호의 개수를 미리 설정한 기준개수와 비교하여 신호의 주기성을 판단한다. 즉, 발전전류에 포함된 신호가 주기성이 있다면 아크가 발생할 가능성이 작다는 것이고, 반대로 발전전류에 포함된 신호가 주기성이 없다면 아크의 발생가능성이 있다고 판단하게 될 것이다.

미분기(240)에서 출력되는 일정 시간 구간 동안의 펄스신호의 개수를 미리 설정한 기준펄스와 비교하여, 펄스신호의 개수가 기준펄스에 비해 적을 때에는 주기성이 없다고 판단할 수 있을 것이다.

일정한 시간 구간 동안 발전전류를 적분한 값의 크기를 미리 설정한 기준크기와 비교하여, 적분한 값의 크기가 기준크기에 비해 크다면 아크의 발생가능성이 있다고 판단하게 될 것이다.

본 발명에서는 적분한 값의 크기가 기준크기에 비해 크고 동시에 펄스신호의 개수가 기준펄스에 비해 커졌을 때에 아크의 발생을 경고할 것을 제안한다.

도 3b를 참조하면, 접속불량 감지방법의 제1실시 예는, 발전전류 적분 값 저장단계(310), 적분 값의 변화 비교단계(320), 이상징후 설정단계 1(330), 펄스 개수 변화 비교단계(340), 이상징후 설정단계 2(350), 아크 발생 여부 판단단계 1(360), 경고신호 지속시간 비교단계(370) 및 아크 발생 여부 판단단계 2(380)를 수행한다.

발전전류 적분 값 저장단계(310)에서는 적분기(230)의 출력전류를 30Hz 단위로 메모리에 저장한다.

적분 값의 변화 비교단계(320)에서는 적분기(230)의 출력신호(적분 값)의 변화와 기준크기변화를 비교한다.

이상징후 설정단계 1(330)은 적분 값의 변화 비교단계(320)에서 적분 값의 변화가 기준크기변화보다 크다고 판단한 때(Yes) 수행하며, 비교의 결과를 이상징후 1로 설정한다.

펄스 개수 변화 비교단계(340)에서는 계수되는 펄스 개수의 변화와 기준개수변화를 비교한다.

이상징후 설정단계 2(350)는 펄스 개수 변화 비교단계(340)에서 펄스 개수의 변화가 기준개수변화보다 크다고 판단한(Yes) 결과를 이상징후 2로 설정한다.

아크 발생 여부 판단단계(360)에서는, 이상징후 1 및 이상징후 2가 동시에 설정되면 경고신호를 발생한다.

경고신호 지속시간 비교단계(370)는 경고신호와 기준지속시간을 비교하여, 경고신호가 기준시간 이상으로 지속 되는가를 판단한다.

아크 발생 여부 판단단계 2(380)는 경고신호 지속시간 비교단계(370)에서 경고신호의 지속시간이 기준지속시간보다 길다고 판단한 때에 수행하며, 이상신호를 발생한다.

경고신호가 접속 불량에 의한 아크의 발생 가능성이 있다는 잠정적인 판단이라면, 이상신호는 접속 불량에 의한 아크가 실제로 발생하였다는 정도의 차이가 있다.

상기의 설명에서, 기준크기변화, 기준개수변화, 및 기준지속시간은 접속불량 판단부(120)를 구성하는 메모리(미모리)에 미리 저장해 놓은 값이다.

도 3b에 도시한 접속불량 감지방법의 제1 실시 예는 기존의 방식과 비교할 때, 아래와 같은 차이가 있다.

첫째, 아크 감지를 위해서 별도의 센서를 사용하지 않고 기존 홀센서를 이용한 전류감지센서를 사용한다는 점이다.

둘째, 검출방법으로 발생신호의 주기성/비주기성을 판별하여 동작한다는 점이다. 주기성 신호는 잡음 및 인버터 발생 고조파 신호이고 비주기성 신호는 아크 신호 가능성이 크기 때문이다.

셋째, 30hz 단위의 스파이크 신호 개수 검출과 함께 시간에 따라서 변하는 스파이크 신호의 크기를 동시에 검출하는 방식을 사용한다.

여기서 30hz 주기로 계측하는 이유는;

상용 전기는 60hz 단위로 파형이 반복되므로, 이로 인한 잡음은 60hz 성분으로 나타나고, 따라서 잡음이 있는 환경에서 잡음을 제거하기 위해서 60hz 평균치를 제외한 크기로 보기 위함이다.

