KR102441745B1 - Apparatus for monitoring and interrupting arc and leakage current of electrical safety type solar junction box - Google Patents

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KR102441745B1 KR1020220041617A KR20220041617A KR102441745B1 KR 102441745 B1 KR102441745 B1 KR 102441745B1 KR 1020220041617 A KR1020220041617 A KR 1020220041617A KR 20220041617 A KR20220041617 A KR 20220041617A KR 102441745 B1 KR102441745 B1 KR 102441745B1
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한국전자기술연구원
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Abstract

In accordance with the present invention, provided is an arc and leakage current monitoring and blocking device for an electrical safety solar junction box. The arc and leakage current monitoring and blocking device for an electrical safety solar junction box, includes: a first sensor unit disposed on a transmission line for transmitting a direct current generated by a plurality of solar cells, and detecting an arc signal from the direct current; a second sensor unit including a core disposed on the transmission line and a first coil wound around the core, applying an alternating current to the first coil and detecting a DC offset current induced by a leakage current flowing in the transmission line; and a control unit determining whether an arc is generated based on the arc signal, and determining whether the leakage current is generated based on the DC offset current. Therefore, the present invention is capable of embodying an electrical safety solar junction box by detecting and blocking arc and earthing accidents.

Description

전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치{APPARATUS FOR MONITORING AND INTERRUPTING ARC AND LEAKAGE CURRENT OF ELECTRICAL SAFETY TYPE SOLAR JUNCTION BOX}ARC AND LEAKAGE CURRENT OF ELECTRICAL SAFETY TYPE SOLAR JUNCTION BOX

본 발명은 전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류를 감시하고 차단하여 화재를 예방하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for preventing a fire by monitoring and blocking the arc and leakage current of an electrical safety type solar junction box.

태양광 발전소에서 직류(DC)단 화재는 훼손된 전선, 절연 성능이 저하된 극간이나 선로에 직렬, 병렬 형태로 아크가 발생하는데, 발생 지점에는 국부 고열이 발생하여서 전기 화재로 연결된다.In a direct current (DC) terminal fire in a solar power plant, arcs occur in series or parallel form between damaged wires and between poles or lines with reduced insulation performance.

비접지 계통인 태양광 발전소 직류단(양극, 음극)은 어느 한 극이 접지가 되어도 누설 전류가 발생하지 않으나 양단 모두 접지가 발생하면 누전이 발생하기 시작하며 이는 아크와는 다른 형태로 발열을 일으키고 화재로 연결된다. 따라서 태양광 발전소의 직류단의 아크 및 누전을 검출하고 차단한다면 화재를 예방할 수 있다.In the ungrounded system, the direct current (anode, cathode) of the solar power plant does not generate leakage current even if either pole is grounded, but when both ends are grounded, a short circuit begins to occur, which generates heat in a different form from the arc. lead to fire Therefore, it is possible to prevent a fire by detecting and blocking the arc and short circuit of the DC link of the solar power plant.

종래의 아크 검출 방법은 아크의 고조파 특성을 근간으로 하여 전류 센서(CT: Current Transformer)신호에서 고조파 필터(HPF)를 적용하여 고조파 신호만을 축출하고 크기를 조정하여 신호의 레벨이나 실효값(RMS: Root Mean Square)으로 아크의 존재를 검출하였다. 그러나, 고조파 특성을 시간 영역에서 신호 레벨이나 실효값으로 처리할 경우 다양한 고조파가 비선형적으로 나타내는 특성을 반영하기 어려운 문제점이 있다.The conventional arc detection method extracts only the harmonic signal by applying a harmonic filter (HPF) to the current sensor (CT: Current Transformer) signal based on the harmonic characteristics of the arc and adjusts the size of the signal level or rms value (RMS: Root Mean Square) was used to detect the presence of arcs. However, when the harmonic characteristics are processed as signal levels or rms values in the time domain, there is a problem in that it is difficult to reflect the nonlinear characteristics of various harmonics.

또한, 태양광 발전소의 직류단은 교류와 다르게 직류(DC) 전류가 흐르기 때문에 자성체 유도 기전력을 사용하는 교류 전류 센서(CT)를 사용할 경우 단방향으로 흐르는 직류 전류에 의하여 자성체가 단방향으로 포화되어 센서로서 역할을 상실하는 문제점 있다.In addition, since a direct current (DC) current flows differently from an alternating current in the direct current terminal of a solar power plant, when an alternating current sensor (CT) using magnetic material induced electromotive force is used, the magnetic material is saturated in one direction by the direct current flowing in one direction and is used as a sensor. There is a problem of losing the role.

상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 아크 및 누전을 모두 검출 및 차단할 수 있고, 시스템이 간단하면서 높은 신뢰도를 갖는 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention provides an arc and leakage current monitoring and interruption device of a solar junction box that can detect and block both arcs and short circuits, and has a simple and highly reliable system aim to do

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류를 감시하는 장치로서, 복수의 태양전지에서 생성된 직류 전류를 전송하는 전송 선로에 배치되며, 직류 전류에서 아크 신호를 검출하는 제1 센서부와, 전송 선로에 배치되는 코어 및 코어에 권선되는 제1 코일을 포함하고, 제1 코일에 교류 전류를 인가하며 전송 선로에 흐르는 누설 전류에 의해 유도되는 직류 옵셋 전류를 검출하는 제2 센서부와, 아크 신호를 기초로 아크의 발생 여부를 판단하고, 직류 옵셋 전류를 기초로 누설 전류의 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is a device for monitoring the arc and leakage current of a solar junction box, which is disposed on a transmission line for transmitting the DC current generated by a plurality of solar cells, and receives an arc signal from the DC current. It includes a first sensor unit for detecting, a core disposed on a transmission line, and a first coil wound around the core, applying an alternating current to the first coil and detecting a DC offset current induced by a leakage current flowing through the transmission line Arc and leakage current monitoring and blocking device of a solar junction box including a second sensor unit and a control unit for determining whether an arc is generated based on an arc signal, and determining whether a leakage current is generated based on a DC offset current provides

여기서, 제1 센서부는, 아크 신호를 검출하는 공심 코일 전류 센서와, 아크 신호의 게인을 조절하는 게인 조절부와, 게인이 조절된 아크 신호를 디지털 신호 처리하는 디지털 신호 처리부를 포함할 수 있다.Here, the first sensor unit may include an air-core coil current sensor for detecting an arc signal, a gain adjusting unit for adjusting a gain of the arc signal, and a digital signal processing unit for digitally processing the arc signal of which the gain is adjusted.

또한, 제어부는, 디지털 신호 처리된 아크 신호의 크기가 기준값 이상이고 기준 시간 이상으로 검출되면 아크로 판단할 수 있다.In addition, the controller may determine the arc signal when the digital signal-processed arc signal has a size equal to or greater than a reference value and is detected to be greater than or equal to a reference time.

또한, 디지털 신호 처리부는, 공심 코일 전류 센서가 검출한 아크 신호를 적분하여 적분 신호를 생성하는 디지털 적분기와, 적분 신호를 주파수 영역으로 변환하는 푸리에 변환부와, 주파수 영역의 스펙트럼을 분석하는 스펙트럼 분석부를 포함할 수 있다.In addition, the digital signal processing unit includes a digital integrator that generates an integral signal by integrating the arc signal detected by the air-core coil current sensor, a Fourier transform unit that converts the integrated signal into a frequency domain, and a spectrum analysis that analyzes a spectrum in the frequency domain may include wealth.

