KR102205801B1

KR102205801B1 - 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정회로 및 누설 저항 측정방법

Info

Publication number: KR102205801B1
Application number: KR1020200131106A
Authority: KR
Inventors: 이상원; 권우현
Original assignee: 주식회사 디케이
Priority date: 2020-10-12
Filing date: 2020-10-12
Publication date: 2021-01-21

Abstract

본 발명은 태양광발전장치에서 생성되는 고전압의 발전전압을 샘플링하고, 이를 절연시켜 저전압으로 만들어 사용하는 샘플 & 계측 원리를 사용하는 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정회로 및 누설저항 측정방법을 제안한다. 본 발명에 따른 누설전류 측정회로는 복수의 저항, 적어도 하나의 커패시터 및 복수의 릴레이를 포함하여, 복수의 릴레이의 개폐 동작에 따라 형성되는 폐회로를 이용하여, 누설저항을 존부를 결정할 수 있도록 한다.

Description

부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정회로 및 누설 저항 측정방법{A detection circuit and a detection method for leakage resistance of floating independent direct current source}

본 발명은 누설저항 측정회로 및 누설저항 측정방법에 관한 것으로, 특히, 태양광발전장치에서 생성되는 고전압의 발전전압을 샘플링하고, 이를 절연시켜 저전압으로 만들어 사용하는 샘플 & 계측 원리를 사용하는 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정회로 및 누설저항 측정방법에 관한 것이다.

일반 가정에서 사용하는 상용 교류전기는 전압은 일정하고 전류가 변하는 정전압원 전기인데 반해, 태양광발전 직류전기는 상용 교류전기와는 반대로 전류가 일정하고 전압이 변하는 전류원 전기라는 특징이 있다. 다만, 태양광발전 전류의 크기는 태양 빛의 세기에 따라 변동한다.

일반 상용 교류전기는 전류가 변하는 특징을 이용하여 과전류차단기나 누전차단기를 병용함으로써 비교적 쉽고 안전하게 전기를 사용할 수 있다. 과전류차단기는 화재를 방지하는 역할을 하고, 누전차단기는 감전으로 인한 인명의 손실이나 화재를 방지하는 역할을 한다.

반면에 직류전기인 태양광발전 전기는 부하가 단락되어도 전류가 상당한 크기로 증가하지 않는 특징이 있다. 아래의 표 1은 태양전지판(PV)의 규격을 설명한다.

표 1을 참조하면, 태양광발전용 전지판의 출력을 단락시켜도 최대 전류(공칭 단락전류)는 10.04A(암페어)가 흐르며, 평상시 사용하는 전류(공칭 최대출력 동작전류)가 9.05A와는 0.5A의 전류만 더 흐른다는 것을 알 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 모든 전류는 태양빛의 세기에 따라 다르기 때문에, 전류의 크기 자체로는 과부하라는 개념을 특정할 수 없다. 따라서 태양광발전장치에서는 직류 과전류보호 기능은 만들수가 없으며, 전류 자체로는 이상 유무를 판단할 수 없다는 특징이 있다.

표 1을 참조하면, 태양전지판 1개의 공칭개방전압이 48.3V인데, 실제로는 이들을 직렬로 결합하여 약 700V 이상의 출력전압을 생성하며 인버터가 생성하는 전압이 약 200V이므로, 이하의 설명에서 저전압은 약 200V 이하의 전압을 의미하고 고전압이라고 함으로 700V 이상을 의미한다.

전기에너지는 전류와 전압의 곱으로 정의되는데, 따라서 전류의 크기는 작더라도 전압의 크기가 크거나, 전압의 크기는 작더라도 전류의 크기가 크면 높은 전기에너지를 소비할 수 있는 잠재력을 가진다. 태양광발전용 전기는 과전류는 없지만 변하는 전압값에 의해 전기에너지의 잠재력이 변한다. 태양광발전에서 두 선간에 완전한 단락이 발생하면 전압도 0V(볼트)가 되어 특별한 문제가 발생하지 않게 되지만, 불완전한 단락이 발생하면 해당 부분이 과열되거나 아크가 발생하여 주변 절연체를 망가뜨려 결국을 화재로 이어질 가능성이 있다.