접속불량이 발생하면 불꽃이 발생함과 함께 연기도 발생할 것이므로, 본 발명에서는 이하에서 설명하는 것과 같이, 불꽃의 발생과 연기의 발생을 검출하여 접속불량의 발생 여부를 판단하고자 한다.

도 4는 접속불량 감지방법의 제2실시 예를 설명한다.

도 4를 참조하면, 접속불량 감지방법의 제2실시 예는 불꽃감지기(410)에서 감지된 불꽃 감지 결과를 본 발명에 따른 접속불량 감지장치를 구성하는 신호처리회로(110)가 처리하는 것을 알 수 있다.

일반적으로 접속함은 외부에서 빛이 들어오지 않는 밀폐된 공간이므로, 접속함에서 발생하는 아크의 불빛을 불꽃감지기(410)에서 감지함으로써 아크의 발생 유무를 간접적으로 확인할 수 있다. 불꽃 감지기는 여러 소자가 사용될 수 있겠지만, 빛의 세기에 따라서 저항값이 변하는 CDS(황화카드뮴셀)를 사용하는 방식을 적용할 수 있다.

CDS 감지 방식은 불꽃의 파장에 대한 선택성이 없으므로, 반드시 아크 불빛만을 감지하는 것은 아니다. 즉, 접속함의 문을 개방하여 빛이 들어와도 불꽃감지기(410)가 동작하므로, 이를 해결하기 위하여 CDS 출력이 급격하게 기준밝기 이상으로 커지면 이를 증폭기(210)의 출력을 이용하여 감지하고, 이 경우는 접속함의 문을 연 것으로 판단하도록 한다. CDS는 접속불량이 가장 빈번하게 발생하는 퓨즈 단자부를 바라볼 수 있는 곳에 설치하는 것이 바람직하다. 아크 발생 상태의 불빛은 연속적인 밝기가 아니므로. 고역 통과 필터(230)를 사용하여 변하는 불빛의 크기만을 검출함과 동시에 그 개수를 계수하여 아크 발생 유무를 검출한다.

도 5는 포토 인터럽트로 구현한 연기검출회로를 이용하여 접속불량을 감지하는 제3실시 예이다.

도 5를 참조하면, 연기검출회로로는 빛을 발광하는 발광다이오드와 빛을 감지하는 포토 트랜지스터를 구비하는 포토 인터럽터(Photo-interrupter)를 사용하는데, 발광다이오드와 포토 트랜지스터 사이에 아무것도 존재하지 않을 때와 연기와 같은 이 물질이 존재할 때 발광다이오드로부터 방출되는 빛을 포토 트랜지스터에서 수신하는 양이 다르게 되는 것을 이용한다.

본 발명에서는 도 4에 도시된 제2실시 예와 도 5에 도시된 제3실시 예를 각각 독자적으로 사용하는 것은 물론이고, 도 4에 도시된 불꽃감지기(410)에서 감지한 불꽃의 존재 여부와 함께 연기의 존재 여부를 동시에 고려함으로써, 접속불량을 판단할 수 있도록 한다.

도 6은 불꽃의 감지 및 연기의 감지 결과를 이용하여 접속불량을 감지하는 접속불량 감지방법의 병합 실시 예를 설명한다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 접속불량 감지방법의 병합 실시 예(600)는 문 열림 판단단계(510), 불꽃의 세기 비교단계(520), 이상징후 설정단계 3(530), 감지연기 비교단계(540), 이상징후 설정단계 4(550), 경고신호 발행단계(560), 및 이상신호 발행단계(570)를 수행한다.

문 열림 판단단계(510)에서는 불꽃 감지기(20)의 감지결과로부터 불꽃감지기(20)가 설치된 접속함의 문이 열렸는가를 판단하며, 문이 열렸다고 판단한 때(Yes)에는 계속하여 접속함의 문이 열렸는가를 반복하도록 한다.

불꽃의 세기 비교단계(520)는 문 열림 판단단계(510)에서 접속함의 문이 열린 상태가 아니라고 판단한 때(No) 수행하며, 불꽃 감지기(20)에서 감지된 불꽃의 세기가 기준 불꽃 세기 이상인가를 판단하며, 불꽃의 세기가 미리 설정한 기준 불꽃 세기 이하라고 판단한 때(No)에는 문 열림 판단단계(510)를 수행하도록 한다.

