KR20240099572A - 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 모듈에서 발생된 전력을 인버터로 전달하게 되는 직류전원공급회로에 있어서 모듈과 접속함으로 이어지는 스트링회로에서 발생하는 접속불량, 절연파괴, 누전, 지락으로 인한 전기사고나 전기화재를 초기에 감지하고 확산을 미연에 방지하기 위해 원형자성코어에 양극(+)과 음극(-) 직류스트링회로를 관통하여 서로 방향성이 반대인 양극(+)과 음극(-)전류의 자속이 상쇄되어 남는 차이만큼의 누설전류 크기만큼 형성되는 자속에 교류성분의 발진회로를 첨가하여 2차권선에 2차전류로 자속을 상쇄하여 없어지는 시점에 누설전류를 측정하고, 20mA 이하의 설정치 이상의 누설전류가 발생시 직류전원을 전자기유도에 의한 접점 가동과 수소 질소로 발생아크를 급속 소호시켜 0.1초 이내로 자동 차단하는 기능과 알림 기능 및 모니터링기능을 포함하여 누전으로 인한 전기사고 및 전기화재 초기진압을 실현하여 전기사고 및 전기화재의 확대방지, 인명 및 재산 피해 최소화가 가능한 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템에 관한 것이다.

Description

스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템{The solar power system with high-speed auto power-off function with leakage current of each string}

본 발명은 누전으로 인한 전기사고 및 전기화재 예방과 화재 초기진압을 위해 전기사고의 원인인 누전의 감지기능, 모듈의 전원을 고속자동 차단기능, 전원수동차단기능, 알림 기능 갖는 태양광발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 모듈에서 발생된 전원을 인버터로 전달하게 되는 직류전원설비의 양극(+)이나 음극(-) 배선이나 모듈 등 설비에서 절연파괴, 지락으로 인한 누전 발생 시에 나타나는 직류누설전류를 스트링회로별로 0 - 20mA 범위에서 자성코어 자속에 교류성분의 발진회로를 첨가하여 2차권선에 의한 2차전류로 누설전류를 감지하여 절연정도, 지락여부 등을 판단하여 해당스트링회로만 0.1sec 이내 고속 차단 분리하여 절연파괴, 전기사고, 인명피해 및 전기화재의 추가나 확대 방지을 위해 신속한 누전 알림과 전원고속자동차단 기능을 갖는 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템에 관한 것이다.

태양광발전은 반도체로 만들어진 태양전지(모듈)에 빛 에너지를 조사하여 빛 에너지를 직류 전기로 변환하여 전력을 생산하는 것으로써, 무한정ㆍ무공해의 태양 에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고, 대기오염이나 폐기물 발생이 적으며, 또한 기계적인 진동과 소음이 없고, 수명이 최소 25년 이상으로 길며, 유지보수도 용이한 장점이 있다.

일반적으로 태양광 발전시스템은 직류의 전기 에너지를 생성하는 태양광 모듈과, 태양광 모듈에서 발생된 여러 스트링회로 직류전원을 인버터로 전달하게 위해 하나의 직류전원회로로 모으는 접속함, 모아진 직류전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하며, 인버터에서 변환된 교류 전원은 별도의 교류 배전반에 의해 전력 계통 시스템으로 연계되어 구내 또는 수용가에 공급되어 일반전기부하에서 사용하게 된다.

단위 태양전지에서 발생되는 전기 에너지의 량은 매우 작기 때문에 통상적으로는 여러 개의 태양전지군을 모듈로 제작하며, 또한 복 수개의 태양광 모듈을 직렬로 한 그룹으로 스트링을 구성하고 이러한 스트링그룹을 다시 병렬로 연합하여 필요한 전력을 개폐기 또는 차단기, 피뢰소자, 퓨즈 등으로 구성된 접속함에서 하나의 직류회로 전원으로 확보하여 인버터로 전달하게 되는데, 모듈, 접속함, 인버터 및 연결 직류배전설비에서 누전 지락 접촉불량에 의한 과열, 단선, 단락 등 전기안전에 치명적인 사고와 전기화재가 발생하는 사례가 빈번하다.

이러한 전기사고로 인한 인명 재산 피해를 방지하기 위하여 상기의 태양광발전설비의 상태 상시 감시 필요가 요구되나 지속적인 전원공급과 기존 전력계통 연계되어 기존에는 전원공급에서 회로 분리하여 정기적으로 절연저항측정으로 안전여부를 판단하였으나 사고의 불시적 발생에 대처가 어려워 직류계통의 누설전류 상시감시기능의 설비가 요구된다.