태양광발전의 직류 계통에서 접지 방향으로 누설(leakage)이 발생하면, 감전사고나 화재 발생의 원인이 된다. 특히, 직류전기를 상용 교류전기로 변환하는 인버터(inverter)가 직류와 교류 사이를 전기적으로 절연시키지 못하는 무변압기 타입인 때, 직류 계통에서의 누전은 바로 교류 계통으로 넘어와 누전 현상의 발생확률을 확대하는 단점이 있다.

대한민국 등록특허: 10-1800364호(2017년 11월 16일)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 태양광발전장치에서 생성되는 고전압의 발전전압을 샘플링하고, 이를 절연시켜 저전압으로 만들어 사용하는 샘플 & 계측 원리를 사용하는 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정회로를 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 태양광발전장치에서 생성되는 고전압의 발전전압을 샘플링하고, 이를 절연시켜 저전압으로 만들어 사용하는 샘플 & 계측 원리를 사용하는 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정방법을 제공하는 것에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 누설저항 측정회로는, 태양광발전장치의 제2연결소켓과 전기적으로 연결하여, 상기 태양광발전장치를 구성하는 태양전지판의 단자로부터 접지로 누설되는 경로의 누설저항의 존부를 측정하는데 사용되는 누설저항 측정회로에 관한 것으로, 일 단자는 상기 제2연결소켓과 연결된 제1연결소켓의 제1단자와 연결되고 다른 일 단자는 제1릴레이에 연결되는 제1전류제한저항, 일 단자는 상기 제1연결소켓의 제3단자와 연결되고 다른 일 단자는 제2릴레이에 연결되는 제2전류제한저항, 일 단자가 제1릴레이에 연결되는 제1전압측정용 저항, 일 단자는 상기 제1전압측정용 저항의 다른 일 단자에 연결되고 다른 일 단자는 제2릴레이에 연결되는 제2전압측정용 저항, 일 단자가 상기 제1릴레이에 연결되는 전압감지용 저항, 일 단자는 상기 전압감지용 저항의 다른 일 단자에 연결되고, 다른 일 단자는 상기 제2릴레이에 연결되는 전압충전용 커패시터, 제1릴레이 구동회로의 제어에 따라 상기 전압감지용 저항의 일 단자를 상기 제1전류제한저항 및 제1전압측정용 저항의 일 단자 중 하나의 단자로 연결하는 제1릴레이, 제2릴레이 구동회로의 제어에 따라 상기 전압충전용 커패시터의 다른 일 단자를 상기 제2전압측정용 저항의 다른 일 단자 및 제2전류제한저항의 다른 일 단자 중 하나의 단자에 연결하는 제2릴레이 및 제3릴레이 구동회로의 제어에 따라 상기 제1전압측정용 저항과 상기 제2전압측정용 저항의 공통 단자를 접지단자(EARTH)와 연결하는 제3릴레이를 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 누설저항 측정방법은, 제1항에 기재된 누설저항 측정회로를 구성하는 상기 제1릴레이, 상기 제2릴레이, 및 상기 제3릴레이의 개폐조건을 변경함으로써, 상기 누설저항의 존부를 판단하는 누설저항 측정방법에 관한 것으로, 상기 제1릴레이 내지 상기 제3릴레이를 OFF 상태로 하여, 상기 전압충전용 커패시터를 방전하는 모드0, 상기 제1릴레이와 상기 제2릴레이는 ON 상태로 하고, 상기 제3릴레이는 OFF상태로 하여, 태양전지판의 단자로부터 출력되는 전압을 샘플링하여 상기 전압충전용 커패시터에 충전하는 모드1, 상기 제1릴레이와 상기 제2릴레이는 OFF 상태로 하고 상기 제3릴레이는 ON 상태로 하여, 상기 전압충전용 커패시터에 충전된 전압을 상기 제1전압측정용 저항에 강하시키는 모드2, 상기 제1릴레이는 ON 상태로 하고 상기 제2릴레이 및 상기 제3릴레이는 OFF 상태로 하여, 태양전지판의 단자로부터 출력되는 전압을 샘플링하여 상기 태양전지판의 음의 단자와 접지 사이에 존재하는 음의 누설저항과 분배한 전압을 상기 전압충전용 커패시터에 충전하는 모드3, 상기 제1릴레이 및 상기 제3릴레이는 OFF 상태로 하고 상기 제2릴레이는 ON 상태로 하여 태양전지판의 단자로부터 출력되는 전압을 샘플링하여 상기 태양전지판의 양의 단자와 접지 사이에 존재하는 양의 누설저항과 분배한 전압을 상기 전압충전용 커패시터에 충전하는 모드4 중 전부 또는 일부를 결합하여 순차적으로 수행한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 누설저항 측정회로 및 누설저항 측정방법은, 고전압부와 저전압부를 릴레이를 사용하여 물리적으로 완전히 고립시켜, 커패시터를 이용한 충전전압으로 누설저항을 측정함으로써, 고전압에 대한 부담이 없어 어떠한 상황에서든 또는 동작 중에도 검출이 가능하다는 장점이 있다. 특히 PV모듈(PV, 도 2)이 생성하는 발전 고전압 역시 완전히 전기적인 절연 상태에서 측정하므로 매우 안전한 상태에서 사용이 가능하다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서 누설저항을 측정한다는 것은, 구체적인 저항 수치를 측정한다는 것이 아니라, 문제가 될 소지가 있는 경계값을 알아내는 것으로, 누설저항을 통한 충전전압은 미리 정해진 총 전압의 63% 정도고 계산되므로, 미리 프로그램에서 표로 계산해 두면 신호처리기에서 이를 단순하게 처리할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정회로의 일 실시 예이다.
도 2는 본 발명에 따른 누설저항 측정회로를 이용하여 태양광발전장치의 누설저항을 측정하는 예를 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 누설저항 측정회로를 구성하는 릴레이의 동작을 제어하여 태양광발전장치의 누설저항을 측정하는 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정방법의 일 실시 예이다.
도 4는 도 3에 도시된 릴레이의 개폐동작에 따른 회로의 연결구성에 대해서 설명한다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정회로의 일 실시 예이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정회로(이하 누설저항 측정회로, 100)는 2개의 전류제한저항(Ra, Rb), 2개의 전압측정용 저항(R3, R4), 전압감지용 저항(R1), 전압충전용 커패시터(C), 3개의 릴레이(RY1, RY2, RY3), 3개의 릴레이 구동회로(DR1, DR2, DR3), 및 버퍼(Buffer)를 포함한다.