이상징후 설정단계 3(530)은 불꽃의 세기 비교단계(520)에서 불꽃 감지기(20)에서 감지된 불꽃의 세기가 기준 불꽃 세기 이상이라고 판단한 때(Yes)에 수행되며, 접속함의 문이 닫혀있는 상태이면서 동시에 불꽃의 세기가 미리 설정한 기준 불꽃 세기 이상인 경우를 이상징후 3으로 설정한다.

감지연기 비교단계(540)는 이상징후 3인 상태에서 연기검출회로(130)에서 검출한 연기가 기준연기에 비해 큰가를 판단하며, 검출한 연기가 기준연기에 비해 작을 때(No), 즉, 검출된 연기의 세기가 기준연기의 세기에 비해 작을 때에는 계속하여 검출한 연기의 세기와 기준연기의 세기를 비교한다.

이상징후 설정단계 4(550)는 감지연기 비교단계(540)에서 검출한 연기의 세기가 기준연기의 세기에 비해 크다고 판단한 때(Yes)에는 이러한 상황을 이상징후 4로 설정한다.

경고신호 발행단계(560)에서는 이상징후 3 및 이상징후 4가 동시에 설정되었을 때에 대응하는 경고신호를 발행한다.

이상신호 발행단계(570)에서는 경고신호의 지속시간이 미리 설정한 경고지속시간을 경과 한 때에 대응하는 이상신호를 발행한다. (도 6을 수정하였습니다.)

실시 예에 따라서는 도 4에 도시된 접속불량 감지방법 제1실시 예와 도 6에 도시된 접속불량 감지방법 병합 실시 예가 각각 배타적으로 실시되는 것이 가능하지만, 아래와 같이 통합하여 진행하는 것도 가능하다. 제1실시 예(400)와 병합 실시 예(600)가 통합(병합 실시 예와 구분하기 위해 선택한 용어)하여 진행되는 경우, 각각의 실시 예의 동작은 서로 배타적으로 진행될 것이다.

그러나 경고신호의 발행과 이상신호의 발행은 아래와 같이 통합하여 진행하는 것이 가능할 것이다.

통합 경고신호는 이상징후 1과 이상징후 3 또는 이상징후 1과 이상징후 4가 동시에 발행되는 경우이거나 이상징후 2와 이상징후 3 또는 이상징후 2와 이상징후 4가 동시에 발행되는 경우에 발행되도록 하는 것이다.

통합 이상신호는, 1차적으로는 통합 경고신호의 지속시간이 미리 설정한 통합지속시간보다 길게 진행되는 때 발행된다. 이차적으로는, 이상징후 1, 이상징후 2 및 이상징후 3이 동시에 발행되거나, 이상징후 1, 이상징후 2 및 이상징후 4가 동시에 발행되는 경우 발행된다.

또 다른 접속불량이 발생할 가능성이 있는 곳은 모든 발전전기가 모이는 장소인 부스바이다. 즉, 개별 발전전기가 병렬로 연결되는 부스바는 흐르는 전류의 크기도 상당하므로, 이곳에서 접속불량이 발생하는 경우 열의 발생 될 수 있다. 따라서 부스바에서 열을 감지할 수 있다면 아크 이전 상태에서 접속불량을 검출할 수 있을 것이다. 부스바는 열전도가 매우 높은 하나의 구리 막대이므로, +측 부스바와 -측 부스바 위에 온도감지회로를 부착함으로써 부스바에서의 열의 발생 유무를 확인할 수 있다.

도 7은 부스바 온도감지회로를 이용하는 접속불량 감지방법의 제4실시 예이다.

도 7a는 부스바 온도감지회로의 일 실시 예이고, 도 7b는 부스바 온도감지회로의 결과를 이용하는 접속불량 감지방법의 제4실시 예를 설명한다.

도 7a을 참조하면, 부스바 온도감지회로(700)는, 온도가 올라가면 오히려 저항이 감소하는 반도체 소자인 NTC 소자를 온도감지 센서로 사용하는데, 부스바의 양극 단자(+, -)에 각각 1개씩, 모두 2개의 온도감지회로(700)를 설치하여 사용하는 것이 바람직하다. 이는 측정하는 부스바의 온도의 선형성을 좋게 하는 것도 하나의 이유가 되지만, 긴 막대모양의 부스바 전체의 평균온도를 측정하기 위한 것도 있다. 또한, 부스바의 양극에서 동시에 온도를 측정하는 이유는, 정상적인 상태에서는 양극 사이의 온도 차이는 발생하지 않는 특성을 이용하기 위한 것으로, 접속불량이 발생하였을 때의 양극의 온도차이를 이용하여 접속불량을 감지하고자 하기 때문이다.