또한, 본 발명의 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치는, 전송 선로에 직렬로 연결되는 직렬 아크 처리부와, 두 개의 전송 선로에 연결되는 병렬 아크 처리부를 더 포함할 수 있다.In addition, the arc and leakage current monitoring and blocking device of the solar junction box of the present invention may further include a series arc processing unit connected in series to a transmission line, and a parallel arc processing unit connected to two transmission lines.

또한, 제어부는, 아크 발생 시, 직렬 아크 처리부를 통해 전송 선로를 개방하거나, 병렬 아크 처리부를 통해 두 개의 전송 선로를 단락시킬 수 있다.In addition, when an arc is generated, the controller may open the transmission line through the series arc processing unit or short-circuit the two transmission lines through the parallel arc processing unit.

또한, 제어부는 직류 옵셋 전류가 기준값 이상이면 누설 전류의 발생으로 판단할 수 있다.Also, when the DC offset current is equal to or greater than the reference value, the controller may determine that the leakage current is generated.

또한, 제1 코일에는 누설 전류의 발생 시 교류 전류에 직류 옵셋 전류가 더해진 코일 전류가 흐를 수 있다.Also, a coil current obtained by adding a DC offset current to an AC current may flow in the first coil when a leakage current is generated.

또한, 제2 센서부는, 코일 전류에서 교류 전류를 제거하여 직류 옵셋 전류를 산출할 수 있다.Also, the second sensor unit may calculate the DC offset current by removing the AC current from the coil current.

또한, 본 발명의 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치는, 코어에 권선되는 제2 코일을 포함하고, 교류 전류와 대응하며 교류 전류와 반대 방향인 보상 전류를 제2 코일에 인가하는 보상부를 더 포함할 수 있다.In addition, the arc and leakage current monitoring and blocking device of the solar junction box of the present invention includes a second coil wound on the core, and applies a compensation current corresponding to the alternating current and opposite to the alternating current to the second coil. It may further include a compensation unit.

본 발명에 따르면, 태양광 발전의 직류 전기 계통의 화재의 원인인 아크 및 접지 사고를 모두 검출하여 차단하기 때문에, 전기 안전형 스마트 태양광 접속함을 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to implement an electric safety type smart solar junction box because it detects and blocks both arcs and grounding accidents, which are causes of fire in the direct current electric system of photovoltaic power generation.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. will be.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 접속함을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 접속함의 아크 감시 및 차단 장치의 구체적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공심 코일 전류 센서의 관통 전류에 따른 유도 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 공심 코일 전류 센서와 일반 자성체 전류 센서의 고조파 신호를 비교한 그래프를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 아크 감시 장치의 아크를 제거하는 구성에 대한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 접속함의 누설 전류 감시 및 차단 장치의 개략적인 회로도이다.
도 8은 도 7의 회로도에서 코일에 교류 전류를 강제로 인가하기 위한 구체적인 회로도이다.
도 9는 제1 코일에 흐르는 코일 전류의 파형을 도시한 그래프이다.
도 10은 도 9의 코일 전류에서 교류 전류를 제거한 파형을 도시한 그래프이다.
도 11은 도 7의 회로도에서 코일에 강제로 인가된 교류 전류를 보상하기 위한 구체적인 회로도이다.1 is a view showing the overall configuration of a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a solar junction box according to an embodiment of the present invention.
3 is a detailed block diagram of an arc monitoring and blocking device of a solar junction box according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining an induced voltage according to the through current of the air-core coil current sensor according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a graph comparing harmonic signals of an air-core coil current sensor and a general magnetic current sensor.
6 is a block diagram of a configuration for removing an arc of an arc monitoring device according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic circuit diagram of an apparatus for monitoring and blocking leakage current of a solar junction box according to an embodiment of the present invention.
8 is a detailed circuit diagram for forcibly applying an alternating current to a coil in the circuit diagram of FIG. 7 .
9 is a graph illustrating a waveform of a coil current flowing through a first coil.
10 is a graph illustrating a waveform obtained by removing an alternating current from the coil current of FIG. 9 .
11 is a detailed circuit diagram for compensating for an AC current forcibly applied to a coil in the circuit diagram of FIG. 7 .

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.In order to fully understand the configuration and effect of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be embodied in various forms and various modifications may be made. However, the description of the present embodiment is provided so that the disclosure of the present invention is complete, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains the scope of the invention. In the accompanying drawings, components are enlarged in size than actual for convenience of description, and ratios of each component may be exaggerated or reduced.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.Terms such as 'first' and 'second' may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the above terms. The above term may be used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a 'first component' may be termed a 'second component', and similarly, a 'second component' may also be termed a 'first component'. can Also, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Unless otherwise defined, terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those of ordinary skill in the art.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.1 is a view showing the overall configuration of a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은 태양전지(110), 태양광 접속함(120), 태양광 PCS(330)로 구성된다.As shown in FIG. 1 , the photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention includes a solar cell 110 , a photovoltaic junction box 120 , and a photovoltaic PCS 330 .

태양전지(110)는 태양으로부터 빛을 받아 광전 효과에 의해 전기를 발생시킨다. 구체적으로, 태양전지(110)는 직류 전류를 생성하여 태양광 접속함(120)으로 전송한다.The solar cell 110 receives light from the sun and generates electricity by the photoelectric effect. Specifically, the solar cell 110 generates a direct current and transmits it to the solar junction box 120 .

태양광 인버터(330)는 태양광 접속함(120)으로부터 수신한 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 변압기 등으로 공급한다.The solar inverter 330 converts the DC current received from the solar junction box 120 into an AC current and supplies it to a transformer or the like.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 접속함을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a solar junction box according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 태양광 접속함(120)은 복수의 태양전지(110)에 의해 생성된 태양광 발전 전기가 집중되는 설비이다. Referring to FIG. 2 , the photovoltaic junction box 120 is a facility in which photovoltaic electricity generated by a plurality of solar cells 110 is concentrated.

태양광 접속함(120)은 전기 사고가 발생할 경우 화재가 자주 발생하는 설비이기도 하며 일단 화재가 시작되면 전소되는 특징이 있다.The photovoltaic junction box 120 is also a facility in which a fire frequently occurs when an electrical accident occurs, and has a characteristic of being burned out once a fire starts.

태양전지(110)에서 출력되는 전류는 최대 9A이므로 태양광 접속함(120)에 아크가 발생한다고 해도 차단기(MCCB)의 과전류 동작 범위에 해당되지 않기 때문에, 차단기는 아크 사고를 직접 보호할 수 없다. 또한, 병렬 아크의 경우 차단기가 메인 선로를 차단하더라도 태양전지(10)가 계속하여 에너지를 공급하므로 아크가 제거되지 않고 화재를 유발할 수 있다.Since the current output from the solar cell 110 is a maximum of 9A, even if an arc occurs in the solar junction box 120, it does not fall within the overcurrent operating range of the circuit breaker (MCCB), so the circuit breaker cannot directly protect against an arc accident . In addition, in the case of a parallel arc, even if the circuit breaker blocks the main line, since the solar cell 10 continues to supply energy, the arc is not removed and a fire may be caused.