제1전류제한저항(Ra)의 일 단자는 제1연결소켓(J11)의 제1단자(1)와 연결되고 다른 일 단자는 제1릴레이(RY1)에 연결된다.

제2전류제한저항(Rb)의 일 단자는 제1연결소켓(J11)의 제3단자(3)와 연결되고 다른 일 단자는 제2릴레이(RY2)에 연결된다.

제1전압측정용 저항(R3)의 일 단자는 제1릴레이(RY1)에 연결된다.

제2전압측정용 저항(R4)의 일 단자는 제1전압측정용 저항(R3)의 다른 일 단자에 연결되고 다른 일 단자는 제2릴레이(RY2)에 연결된다.

전압감지용 저항(R1)의 일 단자는 제1릴레이(RY1)에 연결된다.

전압충전용 커패시터(C)의 일 단자는 전압감지용 저항(R1)의 다른 일 단자에 연결되고, 다른 일 단자는 제2릴레이(RY2)에 연결된다.

제1릴레이(RY1)는 제1릴레이 구동회로(DR1)의 제어에 따라 전압감지용 저항(R1)의 일 단자를 제1전류제한저항(Ra) 및 제1전압측정용 저항(R3)의 일 단자 중 하나의 단자로 연결한다.

제2릴레이(RY2)는 제2릴레이 구동회로(DR2)의 제어에 따라 전압충전용 커패시터(C)의 다른 일 단자를 제2전압측정용 저항(R4)의 다른 일 단자 및 제2전류제한저항(Rb)의 다른 일 단자 중 하나의 단자에 연결한다.

제3릴레이(RY3)는 한편으로는 제3릴레이 구동회로(DR3)의 제어에 따라 제1전압측정용 저항(R3)과 제2전압측정용 저항(R4)의 공통 단자를 접지단자(EARTH)와 연결하고, 다른 한편으로는 제1전압측정용 저항(R3)과 제1릴레이(RY1)의 공통단자를 후술하는 버퍼(Buffer)에 연결한다.

버퍼(Buffer)는 제1전압측정용 저항(R3)과 제1릴레이(RY1)의 공통단자의 전압을 버퍼링하여 출력한다. 버퍼(Buffer)의 출력전압을 측정함으로써 제1전압측정용 저항(R3)에 강하되는 전압의 크기도 측정할 수 있다.