도 7b를 참조하면, 접속불량 감지방법의 제3실시 예(750)는 부스바 온도 측정단계(751), 부스바 온도 비교단계 1(752), 부스바 온도 비교단계 2(753), 경고신호 발행단계(754) 및 이상신호 발행단계(755)를 수행한다.

부스바 온도 측정단계(751)에서는 부스바 양단자 각각의 평균온도를 측정한다.

부스바 온도 비교단계 1(752)에서는 부스바 양단자 각각의 평균온도와 미리 설정한 최고온도를 비교한다.

부스바 온도 비교단계 2(753)는 부스바 양단자 각각의 평균온도가 최고온도보다 낮을 때(no)에 수행하며, 부스바 양단자의 온도 편차가 미리 설정한 기준편차보다 큰 가를 판단한다.

경고신호 발행단계(754)는 부스바의 온도 비교단계 1(752)에서 부스바 양단자 각각의 평균온도가 최고온도보다 높다고 판단한 때(Yes) 및 부스바의 온도 비교단계 2(753)에서 부스바 양단자의 온도 편차가 미리 설정한 기준편차 범위를 벗어난다고 판단한 때(Yes)에 이에 대응하는 경고신호를 발행한다.

이상신호 발행단계(755)는 경고신호 발행단계(754)에서 발행된 경고신호가 기준지속시간 2 이상으로 지속된다고 판단한 때에 이상신호를 발행한다.

위에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따른 접속불량 감지장치를 이용하여 수행하는 접속불량 감지방법은,

홀센서(10)에서 검출한 발전전류에 포함된 아크 신호로부터 접속불량을 검출하는 제1실시 예;

불꽃 감지기(20)로부터 검출한 불꽃의 발생 여부에 따라 접속불량을 검출하는 제2실시 예;

연기검출회로(130)를 이용하여 검출한 연기로부터 접속불량을 검출하는 제3실시 예; 및

부스바 온도감지회로(140)로부터 측정된 온도에 따라 접속불량을 검출하는 제4 실시 예;

이외에도

제2실시 예와 제3실시 예를 병행하여 수행하여 접속불량을 검출하는 병행 실시 예; 및

제1실시 예, 제2실시 예 및 제3실시 예를 통합하여 수행한 후, 제1실시 예 ~ 제3실시 예의 중간 결과를 통합하여 접속불량을 검출하는 통합 실시 예를 더 수행하는 것이 가능하다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.