또한, 태양광 발전 시스템은 하나의 전송 선로가 접지와 연결되는 접지 사고가 발생해도 전체 시스템은 접지와 절연되어 있지 않으므로, 사고 전류가 거의 흐르지 않는다. 즉, 하나의 전송 선로에 접지 사고가 발생해도 시스템은 정상적으로 사용이 가능하지만 이에 대한 조치를 취하지 않는 중에 다른 전송 선로도 접지 사고가 발생한다면 높은 사고 전류가 흐르게 되어 전체 시스템 정전이 발생하게 된다. 따라서, 태양광 발전 시스템의 신뢰성을 높이기 위해서는 시스템 정전이 발생하기 전에 누설 전류 감시(절연 감시)를 수행하고 어떤 전송 선로(지점)에 접지 사고가 발생했는지 파악하여 고장을 제거해야 한다.In addition, in the photovoltaic power generation system, even if a ground fault occurs in which one transmission line is connected to the ground, the entire system is not insulated from the ground, so the fault current hardly flows. That is, even if a grounding fault occurs in one transmission line, the system can be used normally, but if a grounding fault occurs in another transmission line while no measures are taken, high fault current flows and the entire system blackout occurs. Therefore, in order to increase the reliability of the photovoltaic system, it is necessary to perform leakage current monitoring (insulation monitoring) before a system power outage, and to remove the fault by identifying which transmission line (point) has a grounding accident.

본 발명의 실시예에 따른 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치는, 태양광 접속함(120)에서 발생하는 직렬 아크 및 병렬 아크를 검출하고, 이를 바탕으로 직렬 아크 및 병렬 아크를 제거하고, 누설 전류를 검출하여 접지 사고를 예방한다.Arc and leakage current monitoring and blocking device of a solar junction box according to an embodiment of the present invention detects a series arc and a parallel arc generated in the solar junction box 120, and removes the series arc and parallel arc based on this and to prevent grounding accidents by detecting leakage current.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 접속함의 아크 감시 및 차단 장치의 구체적인 블록도이다.3 is a detailed block diagram of an arc monitoring and blocking device of a solar junction box according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 접속함의 아크 감시 및 차단 장치는 복수의 태양전지(110)에서 생성된 직류 전류를 전송하는 전송 선로에 배치되며 직류 전류에서 아크 신호를 검출하는 제1 센서부(201)를 포함한다.2 and 3, the arc monitoring and blocking device of the solar junction box according to an embodiment of the present invention is disposed on a transmission line for transmitting the DC current generated by the plurality of solar cells 110, and the arc in the DC current and a first sensor unit 201 for detecting a signal.

여기서, 제1 센서부(201)는 공심 코일 전류 센서(aircore coil current sensor)(210) 및 아크 검출기(211)를 포함한다. 그리고, 아크 검출기(211)는 게인 조절부(gain controller)(220), 아날로그-디지털 변환부(Analog to Digital Converter)(230), 디지털 신호 처리부(240)로 구성된다.Here, the first sensor unit 201 includes an aircore coil current sensor 210 and an arc detector 211 . The arc detector 211 includes a gain controller 220 , an analog-to-digital converter 230 , and a digital signal processor 240 .

공심 코일 전류 센서(210)는 태양전지(110)와 연결된 전송 선로의 둘레에 위치하여, 태양전지(110)에서 출력된 직류 전류에서 아크 신호를 검출한다. 여기서, 아크 신호는 직류 전류에 포함되는 고조파 전류 신호를 미분한 미분 신호이다.The air-core coil current sensor 210 is positioned around the transmission line connected to the solar cell 110 , and detects an arc signal from the DC current output from the solar cell 110 . Here, the arc signal is a differential signal obtained by differentiating the harmonic current signal included in the DC current.

게인 조절부(220)는 공심 코일 전류 센서(210)로부터 출력된 미분 신호를 설정된 크기로 조절한다. 예를 들면, 게인 조절부(220)는 공심 코일 전류 센서(210)로부터 출력된 미분 신호를 증가시키거나 감소시켜 설정된 크기의 신호로 조절한다.The gain adjusting unit 220 adjusts the differential signal output from the air-core coil current sensor 210 to a set size. For example, the gain control unit 220 increases or decreases the differential signal output from the air-core coil current sensor 210 to adjust the signal of a set size.

아날로그-디지털 변환부(230)는 게인 조절부(220)에서 출력된 아날로그 형태의 미분 신호를 디지털 형태의 미분 신호로 변환한다.The analog-to-digital converter 230 converts the analog differential signal output from the gain adjuster 220 into a digital differential signal.

디지털 신호 처리부(240)는 아날로그-디지털 변환부(230)에서 출력된 신호를 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing)한다. 구체적으로, 디지털 신호 처리부(240)는 디지털 적분기(241), 푸리에 변환부(Fast Fourier Transformation)(242) 및 스펙트럼 분석부(243)를 포함한다.The digital signal processing unit 240 performs digital signal processing on the signal output from the analog-to-digital conversion unit 230 . Specifically, the digital signal processing unit 240 includes a digital integrator 241 , a Fast Fourier Transformation unit 242 , and a spectrum analysis unit 243 .

여기서, 디지털 적분기(241)는 아날로그-디지털 변환부(230)에서 출력된 미분 신호를 원래의 신호로 복원하기 위해 미분 신호를 적분하여 적분 신호로 변환한다.Here, the digital integrator 241 integrates the differential signal to restore the differential signal output from the analog-to-digital converter 230 to the original signal and converts the differential signal into an integral signal.

푸리에 변환부(242)는 디지털 적분기(242)에서 출력된 적분 신호를 주파수 영역으로 변환한다.The Fourier transform unit 242 converts the integral signal output from the digital integrator 242 into a frequency domain.

스펙트럼 분석부(243)는 푸리에 변환부(242)에서 변환된 적분 신호의 주파수 영역을 분석하여, 주파수 영역 중 설정된 범위의 주파수 크기 값을 추출한다. 예를 들면, 스펙트럼 분석부(243)는 10KHz~200KHz 영역의 주파수 크기 값을 추출할 수 있다.The spectrum analyzer 243 analyzes the frequency domain of the integral signal transformed by the Fourier transform unit 242 and extracts a frequency magnitude value of a set range among the frequency domain. For example, the spectrum analyzer 243 may extract a frequency magnitude value in a range of 10 KHz to 200 KHz.