도 1에는 더 많은 소자가 도시되어 있어 다양한 기능을 추가로 수행할 수 있지만, 동작의 설명을 위해 간략하게 설명하였다. 특히, 3개의 릴레이 구동회로(DR1~DR3)의 제어 동작이나 3개의 릴레이(RY1~RY3)의 내부 구성은 일반적인 것이므로 설명을 생략하였다.

도 2는 본 발명에 따른 누설저항 측정회로를 이용하여 태양광발전장치의 누설저항을 측정하는 예를 설명한다.

도 2의 좌측에 도시된 태양광발전장치(200)의 태양전기단자(PV+ 또는 POS-in, PV- 또는 NEG-IN)에서 접지(EARTH)로 누설이 발생한다고 가정할 때, 누설 전류는 태양전기단자(PV+, PV-)와 접지 사이에 있는 누설저항(Rlp, Rln)을 통해 흐른다고 가정한다. 본 발명에서는 누설저항 측정회로(100)를 태양광발전장치(200)에 연결하고, 누설저항 측정회로(100)를 구성하는 3개의 릴레이(RY1 ~ RY3)의 개폐동작을 조정하여, 전압측정용 저항(R3)에 강하되는 전압으로부터 누설저항(Rlp, Rln)의 존부를 간접적으로 검출하는 회로 및 방법을 제안하는 것이다.

도 2의 좌측에 도시된 태양광발전장치(200)의 PV는 태양전지판이고, MCCB는 차단기이며, INV는 인버터이고, 이들의 구성 및 기능은 이미 이 분야의 기술자라면 누구든지 알고 있으므로 여기서는 자세하게 설명하지 않는다.

도 2의 좌측에 도시된 태양광발전장치(200)에 포함되는 제2커넥터(J11_1)는 우측에 도시된 누설저항 측정회로(100)에 포함되는 제1커넥터(J11)와 전기적으로 연결하며, 각각 1번 node(1)는 양의 태양전기단자(PV+)와 연결되고 3번 node(3) 음의 태양전기단장(PV-)와 각각 연결된다. 접지단자를 의미하는 EARTH는 태양광발전장치(200)와 누설저항 측정회로(100)에서 공통으로 사용한다.

태양광발전장치(200)에 본 발명에 따른 누설저항 측정회로(100)를 전기적으로 연결한 후, 누설저항 측정회로(100)를 구성하는 3개의 릴레이(RY1 ~ RY3)의 개폐동작(On/Off)을 제어하여 폐회로의 토폴로지(topology)를 변경하면서 태양광발전장치(200)에 포함되는 누설저항(Rlp, Rln)의 존부를 확인한다.

도 3은 본 발명에 따른 누설저항 측정회로를 구성하는 릴레이의 동작을 제어하여 태양광발전장치의 누설저항을 측정하는 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정방법의 일 실시 예이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 부동의 독립형 직류전원의 누설저항 측정방법(300, 이하 누설저항 측정방법)은, 모두 5개의 모드(mode)를 포함한다.

모드0은 전압충전용 커패시터(C)를 방전하는 것, 모드1은 태양전지판(PV)의 양의 단자로부터 출력되는 전압을 전압충전용 커패시터(C)에 충전하는 것, 모드2는 제1전압측정용 저항(R3)의 강하전압을 측정하는 것, 모드3은 태양전지판(PV)의 양의 단자로부터 출력되는 전압을 음의 누설저항(Rln)을 통해 전압충전용 커패시터(C)에 충전하는 것, 모드4는 태양전지판(PV)의 음의 단자로부터 출력되는 전압을 양의 누설저항(Rlp)을 통해 전압충전용 커패시터(C)에 충전하는 것을 각각의 목적으로 한다. 이때, 전압충정용 커패시터(C)에 전압을 충전시킬 때, 전압충전용 커패시터에 충전되는 전압의 완충양에 비해 적은 양이 충전되도록 하며, 이를 이하의 설명에서는 전압을 샘플링(sampling)한다고 표현한다.

도 3에 도시된 누설저항 측정방법의 수행과정을 도 2 및 후술하는 도 4를 참조하여 이하에서 설명한다.