또한 태양광 모듈이나 접속함은 실외에 설치된 관계로 전기사고나 전기화재를 인지하더라도 태양광모듈에서 지속적인 직류전원이 유입되어 신속한 사고처리나 화재 진압이 용이하지 않고 확산되는 문제점이 있었다.

전기 사고나 전기화재가 발생되면 재산 및 인명 피해가 매우 크기 때문에 무엇보다 가장 중요한 것은 누설전류, 절연저항, 온도, CO가스 등 전기사고요소의 조기검출장치, 모듈 직류전원의 사고회로만 빠른 시간 내에 차단장치의 개발이 매우 절실하다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 전문기술자가 정전시키고 휴대용 계측기로 정기적인 점검 하는 수준의 단점이 내재된 관리형태로 언제 발생할지 모르는 누전사고의 발견 대처의 어려운 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양광발전시스템의 모듈에서 인버터까지의 직류배전선로의 누전를 극성과 크기를 인체에 무해한 20mA 이하범위에서 감지하여, 모듈과 접속함 또는 인버터 사이의 직류회로를 자동차단하는 차단반을 설치하여 신속하고 자동적으로 사고 스트링회로만 모듈전원을 차단하고 필요시 수동차단, 자동알림 조치를 하여 전기사고로 인한 부하설비 고장이나 2차적 전기사고의 방지, 전기화재예방, 인명피해를 예방하고 사고초기 완전진압 및 확산방지가 가능한 전원자동차단 기능을 갖는 안전하고 편리한 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양광을 받아 직류전원을 발전하는 복수의 태양광 모듈(100);

상기 태양광 모듈(100)을 직렬 조합의 복수 스트링회로에서 생성된 직류전원 양극(+)과 음극(-) 회로에 과전류시 회로를 차단하는 퓨즈를 설치하고 하나의 직류전원회로로 합하여 차단기를 거쳐 인버터(400)로 전달하기 위해 구성한 접속함(300);

또한 상기 태양광모듈(100)의 여러 직류전원을 하나의 회로로 접속함(300)에서 모아진 직류전원을 기존 전력계통과 연계시켜 실부하에서 사용하도록 교류전원으로 변환하는 인버터(400);로 구성되는 일반적인 태양광발전시스템에 부가적으로상기 태양광 모듈(100)과 상기 접속함(300) 사이에 위치하여 상기 태양광 모듈(100)의 직류전원을 상기 접속함(300)으로 전송함에 있어서 직류전원차단반(200)의 누설전류센서(350)의 정보에 따라 상기 모듈(100)에서 접속함(300)으로 연결되는 직류배전선로나 설비의 누전, 지락, 단락 등 전기사고발생 징후를 감시하여 상기 태양광 모듈(100)의 직류전원이 상기 접속함(300)이나 인버터(400)로 공급되는 것을 자동차단하는 직류전원 차단반(200);을 설치하고 직류전원 차단반(200), 접속함(300)과 인버터(400)의 전류와 전압 등의 전력정보, 기상센서의 기상정보 등을 중앙감시실 등 원격에서 감시가 가능한 모니터링시스템(500);으로 구성하여 태양광모듈(100)에서 접속함(300)으로 보내지는 직류배전선로에 누전, 지락, 단락 등 전기사고발생 징후를 감시하여 직류전원차단반(200)에서 자동이나 수동으로 차단하도록 한 것을 특징으로 전기사고 예방 및 확산방지가 가능한 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템을 제공한다.

이때 모듈(100)에서 발전하는 직류전원과 접속함(300)으로 연결하는 직류회로의 누설전류를 측정하기 위하여 누설전류센서(350)는 원형의 자성코아로 직류회로의 +- 극성의 전선을 관통시켜 누전으로 발생되는 +- 전류의 차이만큼의 누설전류를 감지하는 감지코일과 감지코일에 의한 2차전류를 보내고 1차 자속과 반대방향으로 감겨진 2차코일로 구성하고 1차 자속과 2차 자속의 차가 영이 되는 시점의 2차전류로 누설전류를 파악하고, 직류인 누설전류의 전자기 유도 방안으로 교류성분의 발진회로 추가하고 인체에 큰 영향이 없는 20mA 범위내로 측정하도록 구성한다.

