KR101800364B1 - 태양광 발전 시스템용 누전 차단기 및 누전 차단 방법 - Google Patents

태양광 발전 시스템용 누전 차단기 및 누전 차단 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101800364B1
KR101800364B1 KR1020150142862A KR20150142862A KR101800364B1 KR 101800364 B1 KR101800364 B1 KR 101800364B1 KR 1020150142862 A KR1020150142862 A KR 1020150142862A KR 20150142862 A KR20150142862 A KR 20150142862A KR 101800364 B1 KR101800364 B1 KR 101800364B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
leakage current
resistive
current
component
leakage
Prior art date
Application number
KR1020150142862A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170043287A (ko
Inventor
한송엽
한후석
Original Assignee
주식회사 에렐
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 에렐 filed Critical 주식회사 에렐
Priority to KR1020150142862A priority Critical patent/KR101800364B1/ko
Publication of KR20170043287A publication Critical patent/KR20170043287A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101800364B1 publication Critical patent/KR101800364B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/06—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors
    • G01R31/024—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/38—Energy storage means, e.g. batteries, structurally associated with PV modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • 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
    • 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
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

태양광 발전 시스템용 누전 차단기는, 태양광을 수신하여 전류를 발생시키는 태양광 전지, 상기 전류에 대응하는 누설 전류의 순시치를 측정하는 영상 변류기, 상기 누설 전류의 순시치를 처리하여, 누설 전류의 직류 성분, 누설 전류의 저항성 교류 성분 및 누설 전류의 용량성 교류 성분 중 적어도 하나를 포함하는 기본 성분을 산정하는 기본 성분 산정부, 상기 기본 성분을 이용하여 상기 누설 전류의 저항성 누설 전류를 산정하는 저항성 누설 전류 산정부, 상기 저항성 누설 전류의 시간에 따른 변경에 기초하여,상기 저항성 누설 전류의 시간에 따른 변화를 이용하여 급변 누설 전류를 산정하는 급변 누설 전류 산정부, 상기 급변 누설 전류를 제 1 기준치와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 태양광 발전 시스템을 차단하는 차단 신호를 출력하는 기준치 설정 및 비교부 및 상기 차단 신호에 따라 상기 태양광 발전 시스템의 차단기를 개방(OFF) 시키는 차단 코일 작동부를 포함한다.

Description

태양광 발전 시스템용 누전 차단기 및 누전 차단 방법{RESIDUAL CURRENT CIRCUIT BRAKER AND RESIDUAL CURRENT BRAKING METHOD FOR　PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM}
본 발명은 태양광 발전 시스템용 누전 차단기 및 누전 차단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지의 대지정전용량 및 직류 전선로의 대지절연저항의 열화로 평상시에 발생하는 누전에 대한 보호는 물론, 인체감전 시에 발생하는 감전사고에 대한 보호까지 가능한 누전차단기 및 누전 차단 방법에 관한 것이다.
태양광발전 시스템에서는 태양전지의 대지정전용량에 의한 누설전류와 직류 전선로의 대지절연저항의 열화로 발생하는 누설전류가 흐르고 있다. 전자의 대지정전용량에 의한 누설전류는 교류 정현파 전류이고 후자의 대지절연저항의 열화로 발생하는 누설전류는 직류와 교류가 합쳐진 맥류 전류이다. 즉 태양광발전 시스템의 누설전류는 직류와 교류가 합쳐진 맥류이다.
현재 국내에서 생산되어 사용되는 누전차단기는 AC형으로 교류 누설전류에만 작동하고 직류와 교류가 합쳐진 맥류 누설전류에는 작동하지 않는다. 따라서 현재 우리나라의 태양광발전시스템에서는 누설전류에 의한 전기화재와 인체감전에 의한 인명피해를 방지할 수 없다.
독일 등 선진국에서는 30[KW]급 태양광발전시스템에서, 태양전지의 대지정전용량에 의한 누설전류와 직류 전선로의 대지절연저항의 열화로 발생하는 누설전류가 합쳐진 합성 누설전류 Ig가 300[mA rms]를 초과하거나 인체감전 등으로 인한 급변 합성 누설전류 Ig가 30[mA rms]를 초과하면 전선로를 차단하는 태양광발전 시스템용 누전차단기를 개발하여 사용하고 있다. 여기서 [rms]는 실효치를 말하며 앞에서 언급한 바와 같이 태양광발전시스템에서는 누설전류가 직류와 교류가 합쳐진 맥류이기 때문에 누설전류는 실효치[rms]로 정의한다.