10: 홀센서(전류센서)
20: 불꽃 감지기
110: 신호처리회로
120: 접속불량 판단부
130: 연기검출회로
140: 부스바 온도감지회로

Claims

홀센서에서 감지된 발전전류의 신호처리 및 불꽃감지기로부터 수신한 검출한 불꽃의 신호처리 중 적어도 하나를 수행하는 신호처리회로; 및
상기 신호처리회로부터 출력되는 발전전류의 신호처리 결과 및 불꽃의 신호처리 결과를 가공하여 접속불량 여부를 판단하거나, 연기검출회로에서 검출한 연기 및 부스바 온도감지회로에서 검출한 부스바의 온도 중 적어도 하나를 가공하여 접속불량 여부를 판단하거나, 발전전류의 신호처리 결과 및 불꽃의 신호처리결과를 이용하여 접속불량 여부를 판단하거나, 상기 발전전류의 신호처리 결과, 상기 불꽃의 신호처리결과 및 연기를 가공한 결과를 이용하여 접속불량 여부를 판단하는 접속불량 판단부를
포함하는 접속불량 감지장치.
제1항에서, 상기 신호처리회로는,
상기 홀센서에서 측정한 발전전류 속에 포함된 잡음은 제거하고 아크 전류성분은 증폭하는 증폭기;
한편으로는 상기 증폭기에서 출력되는 고주파성분을 가지는 아크 전류성분을 일반 신호와 분리하며, 분리된 아크 전류성분을 증폭하는 고역통과필터 & 증폭기;
상기 고역통과필터 & 증폭기에서 출력하는 아크 전류성분의 크기를 적분하는 적분기; 및
상기 고역통과필터 & 증폭기에서 출력하는 아크 전류성분의 피크 신호를 생성하는 미분기를
포함하는 접속불량 감지장치.
제2항에서, 상기 접속불량 판단부는,
아날로그-디지털 컨버터, 메모리, 펄스 계수기 및 제어부를 포함하며,
상기 아날로그-디지털 컨버터는, 상기 신호처리회로, 상기 연기검출회로, 및 상기 온도감지회로에서 측정한 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하고,
상기 펄스 계수기는 상기 미분기로부터 출력되는 피크 신호의 개수를 카운트하며,
상기 제어부는 상기 아날로그 디지털 컨버터에서 변환한 값을 상기 메모리에 저장한 기준크기, 기준크기변화, 기준개수변화, 기준지속시간, 경고지속시간, 통합지속시간, 기준밝기, 기준연기, 기준 불꽃 세기, 최고온도, 기준 불꽃 세기, 및 기준편차와 비교하여 그 결과에 따라 접속불량 여부를 결정하는 접속불량 감지장치.
제1항에 기재된 상기 신호처리회로 및 상기 접속불량 판단부에서 수행하는 것으로,
홀센서에서 검출한 발전전류에 포함된 아크 신호로부터 접속불량을 검출하는 제1접속불량 감지단계;
불꽃 감지기로부터 검출한 불꽃의 발생 여부에 따라 접속불량을 검출하는 제2접속불량 감지단계;
연기검출회로를 이용하여 검출한 연기로부터 접속불량을 검출하는 제3접속불량 감지단계;
부스바 온도감지회로로부터 측정된 온도에 따라 접속불량을 검출하는 제4접속불량 감지단계;
상기 제2접속불량 감지단계 및 상기 제3접속불량 감지단계를 병행하여 수행하여 접속불량을 검출하는 제5접속불량 감지단계; 및
상기 제1접속불량 감지단계, 및 상기 제5접속불량 감지단계를 통합하여 실시하는 제6접속불량 감지단계 중
적어도 하나를 수행하는 접속불량 감지방법.
제4항에서, 상기 제1접속불량 감지단계는,
발전전류를 적분한 적분기의 출력전류를 30Hz 단위로 메모리에 저장하는 발전전류 적분 값 저장단계;
상기 적분기로부터 출력되는 적분 값의 변화와 기준크기변화를 비교하는 적분 값의 변화 비교단계;
상기 적분 값의 변화 비교단계에서 적분 값의 변화가 기준크기변화보다 크다고 판단한 때 수행하며, 비교의 결과를 이상징후 1로 설정하는 이상징후 설정단계 1;
발전전류를 미분하여 얻은 신호에 포함된 펄스 개수의 변화와 기준개수변화를 비교하는 펄스 개수 변화 비교단계;
상기 펄스 개수 변화 비교단계에서 펄스 개수의 변화가 상기 기준개수변화보다 크다고 판단한 때 수행되며 상기 펄스 개수 변화 비교단계에의 비교 결과를 이상징후 2로 설정하는 이상징후 설정단계 2;
상기 이상징후 설정단계 1 및 상기 이상징후 설정단계 2에서 이상징후 1 및 이상징후 2가 동시에 설정되면 경고신호를 발생하는 아크 발생 여부 판단단계;
상기 경고신호와 기준지속시간을 비교하여, 상기 경고신호가 상기 기준지속시간이상으로 지속 되는가를 판단하는 경고신호 지속시간 비교단계; 및
