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The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers

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The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers

KIEE Vol. 73, No. 11, p.2091-2096

ISSN (print) :

1975-8359

ISSN (online) :

2287-4364

Received : 13 Sep. 2024Revised : 14 Oct. 2024Accepted : 16 Oct. 2024

DOI :

https://doi.org/10.5370/KIEE.2024.73.11.2091

저압직류 시스템에서 개방형 중간점 접지방식을 통한 절연저항 추정 방안에 관한 연구

A Study on Estimation of Insulation Resistance in Low-Voltage Direct Current Systems Using Open-Type Midpoint Grounding System

오찬혁 (Chan-Hyeok Oh) ^†iD 전정채 (g-Chay Jeon) ¹iD 이기연 (Ki-Yeon Lee) ¹iD 임승택 (Seung-Taek Lim) ¹iD

(Electrical Safety Research Institute, Korea Electrical Safety Corporation, Korea.)

^†Corresponding Author : Electrical Safety Research Institute, Korea Electrical Safety Corporation, Korea. E-mail : dhcksgur@kesco.or.kr

License :

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0)which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Translated Abstract

In low-voltage DC systems, the grounding system is mainly a two-wire or three-wire IT system. Among them, the IT high-resistance midpoint grounding system has advantages in detecting 1-wire ground fault, but has disadvantages in continuous loss and insulation resistance measurement. This paper proposes a method to estimate the insulation resistance of the + and - lines using the measured voltage when the switch of the high-resistance midpoint is closed/opened in the open-type midpoint grounding system. Through the proposed method, it prevents continuous losses due to high-resistance midpoint grounding and allows the insulation resistance to be estimated through switch control when the measured voltage exceeds a certain value. The proposed method was verified by simulation using MATALB/SIMULINK and experiment.

Key words

Low-Voltage Direct Current, DC Grounding System, Insulation Resistance Estimation, Open-Type Midpoint Grounding System, Protection Device Interconnection

1. 서 론

교류 수용가에서 직류 수용가로의 전환을 위한 많은 연구가 수행되었고 현대 일렉트릭은 직류 배전 빌딩을 국내 최초로 상용화하였다^[1-^3]. 이처럼 저압직류 시스템은 상용화 단계에 이르렀지만 아직 해소되지 않은 여러 기술적/제도적 문제들이 있어 산·학·연의 각종 노력에도 불구하고 직류 배전 및 직류 수용가 확산에 걸림돌이 되고 있다.

접지의 경우 IEC 60364-1에 따라 교류와 마찬가지로 여러 접지방식을 적용할 수는 있으나 인체보호, 접지극의 전식 등의 이유로 저압 직류 수용가에 대해서는 2선식/3선식 IT 시스템을 주로 연구하고 적용하고 있다^[4]. 하지만 IT 시스템은 대지와 연결되어 있지 않거나 고저항을 통해 연결되어 1선 지락사고 시 고장전류가 거의 흐르지 않아 이를 검출하기가 어려워 고가의 절연감시장치(IMD)를 주로 사용하고 있다^[5].

이러한 문제를 해결하기 위해 2선식/3선식 IT 시스템에서 고저항 중간점 접지방식이 제안되었다^[6]. 해당 방식은 380V 저압 직류 시스템에서 +전로와 –전로 사이에 2개의 고저항을 연결하고 그 중간접을 접지하는 방식이다. 지락사고 발생 시 해당 전로에 시설된 누전차단기의 정격감도전류 이상으로 고장 전류가 흐르도록 중간점 저항의 크기를 설계하여 시설함으로써 기존의 2선식/3선식 IT 시스템에서 검출이 어려웠던 1선 지락사고를 누전차단기를 통해 차단할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 이와 같은 방식은 고저항 중간점 양단의 전압차로 인하여 고저항을 통해 전류가 흐르게 되고 이로 인하여 지속적인 손실이 발생하는 문제가 있다. 또한 +전로와 –전로의 절연저항 계측 시 중간점 고저항으로 인하여 절연저항이 고저항의 크기 이하로 측정되는 단점이 있다.