도 1은 태양광발전시스템을 나타낸다. 태양광발전시스템은, 태양광 전지(PV)(110), 직류 전선로, 인버터(120), 교류 전선로, 상용 전원(140)으로 구성되어 있으며 교류 전선로 중 1선은 대지에 접지된다. 우선 태양광 전지(PV)(110)의 대지정전용량 C+(151)와 C-(152)에 의하여 대지로 용량성 누설전류 Ic(t)가 흐르고 다음에 직류전선로의 대지절연저항 R+(161)와 R-(162)에 의하여 대지로 저항성 누설전류 Ir(t)가 흐른다. 따라서 영상변류기(ZCT)(130)에는 용량성 누설전류 Ic(t)와 저항성 누설전류 Ir(t)가 합쳐진 합성 누설전류 I(t)가 검출된다.
앞에서 언급한 바와 같이 현재는 태양광발전 시스템에서 누설전류를 실효치[rms]로 측정하고 표시한다. 따라서 합성 누설전류 I(t)의 실효치를 Ig라 하면 실효치의 정의에 의하여 아래와 같이 산정될 수 있다.
Figure 112015098839142-pat00001
즉, 상용전원의 1주기를 N등분하고 n=1, 2, ··· , N에서의 합성 누설전류를 합산한 후 그 평균을 구하고 그 다음에 제곱근을 구한다. 여기서 ΔT는 T/N이다.
상술한 바와 같은 방법을 사용하면 합성 누설전류의 실효치 Ig는 상용전원의 매 주기 마다 한 번씩 산정된다. 따라서 합성 누설전류의 실효치 Ig도 시간의 함수이므로 정확히 Ig(T1), Ig(T2)와 같이 표시할 수 있다. 여기서 T1, T2 등은 상용전원의 주기 T의 배수가 된다.
한편, 인간(170)이 전선로에 접촉한 경우 저항(163)을 통하여 전류가 흐를 수 있으며, 인간(170)의 인체내로 전류가 흐를수 있다. 이 경우, 인간(170)에 흐르는 전류를 ΔIr(t)로 명명할 수 있다.
도 2는 합성 누설전류의 실효치 Ig(t)의 한 사례를 나타낸다. 시간 T1에서의 합성 누설전류가 Ig(T1)인데 인체감전 등으로 시간 T2에서 합성 누설전류가 Ig(T2)로 급변하였다. 즉, 급변 합성 누설전류 실효치 Ig(T2)는 하기와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112015098839142-pat00002
앞에서 언급한 바와 같이 급변 합성 누설전류 Ig(T2)가 30[mA rms]를 초과하면 누전차단기가 전선로를 차단한다.
현재의 방법을 사용하면 인체감전 등으로 발생하는 급변 누설전류 Ir가 정확히 산정되지 않는다. 즉, Ir과 Ig 사이에는 경우에 따라 큰 차이가 발생할 수 있다. 도 3은 Ir과 Ig 사이의 관계를 나타낸다. 일반적으로 합성 누설전류 Ig(T1)은 상용전압 Vac보다 위상 θ가 0도 내지 90도 빠르다. 반면 급변 누설전류 Ir는 상용전압 Vac와 위상이 같다.
이에 따라,
Figure 112015098839142-pat00003
일 수 있다.
여기서 Ig(T2), Ig(T1), Ir(T2)는 위상까지 고려한 합성 누설전류와 급변 누설전류이다. Ig(T2)는
Figure 112015098839142-pat00004
로 계산된다. 이에 따라. ΔIg(T2)보다 ΔIr(T2)가 크거나 같을 수 있다. 즉, 산정된 급변 합성 누설 전류 ΔIg는 위상이 0도인 경우를 제외하고는 항상 ΔIr보다 작다.