제어부(250)는 디지털 신호 처리부(240)를 통하여 기준값 이상의 신호가 감지되고, 기준 값 이상의 신호가 기준 시간 이상으로 검출되었을 때 아크로 판단한다.When a signal equal to or greater than the reference value is detected through the digital signal processing unit 240 , and a signal equal to or greater than the reference value is detected for more than the reference time, the controller 250 determines that the arc is an arc.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공심 코일 전류 센서의 관통 전류에 따른 유도 전압을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 공심 코일 전류 센서와 일반 자성체 전류 센서의 고조파 신호를 비교한 그래프를 도시한 도면이다.4 is a view for explaining an induced voltage according to the through current of the air-core coil current sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph comparing the harmonic signals of the air-core coil current sensor and the general magnetic current sensor. It is a drawing.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 공심 코일 전류 센서(210)에서 출력된 신호는 아래의 수학식 1과 같이 아크의 고조파 전류 신호를 미분한 파형이다.4, the signal output from the air-core coil current sensor 210 according to the embodiment of the present invention is a waveform obtained by differentiating the harmonic current signal of the arc as shown in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112022035754305-pat00001
Figure 112022035754305-pat00001

여기서, M은 μ0×S×N을 의미하고, μ0는 공기 투과성(permeability of air)π×10-7H/m을 의미하고, S는 단면적(m2)을 의미하고, N은 턴수/m를 의미한다.Here, M means μ 0 ×S × N, μ 0 means air permeability π × 10 -7 H/m, S means the cross-sectional area (m 2 ), and N is the number of turns /m stands for

본 발명의 실시 예에 따른 공심 코일 센서(210)에서 출력되는 신호는 아크의 고조파 전류 신호를 미분한 파형이다. 구체적으로, 본 발명에서는 아크 고조파 특성이 높은 주파수를 갖는 것에 기인하여 직류 전류에 포화가 없고 고조파 교류 전류를 측정하기에 용이한 공심 코일 전류 센서(210)를 사용하였다.The signal output from the air-core coil sensor 210 according to an embodiment of the present invention is a waveform obtained by differentiating the harmonic current signal of the arc. Specifically, in the present invention, an air-core coil current sensor 210 that is easy to measure harmonic alternating current without saturation in direct current due to the fact that the arc harmonic characteristic has a high frequency was used.

상기 수학식 1을 참조하면, 직류 전류는 변화량이 없기 때문에 미분 신호에 의하여 소거된다. 또한, 주파수 성분이 있는 교류 고조파 전류는 미분 신호 형태로 출력된다.Referring to Equation 1, the DC current is canceled by the differential signal because there is no change. In addition, the AC harmonic current having a frequency component is output in the form of a differential signal.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 공심 코일 센서(210)는 1MHz 이하의 주파수 성분을 미분 신호로 넘기기에 적당하므로 직류 전류에 발행하는 고조파 전류를 검출하기에 적정할 수 있다. 또한, 직류 전류에 대해서 자성 포화가 없기 때문에 최적의 성능을 발휘할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the air-core coil sensor 210 according to an embodiment of the present invention is suitable for passing a frequency component of 1 MHz or less as a differential signal, so it may be suitable for detecting a harmonic current generated in a DC current. . In addition, since there is no magnetic saturation with respect to a direct current, the optimum performance can be exhibited.

구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 일반 전류 센서(CT)와 본 발명의 실시 예에 따른 공심 코일 전류 센서는 유사한 신호 특성을 보이고 있으며, 직류 전류가 흐를 경우 CT-Ferrite는 내부 자성체가 포화되어 아크 신호 출력이 나오지 않을 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 5 , a general current sensor (CT) and an air-core coil current sensor according to an embodiment of the present invention exhibit similar signal characteristics, and when a direct current flows, the CT-Ferrite internal magnetic material is saturated. and arc signal output may not come out.

그러나, 본 발명에서는 공심 코일 전류 센서 및 디지털 신호 처리부를 사용하기 때문에 특정 밴드 주파수의 크기로 판단할 경우 아크 판단을 보다 신뢰성 있게 할 수 있는 장점이 있다.However, since the present invention uses an air-core coil current sensor and a digital signal processing unit, there is an advantage in that the arc determination can be made more reliably when the size of a specific band frequency is used.

본 발명의 실시예에 따른 태양광 접속함의 아크 감시 장치는 태양광 접속함(120)에서 발생하는 직렬 아크 및 병렬 아크를 광(빛), 전파, 전류 신호 분석으로 검출하고, 이를 바탕으로 직렬 아크 및 병렬 아크를 제거한다.The arc monitoring device of the solar junction box according to an embodiment of the present invention detects a series arc and a parallel arc generated in the solar junction box 120 through light (light), radio wave, and current signal analysis, and based on this, the series arc and parallel arcs.

종래의 태양광 접속함은 차단기(MCCB)를 갖추고 있다. 차단기의 과전류 계전기는 전로의 과열을 보호하기 위한 장비로 정격 전류에 대해서 200%에 대해서 몇 분이 경과했을 때 차단 동작을 수행하여 화재를 막는다. 그러나 아크 사고는 정격 전류보다 낮은 전류에서 발생하지만 고열을 발생하는 사고로서 기존 차단기의 과전류 계전기로는 이를 인지 보호할 수 없다. 더구나 기존 태양광 접속함은 아크를 감지할 수 있는 설비를 갖추고 있지 않다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 아크 감시 장치는 센서를 이용하여 직렬 아크 발생을 감지하고, 아크가 발생하면 태양전지(110)를 태양광 접속함(120)으로부터 분리하고, 메인 전송 선로(예컨대, 태양광 인버터(330)와의 연결)로부터 분리한다.A conventional solar junction box is equipped with a circuit breaker (MCCB). The overcurrent relay of the circuit breaker is a device to protect the circuit from overheating, and it performs the cutoff operation when several minutes have elapsed at 200% of the rated current to prevent fire. However, an arc accident occurs at a current lower than the rated current, but generates high heat, and the overcurrent relay of the existing circuit breaker cannot protect it. Moreover, the existing solar junction box is not equipped with an arc detection facility. Accordingly, the arc monitoring device according to an embodiment of the present invention detects the generation of a series arc using a sensor, and when an arc occurs, the solar cell 110 is separated from the solar junction box 120, and the main transmission line (eg, , connected to the solar inverter 330).

한편, 병렬 아크가 발생했을 때는 차단기가 설령 동작했더라도 차단기와 상관없이 태양전지(110)에서 출력되는 에너지로 인해 계속하여 아크가 유지되므로 결국 화재가 발생할 수밖에 없다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 아크 감시 장치는 병렬 아크가 발생한 경우, 태양 전기(110)의 전송 선로를 단락(Short)하여 병렬 아크를 제거한다.On the other hand, when a parallel arc occurs, even if the circuit breaker operates, the arc is continuously maintained due to the energy output from the solar cell 110 regardless of the circuit breaker, and thus a fire is inevitable. Therefore, the arc monitoring device according to an embodiment of the present invention removes the parallel arc by shorting the transmission line of the solar electricity 110 when a parallel arc occurs.

그러면, 보다 상세히, 본 발명의 실시예에 따른 아크 감시 장치가 아크를 제거하는 방법에 대해 설명하기로 한다. Then, in more detail, the arc monitoring device according to an embodiment of the present invention will be described with respect to a method of removing the arc.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 아크 감시 및 차단 장치의 아크를 제거하는 구성에 대한 블록도이다.6 is a block diagram of a configuration for removing an arc of an arc monitoring and interrupting device according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 아크 감시 및 차단 장치는 센서부(210), 직렬 아크 처리부(214), 병렬 아크 처리부(213), 통신부(215) 및 제어부(250)를 포함한다.2 and 6 , the arc monitoring and blocking device according to an embodiment of the present invention includes a sensor unit 210 , a serial arc processing unit 214 , a parallel arc processing unit 213 , a communication unit 215 , and a control unit 250 . ) is included.