또한 상기 누설전류센서(350)의 감지정보를 수신하는 누설전류수신부, 수신되는 스트링별 누설전류의 크기와 설정치 표시 등의 시각적 확인이 가능한 표시부, 차단신호를 발령하기 위한 누설전류크기를 설정하는 설정부, 설정치 이상으로 누설전류를 감지하였을 때 청각적 알림을 경보로 발하는 경보발생부, 설정치 이상의 누설전류를 감지하였을 때 차단릴레이(210)에 차단작동을 지시하는 차단작동지시부(250), 이상의 누설전류의 측정정보의 처리 판단하고, 설정치를 정하고 차단신호, 경보발생신호, 정보표시 등을 종합적으로 처리하고 정보를 모니터링에 전달하며 각기능이 원활히 작동 가능토록 적절한 프로그램 소스코드를 입력하는 누전감시CPU(280)와 이를 동작키 위한 전원을 공급하는 전원부(290)로 구성하여 누설전류감시장치(270)를 구성하고 직류전원차단반(200)에 배치하도록 한다.

또한 누설전류감시장치(270)의 차단신호에 의한 작동전원을 션트코일(220)에 인가되면 션트코일에 전자기장이 발생하여 가동코어가 상승하게 되어 가동접점과 고정접점이 접촉하여 직류전류가 흐르게 되고, 션트코일(220)에 공급되는 작동전원이 OFF되면 가동접점과 고정접점이 분리될 때 접점사이에 발생하는 아크를 빠르게 소호시켜 접점손상을 방지하고 인체에 무해한 빠른 0.1초 이내에 차단하는 차단릴레이(210)를 직류전원차단반(200)에 배치하는 것을 해결수단으로 한다.

또한 직류전원차단반(200)에 누설전류센서(350)와 차단릴레이(210)를 모듈의 스트링회로별로 설치하여 누전발생회로만 차단하여 세분화된 사고회로 대처가 가능한 스트링회로별 차단할 수도 있고, 수동버튼(240)이나 외부의 화재감지 등 신호에 의해 전체 스트링회로를 동시에 차단 할 수 있게 설계할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 직류배전선로나 설비의 누전, 지락, 단락 등 전기사고발생 징후를 감시하여 신속히 태양광 모듈에 의해 발생된 직류전원이 지속 공급되는 확산을 차단하여 사고나 화재를 초기 진압할 수 있다.

둘째, 신속한 태양광발전 직류전원차단으로 물리적 피해 및 인명 피해를 방지하거나 최소화할 수 있다.

셋째, 직류배전선로나 설비의 누전, 지락, 단락 등 전기사고발생 징후를 감시하고 사고 스트링회로만 고속 차단하여 신속한 사고 진압과 함께 소손부분을 최소화하여 설비 복구비용이 절감되고 회복기간을 단축되어 사고에 따른 발전량 감소를 최소화할 수 있다.

넷째, 대형사고로 이루어질 수 있는 화재 확산을 방지하고 감전 유독가스 중독 등 인명사고의 위험을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.

결론적으로 직류회로의 누전 지락 등 전기사고 초기상황을 먼저 감지하여 그 상황을 경고하고, 태양광모듈로부터의 직류전원공급을 사고 해당 스트링만 원천 차단하여 시스템을 보호하고, 피해확산을 최소화하여 복구 비용절감, 복구시간 단축하는 안전하고 경제적인 태양광발전시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일반 태양광 발전 시스템의 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템 구성 도면이다.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 누설전류센서 구성 도면이다.
도 4는 본 발명실시 예에 따른 누설전류감시장치 구성도와 실제사진이다.
도 5는 본 발명 실시 예에 따른 누전감시CPU의 소스코딩 항목 도표이다.
도 6은 본 발명 실시 예에 따른 직류차단릴레이 구성 도면이다.
도 7은 본 발명 실시 예에 따른 직류전원차단반 조작회로 구성 도면이다.
도 8은 본 발명 실시 예에 따른 직류전원차단반 알림부 구성 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 발명의 실시 예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다.

또한 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야한다.

이와 같이 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.

또한 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다.

이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 1은 본 발명에 따른 일반적인 태양광 발전 시스템의 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.

일반적인 태양광 발전 시스템의 실시 예는 도 1에 나타낸바와 같이, 복수의 태양광 모듈(100), 접속함(300), 인버터(400)를 직렬로 전력계통과 연결하고 부하에 전력을 공급하도록 구성된다.

