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12. Decorating Electra
04/04/2020 10:00
조회  195   |  추천   4   |  스크랩   0
IP 47.xx.xx.161



* 이 주제에 관한 이전 글

03/07: 8. Knitting Electra
03/14: 9. Sizing Electra: Source
03/21: 10. Sizing Electra: Storage
03/28: 11. Dressing Electra
_____



아래 그림은 11. Dressing Electra에서 말한 개념도다.


이미 말한 장치는 분홍색으로 표시했다.
풍력발전은 뺏고, transfer switch와 AGS는
언급만 했고 나중에 따로 다루게 되므로 그대로 두었다.


여기에 안전장치와 모니터링 장치를 붙이면 이렇게 된다.


맹맹-했던 그림이 조금 그럴싸해졌다.
전력의 흐름은 굵은 청색선이고 가는 검은선은 신호선이다.
접지선은 가는 녹색선으로 표시했다.


A. Combiner box

Combiner box는 태양판의 여러 string을 하나로 묶어준다.
그러면 충전기까지 한 선으로 보낼 수 있어 편리하다.
여기에 fuse나 circuit breaker 등 여러 보호장치를 붙이기도 한다.
팔려면 규제 때문에 그래야 하겠지만 아뭏튼 괜히 비싸다.

주춧돌은 그냥 맹탕 플라스틱 상자를 태양판 밑에 붙여
그림에 보인 bus strip을 쓸 생각이다.
지난 번 포스팅에서 말한 lightning arrestor도 여기에 붙인다.


B. Fast breaker

말이 fast지 그냥 과전류 차단 circuit breaker다.
보통 circuit breaker는 적당(?)한 과전류가 10초쯤 지속되면 차단된다.
이는 모터 등의 초기 과전류에 과민반응하지 않기 위한 조치다.

그러나 급격한 비정상 과전류에는 10-3초(ms) 정도로 빠르게 차단된다.
물론 10-9초(ns) 수준의 breaker도 있지만
우주선 만드는 것도 아니니 굳이 그럴 필요는 없다.

Circuit breaker는 혹 번개가 칠 경우 lightning arrestor와 함께
2중 보호장치 역할을 하고 긴급 수동 차단 스위치 역할도 한다.
100A 용으로 크기는 8x3"로 상당히 큰 편이다.
규격으로 볼 때 50A가 더 맞지만 번개 2차 방지나
수동 cut-off 스위치 용이므로 50이나 100이 큰 의미가 없다고 보았다.

더 싸고 깜찍 사이즈 제품도 있었으나 중공제가 못 미더웠다.


C. A/V sensors

C1에서 C5까지는 핵심 위치에 붙힐 전류(A)/전압(V) 측정기다.
분홍색으로 표시된 주요 active device에 이미 내장되어 있지만
독립적으로 컴퓨터에 연결해 2층 생활공간에서 보게 한다.

복수의 독립측정은 매우 중요한 교차확인 과정이다.
또 컴퓨터에 이으면 간단한 연산으로
직접측정이 힘든 물리량을 간접측정할 수도 있다.

거주설비의 여러 환경 monitering은 그림과 같은
Raspberry Pi4라는 쥐씨알 컴퓨터를 쓸 예정이다.
영국에서 교육용으로 만들었는데 youtube 등
인터넷 하기엔 불편함이 없도록 강력하다.
가격도 착해 $50 선이다.


3x4"라는 크기에 4K monitor 2개를 지원하고, bluetooth,
802.11b/g/n WiFi, 1Gb ethernet, 4x USB, audio 등 막강 기능이다.
물론 운용체계가 윈도우가 아닌 Raspbian이라는 리눅스 계열이다.

기판 상단에 나온 40개의 핀에 각종 sensor들을 이어서
온도/습도/풍속, 전류/전압, 소리, 밝기, 압력/무게 등
상상 가능한 데서 몇 개 뺀 오만가지를 측정하거나 콘트롤할 수 있다.
어떻게 monitering을 구성하는가는 나중에 하나씩 따로 이야기 하자.


D. Temperature sensor
배터리는 충전이나 방전하는 동안 열이 난다.
배터리 온도는 배터리의 효율이나 기능에도 중요한 영향을 준다.
그래서 충전기는 배터리 온도에 따라 충전전류를 낮추거나 충전을 멈춘다.
인버터도 온도나 전압에 따라 방전을 제한하거나 멈춘다.
AGS도 배터리의 온도와 전압의 변화에 따라 작동한다.


선택한 Battle Born BB5024 LiFePO4 배터리의
동작온도는 25-135oF고, 권장 온도는 73oF다.
알라스카에서는 상당히 뻑적지근한 요구 조건이다.


배터리 온도가 너무 낮거나 높으면 골치 아프니
편할 때에 편한 곳에서 늘 온도를 볼 수 있으면 좋겠다.
간단한 temperature sensor를 배터리에 붙여 Pi4에 이으면 된다.