센서부(210)는 아크 발생 시 태양전지(110)에서 출력되는 직류 전류에 포함되는 고조파 전류를 검출할 수 있다.The sensor unit 210 may detect a harmonic current included in the DC current output from the solar cell 110 when an arc is generated.

직렬 아크 처리부(214)는 태양전지(110)의 전송 선로에 직렬로 연결되며 전송 선로에 발생된 직렬 아크를 제거할 수 있다. 구체적으로, 직렬 아크 처리부(214)는 직렬 아크가 발생하면, 제어부(250)의 제어에 따라 직렬로 연결되는 전송 선로를 차단한다. 이러한 직렬 아크 처리부(214)는 태양전지(110)의 전송 선로에 직렬로 연결되는 스위치 또는 릴레이로 이루어진 차단기일 수 있다. 즉, 직렬 아크 처리부(214)는 제어부(250)의 제어에 따라 아크가 검출될 때 해당 전송 선로를 개방(Open)하여 직렬 아크를 제거한다.The series arc processing unit 214 is connected in series to the transmission line of the solar cell 110 and may remove the series arc generated in the transmission line. Specifically, when a series arc occurs, the series arc processing unit 214 cuts off a transmission line connected in series under the control of the control unit 250 . The series arc processing unit 214 may be a switch or a relay circuit breaker connected in series to the transmission line of the solar cell 110 . That is, the series arc processing unit 214 removes the series arc by opening the corresponding transmission line when an arc is detected under the control of the controller 250 .

병렬 아크 처리부(213)는 태양전지(110)의 두 개의 전송 선로에 연결된다. 즉, 병렬 아크 처리부(213)는 양단이 (+) 및 (-) 전송 선로에 각각 연결된다. 그리고, 병렬 아크 처리부(213)는 두 개의 전송 선로 간에 발생된 병렬 아크를 제거할 수 있다.The parallel arc processing unit 213 is connected to two transmission lines of the solar cell 110 . That is, both ends of the parallel arc processing unit 213 are respectively connected to (+) and (-) transmission lines. In addition, the parallel arc processing unit 213 may remove the parallel arc generated between the two transmission lines.

한편, 직렬 아크 처리부(214), 즉, 차단기가 차단(Open)되는 즉시, 직렬 아크는 모두 제거되지만, 병렬 아크는 직렬 아크 처리부(120)와 무관하게 유지될 수 있다. 따라서, 직렬 아크를 제거한 이후에도, 센서부(210)를 통해 여전히 아크가 검출되면, 병렬 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다. On the other hand, as soon as the series arc processing unit 214 , that is, the circuit breaker is opened, all of the series arcs are removed, but the parallel arc may be maintained regardless of the series arc processing unit 120 . Therefore, even after removing the series arc, if the arc is still detected through the sensor unit 210, it can be determined that the parallel arc has occurred.

여기서, 병렬 아크 처리부(213)는 병렬 아크가 검출된 두 개의 전송 선로를 단락시켜 병렬 아크를 제거한다. 이와 같이, 병렬 아크가 발생된 두 개의 전송 선로를 단락(Short)시킬 경우 두 개의 전송 선로 간 전압은 0V가 되고, 이에 따라 병렬 아크를 활성화하는 플라즈마 물질이 더 이상 생성되지 않기 때문에 아크는 제거된다. Here, the parallel arc processing unit 213 removes the parallel arc by shorting the two transmission lines in which the parallel arc is detected. In this way, when the two transmission lines in which the parallel arc is generated are short-circuited, the voltage between the two transmission lines becomes 0V, and accordingly, the arc is removed because the plasma material that activates the parallel arc is no longer generated. .

병렬 아크 처리부(213)는 병렬 아크를 제거한 후, 두 개의 전송 선로 간 절연 성능을 회복하도록 두 개의 전송 선로를 분리하여 원래의 상태로 복귀시킨다. 이와 같은, 병렬 아크 처리부(213)는 두 개의 전송 선로의 단락을 유발하고 복귀할 수 있는 릴레이 및 스위치 등이 될 수 있다.After removing the parallel arc, the parallel arc processing unit 213 separates the two transmission lines to restore insulation performance between the two transmission lines to restore the original state. As such, the parallel arc processing unit 213 may be a relay, a switch, etc. that can cause a short circuit of two transmission lines and return.

통신부(215)는 관리자 장치(미도시)를 비롯한 다른 장치와 통신을 위한 것으로, 다양한 통신 연결 방식을 통해 통신을 수행한다. 이러한 통신부(215)는 다양한 통신 연결 방식의 통신 기능 중 어느 하나를 선택하여 통신할 수 있다. The communication unit 215 is for communication with other devices including a manager device (not shown), and performs communication through various communication connection methods. The communication unit 215 may select and communicate with any one of communication functions of various communication connection methods.

제어부(250)는 아크가 발생 및 제거가 이루어졌음을 알리는 리포트를 통신부(215)를 통해 관리자 장치로 전송할 수 있다.The control unit 250 may transmit a report indicating that the arc has been generated and removed to the manager device through the communication unit 215 .

그러면, 통신부(215)는 제어부(250)로부터 전달 받은 리포트를 무선 신호로 변환하여 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.Then, the communication unit 215 may convert the report received from the control unit 250 into a wireless signal and transmit it through a wireless channel.

제어부(250)는 아크 감시 장치의 전반적인 동작 및 아크 감시 장치의 내부 구성들 간 신호 흐름을 제어하고, 데이터를 처리하는 데이터 처리 기능을 수행할 수 있다. 이러한 제어부(250)는 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit), 그래픽 처리 장치(GPU: Graphic Processing Unit), 디지털 신호 처리기(DSP: Digital Signal Processor) 등이 될 수 있다. The controller 250 may control the overall operation of the arc monitoring device and the signal flow between internal components of the arc monitoring device, and may perform a data processing function of processing data. The control unit 250 may be a central processing unit (CPU), a graphic processing unit (GPU), a digital signal processor (DSP), or the like.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 접속함의 누설 전류 감시 및 차단 장치의 개략적인 회로도이다.7 is a schematic circuit diagram of an apparatus for monitoring and blocking leakage current of a solar junction box according to an embodiment of the present invention.

도 7를 참조하면, 누설 전류 감시 및 차단 장치는, 센서부(130), 보상부(140) 및 제어부(250)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 7 , the leakage current monitoring and blocking device may include a sensor unit 130 , a compensation unit 140 , and a control unit 250 .

센서부(130)는, 전송 선로(L1, L2)에 배치되며, 접지 사고 발생 시 누설 전류(Ip)에 의해 유도되는 직류 옵셋 전류를 검출할 수 있다. The sensor unit 130 is disposed on the transmission lines L1 and L2 and may detect a DC offset current induced by the leakage current I p when a ground fault occurs.

제어부(250)는 직류 옵셋 전류를 기초로 접지 사고를 감시할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 직류 옵셋 전류가 검출되면 접지 사고로 판단하거나, 직류 옵셋 전류가 기준값 이상이면 접지 사고로 판단할 수 있다.The controller 250 may monitor the ground fault based on the DC offset current. That is, when the DC offset current is detected, the control unit 150 may determine the ground fault, or if the DC offset current is equal to or greater than the reference value, it may determine the ground fault.