여기서 복수의 태양광 모듈(100)은 태양광을 받아 직류전원을 생성한다.

본 발명에서 접속함(300)에는 태양광 모듈(100)을 인버터(400)가 작동할 수 있는 전압범위 안에서 일정한 수량의 직렬 모듈로 스트링회로를 구성하고, 과전류시 회로보호를 위한 퓨즈(310)를 회로 전선에 설치하여 스트링회로를 구성하고, 이와 같이 구성된 동일한 전압의 여러 스트링그룹을 하나의 직류회로로 모아서 차단기(320)를 거쳐 인버터(400)로 공급하고, 인버터(400)는 이렇게 모아진 직류전원을 전력계통과 연결 가능한 상용 교류전원으로 변환하여 부하나 전력계통에 공급하게 된다.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템 구성 도면으로 도1의 일반적 태양광발전시스템에 추가적인 몇가지 구성으로 모듈(100)이후의 직류회로에 누전, 절연저하나 지락 등 전기적인 사고를 초기에 감지하여, 사고시 해당 스트링회로를 선택적으로 고속 차단하는 직류전원 차단반(200)을 포함하고 연이어 접속함(300), 인버터(400)로 연결하는 태양광발전시스템을 구성하여 누전시 모듈직류 스트링회로를 고속자동차단할 수 있는 태양광발전시스템을 구성하였다.

상기 시스템의 구성은 태양광을 받아 직류전원을 발전하는 복수의 태양광 모듈(100);

상기 태양광 모듈(100)을 직렬 조합으로 스트링회로로 생성된 직류전원의 스트링회로에 과전류시 회로를 차단하는 퓨즈(310)를 설치하고 하나의 직류전원회로로 합하여 차단기를 거쳐 인버터(400)로 하나의 직류전원을 전달하기 위해 구성한 접속함(300);

상기 태양광 모듈(100)과 상기 접속함(300) 사이에 위치하여 상기 태양광 모듈(100)의 직류전원을 상기 접속함(300)으로 전송함에 있어서 누설전류센서(350)의 정보에 따라 상기 모듈(100)에서 접속함(300)으로 연결되는 직류배전선로나 설비의 누전, 지락, 단락 등 전기사고발생 징후를 감시하여 상기 태양광 모듈(100)의 직류전원이 상기 접속함(300)이나 인버터(400)로 공급되는 것을 사고해당회로만 고속 자동차단하는 직류전원 차단반(200);

또한 상기 태양광모듈(100)의 여러 직류전원을 하나의 회로로 접속함(300)에서 모아진 직류전원을 기존 전력계통과 연계시켜 실부하에서 사용하도록 교류전원으로 변환하는 인버터(400);

접속함(300)과 인버터(400)의 전류와 전압 등의 전력정보, 기상센서의 기상정보 등을 중앙감시실 등 원격에서 감시가 가능한 모니터링시스템(500);으로 구성하여

태양광모듈(100)에서 접속함(300)으로 보내지는 직류배전선로에 누전, 지락, 단락 등 전기사고발생 징후를 감시하여 직류전원차단반(200)에서 자동이나 수동으로 고속 차단하도록 한 것을 특징으로 하여 전기사고 예방 및 확산방지가 가능한 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템을 제공한다.

이때에 직류전원차단반(200)에는 모듈(100)의 스트링회로별로 누설전류센서(350)을 설치하여 그 감지정보를 누설전류감시장치(270)로 보내어 인체에 무해한 20mA 이하로 설정한 설정치 이상시 차단신호를 사고 해당 스트링회로의 션트코일(220)로 보내어 차단릴레이(210)를 작동시켜 사고 해당 스트링회로를 차단하는 구성과 비상시 수동으로 차단신호를 누설전류감시장치(270)에 보내어 차단 할 수 있는 수동버튼(240)과 차단시 청각적인 경고음과 시각적인 경광등을 표시하는 알림부(230)도 함께 구성하게 된다.