E. Emergency stop switch
긴급 차단 스위치는 처음에는 사진같은 knife switch를 생각했었다.
사진에 보인 knife switch는 모양에서 벌써 중공 냄새가 물씬 난다.
크기도 10x8"로 엄청 크다.
Dump piece of shit을 왜 이렇게 크게 만들었을까.

상당히 촌스러워 결국 B. Fast breaker와 같은 제품을 쓰기로 했다.
배터리 앞뒤로 충전기와 배터리,
배터리와 인버터 사이에 각각 하나씩 붙인다.
발전기는 플러그를 뽑으면 되니 플러그로 스위치를 대신한다.


F. Delay relay

Relay는 작은 전류로 큰 전류를 제어한다.
대개 전자석을 이용해 큰 전류 스위치를 동작시킨다.
이 기본개념에 여러 편리한 기능을 넣은 많은 종류가 있다.


발전기 엔진이 막 돌기 시작할 때 나오는 전기는 불안정하다.
그래서 전기가 감지되면 잠시 기다렸다가 전력선을 충전기에 이어주면 좋겠다.
이렇게 기다렸다가 on/off 해주는 릴레이를 delay relay라 한다.


주춧돌이 요구하는 기능은 아주 간단하다.

  • Coil: 120VAC
  • Load: 120VAC 30+A
  • Delay: 5-10 초
  • DP-NO (Double Pole Normally Open)


수 많은 종류의 릴레이가 있다.
그러나 역시 찾는 건 꼭 없거나 못 찾아야 한다.
찾는 게 오죽 없으면 성경조차 그대로 계속 '찾으라'고 격려할까!


결국 delay relay 따로, power relay 따로 사 잇기로 했다.
이런 식으로 많이들 필요한 기능을 만들어 쓰기도 하는 모양이다.



왼쪽 power relay는 JQX-62F-2Z라는 TWEADE 제품으로.
AC/DC 80A DPDT이고 크기는 4x3"다.
가운데 delay relay는 Vikye에서 나온 GRT8-A1로,
AC/DC 16A SPDT이고 크기는 4x1"다.

DPDT는 double pole double throw의 약자다.
Double throw는 한쪽은 normally open, 다른 쪽은 normally close 상태로
한쪽을 이으면 다른 쪽은 떨어지게 되어 있다.


이렇게 이으면 되겠다 싶은 회로를 오른쪽에 그려 보았다.
어쩌면 power relay에 arc suppressor를 달아야 할지도 모르겠다.
이쪽에 정통한 분께서 조언해주시면 크게 도움이 되겠다.


G. Grounding
접지(grounding)는 일종의 보험이다.
보통 전기제품의 껍데기나 전기 접지선을
5/8" 구리봉에 연결해 땅에 8' 깊이로 박는다고 한다.


그런데 구리는 비싸므로 그림처럼 알루미늄에 구리를 입히기도 한다.
8' 깊이도 문젠데 이렇게 깊이 박기가 그리 쉽지 않다.
하지만 전하의 80%가 첫 5'에서 방전된다니
반으로 잘라 4' 깊이로 두 개를 박는 편법을 쓰기로 했다.


4' 깊이면 때려 박거나, 파헤쳐 뭍거나, 수압봉을 이용할 수도 있겠다.
그때 가서 가장 편리한 방법으로 하자.


G1은 태양판 구조물 밑에 4' 접지봉을 박아 연결한다.
콘센트 벽과 charge controller 3개, inverter, 발전기,
distribution panel 등 나머지는 적절한 장소에 둘러친
1x1/8" 정도의 구리 띠(strip)에 그림처럼 연결한 다음
electric house 안에 박은 4' 구리봉에 잇는다.
보통 그렇게 하는 모양이다.


TS. Transfer Switch

노란색 박스로 된 TS가 주춧돌 버전 transfer switch다.
DPDT power relay의 normally close 단자에 인버터를 잇고
normally open 단자에는 발전기를 잇는다.


그러면 평상시에는 배터리에 연결돼 있다가 발전기가 돌아가 코일에 전류가 흐르면
normally close가 open 되고 normally open이 close 되면서
인버터는 떨어지고 발전기로 이어지게 된다.
이미 delay relay를 거친 곳에서 선을 땃으므로 따로 delay 시킬 필요는 없다.
그러나 어쩌면 여기도 arc suppressor를 달아야 할지도 모르겠다.


작업 목적으로 발전기를 사용할 때 전력원이 바뀌지 않도록 스위치를 달았다.
코일 전류만 차단하므로 보통 전등 스위치면 된다.
그리나 monitering system이 구체화 되면서 회로가 좀 달라질 수도 있다.



드디어 off-grid 전기공급에 대한 첫번째 mental simulation이 끝났다.
지루하니 잠시 딴 이야기하다가 두번째 mental simulation으로 들어가자.
흔히 첫번째의 오류가 두번째에서 많이 발견된다고 한다.
Mental simulation은 오류가 발견되지 않을 때까지 계속하는게 원칙인데
그래도 실제 상황에 부딛히면 더러 생각지 못한 일이 생겨 당황하게 되기도 한다.


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