예를 들어 도 3에서 Ig(T1)=100[mA rms], θ=60도, Ir=50[mA rms] 이면 Ig(T2) =132[mA rms]가 되고 Ig=32[mA rms]가 된다. 즉 종래 방식으로 계산하면 실제 급변 누설전류 Ir는 50[mA rms]인데 급변 합성 누설전류 Ig는 32[mA rms]로 36%나 작게 계산된다. 위의 사례를 보면 종래 방식으로 계산된 급변 합성 누설전류는 인체감전 등으로 발생한 실제의 급변 누설전류보다 과소평가되는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 다양한 실시예에 의하여 실제 급변 누설 전류를 반영한 저항성 누설 전류를 산정할 수 있는 누전 차단기 및 누전 차단 방법이 제공된다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 태양광 발전 시스템용 누전 차단기는, 태양광을 수신하여 직류 전류를 발생시키는 태양광 전지; 상기 직류 전류를 전달하는 직류 전선로; 상기 직류 전선로에서 발생하는 누설 전류의 순시치를 측정하는 영상 변류기; 상기 누설 전류의 기본 성분인 직류 성분, 저항성 교류 성분 및 용량성 교류 성분을 산정하는 기본 성분 산정부; 상기 기본 성분을 이용하여 상기 누설 전류의 저항성 누설 전류 및 합성 누설 전류를 산정하는 저항성 누설 전류 및 합성 누설전류 산정부; 상기 저항성 누설 전류의 시간에 따른 변화를 이용하여, 급변 누설 전류를 산정하는 급변 누설 전류 산정부; 상기 급변 누설 전류를 제 1 기준치와 비교하고, 상기 합성 누설 전류를 제 2 기준치와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 태양광 발전 시스템을 차단하는 차단 신호를 출력하는 기준치 설정 및 비교부; 및
상기 차단 신호에 따라 상기 태양광 발전 시스템의 차단기를 개방(OFF) 시키는 차단 코일 작동부를 포함하고, 상기 기본 성분 산정부는 푸리에 급수를 이용하여 상기 기본 성분을 산정하고, 상기 저항성 누설 전류 및 합성 누설 전류 산정부는 상기 직류 성분과 상기 저항성 교류 성분의 벡터 합으로 상기 저항성 누설 전류를 상정하고, 상기 저항성 누설 전류와 상기 용량성 교류 성분의 벡터합으로 상기 합성 누설 전류를 산정하며, 상기 급변 누설 전류 산정부는, 상기 저항성 누설 전류의 시간에 따른 변경에 기초하여 상기 급변 누설 전류를 산정할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 태양광 발전 시스템용 누전 차단기는, 상기 기본 성분 산정부, 상기 저항성 누설 전류 및 합성 누설 전류 산정부 및 상기 급변 누설 전류 산정부가 산정을 수행하기 위한 계산 동기 신호를 발생시키는 계산 동기 신호 발생부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 상기 계산 동기 신호 발생부는, 상용 전원의 1주기 동안 하이(high) 신호이고, 상용 전원의 1/2 주기 동안 로우(low) 신호로 구성되는 구형파의 상기 계산 동기 신호를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 상기 기본 성분 산정부는, 상기 계산 동기 신호가 하이 신호인 구간에서 상기 기본 성분을 산정하고, 상기 저항성 누설 전류 및 합성 누설 전류 산정부 및 상기 급변 누설 전류 산정부는, 상기 계산 동기 신호가 로우 신호인 구간에서 상기 저항성 누설 전류, 상기 합성 누설 전류 및 상기 급변 누설 전류를 산정할 수 있다.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
본 발명의 다양한 실시예에 의하여, 태양광발전시스템에서 광전지(PV)의 대지정전용량과 직류 전선로의 대지절연저항의 열화로 발생하는 평상시 누설전류에 대한 보호와, 인체감전 보호가 가능할 수 있다. 이에 따라, 직류 전선로에서 발생하는 누전화재로 인한 전기재해와 인체감전으로 인한 인명피해를 방지할 수 있다.
도 1은 태양광 발전 시스템의 개념도를 도시한다.
도 2는 합성 누설전류의 실효치 Ig(t)의 한 사례를 나타낸다.
도 3은 저항성 누설 전류와 합성 누설 전류 사이의 관계를 나타낸다.
도 4는 누설 전류의 기본 성분, 즉 직류 성분(Id), 저항성 교류 성분(Ia), 용량성 교류 성분(Ic)과 저항성 누설 전류(Ir) 및 합성 누설 전류(Ig) 사이의 관계를 벡터적으로 나타낸 그림이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 누전 차단기의 블록도를 도시한다.
도 6은 계산 동기 신호의 예시를 나타낸 그림이다.
도 7은 급변 누설 전류에 대한 그래프를 나타낸 그림이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 누전 차단 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 누전 차단 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
도 1에서 보는 바와 같이 태양광발전시스템은 태양광 전지(PV)(110), 직류 전선로, 인버터(120), 교류 전선로를 포함하며, 교류 전선로 중 1선은 대지에 접지되어 있다. 우선 태양광 전지(PV)(110)의 대지정전용량 C+(151)와 C-(152)에 의하여 대지로 용량성 누설전류 Ic가 흐르고 다음에 직류전선로의 대지절연저항 R+(161)와 R-(162)에 의하여 대지로 저항성 누설전류 Ir가 흐른다. 이 저항성 누설전류 Ir는 직류성분 Id와 저항성 교류성분 Ia로 구성되어 있다. 합성 누설전류 Ig는 용량성 누설전류 Ic와 저항성 누설전류 Ir의 벡터 합이다. 태양광 전지(PV)(110)는 태양광을 흡수하여 전류를 출력할 수 있다.