도 8은 도 7의 회로도에서 코일에 교류 전류를 강제로 인가하기 위한 구체적인 회로도이다. 그리고, 도 9는 제1 코일에 흐르는 코일 전류의 파형을 도시한 그래프이고, 도 10은 도 9의 코일 전류에서 교류 전류를 제거한 파형을 도시한 그래프이다. 그리고, 도 11은 도 7의 회로도에서 코일에 강제로 인가된 교류 전류를 보상하기 위한 구체적인 회로도이다.8 is a detailed circuit diagram for forcibly applying an alternating current to a coil in the circuit diagram of FIG. 7 . Also, FIG. 9 is a graph illustrating a waveform of a coil current flowing through the first coil, and FIG. 10 is a graph illustrating a waveform in which an AC current is removed from the coil current of FIG. 9 . And, FIG. 11 is a detailed circuit diagram for compensating for the AC current forcibly applied to the coil in the circuit diagram of FIG. 7 .

도 7 및 도 8을 참조하면, 센서부(130)는, 교류 유도 기전력 원리를 이용한 전류 센서로서 변류기(Current Transformer; CT)일 수 있으며, 전송 선로(L1, L2)에 배치되는 코어(131) 및 코어(131)에 권선되는 제1 코일(132)을 포함하여 구성될 수 있다.7 and 8 , the sensor unit 130 is a current sensor using the principle of AC induction electromotive force, and may be a current transformer (CT), and a core 131 disposed on the transmission lines L1 and L2. and a first coil 132 wound around the core 131 .

한편, 태양전지(110)가 전송 선로(L1, L2)에 지속적으로 직류 전류를 출력하게 되면, 전송 선로(L1, L2)에 배치된 센서부(130)의 코어(131)가 포화되어 더 이상 변류기의 역할을 수행할 수 없게 된다.On the other hand, when the solar cell 110 continuously outputs a DC current to the transmission lines L1 and L2, the core 131 of the sensor unit 130 disposed on the transmission lines L1 and L2 is saturated and is no longer It cannot perform the role of a current transformer.

따라서, 센서부(130)는 제1 코일(132)에 교류 전압(교번 전압)(Vs)을 인가함으로써, 코어(131)가 포화되는 것을 방지한다. 이 때, 교류 전압(Vs)으로 인해 제1 코일(132)에는 교류 전류(is)가 흐르게 된다.Accordingly, the sensor unit 130 prevents the core 131 from being saturated by applying the AC voltage (alternating voltage) Vs to the first coil 132 . At this time, an AC current is flows through the first coil 132 due to the AC voltage Vs.

구체적으로, 센서부(130)는 제1 코일(132)에 교류 전류(is)를 인가하기 위해, 제1 연산 증폭기(op1), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 및 제1 전류 제어기(133)를 포함하여 구성될 수 있다.Specifically, the sensor unit 130 applies the AC current is to the first coil 132 , the first operational amplifier op1 , the first resistor R1 , the second resistor R2 , and the first It may be configured to include a current controller 133 .

여기서, 코어(131)에 권선된 제1 코일(132)의 일단에는 제1 전류 제어기(133)가 연결되고, 제1 코일(132)의 일단과 제1 전류 제어기(133) 사이에는 제1 및 제2 저항(R1, R2)이 직렬 연결된다. 그리고, 제1 연산 증폭기(op1)의 비반전 단자(+)는 제1 및 제2 저항(R1, R2) 사이에 연결되고, 제1 연산 증폭기(op1)의 반전 단자(-)는 제1 코일(132)의 타단에 연결된다.Here, the first current controller 133 is connected to one end of the first coil 132 wound around the core 131 , and the first and second current controllers 133 are connected between one end of the first coil 132 and the first current controller 133 . The second resistors R1 and R2 are connected in series. And, the non-inverting terminal (+) of the first operational amplifier op1 is connected between the first and second resistors R1 and R2, and the inverting terminal (-) of the first operational amplifier op1 is the first coil It is connected to the other end of (132).

여기서, 제1 코일(132)의 권선수는 직류 옵셋 전류의 검출 범위에 따라 조정될 수 있다.Here, the number of turns of the first coil 132 may be adjusted according to the detection range of the DC offset current.

전술한 바와 같이 제1 코일(132)에는 교류 전류(is)가 인가되고, 태양전지(110)에서 전송 선로(L1, L2)로 직류 전류(ICC)가 출력된다. 이 때, 접지 사고 발생 시 접지 사고 저항으로 인해 전송 선로(L1)에는 1차 측 직류 전류(ip)가 더 흐르게 되고, 제1 코일(132)에는 1차 측 직류 전류(ip)에 의해 직류 옵셋 전류가 유도된다.As described above, an alternating current is is applied to the first coil 132 , and a direct current I CC is output from the solar cell 110 to the transmission lines L1 and L2 . At this time, when a ground fault occurs, the primary side DC current ip further flows through the transmission line L1 due to the ground fault resistance, and the first coil 132 receives a DC offset by the primary side DC current ip. current is induced.

도 9를 참조하면, 접지 사고가 발생하지 않으면, 제1 코일(132)에 흐르는 코일 전류(iST)는 교류 전류(is)만 포함된다(a). 그러나, 접지 사고가 발생하면, 제1 코일(132)에는 교류 전류(is)에 직류 옵셋 전류가 더해진 코일 전류(iST)가 흐르게 된다(b).Referring to FIG. 9 , if a ground fault does not occur, the coil current i ST flowing in the first coil 132 includes only the alternating current is (a). However, when a grounding accident occurs, a coil current i ST in which a DC offset current is added to an AC current is flows in the first coil 132 (b).

이 때, 코일 전류(iST)를 측정하기 위해, 제1 코일(132)의 타단 및 제1 연산 증폭기(op1)의 반전 단자(-) 사이에 션트 저항(Rs)이 연결될 수 있고, 센서부(130)는 션트 저항(Rs) 양단의 전압(VST)을 측정하면 옴의 법칙(VST/Rs)에 의해 코일 전류(iST)를 측정할 수 있다.At this time, in order to measure the coil current i ST , a shunt resistor Rs may be connected between the other end of the first coil 132 and the inverting terminal (-) of the first operational amplifier op1, and the sensor unit When 130 measures the voltage (V ST ) across the shunt resistor (Rs), the coil current (i ST ) can be measured according to Ohm's law (V ST /Rs).

센서부(130)는 코일 전류(iST)에서 교류 전류(is)를 제거하여 직류 옵셋 전류를 산출할 수 있다. 이 때, 도 10을 참조하면, 접지 사고가 발생하지 않으면, 직류 옵셋 전류는 거의 제로(0)에 가깝고(a), 접지 사고가 발생하면, 일정 값 이상의 직류 옵셋 전류가 나타남을 확인할 수 있다(b).The sensor unit 130 may calculate the DC offset current by removing the AC current is from the coil current i ST . At this time, referring to FIG. 10 , if a grounding fault does not occur, the DC offset current is almost zero (0) (a), and when a grounding fault occurs, it can be confirmed that a DC offset current of a certain value or more appears ( b).