도 4는 도 3에 도시된 릴레이의 개폐동작에 따른 회로의 연결구성에 대해서 설명한다.

도 4a ~ 도 4e는 순차적으로 모드0 ~ 모드4에서의 회로의 동작을 각각 설명한다.

도 4a를 참조하면 모드0(zero)는 3개의 릴레이(RY1, RY2, RY3)를 모두 OFF 상태로 하는데, 3개의 릴레이(RY1, RY2, RY3)의 개폐 조건, 도 2 및 도 3에 도시된 도면을 참조하면, 전압충전용 커패시터(C) ~ 전압감지용 저항(R1) ~ 제1전압측정용 저항(R3) ~ 제2전압측정용 저항(R4) ~ 전압충전용 커패시터(C)가 폐회로(closed loop)가 형성되어 전압충전용 커패시터(C)가 방전하게 된다는 것을 알 수 있다.

전류가 흐르는 경로를 화살표로 표시하였으며, 도면의 화살표의 의미는 이하의 도면 설명에도 적용한다. 이하에서는 설명의 편의 및 간소화를 위해, 저항과 커패시터 등 폐회로를 구성하는 소자의 부재번호를 소자 대신 기재한다.

일반적으로 릴레이의 개폐의 동작(ON/OFF)은, 하나의 단자를 다른 하나의 단자와 연결하거나 전기적으로 차단하는 기능을 수행하거나, 하나의 단자를 하나의 다른 단자로 연결하거나 또 다른 하나의 다른 단자로 연결하는 기능을 수행한다. 예를 들면, 하나의 릴레이가 ON 상태라 함은 하나의 단자를 다른 하나의 단자로 연결하는 것으로 설정하고, OFF 상태라 함은 하나의 단자를 다른 하나의 단자로부터 차단하거나, 하나의 단자를 또 다른 하나의 단자로 연결하는 것을 의미한다.

도 4b를 참조하면 모드1(one)은 2개의 릴레이(RY1, RY2)는 ON 상태이고 나머지 하나의 릴레이(RY3)는 OFF 상태로 함으로써, PV+(또는 Vb+) ~ Ra ~ R1 ~ C ~ Rb ~ PV-(또는 Vb-)의 폐회로를 형성하게 되고, 따라서 PV+단자로부터 출력되는 전압이 전압충전용 커패시터(C)에 충전한다는 것을 알 수 있다.

직렬로 연결된 3개의 저항(Ra, R1, Rb)의 합을 Rx라고 가정할 때, 모드1의 폐회로는 저항과 커패시터가 직렬로 연결된 폐회로이므로, 전압충전용 커패시터(C)에 충전되는 전압의 크기는 Rx×C(RC time-constant, RC 타임 컨스턴트)에 비례하며, RC 타임 컨스턴트의 5배의 시간이면 PV+단자로부터 출력되는 전압이 전압충전용 커패시터(C)에 충전될 것이다.

누설저항(Rlp, Rln)이 없는 경우, PV+단자로부터 출력되는 전압이 누설저항(Rlp, Rln)을 제외한 나머지 구성요소들의 임피던스 비에 따라 전압강하(voltage drop)가 일어날 것이다. 누설저항(Rlp, Rln)이 없는 회로에서 측정된 제1전압측정용 저항(R3)에 강하된 전압은 누설저항(Rlp, Rln)이 존재할 때에 측정한 제1전압측정용 저항(R3)에 강하되는 전압과는 차이가 있을 것이다. 제1전압측정용 저항(R3)에 강하되는 전압의 측정은 후술하는 모드2에서 수행한다.

도 4c를 참조하면 모드2(two)는 2개의 릴레이(RY1, RY2)는 OFF하고 하나의 릴레이(RY3)는 ON 상태로 함으로써, C ~ R1 ~ R3 ~ R4의 폐회로가 형성되며 이때 R3에 강하되는 전압을 측정할 수 있다. R3에 강하되는 전압을 측정하기 위해서는 제3릴레이(RY3)가, 제1전압측정용 저항(R3)과 제1릴레이(RY1)의 공통단자를 버퍼(Buffer)에 연결하여야 한다. 이후 버퍼(Buffer)의 출력전압을 측정하고, 출력전압과 미리 설정해 놓은 전압을 비교하여, 누설저항의 존부를 결정할 수 있다.