도 4는 Id, Ia, Ir, Ic, Ig의 관계를 벡터적으로 나타낸 그림이다. 그리고 인체감전, 분진, 누수 등의 사고가 발생하면 순간적으로 대지로 저항성 누설전류 ΔIr가 흐른다.
상기의 용량성 누설전류 Ic와 저항성 누설전류 Ir는 주위의 온도 변화, 강우 습도 변화, 경년효과(Aging Effect) 등으로 시간이 경과되면 서서히 증가한다. 따라서 평소에는 합성 누설전류 Ig는 Ic와 Ir의 벡터합이 되며 인체감전 등 사고시에는 합성 누설전류 Ig에 저항성 누설전류 ΔIr가 가산되는데 이 저항성 누설전류 ΔIr를 급변 누설전류라 부른다.
본 발명의 다양한 실시예에 의한 누전차단기는 합성 누설전류 Ig가 기준치를 초과하거나 또는 급변 누설전류 ΔIr가 기준치를 초과하면 전선로를 차단할 수 있다.
이에 따라, 이하에서는 합성 누설전류 Ig와 급변 누설전류 ΔIr을 신속하고 정확하게 산정하는 방법에 대하여 중점적으로 설명하도록 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 의한 누전차단기는 누설 전류의 순시치 I(t)를 퓨리에(Fourier) 급수로 전개할 수 있다. 이 경우, 고조파 성분을 무시하고 기본파만을 선택하면, 누설 전류의 순시치 I(t)의 퓨리에 급수 전개 결과는 수학식 1과 같이 나타날 수 있다.
Figure 112015098839142-pat00005
수학식 1에서, a0는 누설 전류의 직류분 Id에 해당되며, a1은 전선로의 절연 저항으로 흐르는 저항성 교류 누설 전류 Ia에 해당되며, b1은 태양 전지의 정전 용량으로 흐르는 용량성 교류 누설 전류 Ic에 해당될 수 있다. 상술한 바와 같이, 다양한 실시예에 의한 누전 차단기는 순시 누설 전류의 퓨리에 급수 전개 결과에 따라, 교류 누설 전류와 누설 전류의 직류분을 구할 수 있다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 누전 차단기의 블록도를 도시한다.
우선, 도 5a를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 누전 차단기는 영상 변류기(zero current transformer: ZCT)(510), 기본 성분 산정부(520), 계산 동기 신호 발생부(530), 급변 누설 전류 산정부(540), 저항성 누설 전류 산정부(550), 기준치 설정 및 비교부(560) 및 차단 코일 작동부(570)를 포함할 수 있다.
ZCT(510)는 누설 전류 I(t)의 순시치를 출력할 수 있다. 더욱 상세하게, ZCT(510)는 기설정된 샘플링 주기로 디스크리트(discrete)한 누설 전류 I(t)의 순시치를 출력할 수 있다. 예를 들어, ZCT(510)는 T1, T2, ..., TN에 대응하는 누설 전류 I(T1), I(T2), ..., I(TN)의 순시치를 출력할 수 있다.
기본 성분 산정부(520)는 ZCT(510)로부터 누설 전류 I(t)의 순시치를 입력받을 수 있다. 기본 성분 산정부(520)는 입력받은 누설 전류 I(t)의 순시치를 이용하여, 누설 전류 I(t)의 직류 성분 Id, 누설 전류 I(t)의 저항성 교류 성분 Ia 및 누설 전류 I(t)의 용량성 교류 성분 Ic를 산정할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 기본 성분 산정부(520)는 누설 전류 I(t)의 순시치에 퓨리에 급수 전개를 수행함으로써 누설 전류 I(t)의 직류 성분 Id, 누설 전류 I(t)의 저항성 교류 성분 Ia 및 누설 전류 I(t)의 용량성 교류 성분 Ic, 즉 기본 성분을 산정할 수 있다.
저항성 누설 전류 산정부(550)는 기본 성분 산정부(520)로부터의 기본 성분을 입력받아, 기본 성분을 이용하여 저항성 누설 전류 Ir를 산정할 수 있다. 급변 누설 전류 산정부(540)는 급변 누설 전류 ΔIr을 산정할 수 있다.