센서부(130)는 산출한 직류 옵셋 전류를 제어부(250)에 제공할 수 있다.The sensor unit 130 may provide the calculated DC offset current to the control unit 250 .

그러면, 제어부(250)는 센서부(130)로부터 제공 받은 직류 옵셋 전류를 기초로 접지 사고 발생 여부를 판단할 수 있다. 즉, 직류 옵셋 전류가 검출되면 접지 사고로 판단할 수 있다. 이 때, 직류 옵셋 전류가 기준값 이상인 경우 접지 사고로 판단할 수 있다.Then, the control unit 250 may determine whether a ground fault has occurred based on the DC offset current provided from the sensor unit 130 . That is, when the DC offset current is detected, it can be determined as a grounding fault. In this case, if the DC offset current is equal to or greater than the reference value, it may be determined as a ground fault.

한편, 제1 코일(132)에 교류 전류(is)가 강제로 인가되면, 전송 선로(L1, L2)에 흐르는 전류(Icc)에도 영향을 주게 된다. 따라서, 제1 코일(132)에 인가된 교류 전류(is)에 대응하여 반대 방향으로 보상 전류(iT)를 흘려 전송 선로(L1, L2)에 미치는 영향을 제거하는 것이 바람직하다.On the other hand, when the AC current is forcibly applied to the first coil 132 , the current Icc flowing through the transmission lines L1 and L2 is also affected. Accordingly, it is preferable to remove the influence on the transmission lines L1 and L2 by flowing the compensation current i T in the opposite direction to the AC current is applied to the first coil 132 .

이를 위해, 보상부(140)는, 코어(131)에 권선되는 제2 코일(141)을 포함하고, 제2 코일(141)에 교류 전류(is)에 대응하여 보상 전압(VT)을 인가할 수 있다. 이에 따라, 제2 코일(141)에 보상 전압(VT)에 따른 보상 전류(iT)가 교류 전류(is)와 반대 방향으로 흐르게 되어 제1 코일(131)에 흐르는 교류 전류(is)가 전송 선로(L1, L2)에 미치는 영향을 제거할 수 있다.To this end, the compensator 140 includes a second coil 141 wound around the core 131 , and applies a compensating voltage V T to the second coil 141 in response to an alternating current is. can do. Accordingly, the compensation current (i T ) according to the compensation voltage (V T ) flows in the second coil 141 in the opposite direction to the AC current (is), so that the AC current (is) flowing in the first coil 131 is It is possible to remove the influence on the transmission lines (L1, L2).

도 7 및 도 11을 참조하면, 보상부(140)는 제2 코일(141)에 보상 전류(iT)를 인가하기 위해 저역 통과 필터(142), 적분기(143), 제2 연산 증폭기(op2) 및 제2 전류 제어기(144)를 포함할 수 있다.7 and 11 , the compensator 140 includes a low-pass filter 142 , an integrator 143 , and a second operational amplifier op2 to apply a compensation current i T to the second coil 141 . ) and a second current controller 144 .

제2 코일(141)의 일단은 제2 전류 제어기(144)에 연결되고, 제2 전류 제어기는 제2 연산 증폭기(op2)의 출력단에 연결된다. 그리고, 적분기(143)는 제2 연산 증폭기(op2)의 비반전 단자(+)에 입력되고 저역 통과 필터(142)는 적분기(143)에 연결된다. 그리고, 제2 코일(141)의 타단은 제2 연산 증폭기(op2)의 반전 단자(-)에 연결된다.One end of the second coil 141 is connected to the second current controller 144 , and the second current controller is connected to the output terminal of the second operational amplifier op2 . Then, the integrator 143 is input to the non-inverting terminal (+) of the second operational amplifier op2 , and the low-pass filter 142 is connected to the integrator 143 . And, the other end of the second coil 141 is connected to the inverting terminal (-) of the second operational amplifier (op2).

여기서, 션트 저항(Rs) 양단의 전압(VST)은 저역 통과 필터(142) 및 적분기(143)를 거쳐 제2 연산 증폭기(op2)의 비반전 단자(+)에 입력되면, 제2 코일(141)에 보상 전류(iT)가 흐르게 된다.Here, when the voltage (V ST ) across the shunt resistor (Rs) is input to the non-inverting terminal (+) of the second operational amplifier (op2) through the low-pass filter 142 and the integrator 143, the second coil ( 141), the compensation current i T flows.

보상 전류(iT)를 측정하기 위해, 제2 코일(132)의 타단 및 제1 연산 증폭기(op1)의 반전 단자(-) 사이에 측정 저항(RT)이 연결될 수 있고, 센서부(130)는 측정 저항(RT) 양단의 전압(VT)을 측정하면 옴의 법칙(VT/ RT)에 의해 제2 코일(141)에 흐르는 보상 전류(iT)를 측정할 수 있다.In order to measure the compensation current i T , a measurement resistance R T may be connected between the other end of the second coil 132 and the inverting terminal (−) of the first operational amplifier op1 , and the sensor unit 130 . ) can measure the compensation current (i T ) flowing through the second coil 141 according to Ohm's law (V T / R T ) by measuring the voltage (V T ) across the measurement resistance ( RT ).

한편, 태양광 발전 시스템은 모선에서 분기된 복수의 전송 선로를 포함하여 구성될 수 있으며, 센서부(130)는 서로 다른 위치에 있는 복수의 전송 선로에 각각 구비될 수 있다.Meanwhile, the photovoltaic power generation system may be configured to include a plurality of transmission lines branched from the busbar, and the sensor unit 130 may be provided in each of the plurality of transmission lines located at different positions.

제어부는(250)는 복수의 센서부(130)로부터 직류 옵셋 전류를 각각 제공 받아, 접지 사고 및 그 위치를 감시할 수 있다.The control unit 250 may receive each of the DC offset currents from the plurality of sensor units 130 to monitor the ground fault and its location.

구체적으로, 제어부(250)는 직류 옵셋 전류를 전송 받거나 전송 받은 직류 옵셋 전류가 기준값 이상이면 접지 사고로 판단할 수 있다.Specifically, when the DC offset current is received or the received DC offset current is equal to or greater than a reference value, the controller 250 may determine the grounding fault.

제어부(250)는 직류 옵셋 전류를 출력한 센서부(130)가 배치되는 전송 선로의 위치에서 접지 사고가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이 때, 센서부(130)는 각각의 센서부(130)를 구분하기 위해 직류 옵셋 전류 전송 시 자신의 식별 코드와 함께 전송할 수 있다.The control unit 250 may determine that a grounding accident has occurred at a location of a transmission line in which the sensor unit 130 outputting the DC offset current is disposed. In this case, the sensor unit 130 may transmit the DC offset current together with its own identification code in order to distinguish each sensor unit 130 .

제어부(250)는 복수의 전송 선로 별로 직류 옵셋 전류를 숫자 등으로 표시하는 표시부(미도시)를 구비할 수 있으며, 이 경우 표시부는 정상인 전송 선로와 접지 사고가 발생된 전송 선로를 LED 등으로 구별하여 표시할 수 있다.The control unit 250 may include a display unit (not shown) that displays the DC offset current in numbers for each of the plurality of transmission lines. In this case, the display unit distinguishes between a normal transmission line and a transmission line in which a grounding accident has occurred with an LED or the like. can be displayed.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 접속함의 누설 전류 감시 및 차단 장치는, 누설 전류를 감지함에 있어 교류 검출 신호 인가 및 교류 전류 검출 방식 대비 시스템이 간단하고, 높은 신뢰도를 제공할 수 있다.In this way, the leakage current monitoring and blocking device of the solar junction box according to an embodiment of the present invention is a simple system compared to the AC detection signal application and AC current detection method in detecting the leakage current, and can provide high reliability .