도 4d를 참조하면 모드3(three)는 제1릴레이(RY1)는 ON 상태로 나머지 2개의 릴레이(RY2, RY3)는 OFF 상태로 함으로써, PV+ ~ Ra ~ R1 ~ C ~ R4 ~ Rln ~ PV-의 폐회로가 형성되며, PV+ 단자로부터 인가되는 전압이 음의 누설저항(Rln)을 포함하는 폐회로를 통해 C에 충전된다는 것을 알 수 있다. 도 4b에 도시된 누설저항(Rlp, Rln)이 없을 경우에 전압충전용 커패시터(C)에 충전되는 전하의 양과 도 4d에 도시된 바와 같이 음의 누설저항(Rln)이 있다고 가정하였을 때 전압충전용 커패시터(C)에 충전되는 전하의 양은 서로 다를 것이다.

모드3은 엄밀하게 표현하면 음의 누설저항(Rln)을 측정하기 위한 사전 준비단계로, 모드3을 일정시간 유지한 후 다시 모드 2로 전환하여 제1전압측정용 저항(R3)에 강하된 전압을 측정하고 이를 비교함으로써, 음의 누설저항(Rln)의 존부를 확인한다.

도 4e를 참조하면 모드4(four)는, 2개의 릴레이(RY1, RY3)는 OFF 상태 제2릴레이(RY2)는 ON 상태로 함으로써, PV+ ~ Rlp ~ R3 ~ R1 ~ C ~ Rb ~ PV-의 폐회로가 형성되며, PV+ 단자로부터 인가되는 전압이 양의 누설저항(Rlp)을 포함하는 폐회로를 통해 C에 충전된다는 것을 알 수 있다.

모드4는 양의 누설저항(Rlp)을 측정하기 위한 사전 준비단계로, 모드4를 일정시간 유지한 후 다시 모드2로 전환하여 제1전압측정용 저항(R3)에 강하된 전압을 측정하고 이를 비교함으로써, 양의 누설저항(Rlp)의 존부를 확인할 수 있다는 점은 모드3과 동일하다.

상술한 바와 같이, 모드3을 일정시간 유지한 후 모드2로 전환하여 제1전압측정용 저항(R3)에 강하된 전압을 측정하고, 모드4를 일정시간 유지한 후 모드2로 전환하여 제1전압측정용 저항(R3)에 강하된 전압을 측정하는데, 이 때 측정된 전압을 누설저항(Rlp, Rln)이 없을 때의 전압(사전에 설정)과 비교함으로써 누설저항(Rlp, Rln)의 존부를 결정할 수 있다.

그러나 모드3 및 모드4을 진행하기 이전에, 전압충전용 커패시터(C)에 충전되어 있는 전하를 모두 방전시켜야 하므로, 실제로는 모드0, 모드3 및 모드2를 순차적으로 수행함으로써 음의 누설저항(Rln)의 존부를 확인하고, 모드0, 모드4 및 모드2를 순차적으로 수행함으로써 양의 누설저항(Rlp)의 존부를 확인하는 것이 바람직하다.

본 발명의 특징은 고전압부와 저전압부를 릴레이를 사용하여 물리적으로 완전히 고립시켜, 커패시터를 이용한 충전전압으로 누설저항을 측정함으로써, 고전압에 대한 부담이 없어 어떠한 상황에서든 또는 동작 중에도 검출이 가능하다는 장점이 있다. 특히 태양전지판(PV, 도 2)이 생성하는 발전 고전압 역시 완전히 전기적인 절연 상태에서 측정하므로 매우 안전한 상태에서 사용이 가능하다는 장점이 있다.

본 발명에서 누설저항을 측정한다는 것은, 구체적인 저항 수치를 측정한다는 것이 아니라, 문제가 될 소지가 있는 경계값을 알아내는 것이다. 누설저항을 통한 충전전압은 미리 정해진 총 전압의 63% 정도고 계산되므로, 미리 프로그램에서 표로 계산해 두면 신호처리기에서 이를 단순하게 처리할 수 있게 될 것이다.

누설저항을 통한 충전 전압(63%를 기준으로 하는 것)의 크기는 시간의 함수이며, R3, R4의 저항값(resistance)을 x라고 하면, 측정부의 최대전압이 5V인 경우 1000V 전압감지를 위해서는 R1은 198x여야한다. 그리고 샘플링하는 Ra, Rb 입력 저항은 안전을 위해서 각각 100x 정도 설정하면 된다.