도 3은 본 발명 실시 예에 따른 누설전류센서 구성도로 모듈(100)에서 발전한 직류전원과 접속함(300)으로 연결하는 직류회로에서 발생하는 누설전류를 측정하기 위하여 원형의 자성코어로 직류회로의 +- 극성의 전선을 관통시켜 누전으로 발생되는 +- 전류의 차이만큼의 누설전류로 자성코아에 형성되는 1차 자속과 자성코어에 감겨진 감지코일에서 1차 자속을 감지된 미세전류신호을 증폭하여 2차코일에 흐르는 증폭전류인 2차전류에 의한 전압으로 누설전류를 파악하게 되는데, 직류의 경우는 전자기유도가 안 되어 감지 코일에 지속적인 자속변화가 없기 때문에 2차코일에 사각파발진회로의 사각파형의 교류성분을 추가 구성하여 정상시에는 1차자속도 2차자속도 ZERO가 되지만 누전시에는 감지코일의 직류 누설전류의 크기만큼 파형이 합성된 사각파형의 교류성분의 2차전류가 발생하는데

자성코어에 1차와 2차코일의 경우

1차전류 X 1차코일권수 = 2차전류 X 2차코일권수

Vout = (1차전류 X 1차코일권수 / 2차코일권수) X 션트저항

상기 수식처럼 Vout을 검출하여 1차 전류를 알게 되어,

2차전류에 의한 2차 자속은 1차 자속과 반대방향으로 형성되어 자속이 서로상쇄 되어 자성코어의 자속이 ZERO가 되는 시점의 2차전류에 의한 션트저항의 출력전압 0-3.3V이 발생하고 감지하여 누설전류를 검출하는 것을 특징으로 하고, 산업통상자원부 공고 2020-659의 기술기준 및 판단기준의 지락전류 30mA보다 적고 인체에 큰 영향이 없는 20mA 범위내로 측정키 위한 자성코어의 크기와 감지코일과 2차코일의 크기 등을 고려하여 구성한다.

도 4는 본 발명에 따른 누설전류감시장치 구성도와 실제품 사진으로 도3과 같이 구성된 누설전류센서(350)의 측정정보를 판단 처리하여 차단신호 등을 발하는 누설전류감시장치(270)는 누설전류센서(350)의 정보를 수신하는 누설전류수신부, 수신되는 스트링별 누설전류의 크기와 설정치 표시 등의 시각적 확인이 가능한 표시부, 차단신호를 발령하기 위한 누설전류크기를 설정하는 설정부, 설정치 이상으로 누설전류를 감지하였을 때 청각적 알림을 경보로 발하는 경보발생부, 설정치 이상의 누설전류를 감지하였을 때 차단릴레이(210)에 차단작동을 지시하는 차단작동지시부(250), 그리고 누설전류센서의 측정정보를 처리 판단하고, 설정치를 정하고 차단신호, 경보발생신호, 정보표시 등을 종합적으로 처리하고 정보를 모니터링에 전달하는 72MHz 주파수에서 작동하는 고성능 32비트 RISC 코어의 누전감시CPU(280)와 이를 동작키 위한 전원을 공급하는 전원부(290)로 구성하여 직류전원차단반(200)에 배치하는 것을 특징으로 한다.

이때 누설전류감시장치(270)에는 각기능이 원활히 작동 가능토록 정보 입출력 단자는 누설전류센서(350)의 0-3.3V 범위의 출력값을 받는 입력단자, 수동버튼이나 화재감지정보의 차단신호 입력단자, Address 조작 SW, DC 12V 조작전원 단자, 모니터링으로 정보 전달하는 RS-485 출력단자, 메뉴 선택 단자, 경보단자와 누설전류 값을 표시하는 LED 표시부 등으로 구성하게 된다.

도 5는 본 발명 실시 예에 따른 누전감시CPU의 소스코딩 항목 도표로 72MHz 주파수에서 작동하는 고성능 32비트 RISC 코어, 고속 임베디드 메모리(플래시 메모리는 최대 128KB 및 SRAM은 최대 20KB) 및 2개의 APB 버스에 연결된 광범위한 향상된 I/O 및 주변 장치를 통합하고 ICode bus/DCode bus/System bus/DMA bus/BusMatrix로 구성한 누전감시CPU(280)의 DMA (Direct memory access)에 원활한 작동을 위해 입력하는 프로그램 소스코딩으로 define, 변수, 알고리즘, 초기화, 타이머, 전압 읽기, 컨트롤, 모드버스 데이터 입력 등 소스코드항목과 소스코드 내용을 보여주는 도표의 예이다. .