이와 같이, 본 발명의 실시예와 따른 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치는, 태양광 발전의 직류 전기 계통의 화재의 원인인 아크 및 접지 사고를 모두 검출하여 차단하기 때문에, 전기 안전형 스마트 태양광 접속함을 구현할 수 있다.As described above, the arc and leakage current monitoring and interruption device of the solar junction box according to the embodiment of the present invention detects and blocks both arc and ground accidents that are the cause of the fire of the DC electric system of solar power generation, so electrical safety A type smart solar junction box can be implemented.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the detailed description of the present invention, although specific embodiments have been described, various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and should be defined by the following claims and their equivalents.

110: 태양전지
210: 제1 센서부
130: 제2 센서부
140: 보상부
250: 제어부110: solar cell
210: first sensor unit
130: second sensor unit
140: compensation unit
250: control unit

Claims (10)

태양광 접속함의 아크 및 누설 전류를 감시하고 차단하는 장치로서,
복수의 태양전지에서 생성된 직류 전류를 전송하는 전송 선로에 배치되며, 상기 직류 전류에서 아크 신호를 검출하는 제1 센서부;
상기 전송 선로가 관통되도록 배치되는 코어 및 상기 코어에 권선되는 제1 코일을 포함하고, 상기 제1 코일에 교류 전류를 인가하며 상기 전송 선로에 흐르는 누설 전류에 의해 유도되는 직류 옵셋 전류를 검출하는 제2 센서부;
상기 아크 신호를 기초로 상기 아크의 발생 여부를 판단하고, 상기 직류 옵셋 전류를 기초로 상기 누설 전류의 발생 여부를 판단하는 제어부; 및
상기 코어에 권선되는 제2 코일을 포함하고, 상기 교류 전류와 대응하며 상기 교류 전류와 반대 방향인 보상 전류를 상기 제2 코일에 인가하여 상기 제1 코일에 흐르는 상기 교류 전류가 상기 전송 선로에 미치는 영향을 제거하는 보상부
를 포함하는 전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치.
A device for monitoring and blocking the arc and leakage current of a solar junction box,
a first sensor unit disposed on a transmission line for transmitting the DC current generated by the plurality of solar cells and detecting an arc signal from the DC current;
a first coil comprising a core disposed to pass through the transmission line and a first coil wound around the core, applying an alternating current to the first coil and detecting a DC offset current induced by a leakage current flowing through the transmission line 2 sensor unit;
a control unit that determines whether the arc is generated based on the arc signal and determines whether the leakage current is generated based on the DC offset current; and
a second coil wound around the core, and applying a compensating current corresponding to the alternating current and opposite to the alternating current to the second coil so that the alternating current flowing through the first coil affects the transmission line Compensation to eliminate influence
Arc and leakage current monitoring and interruption device of an electrical safety type solar junction box comprising a.
 제 1 항에 있어서,
제1 센서부는
상기 아크 신호를 검출하는 공심 코일 전류 센서;
상기 아크 신호의 게인을 조절하는 게인 조절부;
상기 게인이 조절된 상기 아크 신호를 디지털 신호 처리하는 디지털 신호 처리부
를 포함하는 전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치.
The method of claim 1,
The first sensor unit
an air-core coil current sensor detecting the arc signal;
a gain control unit for adjusting a gain of the arc signal;
Digital signal processing unit for digital signal processing the arc signal of which the gain is adjusted
Arc and leakage current monitoring and interruption device of an electrical safety type solar junction box comprising a.
 제 2 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 디지털 신호 처리된 상기 아크 신호의 크기가 기준값 이상이고 기준 시간 이상으로 검출되면 상기 아크로 판단하는
전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치.
3. The method of claim 2,
the control unit
When the digital signal-processed arc signal is greater than or equal to a reference value and detected for more than a reference time, it is determined as the arc.
Arc and leakage current monitoring and interruption device for electrical safety photovoltaic junction box.
 제 2 항에 있어서,
상기 디지털 신호 처리부는
상기 공심 코일 전류 센서가 검출한 상기 아크 신호를 적분하여 적분 신호를 생성하는 디지털 적분기;
상기 적분 신호를 주파수 영역으로 변환하는 푸리에 변환부;
상기 주파수 영역의 스펙트럼을 분석하는 스펙트럼 분석부
를 포함하는 전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치.
3. The method of claim 2,
The digital signal processing unit
a digital integrator that integrates the arc signal detected by the air-core coil current sensor to generate an integrated signal;
a Fourier transform unit converting the integral signal into a frequency domain;
A spectrum analyzer that analyzes the spectrum in the frequency domain
Arc and leakage current monitoring and interruption device of an electrical safety type solar junction box comprising a.
 제 1 항에 있어서,
상기 전송 선로에 직렬로 연결되는 직렬 아크 처리부; 및
두 개의 상기 전송 선로에 연결되는 병렬 아크 처리부
를 더 포함하는 전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치.
The method of claim 1,
a serial arc processing unit connected in series to the transmission line; and
Parallel arc processing unit connected to the two transmission lines
Arc and leakage current monitoring and interruption device of the electrical safety-type solar junction box further comprising a.
 제 5 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 아크 발생 시, 상기 직렬 아크 처리부를 통해 상기 전송 선로를 개방하거나, 상기 병렬 아크 처리부를 통해 두 개의 상기 전송 선로를 단락시키는
전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치.
6. The method of claim 5,
the control unit
When the arc is generated, the transmission line is opened through the series arc processing unit, or the two transmission lines are short-circuited through the parallel arc processing unit.
Arc and leakage current monitoring and interruption device for electrical safety photovoltaic junction box.
 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 직류 옵셋 전류가 기준값 이상이면 상기 누설 전류의 발생으로 판단하는
전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치.
The method of claim 1,
the control unit
If the DC offset current is greater than or equal to a reference value, it is determined that the leakage current occurs.
Arc and leakage current monitoring and interruption device for electrical safety photovoltaic junction box.
 제 1 항에 있어서,
상기 제1 코일에는
상기 누설 전류의 발생 시 상기 교류 전류에 상기 직류 옵셋 전류가 더해진 코일 전류가 흐르는
전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치.
The method of claim 1,
The first coil has
When the leakage current is generated, a coil current in which the DC offset current is added to the AC current flows
Arc and leakage current monitoring and interruption device for electrical safety photovoltaic junction box.
 제 8 항에 있어서,
상기 제2 센서부는
상기 코일 전류에서 상기 교류 전류를 제거하여 상기 직류 옵셋 전류를 산출하는
전기 안전형 태양광 접속함의 아크 및 누설 전류 감시 및 차단 장치.
9. The method of claim 8,
The second sensor unit
calculating the DC offset current by removing the AC current from the coil current
Arc and leakage current monitoring and interruption device for electrical safety photovoltaic junction box.
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