기준치 설정 및 비교부(560)는 급변 누설 전류 ΔIr이 제 1 기준치를 넘는지를 판단할 수 있으며, 제 1 기준치를 넘는 것으로 판단되면 차단 코일 작동부(570)를 작동할 수 있다. 기준치 설정 및 비교부(560)는 제 1 기준치를 설정할 수도 있다. 차단 코일 작동부(570)는 차단 신호에 따라서 차단기를 개방(OFF) 시킬 수 있다. 한편, 계산 동기 신호 발생부(530)는 계산의 시간 기준(time reference)이되는 계산 동기 신호 S를 발생시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 동기 신호 S가 하이(H) 신호일 경우에 기본 성분 산정부(520)가 기본 성분을 산정할 수 있으며, 동기 신호 S가 로우(L) 신호일 경우, 급변 누설 전류 산정부(540)가 급변 누설 전류 ΔIr를 산정할 수 있다. 예를 들어, 계산 동기 신호 발생부(530)는 상용 전원의 1주기 동안 하이(high) 신호이고, 상용 전원의 1/2 주기 동안 로우(low) 신호로 구성되는 구형파의 상기 계산 동기 신호를 발생시킬 수 있다.
계산 동기신호 발생부(530)는 전원전압을 입력으로 받아, 도 6과 같이 우선 전원 동기신호를 만들고 전원의 1주기 T[s] 동안은 고준위(H, High Level), 다음 전원의 반주기 T/2[s]에는 저준위(L, Low Level)인 구형파 계산 동기신호 S를 발생한다. 하나의 예시에서, 전원의 1주기 T[s]는 60Hz 계통의 경우 16.6[ms]이고 전원의 반주기 T/2[s]는 8.3[ms]이다. 따라서 계산 동기신호 S의 1주기는 25[ms]이다. 그리고 계산 동기신호 S의 고준위(H) 기간에는 기본성분 Id, Ia, Ic를 산정하고 저준위(L) 기간에는 Ig, ΔIr을 산정한다.
도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 누전 차단기의 블록도를 도시한다. 도 5a와는 대조적으로, 도 5b에서의 누전 차단기는 저항성 누설 전류 및 합성 누설 전류 산정부(551)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저항성 누설 전류 및 합성 누설 전류 산정부(551)는 저항성 누설 전류 Ir 뿐만 아니라, 합성 누설 전류 Ig도 산정할 수 있다. 이 경우, 기준치 설정 및 비교부(560)는 합성 누설 전류 Ig에 대한 제 2 기준치를 설정할 수 있다. 기준치 설정 및 비교부(560)는 합성 누설 전류 Ig가 제 2 기준치를 넘는 것으로 판단되면, 차단 신호를 차단 코일 작동부(570)로 출력할 수 있다. 아울러, 기준치 설정 및 비교부(560)는 급변 누설 전류 ΔIr이 제 1 기준치를 넘는 것으로 판단되면, 차단 신호를 차단 코일 작동부(570)로 출력할 수 있다.
도 5a 및 5b에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 누전 차단기는 급변 누설 전류 ΔIr이 제 1 기준치를 넘는 것으로 판단되면 차단 동작을 수행할 수 있으며, 다른 실시예에 따른 누전 차단기는 급변 누설 전류 ΔIr이 제 1 기준치를 넘는 것으로 판단되거나 또는 합성 누설 전류 Ig가 제 2 기준치를 넘는 것으로 판단되면 차단 동작을 수행할 수 있다.
이하에서는, 하나의 실시예에 따른 누전 차단기의 동작을 설명하도록 한다.
누전 차단기는, 누설 전류 I(t)의 순시치를 검출할 수 있다. 아울러, 누전 차단기는, 누설 전류 I(t)의 직류 성분 Id, 전원 전압과 동상의 저항성 교류 성분 Ia 및 전원 전압보다 90도 앞선 용량성 교류 성분 Ic를 산정할 수 있다. 예를 들어, 누전 차단기는 수학식 2와 같이 직류 성분 Id, 전원 전압과 동상의 저항성 교류 성분 Ia 및 전원 전압보다 90도 앞선 용량성 교류 성분 Ic를 산정할 수 있다.