도 6은 본 발명 실시 예에 따른 직류차단릴레이 구성 도면으로 누설전류감시장치(270)의 차단신호에 의한 작동전원이 션트코일(220)에 인가되면 션트코일에 전자기장과 힘이 발생하고 가동코어가 상승하게 되어 가동접점과 고정접점이 접촉하여 직류전류가 흐르게 되고, 션트코일(220)에 공급되는 작동전원이 OFF되면 가동접점과 고정접점이 분리되는데, 분리시 접점사이에 아크가 발생하여 차단기능의 저해요소가 되어 급속히 아크를 소호하기위하여 고정접점과 가동접점 사이 양측에 영구자석을 배치하여 자계를 접점 사이에 형성하여 플레밍의 왼손법칙에 의해 아크를 바깥으로 밀어내고 수소와 질소로 채워진 공간에서 아크의 온도를 급냉 시키면서 빠르게 소호시켜 접점손상을 방지하고 0.1초 이내에 고속차단하는 차단릴레이(210)를 직류전원차단반(200)에 배치하는 것을 특징으로 한다.

도 7은 본 발명 실시 예에 따른 직류전원차단반 조작회로 구성도면으로 누설전류감시장치(270)의 차단신호에 의한 해당 스트링회로의 차단릴레이(210)를 작동시키는 션트코일(220)에 DC 12V의 동작전원을 공급하는 회로 구성으로 화재감시장치 신호에 의한 전회로 차단, 부져 작동, RESET 회로, AUTO운전, 수동운전, 회로표시 램프 작동회로 등이 포함 된 회로 구성이다.

도 8은 본 발명 실시 예에 따른 직류전원차단반 알림부 구성도면으로 누전발생으로 누설전류가 설정치 이상으로 발생시 직류전원차단반(200) 전면의 시각적 청각적 알림을 위한 회로구성으로 가동여부 표시의 녹색 적색램프, 회로별 작동표시, 누설전류 또는 화재감시 이상 노란색 표시등, 경광등, 부져스톱 등 회로가 포함된 회로 구성이다.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.

따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 태양광 모듈 200 : 직류전원 차단반
210 : 차단릴레이 220 : 션트코일
230 : 알림부 240 : 수동버튼
250 : 차단작동지시부 270 : 누설전류감시장치
280 : 누전감지 CPU 290 : 전원공급부
300 : 접속함 310 : 퓨즈
320 : 차단기/개폐기 350 : 누설전류센서
400 : 인버터 500 : 모니터링 시스템

Claims (4)