이 경우 모드3 및 모드4에서의 샘플링 전압(Vm)은 아래와 같다.

Vm = Vb*(1-exp(-t/RC))

여기서 R = Ra + R1 + R4 + Rln 또는 R = Rb + R1 + R3 + Rlp가 된다.

PV 발전전압(PV 또는 Vb, 태양전지판의 단자로부터 출력되는 전압)가 C에 63% 되는 시간은 누설저항치의 크기에 따라서 예1, 2, 및 3과 같이 계산될 수 있다.

예1)

Rln = Rlp = 100x = 100kΩ, C = 1uF,

--> R = (100+198+1+100)kΩ = 399kΩ, C = 1uF

R*C = 0.4 --> time-constant = 0.4sec

예2)

Rl = 1000x = 1000kΩ, C = 1uF,

--> R = (100+198+1+1000)kΩ = 1299kΩ, C = 1uF

R*C = 1.3 --> time-constant = 1.3sec

예3)

Rl = 10x = 10kΩ, C = 1uF,

--> R = (100+198+1+10)kΩ = 309kΩ, C = 1uF

R*C = 0.3 --> time-constant = 0.3sec

즉 누설저항치를 정해두면, 63% 되는 시간이 정해지므로 그 시간만큼 충전 후 모드 변경하여 제1전압측정용 저항에 강하되는 전압을 읽어서 63%에 얼마나 벗어나는가를 판단하면 된다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.