Figure 112017035667436-pat00030
ω는 누설 전류 I(t)의 각가속도일 수 있다. 누전 차단기는, 계산 동기 신호 S의 하이(H) 신호 구간에 누설 전류 I(t) 순시치를 샘플링하여 Id, Ia, Ic를 실시간으로 산정할 수 있다. 누전 차단기는, 계산 동기 신호 S의 하이(H) 신호 구간에 누설 전류 I(t)를 등간격으로 N회 샘플링할 수 있다. 이에 따라, 한 구간의 시간 ΔT는 T/N[s]이고, 한 구간의 각도 Δθ는 2π/N [rad]일 수 있다. 수학식 2에 따라 수학식 3 내지 5가 도출될 수 있다.
Figure 112015098839142-pat00007
Figure 112015098839142-pat00008
Figure 112015098839142-pat00009
누전 차단기는 계산 동기 신호 S의 로우(L) 신호 구간 동안, 합성 누설 전류 Ig 및 급변 누설 전류 ΔIr를 산정할 수 있다. 누전 차단기는 수학식 6 및 7을 이용하여 합성 누설 전류 Ig 및 급변 누설 전류 ΔIr를 산정할 수 있다.
Figure 112015098839142-pat00010
Figure 112015098839142-pat00011
이에 따라, 누전 차단기는 도 7과 같이 계산 동기 신호 S의 1주기 전에 산정했던 저항성 누설 전류를 Ir(T1)이라 하면, t=T2에서의 급변 누설 전류 ΔIr(T2)를 수학식 8을 이용하여 산정할 수 있다.
Figure 112015098839142-pat00012
이에 따라, 누전 차단기는 급변 누설 전류 ΔIr 산정을 위하여 계산 동기 신호 S의 1주기 전의 저항성 누설 전류 Ir을 항상 저장할 수 있다. 누전 차단기는 수학식 9 및 10을 이용하여 차단 신호 출력 여부를 결정할 수 있다.
Figure 112015098839142-pat00013
Figure 112015098839142-pat00014
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 누전 차단 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
810 동작에서, 누전 차단기는 누설 전류의 순시치를 이용하여 기본 성분, 즉 누설 전류 I(t)의 직류 성분 Id, 누설 전류 I(t)의 저항성 교류 성분 Ia 및 누설 전류 I(t)의 용량성 교류 성분 Ic를 산정할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 누전 차단기는 푸리에 급수 전개를 이용하여 기본 성분을 산정할 수 있다.
820 동작에서, 누전 차단기는 기본 성분을 이용하여 저항성 누설 전류를 산정할 수 있다. 예를 들어, 누전 차단기는 누설 전류 I(t)의 직류 성분 Id, 누설 전류 I(t)의 저항성 교류 성분 Ia를 이용하여 저항성 누설 전류를 산정할 수 있다.
830 동작에서, 누전 차단기는 급변 누설 전류를 산정할 수 있다. 누전 차단기는 제 1 시점에서의 저항성 누설 전류 및 제 2 시점에서의 저항성 누설 전류 사이의 차이에 기초하여 급변 누설 전류를 산정할 수 있다.
840 동작에서, 누전 차단기는 급변 누설 전류를 기준치와 비교할 수 있다. 850 동작에서, 누전 차단기는 비교 결과에 기초하여 차단을 수행할 수 있다. 예를 들어, 누전 차단기는 급변 누설 전류가 기준치를 넘는다고 판단되면, 차단 신호를 출력하는 등의 차단 동작을 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 누전 차단 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
910 동작에서, 누전 차단기는 동기 신호 S를 리드(read)하여 계산할 수 있다. 920 동작에서, 누전 차단기는 동기 신호 S가 하이(high) 신호인지를 판단할 수 있다. 동기 신호 S가 하이(high) 신호인 것으로 판단되면, 940 동작에서, 누전 차단기는 기본 성분, 즉 Id, Ia, Ic를 수학식 3, 4, 5를 이용하여 산정할 수 있다. 한편, 동기 신호 S가 로우(low) 신호인 것으로 판단되면, 930 동작에서, 누전 차단기는 기본 성분을 이용하여 급변 누설 전류 ΔIr 및 합성 누설 전류 Ig를, 수학식 6, 7, 8을 이용하여 산정할 수 있다.
950 동작에서, 누전 차단기는 기준치를 설정하고, 급변 누설 전류 ΔIr 및 합성 누설 전류 Ig 중 적어도 하나를 기준치와 비교할 수 있으며, 특히 급변 누설 전류 ΔIr 및 합성 누설 전류 Ig 중 적어도 하나가 기준치보다 큰지 여부를 판단할 수 있다. 비교 결과, 급변 누설 전류 ΔIr 및 합성 누설 전류 Ig 중 적어도 하나가 기준치보다 크면, 960 동작에서, 누전 차단기는 차단 신호를 발생시킴으로써 차단 동작을 수행할 수 있다. 급변 누설 전류 ΔIr 및 합성 누설 전류 Ig 중 적어도 하나가 기준치보다 크지 않으면, 누전 차단기는 910 동작을 회귀 수행할 수 있다.