1. 태양광의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸어 직류전원을 발전하는 PN반도체로 만들어진 복수의 태양광 모듈(100);
   복수의 태양광 모듈(100)을 직렬 조합 스트링회로로 생성된 직류전원인 복수의 스트링회로에 과전류시 회로를 차단하는 퓨즈(310)를 설치하고 하나의 직류전원회로로 합하여 차단기(320)를 거쳐 인버터(400)로 하나의 직류전원을 전달하기 위해 구성한 접속함(300);
   상기 태양광 모듈(100)과 상기 접속함(300) 사이에 위치하여 태양광 모듈(100)의 직류전원을 접속함(300)으로 전송함에 있어서 스트링회로별로 설치된 20mA 이하의 누설전류를 감지하는 누설전류센서(350)의 정보로 상기 모듈(100)에서 접속함(300)으로 연결되는 직류배전선로나 설비의 누전, 지락, 단락 등 전기사고발생 징후를 감지하고 설정치 이상시, 접속함의 화재감지에 의한 차단신호 수신시, 차단신호를 72MHz 주파수에서 작동하는 고성능 32비트 누전감시CPU(280)에서 션트코일(220)에 차단신호를 보내는 누설전류감시장치(270)와 태양광 모듈(100)의 직류전원 스트링회로에서 누전사고시 해당 스트링회로만 수소와 질소의 소호급속냉각으로 0.1초 이내 고속자동차단하는 차단릴레이(210), 비상시 수동으로 차단신호를 발동하는 수동버튼(240)과 차단시 외부에 시청각적으로 알리는 회로별 작동표시, 부져, 부져스톱, 운전 여부 표시등으로 구성된 알림부(230)을 포함하는 직류전원차단반(200);
   상기 태양광모듈(100)의 여러 스트링회로 직류전원을 직류전원차단반(200)을 거치고 접속함(300)에서 하나의 회로로 모아, 직류전원을 기존 전력계통과 연계하여 실부하에 사용하도록 교류전원으로 변환하는 인버터(400);를 모듈(100)부터 직류전원차단반(200), 접속함(300)과 인버터(400)까지 연이어 직렬로 구성하고, 인버터(400)의 전류와 전압 등의 전력정보, 기상센서의 기상정보 등을 중앙감시실 등 원격에서 감시가 가능한 모니터링시스템(500);을 부가적으로 구성하여 태양광모듈(100)에서 접속함(300)으로 보내지는 직류배전선로에 누전, 지락, 단락 등 전기사고발생 징후를 누설전류로 감시하여 직류전원차단반(200)에서 자동이나 수동으로 고속 차단하도록 한 것을 특징으로 하여 전기사고 예방 및 확산방지가 가능한 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템.
2. 청구항 제1항에 있어서,
   모듈(100)과 모듈에서 발전한 직류전원을 접속함(300)으로 연결하는 직류회로에서 발생하는 누전을 감지하기 위해 직류스트링회로의 +- 극성의 전선을 관통시키는 원형의 자성코어, 누전시 자성코어에 관통하는 1차 전류의 +- 극성 전류의 차이로 발생하는 자속을 감지하는 자성코어에 감긴 감지코일, 감지코일의 미세전류신호를 증폭하고 사각파의 교류성분을 합하여 2차 전류로 1차자속과 반대방향의 2차자속을 위한 자성코어에 감긴 2차 코일과 증폭기, 교류 발진회로로 구성하여 2차 전류에 의한 션트저항 양단에 발생하는 0-3.3V의 전압으로 20mA이하의 누설전류를 감지하는 누설전류센서(350)를 스트링회로별로 직류전원차단반(200)에 설치하는 것을 특징으로 하는 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템.
3. 청구항 제1항에 있어서,
   누설전류센서(350)의 정보를 수신하는 누설전류수신부, 수신되는 스트링별 누설전류의 크기와 설정치 표시 등의 시각적 확인이 가능한 표시부, 차단신호를 발령하기 위한 누설전류크기를 20mA 이하로 설정하는 설정부, 설정치 이상으로 누설전류를 감지하였을 때 청각적 알림을 경보로 발하는 경보발생부, 설정치 이상의 누설전류를 감지하였을 때 차단릴레이(210)의 션트코일(220)에 차단작동을 지시하는 차단작동지시부(250), 그리고 누설전류센서의 측정정보를 처리 판단하고, 설정치를 정하고 차단신호, 경보발생신호, 정보표시 등을 72MHz 주파수에서 작동하는 고성능 32비트 RISC 코어, 고속 임베디드 메모리 및 2개의 APB 버스에 연결된 I/O 및 주변 장치를 통합하고 ICode bus/DCode bus/System bus/DMA bus/BusMatrix로 구성한 누전감시CPU(280)의 DMA(Direct memory access)에 프로그램 소스코딩 define, 변수, 알고리즘, 초기화, 타이머, 전압 읽기, 컨트롤, 모드버스 데이터 입력 등 항목으로 입력하고 종합 처리하여 정보를 모니터링에 전달하는 누전감시CPU(280), 동작전원을 공급하는 전원부(290)로 구성하고, 정보 입출력 단자로 누설전류센서(350)의 정보 입력 단자, 수동버튼이나 화재감지정보의 차단신호 입력단자, Address 조작 SW, DC 12V 조작전원 입력단자, 모니터링으로 정보 전달하는 RS-485 출력단자, 메뉴 선택 단자, 경보출력단자와 누설전류 값을 표시하는 LED 표시부로 구성한 누설전류감시장치(270)를 직류전원차단반(200)에 배치하는 것을 특징으로 하는 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템.
4. 청구항 제1항에 있어서,
   가동코어로 가동접점을 고정접점에 접촉키 위해 가동코어를 전자기장으로 작동 시키는 션트코일(220), 전기회로의 연결을 위한 2개의 고정접점, 고정접점사이를 연결해 주며 션트코일(220) 전원여부에 따른 가동코어에 의해 접속과 분리를 하는 가동접점, 고정접점과 가동접점 분리시 빠른 아크 제거를 위한 영구자석과 빠른 냉각효과을 위해 함 내에 채워진 수소와 질소로 구성되어 누설전류감시장치(270)의 차단신호 후 0.1초 이내에 고속차단하는 차단릴레이(210)를 직류전원차단반(200)에 배치하는 것을 특징으로 하는 스트링별 누전감지로 고속자동차단기능을 갖는 태양광발전시스템.