100: 누설저항 측정회로
200: 태양광발전장치

Claims

태양광발전장치의 제2연결소켓과 전기적으로 연결하여, 상기 태양광발전장치를 구성하는 태양전지판의 단자로부터 접지로 누설되는 경로의 누설저항의 존부를 측정하는데 사용되는 누설저항 측정회로에 관한 것으로,
일 단자는 상기 제2연결소켓과 연결된 제1연결소켓의 제1단자와 연결되고 다른 일 단자는 제1릴레이에 연결되는 제1전류제한저항;
일 단자는 상기 제1연결소켓의 제3단자와 연결되고 다른 일 단자는 제2릴레이에 연결되는 제2전류제한저항;
일 단자가 제1릴레이에 연결되는 제1전압측정용 저항;
일 단자는 상기 제1전압측정용 저항의 다른 일 단자에 연결되고 다른 일 단자는 제2릴레이에 연결되는 제2전압측정용 저항;
일 단자가 상기 제1릴레이에 연결되는 전압감지용 저항;
일 단자는 상기 전압감지용 저항의 다른 일 단자에 연결되고, 다른 일 단자는 상기 제2릴레이에 연결되는 전압충전용 커패시터;
제1릴레이 구동회로의 제어에 따라 상기 전압감지용 저항의 일 단자를 상기 제1전류제한저항 및 제1전압측정용 저항의 일 단자 중 하나의 단자로 연결하는 제1릴레이;
제2릴레이 구동회로의 제어에 따라 상기 전압충전용 커패시터의 다른 일 단자를 상기 제2전압측정용 저항의 다른 일 단자 및 제2전류제한저항의 다른 일 단자 중 하나의 단자에 연결하는 제2릴레이; 및
제3릴레이 구동회로의 제어에 따라 상기 제1전압측정용 저항과 상기 제2전압측정용 저항의 공통 단자를 접지단자(EARTH)와 연결하는 제3릴레이를
포함하는 누설저항 측정회로.
제1항에서, 상기 누설저항 측정회로는,
버퍼를 더 포함하며,
상기 제3릴레이는 상기 제1전압측정용 저항과 상기 제1릴레이의 공통 연결단자를 상기 버퍼의 입력단자로 연결하는 누설저항 측정회로.
제1항에 기재된 누설저항 측정회로를 구성하는 상기 제1릴레이, 상기 제2릴레이, 및 상기 제3릴레이의 개폐조건을 변경함으로써, 상기 누설저항의 존부를 판단하는 누설저항 측정방법에 관한 것으로,
상기 제1릴레이 내지 상기 제3릴레이를 OFF 상태로 하여, 상기 전압충전용 커패시터를 방전하는 모드0;
상기 제1릴레이와 상기 제2릴레이는 ON 상태로 하고, 상기 제3릴레이는 OFF상태로 하여, 태양전지판의 단자로부터 출력되는 전압을 샘플링하여 상기 전압충전용 커패시터에 충전하는 모드1;
상기 제1릴레이와 상기 제2릴레이는 OFF 상태로 하고 상기 제3릴레이는 ON 상태로 하여, 상기 전압충전용 커패시터에 충전된 전압을 상기 제1전압측정용 저항에 강하시키는 모드2;
상기 제1릴레이는 ON 상태로 하고 상기 제2릴레이 및 상기 제3릴레이는 OFF 상태로 하여, 태양전지판의 단자로부터 출력되는 전압을 샘플링하여 상기 태양전지판의 음의 단자와 접지 사이에 존재하는 음의 누설저항과 분배한 전압을 상기 전압충전용 커패시터에 충전하는 모드3;
상기 제1릴레이 및 상기 제3릴레이는 OFF 상태로 하고 상기 제2릴레이는 ON 상태로 하여 태양전지판의 단자로부터 출력되는 전압을 샘플링하여 상기 태양전지판의 양의 단자와 접지 사이에 존재하는 양의 누설저항과 분배한 전압을 상기 전압충전용 커패시터에 충전하는 모드4 중
전부 또는 일부를 결합하여 순차적으로 수행하는 누설저항 측정방법.
제3항에서, 상기 모드0은,
상기 전압충전용 커패시터, 상기 전압감지용 저항, 상기 제1전압측정용 저항, 및 상기 제2전압측정용 저항으로 폐회로를 형성하여 상기 전압충전용 커패시터를 방전하는 누설저항 측정방법.
제3항에서, 상기 모드1은,
상기 태양전지판의 양의 단자, 상기 제1전류제한저항, 상기 전압감지용 저항, 상기 전압충전용 커패시터, 상기 제2전류제한저항, 및 상기 태양전지판의 양의 단자로 폐회로를 형성하여, 상기 상기 태양전지판의 양의 단자로부터 출력되는 전압을 샘플링하여 상기 전압충전용 커패시터에 충전하는 누설저항 측정방법.
제3항에서, 상기 모드2는,
상기 전압충전용 커패시터, 상기 전압감지용 저항, 상기 제1전압측정용 저항 및 상기 제2전압측정용 저항이 폐회로를 형성하도록 하는 누설저항 측정방법.
제6항에서, 상기 모드2는,
상기 제1전압측정용 저항에 강하되는 전압을 검출하는 누설저항 측정방법.
제3항에서, 상기 모드3은,
상기 태양전지판의 양의 단자, 상기 제1전류제한저항, 상기 전압감지용 저항, 상기 전압충전용 커패시터, 상기 제2전압측정용 저항, 상기 음의 누설저항 및 상기 상기 태양전지판의 음의 단자가 폐회로를 형성하도록 하여, 상기 태양전지판의 양의 단자부터 인가되는 전압을 샘플링하여 상기 전압충전용 커패시터에 충전하는 누설저항 측정방법.
제3항에서, 상기 모드4는,
상기 태양전지판의 양의 단자, 상기 양의 누설저항, 상기 제1전압측정용 저항, 상기 전압감지용 저항, 상기 전압충전용 커패시터, 상기 제2전류제한저항 및 상기 태양전지판의 음의 단자가 폐회로를 형성하도록 하여, 상기 태양전지판의 양의 단자로부터 인가되는 전압을 샘플링하여 상기 전압충전용 커패시터에 충전하는 누설저항 측정방법.
제3항에서,
상기 모드0, 상기 모드3 및 상기 모드2를 순차적으로 수행함으로써, 음의 누설저항을 검출하는 누설저항 측정방법.
제10항에서,
상기 모드3을 일정시간 유지한 후 모드2로 전환하는 누설저항 측정방법.
제3항에서,
상기 모드0, 상기 모드4 및 상기 모드2를 순차적으로 수행함으로써, 양의 양의 누설저항을 검출하는 누설저항 측정방법.
제12항에서,
상기 모드4를 일정시간 유지한 후 모드2로 전환하는 누설저항 측정방법.
제11항 및 제13항 중 하나의 항에서,
상기 일정시간은 상기 전압충전용 커패시터에 충전되는 전압의 양이 미리 정해진 전압의 63%가 되는 시간인 누설저항 측정방법.