상기 누전 차단기의 전술한 구성요소들 각각은 하나 또는 그 이상의 부품(component)으로 구성될 수 있으며, 해당 구성 요소의 명칭은 전자 장치의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치는 전술한 구성요소 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있으며, 일부 구성요소가 생략되거나 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 구성 요소들 중 일부가 결합되어 하나의 개체(entity)로 구성됨으로써, 결합되기 이전의 해당 구성 요소들의 기능을 동일하게 수행할 수 있다.
그리고 본 문서에 개시된 실시예는 개시된, 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 개시의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 개시의 범위는, 본 개시의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
삭제
삭제

Claims (10)

  1. 태양광 발전 시스템용 누전 차단기에 있어서,
    태양광을 수신하여 직류 전류를 발생시키는 태양광 전지;
    상기 직류 전류를 전달하는 직류 전선로;
    상기 직류 전선로에서 발생하는 누설 전류의 순시치를 측정하는 영상 변류기;
    상기 누설 전류의 기본 성분인 직류 성분, 저항성 교류 성분 및 용량성 교류 성분을 산정하는 기본 성분 산정부;
    상기 기본 성분을 이용하여 상기 누설 전류의 저항성 누설 전류 및 합성 누설 전류를 산정하는 저항성 누설 전류 및 합성 누설전류 산정부;
    상기 저항성 누설 전류의 시간에 따른 변화를 이용하여, 급변 누설 전류를 산정하는 급변 누설 전류 산정부;
    상기 급변 누설 전류를 제 1 기준치와 비교하고, 상기 합성 누설 전류를 제 2 기준치와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 태양광 발전 시스템을 차단하는 차단 신호를 출력하는 기준치 설정 및 비교부; 및
    상기 차단 신호에 따라 상기 태양광 발전 시스템의 차단기를 개방(OFF) 시키는 차단 코일 작동부
    를 포함하고,
    상기 기본 성분 산정부는 푸리에 급수를 이용하여 상기 기본 성분을 산정하고,
    상기 저항성 누설 전류 및 합성 누설 전류 산정부는 상기 직류 성분과 상기 저항성 교류 성분의 벡터 합으로 상기 저항성 누설 전류를 산정하고,
    상기 저항성 누설 전류와 상기 용량성 교류 성분의 벡터합으로 상기 합성 누설 전류를 산정하며,
    상기 급변 누설 전류 산정부는, 상기 저항성 누설 전류의 시간에 따른 변경에 기초하여 상기 급변 누설 전류를 산정하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본 성분 산정부, 상기 저항성 누설 전류 및 합성 누설 전류 산정부 및 상기 급변 누설 전류 산정부가 산정을 수행하기 위한 계산 동기 신호를 발생시키는 계산 동기 신호 발생부
    를 더 포함하는 누전 차단기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 계산 동기 신호 발생부는, 상용 전원의 1주기 동안 하이(high) 신호이고, 상용 전원의 1/2 주기 동안 로우(low) 신호로 구성되는 구형파의 상기 계산 동기 신호를 발생시키는 누전 차단기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기본 성분 산정부는, 상기 계산 동기 신호가 하이 신호인 구간에서 상기 기본 성분을 산정하고,
    상기 저항성 누설 전류 및 합성 누설 전류 산정부 및 상기 급변 누설 전류 산정부는, 상기 계산 동기 신호가 로우 신호인 구간에서 상기 저항성 누설 전류 , 상기 합성 누설 전류 및 상기 급변 누설 전류를 산정하는 누전 차단기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020150142862A 2015-10-13 2015-10-13 태양광 발전 시스템용 누전 차단기 및 누전 차단 방법 KR101800364B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150142862A KR101800364B1 (ko) 2015-10-13 2015-10-13 태양광 발전 시스템용 누전 차단기 및 누전 차단 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150142862A KR101800364B1 (ko) 2015-10-13 2015-10-13 태양광 발전 시스템용 누전 차단기 및 누전 차단 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170043287A KR20170043287A (ko) 2017-04-21
KR101800364B1 true KR101800364B1 (ko) 2017-11-22

Family

ID=58705464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150142862A KR101800364B1 (ko) 2015-10-13 2015-10-13 태양광 발전 시스템용 누전 차단기 및 누전 차단 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101800364B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102205801B1 (ko) 2020-10-12 2021-01-21 주식회사 디케이 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정회로 및 누설 저항 측정방법
KR20230051990A (ko) 2021-10-12 2023-04-19 주식회사 디케이 플로팅 회로를 이용한 활선 상태의 dc 선로에서의 누설저항 측정방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102004337B1 (ko) * 2017-10-26 2019-07-29 한국전기안전공사 사물인터넷(IoT) 기반의 전기안전 감시 장치 및 그 제어 방법