상기 경고신호 지속시간 비교단계에서 상기 경고신호의 지속시간이 기준지속시간보다 길다고 판단한 때에 수행하며, 이상신호를 발생하는 아크 발생 여부 판단단계 2를
수행하는 접속불량 감지방법.
제5항에서, 상기 제5접속불량 감지단계는,
불꽃 감지기의 감지결과로부터 상기 불꽃 감지기가 설치된 접속함의 문이 열렸는가를 판단하며, 문이 열렸다고 판단한 때에는 계속하여 접속함의 문이 열렸는가를 반복하도록 하는 문 열림 판단단계;
상기 문 열림 판단단계에서 접속함의 문이 열린 상태가 아니라고 판단한 때 수행하며, 상기 불꽃 감지기에서 감지된 불꽃의 세기가 기준 불꽃 세기 이상인가를 비교하고, 불꽃의 세기가 미리 설정한 상기 기준 불꽃 세기 이하라고 판단한 때에는 상기 문 열림 판단단계를 수행하도록 하는 불꽃의 세기 비교단계;
상기 불꽃의 세기 비교단계에서 상기 불꽃 감지기에서 감지된 불꽃의 세기가 기준 불꽃 세기 이상이라고 판단한 때에 수행되며, 접속함의 문이 닫혀있는 상태이면서 동시에 불꽃의 세기가 미리 설정한 기준 불꽃 세기 이상인 경우를 이상징후 3으로 설정하는 이상징후 설정단계 3;
상기 이상징후 설정단계 3 후 연기검출회로에서 검출한 연기가 기준연기에 비해 큰가를 판단하며, 검출된 연기의 세기가 기준연기의 세기에 비해 작을 때에는 계속하여 검출한 연기의 세기와 기준연기의 세기를 비교하는 감지연기 비교단계;
상기 감지연기 비교단계에서 검출한 연기의 세기가 기준연기의 세기에 비해 크다고 판단한 때에 수행하며, 상기 감지연기 비교단계의 판단결과를 이상징후 4로 설정하는 이상징후 설정단계 4;
상기 이상징후 설정단계 3 및 상기 이상징후 설정단계 4를 수행하여, 이상징후 3 및 이상징후 4가 동시에 설정되었을 때에 대응하는 경고신호를 발행하는 경고신호 발행단계; 및
상기 경고신호의 지속시간이 미리 설정한 경고지속시간을 경과 한 때, 이에 대응하는 이상신호를 발행하는 이상신호 발행단계를
수행하는 접속불량 감지방법.
제6항에서, 상기 문 열림 판단단계에서는,
상기 불꽃 감지기의 감지결과가 기준밝기 이상으로 커지는 경우에는 문을 연것으로 판단하는 접속불량 감지방법.
제6항에서,
상기 이상징후 1과 상기 이상징후 3 또는 상기 이상징후 1과 상기 이상징후 4가 동시에 발행되는 경우이거나 상기 이상징후 2와 상기 이상징후 3 또는 상기 이상징후 2와 상기 이상징후 4가 동시에 발행되는 경우에 통합경고신호를 발행하는 통합경고신호 발행단계; 및
상기 통합경고신호의 지속시간이 미리 설정한 통합지속시간보다 길게 진행되는 때 및 상기 이상징후 1, 상기 이상징후 2 그리고 이상징후 3이 동시에 발행되거나, 상기 이상징후 1, 상기 이상징후 2 그리고 이상징후 4가 동시에 발행되는 경우에 통합이상신호를 발행하는 통합이상신호 발행단계를
더 수행하는 접속불량 감지방법.
제4항에서, 상기 제4접속불량 감지단계는,
부스바 양단자 각각의 평균온도를 측정하는 부스바 온도 측정단계;
부스바 양단자 각각의 평균온도와 미리 설정한 최고온도를 비교하는 부스바 온도 비교단계 1;
부스바 온도 비교단계 1에서 부스바 양단자 각각의 평균온도가 최고온도보다 낮다고 판단한 때에 수행하며, 부스바 양단자의 온도 편차가 미리 설정한 기준편차 보다 큰가를 판단하는 부스바 온도 비교단계 2;
상기 부스바의 온도 비교단계 1에서 부스바 양단자 각각의 평균온도가 최고온도보다 높다고 판단한 때 및 상기 부스바의 온도 비교단계 2에서 부스바 양단자의 온도 편차가 미리 설정한 기준편차보다 크다고 판단한 때에 이에 대응하는 경고신호를 발행하는 경고신호 발행단계; 및
상기 경고신호 발행단계에서 발행된 경고신호가 기준지속시간 2 이상으로 지속 된다고 판단한 때에 수행하며 이상신호를 발행하는 이상신호 발행단계를
수행하는 접속불량 감지방법.
제4항에서,
상기 불꽃 감지기는 접속 불량이 가장 많이 발생하는 퓨즈 단자부를 바라볼 수 장소에 설치하는 접속불량 감지방법.
제4항에서,
상기 부스바 온도감지회로는 +측 부스바와 -측 부스바 위에 각각 부착하는 접속불량 감지방법.