앞선 연구에서 해당 단점을 해소하기 위해 개방형 중간점 접지 방식을 제안하였다^[7]. 평상시 중간점이 개방되어 있어 고저항을 통한 전류가 흐르지 않아 지속적인 손실이 발생하지 않으며 고저항 양단의 전압 계측을 통해 한쪽에 일정 크기 이상의 전압이 계측되면 스위치를 닫음으로써 정격감도 전류 이상의 누설전류가 흐르게 되어 누전차단기가 동작하도록 하였다. 하지만 한쪽 고저항 양단의 전압크기가 일정값 이상이 되더라도 절연저항의 크기에 따라 누전차단기의 정격감도 전류 이하의 전류가 흘러 차단동작을 수행하지 않아 스위치가 닫힌 상태로 유지되어 지속적인 손실이 발생하거나 스위치가 닫히거나 열리는 동작이 반복수행되는 문제가 생길 수 있다.

본 논문에서는 개방형 중간점 접지방식의 문제를 보완하기 위하여 중간점 저항 개방 시의 중간점 저항 양단 전압과 스위치가 닫혔을 경우의 중간점 저항 양단 전압을 이용하여 +전로와 –전로의 절연저항을 추정하는 방안을 제안한다. 제안 방안은 실제 저압직류 수용가에 적용을 위해 전압계측 오차가 있을 경우에 대한 보정도 포함하고 있다. 이를 통해 특정 절연저항의 양단전압이 설정값 이상이 되어 스위치가 닫혔지만 누전차단기의 정격감도전류 이하의 전류가 흐를 경우 전로의 절연저항 추정을 통해 이상동작을 방지할 수 있다.

2. 기존의 개방형 중간점 접지 방식

2.1 개방형 중간점 접지 방식의 제어 방안

개방형 중간점 접지 방식의 구성도는 그림 1과 같다^[7].

그림 1. 개방형 중간점 접지 방식 구성

Fig. 1. Configure an open-type midpoint grounding system method

그림 1에서 $V_{s}$는 전원 전압, $R_{M1}$, $R_{M2}$는 중간점 저항, $SW_{1}$, $SW_{2}$는 중간점 저항에 연결된 스위치, $V_{M1}$ 및 $V_{M2}$는 중간점 저항 양단의 전압, $R_{l1}$, $L_{l1}$, $R_{l2}$, $L_{l2}$ 은 선로의 임피던스, $R_{ir1}$, $R_{ir2}$는 +전로와 –전로의 대지간 절연저항이다.

그림 1과 같이 평상시에는 중간점 저항에 연결된 스위치를 개방상태로 유지하다가 특정 중간점 저항의 계측 전압이 일정값 이상이 되면 $SW_{1}$, $SW_{2}$를 모두 닫음으로써 중간점 저항을 통해 전류가 흐르게 된다. 그렇게 되면 잔류전류차단장치(Residual Current Device, RCD)가 +전로 및 –전로의 전류값 차이에 의한 전류를 감지하게 되고 이 값이 RCD의 정격감도전류 이상이 되면 RCD가 차단동작을 수행하게 된다.

2.2 개방형 중간점 접지 방식의 한계

개방형 중간점 접지방식에서 중간점 고저항 양단의 전압은 수식 (1) 및 (2)로 계산이 가능하다.

(1)

$V_{M1,\: open}\simeq V_{S}\times\dfrac{R_{ir1}}{R_{ir1}+R_{ir2}}$

(2)

$V_{M2,\: open}\simeq V_{s}\times\dfrac{R_{ir2}}{R_{ir1}+R_{ir2}}$

수식 (1) 및 (2)를 보면 결국 중간점 저항 양단의 전압은 +전로와 –전로의 절연저항의 비에 따라 전원전압이 분배되는 것을 알 수 있다.

또한, 직류 저압 전로에 시설되는 누전차단기의 정격감도 전류 및 +전로와 –전로의 절연저항을 알고있고 절연저항에 비해 크기가 작은 선로 저항을 무시하면 절연저항에 따른 누설전류는 수식 (3)과 같이 나타낼 수 있다. 중간점 저항 $R_{M1}$ 및 $R_{M2}$은 일반적으로 동일한 크기를 쓰므로 이를 $R_{M}$으로 표기하여 중간점 저항 $R_{M}$에 대해 정리하면 수식 (4)와 같은 2차 방정식 형태가 되고, 근의 공식을 이용하여 해를 구한 후 그 중 무조건 음수가 나오는 식을 제외하면 수식 (5)와 같이 정리할 수 있다.

(3)

$I_{l}=\dfrac{V_{S}}{R_{M}+R_{ir2}}-\dfrac{V_{S}}{R_{M}+R_{ir1}}$

(4)

$I_{l}\times R_{M}^{2}+b\times R_{M}+c=0$

(5)

$R_{M}=\dfrac{-b+\sqrt{b^{2}-4\times I_{l}\times c}}{2\times I_{l}}$

(6)

$b=R_{ir1}\times I_{l}+R_{ir2}\times I_{l}$

(7)

$c=R_{ir1}\times R_{ir2}\times I_{l}-V(R_{ir1}-R_{ir2})$

여기서, $I_{l}$은 누설전류다.

RCD를 동작시키기 위한 $I_{l}$이 20mA이고 +전로의 절연저항이 1MΩ일 때, -전로의 절연저항 $R_{ir2}$에 따른 $I_{l}$이 20mA가 흐르게 하는 중간점 저항의 크기 $R_{M}$ 및 중간점 저항의 개방전압 $V_{M1,\: open}$의 크기는 그림 2와 같다. 그림 2를 보면 –전로의 절연저항이 10kΩ이하가 되어야 중간점 저항의 크기가 양의 값을 가지게 되고, 그 때의 중간점 저항의 개방전압은 수식 (1)에 의해 380V×1MΩ/(1MΩ+10kΩ) = 376.2V이다. 만약 중간점 저항이 15kΩ이라면 수식 (5)에 의해 절연저항이 3kΩ이하가 되어야 검출이 가능하며 이때의 중간점 저항의 개방전압은 380V×1MΩ/(1MΩ+3kΩ) = 378.86V이다. 수용가에 따라 +전로의 절연저항이 10MΩ이상의 크기를 가질 수고 이런 경우에는 중간점 저항의 크기가 15kΩ일 때, RCD의 정격감도전류 이상의 누설전류가 흐르기 위한 중간점 저항은 9kΩ이고 이때의 개방전압은 380V×10MΩ/(10MΩ+9kΩ) = 379.66V으로 거의 380V에 가까운 값이 된다.

그림 2. 절연저항 크기에 따른 중간점 저항 및 중간점 저항 양단 전압 크기

Fig. 2. Midpoint resistance and voltage magnitude at both terminals of midpoint resistance as a isolation resistance magnitude

한쪽 전로의 절연저항이 1MΩ이상이고 다른 쪽 전로의 절연저항이 감소 되는 경우를 검출하기 위해서는 스위치 투입 동작 수행을 하는 기준값을 376V 이상으로 설정하여야 하나 실제 전압 계측에는 오차가 발생하게 되고 이러한 경우 완전지락이 발생해도 계측오차에 의해 스위치가 투입동작을 수행하지 않거나 투입되어도 RCD의 정격감도전류 이상의 전류가 흐르지 않아 오동작을 할 우려가 있다. 따라서 이를 방지하기 위한 방안이 필요하다.

3. 중간점 접지방식 기반의 절연저항 추정 방안

3.1 절연저항 추정 방안

제안하는 개방형 중간점 접지 방식의 절연저항 추정 방안은 스위치의 투입/개방 동작에 따라 계측되는 중간점 저항 개방 전압을 활용하여 +전로 및 –전로의 절연저항을 추정하는 방안이다. 기존의 방식에서는 중간점 저항의 개방전압만을 활용하였지만 중간점 저항 스위치가 투입되었을 때의 중간점 저항의 전압계측 값을 활용한다면 절연저항의 추정이 가능하다.

먼저 중간점 저항의 개방전압은 앞서 언급한 것처럼 수식 (1) 및 (2)와 같이 계산할 수 있다. 중간점 저항의 스위치 투입 시의 등가회로는 그림 3과 같이 나타낼 수 있다.

그림 3. 스위치 투입 시 중간점 접지 시스템의 등가회로

Fig. 3. The equivalent circuit of the midpoint grounding system in closed state.

그림 3을 보면 중간점 저항 양단에 걸리는 전압은 중간점 저항과 절연저항의 합성저항 비에 따라 분배되게 된다. 따라서 스위치 투입시의 중간점 양단의 전압은 수식 (8)~(11)을 통해 계산 할 수 있다.

(8)

$V_{M1,\: close}=\dfrac{R_{par1}}{R_{par1}+R_{par2}}\times V_{S}$

(9)

$V_{M2,\: close}=\dfrac{R_{par2}}{R_{par1}+R_{par2}}\times V_{S}$

(10)

$R_{par1}=\dfrac{R_{M1}\times R_{ir1}}{R_{M1}+R_{ir1}}$

(11)

$R_{par2}=\dfrac{R_{M2}\times R_{ir2}}{R_{M2}+R_{ir2}}$

수식 (1), (2), (8)~(11)에서 시스템 전압 $V_{S}$는 380V으로 일정하다고 가정하고, 전압의 경우 계측을 통해 알 수 있으며 중간점 저항 또한 처음 설치 시 고정된 값이므로 알 수 없는 값은 +전로와 –전로의 절연저항 $R_{ir1}$, $R_{ir2}$ 이다. 수식 (1), (2), (8), (9)를 $R_{ir1}$, $R_{ir2}$에 대해 정리하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(12)

$R_{ir1}=-\dfrac{R_{M}\times(b_{1}-c_{1})}{2\times b_{1}+c_{1}-b_{1}\times c_{1}-2}$

(13)

$R_{ir2}=-\dfrac{R_{M}\times b_{2}-R_{M}\times c_{2}}{2\times b_{2}+c_{2}-b_{2}\times c_{2}-2}$

(14)

$b_{1}=\dfrac{V_{S}}{V_{M1,\: open}}$

(15)

$c_{1}=\dfrac{V_{S}}{V_{M1,\: close}}$

(16)

$b_{2}=\dfrac{V_{S}}{V_{M2,\: open}}$

(17)

$c_{2}=\dfrac{V_{S}}{V_{M2,\: close}}$

3.2 시뮬레이션을 통한 검증

제안방식을 활용하여 절연저항의 추정이 가능한지 검증하기 위해 MATLAB/SIMULINK 환경에서 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션은 그림 4과 같은 저압직류 시스템을 SIMULINK상에 구현하고 해당 시스템에서 절연저항의 참값과 추정값의 비교를 수행하였다.

그림 4. SIMULINK에 구현한 테스트 시스템

Fig. 4. Test system implemented in SIMULINK

시뮬레이션에서는 중간점 저항의 스위치를 닫는 기준값을 300V로 가정하여 각 값들을 설정하였다. $V_{S}$는 380V, 중간점 저항 $R_{M1}$, $R_{M2}$는 15kΩ, 선로 저항 $R_{l1}$, $R_{l2}$는 0.1Ω, 부하저항 $R_{load}$는 380Ω으로 설정하였다. +전로의 절연저항 $R_{ir1}$은 1MΩ으로 고정하고 –전로의 절연저항 $R_{ir2}$의 경우 중간점 저항 $R_{M1}$의 개방전압이 300V이상이 되는 $R_{ir2}$가 약 266kΩ이므로 300kΩ에서부터 0Ω까지 감소시키며 비교를 수행하였다. 시뮬레이션 결과는 시뮬레이션 설정값과 추정값 크기 비교 및 추정값의 오차율(Percentage Error)을 비교하였다. 오차율은 참값과 추정값의 편차를 참값으로 나눈 후 100을 곱한 값으로 수식 (18)과 같이 계산이 가능하다.

(18)

$Percentage Error=\left |\dfrac{R_{i}-E_{i}}{R_{i}}\right |\times 100$

여기서, $R_{i}$는 참값, $E_{i}$는 추정값이다.

먼저 그림 5 및 6을 보면 +전로의 절연저항과 –전로의 절연저항을 추정한 결과를 확인 할 수 있다. 그림 5 및 6에서 $R_{ir1}$ Estimated Value는 +전로 절연저항의 추정값, $R_{ir1}$ True Value는 +전로 절연저항의 참값, $R_{ir2}$ Estimated Value는 –전로 절연저항의 추정값, $R_{ir2}$ True Value는 –전로 절연저항의 참값이다. $R_{ir1}$의 경우, 대부분의 구간에서 절연저항을 거의 정확하게 추정하였으나, $R_{ir2}$가 $R_{ir1}$에 비해 크게 작아지면 오차가 커지는 것을 확인하였다. 그림 6은 $R_{ir1}$ 및 $R_{ir2}$의 오차율을 비교한 그래프이다. $R_{ir2}$의 경우 $R_{ir1}$에 비해 모든 구간에서 거의 정확하게 절연저항을 추정하였으며 최대 오차율이 0.04%이하였다.

그림 5. 전압 계측 오차가 없을 경우의 절연저항 추정 결과 (a) $R_{ir1}$ 참값 및 추정값, (b) $R_{ir2}$ 참값 및 추정값

Fig. 5. Insulation resistance estimation results without voltage measurement error (a) True and estimated values of a $R_{ir1}$, (b) True and estimated values of a $R_{ir2}$

그림 6. 전압 계측오차가 없을 경우의 절연저항 추정 오차율 (a) $R_{ir1}$ 의 오차율, (b) $R_{ir2}$의 오차율

Fig. 6. Percentage error for insulation resistance estimation without voltage measurement error (a) percentage error of $R_{ir1}$, (b) percentage error of $R_{ir2}$

그림 5와 6의 결과는 전압 계측의 오차가 없는 경우를 가정한 결과이다. 오차를 고려한 시뮬레이션을 수행하기 위해서는 앞서 수식에 사용되는 $V_{M1,\: open}$, $V_{M2,\: open}$, $V_{M1,\: close}$ 및 $V_{M2,\: close}$의 수정이 필요하다. 해당 수식은 $V_{M1,\: open}$과 $V_{M2,\: open}$의 합, $V_{M1,\: close}$ 및 $V_{M2,\: close}$의 합이 정확히 $V_{S}$와 일치한다는 가정으로 수립된 수식이므로 수식 (19) ~ (22)와 같이 보정을 수행하면 전압 계측 오차를 고려한 절연저항 값 추정이 가능하다.

(19)

$V_{M1,\: open}'=\dfrac{V_{S}}{V_{M1,\: open}+V_{M2,\: open}}\times V_{M1,\: open}$

(20)

$V_{M2,\: open}'=\dfrac{V_{S}}{V_{M1,\: open}+V_{M2,\: open}}\times V_{M2,\: open}$

(21)

$V_{M1,\: close}'=\dfrac{V_{S}}{V_{M1,\: close}+V_{M2,\: close}}\times V_{M1,\: close}$

(22)

$V_{M2,\: close}'=\dfrac{V_{S}}{V_{M1,\: close}+V_{M2,\: close}}\times V_{M2,\: close}$

계측값의 보정을 통해 전압계측의 오차가 0.5%일 때의 시뮬레이션을 수행하였고 그 결과는 그림 7, 8과 같다. 그래프를 보면 전압계측 오차로 인하여 그림 5, 6에 비해 절연저항 추정 오차가 보다 크게 발생하는 것을 확인할 수 있으나 오차율을 보면 대부분 10%이하이고 $R_{ir2}$이 작아질수록 보다 정확하게 추정하는 것을 볼 수 있다.

그림 7. 전압 계측오차가 있을 경우의 절연저항 추정 결과(a) $R_{ir1}$ 참값 및 추정값, (b) $R_{ir2}$ 참값 및 추정값

Fig. 7. Insulation resistance estimation results with voltage measurement error (a) True and estimated values of a $R_{ir1}$, (b) True and estimated values of a $R_{ir2}$

4. 실험을 통한 절연저항 추정 방안 검증

4.1 실험환경 구성

실험환경은 그림 9와 같이 Y-Y 3상 4선식 변압기, DC 파워서플라이, DC/DC 컨버터, 접지 시뮬레이터, 절연고장 시뮬레이터, DC 부하로 구성하였다. DC 파워서플라이는 3상 교류 전원을 입력 받아 직류전원을 공급하는 장치로 DC 파워서플라이를 통해 750Vdc를 공급하였다. DC/DC 컨버터는 Dual Active Bridge 토폴로지로 구성된 절연형 컨버터로 해당 컨버터를 통해 DC 파워서플라이에서 공급된 750Vdc를 380Vdc로 변환하여 부하에 공급하도록 하였다. 접지 시뮬레이터는 스위치 제어를 통해 접지시스템을 TT, TN, IT 등의 접지시스템으로 변환이 가능하며 중간점 저항의 크기를 변경시킬 수 있는

그림 8. 전압 계측오차가 있을 경우의 절연저항 추정 오차율 (a) $R_{ir1}$ 의 오차율, (b) $R_{ir2}$의 오차율

Fig. 8. Percentage error for estimating insulation resistance with voltage measurement error(a) percentage error of $R_{ir1}$, (b) percentage error of $R_{ir2}$

장치로 해당 실험에서는 IT 중간점 접지방식으로 구성하도록 하고 중간점 저항의 크기를 15kΩ으로 설정하였다. 절연고장 시뮬레이터는 +전로와 –전로의 절연저항의 크기를 변경시킬 수 있는 장치로 +전로와 –전로의 크기를 표 1과 같이 변경하는데 사용하였다. DC 부하는 저항성 부하로 380Vdc의 전압에서 0.5A에서부터 최대 50A까지의 부하전류를 모의할 수 있는 장치로 해당 실험에서는 380Vdc에서 1A가 흐르도록 설정하였다.

4.2 실험수행 결과

실험은 $R_{ir1}$을1MΩ으로 고정시킨 상태에서 $R_{ir2}$를 300kΩ에서 100kΩ까지 100kΩ씩 감소시켜 가며 실험을 수행하였다. 실험을 수행하면서 멀티미터를 이용하여 $V_{S}$, $V_{M1,\: open}$, $V_{M2,\: open}$, $V_{M1,\: close}$ 및 $V_{M1,\: close}$를 계측하였다. 실험 결과는 표 1 및 표 2와 같다.

표 1에서 $R_{ir1,\: e}$ 및 $R_{ir2,\: e}$는 실험 수행 중에 계측한 전압값들을 이용하여 +전로 및 –전로의 절연저항을 측정한 값이다. 추정 결과를 보면 실제 값과 거의 유사하게 측정한 것을 확인할 수 있었다. 표 2는 절연저항의 추정값과 설정값의 오차율을 나타낸 표로 $R_{ir1}$ 및 $R_{ir2}$ 모두 오차율이 2% 미만인 것을 확인할 수 있었으며 상대적으로 절연저항의 크기가 작은 $R_{ir2}$를 더 정확하게 추정하는 것을 확인할 수 있다.

5. 결 론

본 논문에서는 개방형 중간점 접지방식의 한계를 극복하기 위해 중간점 저항의 스위치의 개방/투입 시 전압 계측을 통해+전로와 –전로의 절연저항을 추정하는 방안을 제안하였다. 또한 제안한 방식은 전압 계측 오차를 고려하기 위한 보정방안을 통해 전압계측 오차가 존재하더라도 절연저항을 높은 정확도로 추정함을 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증하였다.

표 1 절연저항 설정값, 추정값 및 전압 계측 값

Table 1 Insulation resistance set values, estimates, and voltage measurement values

Case	$R _{ir1}$ [Ω]	$R _{ir2}$ [Ω]	$V _{M1,open}$ [V]	$V _{M2,open}$ [V]	$V _{M1,close}$ [V]	$V _{M2,close}$ [V]	$V _{S}$ [V]	$R _{ir1,e}$ [Ω]	$R _{ir2,e}$ [Ω]
1	1MΩ	300kΩ	285.0V	85.7V	192.8V	186.3V	379.3V	983.5kΩ	295.7kΩ
2	1MΩ	200kΩ	310.6V	62.4V	195.0V	184.1V	379.3V	991.3kΩ	199.2kΩ
3	1MΩ	100kΩ	341.4V	34.47V	201.3V	177.8V	379.3V	994.2kΩ	100.4kΩ

그림 9. 절연저항 추정 실험 구성

Fig. 9. Configure an Insulation Resistance Estimation Experiment

표 2 절연저항 추정 오차율

Table 2 Insulation resistance estimation percentage error

Case	$R _{ir1,e}$ percentage error [%]	$R _{ir2,e}$ percentage error [%]
1	1.65	1.42
2	0.86	0.42
3	0.58	0.38

제안한 방식을 통해 중간점 저항 양단전압이 특정값 이상이 되어 스위치가 투입동작을 수행했을 때, RCD등의 정격감도전류 이상의 전류가 흐르지 않아도 전압 계측값을 통해 +전로 및 –전로의 절연저항 크기를 추정하여 절연저항 추정치를 기반으로 적정 동작의 수행이 가능하다.

제안한 방식은 절연저항이 커질수록 추정오차가 커지는 경향을 보였으나 전기안전 측면에서 보다 중요한 절연저항이 낮은 경우에 높은 정확도를 보였다. 주로 IN, IT 시스템을 적용하는 저압직류 수용가에 적용 시 한 쪽의 중간점 저항 양단전압이 특정값을 넘어 스위치가 투입되었을 때, 안전관리자 등이 절연저항 추정값을 확인하여 설비의 이상유무 판단에 도움을 줄 수 있을것으로 기대되며, 향후 제안방안을 기반으로 적절한 스위치 동작전압, 제어주기 등의 제어 알고리즘 개발 및 실증을 통한 검증을 수행할 예정이다.

Acknowledgements

본 논문은 2024년도 정부(산업통상자원부)의 재원으로 한국에너지기술평가원의 지원을 받아 수행된 연구임(No. RS-2024-00424413, 인공지능 기반 고효율 MCS/초급속 충전시스템 개발 및 실증)

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C. H. Oh, K. Y. Lee, D. J. Chae and S. T. Lim, “Study of an Open High Resistance Mid-point Grounding for Loss Reduction in Low Voltage Direct Current Distribution Power System,” Proceedings of the Summer Meeting of the Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 2486~2487, 2024

저자소개

오찬혁 (Chan-Hyeok Oh)

He received B.S., M.S. and Ph.D. degrees in electrical engineering from Chonnam National University, Gwangju, Korea, in 2015, 2017 and 2022, respectively. He is currently a senior researcher in the Electrical Safety Research Institute of Korea Electrical Safety Corporation (KESCO) since 2022.

전정채 (Jeong-Chay Jeon)

He received his B.S., M.S. and Ph.D. degrees in electrical engineering from Wonkwang University in 1997, 2000 and 2015, respectively. He is currently a director of the center at the Electrical Safety Research Institute of Korea Electrical Safety Corporation (KESCO) since 2000.

이기연( Ki-Yeon Lee)

He received the B.S. and M.S. degrees in electrical engineering from Incheon National University, Incheon, Korea, in 2002 and 2004, respectively. He received the Ph.D. degree in IT Applied System Engineering from Jeonbuk National University, Jeollabukdo, Korea, in 2020 He is currently a head researcher in the Electrical Safety Research Institute of Korea Electrical Safety Corporation (KESCO) since 2004.

임승택 (Seung-Taek Lim)

He received the B.S. and M.S. degrees in electrical engineering from Soongsil University, Seoul, Korea, in 2016 and 2018, respectively. He is currently a senior researcher in the Electrical Safety Research Institute of Korea Electrical Safety Corporation (KESCO) since 2018.

KIEEThe Transactions ofthe Korean Institute of Electrical Engineers

The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers

ISO Journal TitleTrans. Korean. Inst. Elect. Eng.

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A Study on Estimation of Insulation Resistance in Low-Voltage Direct Current Systems Using Open-Type Midpoint Grounding System

Translated Abstract

Key words

1. 서 론

2. 기존의 개방형 중간점 접지 방식

2.1 개방형 중간점 접지 방식의 제어 방안

2.2 개방형 중간점 접지 방식의 한계

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

3. 중간점 접지방식 기반의 절연저항 추정 방안

3.1 절연저항 추정 방안

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

3.2 시뮬레이션을 통한 검증

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

4. 실험을 통한 절연저항 추정 방안 검증

4.1 실험환경 구성

4.2 실험수행 결과

5. 결 론

Acknowledgements

References

저자소개

오찬혁 (Chan-Hyeok Oh)

전정채 (Jeong-Chay Jeon)

이기연( Ki-Yeon Lee)

임승택 (Seung-Taek Lim)

Article Information (continued)

Key words

KIEEThe Transactions of
the Korean Institute of Electrical Engineers