DE102017129083A1 (de) * 2017-12-06 2019-06-06 Sma Solar Technology Ag Fehlabschaltsicheres Betriebsverfahren für eine dezentrale Energieerzeugungsanlage
KR102068028B1 (ko) * 2019-06-17 2020-01-20 한국수자원공사 피뢰기 저항성 누설전류 검출 장치 및 검출 방법
US20230160974A1 (en) * 2020-07-17 2023-05-25 Surge Tech Co., Ltd Device and method for detecting a surge arrester resistive leakage current to reduce computational load
WO2022080833A1 (ko) * 2020-10-12 2022-04-21 주식회사 디케이 플로팅 회로를 이용한 활선 상태의 dc 선로에서의 누설저항 측정방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100904665B1 (ko) * 2008-12-02 2009-06-25 진흥전기 주식회사 저항성 누전전류로 작동되는 누전차단기
KR101205048B1 (ko) 2011-09-19 2012-11-26 진흥전기 주식회사 전기 안전 모니터링 장치
KR101517159B1 (ko) * 2013-11-13 2015-05-04 주식회사 에렐 감전보호 3상 누전차단기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100904665B1 (ko) * 2008-12-02 2009-06-25 진흥전기 주식회사 저항성 누전전류로 작동되는 누전차단기
KR101205048B1 (ko) 2011-09-19 2012-11-26 진흥전기 주식회사 전기 안전 모니터링 장치
KR101517159B1 (ko) * 2013-11-13 2015-05-04 주식회사 에렐 감전보호 3상 누전차단기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102205801B1 (ko) 2020-10-12 2021-01-21 주식회사 디케이 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정회로 및 누설 저항 측정방법
KR20230051990A (ko) 2021-10-12 2023-04-19 주식회사 디케이 플로팅 회로를 이용한 활선 상태의 dc 선로에서의 누설저항 측정방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170043287A (ko) 2017-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101800364B1 (ko) 태양광 발전 시스템용 누전 차단기 및 누전 차단 방법
Sadeghkhani et al. Transient monitoring function–based fault detection for inverter-interfaced microgrids
Zhang et al. Fault analysis and traveling-wave protection scheme for bipolar HVDC lines
CN105765813B (zh) 触电保护三相漏电断路器
CN105467268B (zh) 电力配电网络中的接地故障的方向检测
JP7006237B2 (ja) 電力供給システムの保護装置を備えたシステム
WO2008115255A1 (en) Method for protecting an electric generator
US10191102B2 (en) Automatic current transformer polarity correction
JP6127824B2 (ja) 太陽光発電用パワーコンディショナシステム
JP6324629B2 (ja) 漏洩電流検出装置
JP2004012147A (ja) 絶縁監視装置及び絶縁監視方法
JP2011015583A (ja) 漏電検出方法、漏電検出装置及び漏電遮断器
KR101678964B1 (ko) 고조파 왜곡 환경에서 향상된 역률 계측 방법
Kumar et al. Power quality monitoring using pmu
EP3232207B1 (en) Method and system for measuring imbalances in an electrical grid
Moradi et al. A novel method to locate the voltage sag source: a case study in the Brazilian power network (Mato Grosso)
KR20180087508A (ko) 중첩 무효 에너지 측정을 통한 마이크로그리드 보호계전기 및 그 제어 방법
KR101073979B1 (ko) 순시적인 3상 전압 실효치 검출 방법
JP2008309681A (ja) 絶縁劣化監視装置とその方法
US20130204551A1 (en) Apparatus for use in estimating a fault level in a network providing an electrical power supply to consumers
JP2019022264A (ja) 欠相検知装置、欠相検知システム、および欠相検知方法
KR101463045B1 (ko) 고장전류에 포함된 직류 성분 검출 및 제거 방법
Baeckeland et al. Novel fault distance estimation method for lines connected to converter-based generation
Green et al. Three-Phase Electrical Measurement Representations for Nonintrusive Load Diagnostics
Akter et al. Impedance based directional relaying for smart power networks integrating with converter interfaced photovoltaic plants

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant