배터리 저장장치(BESS)에서 누설 캐패시턴스와 기생전압(비접지 계통에서 발생하는 stray capacitance 및 common mode voltage 등)은 절연감시장치(IMD, Insulation Monitoring Device)의 절연저항 측정 정확도와 속도에 직접적인 영향을 줍니다.

누설 캐패시턴스의 영향

• 누설 캐패시턴스가 증가하면 배터리 시스템의 전체 절연저항 값이 실제보다 더 낮게 측정될 수 있습니다.

• IMD의 측정 응답 시간이 캐패시턴스 값에 비례하여 길어집니다. 즉, stray capacitance가 클수록 절연저항 측정에 더 많은 시간이 소요되며, 배터리 SOC(State of Charge)에 따라 누설 캐패시턴스가 달라져 측정값 변동성이 증가합니다.

• 대형 ESS의 경우 누설 캐패시턴스 및 누설전류가 커지면서 common mode voltage(CMV)가 상승하고, 이로 인한 전위 불균형이 IMD 측정 정확도를 떨어뜨릴 수 있습니다.

• 간혹 캐패시턴스 값이 너무 크면 IMD가 오류를 발생시키거나 오탐지할 가능성도 있습니다.

기생전압·전류 영향

• 기생전압(Vfloating, CMV 등)은 절연저항 측정 회로에 오차를 유발하여, 실제 절연 상태보다 더 나쁘거나 좋게 표시할 수 있습니다.

• 절연 누설전류가 증가하면 IMD의 경보 임계값에 더 빨리 도달해 불필요한 경보가 울릴 수 있습니다.

대책 및 설계 권고

• 누설 캐패시턴스가 클 경우, IMD의 설정값(측정 인터벌, 경보 임계값 등)을 조정하거나, PCB 설계 단계에서 절연 거리를 확보하고, 시스템 내 누설 경로를 최소화해야 합니다.

• 여러 IMD를 병렬 운용하거나, 분산형(DIMS) 절연감시 전략을 적용하면 응답 속도와 정확도를 개선할 수 있습니다.

• 커패시턴스와 기생전압 분석을 통해 실제 측정된 절연저항과 시스템 동작 환경을 검토하는 것이 중요하며, 절연레벨 강화와 측정값 보정이 필요합니다.

요약

ESS에서는 누설 캐패시턴스와 기생전압이 증가하면, 절연감시장치의 국부 또는 전체 절연저항 측정이 느려지고, 측정값에 오차가 발생하며, 필요 없는 경보까지 유발할 수 있기 때문에 종합적인 배터리 및 측정 시스템 설계가 필요합니다.

누설 캐패시턴스의 용량이 커질수록 IMD(절연감시장치)의 성능이 좋아지는 것이 아니라 오히려 측정 정확도와 신뢰성에 부정적인 영향을 미칩니다.

누설 캐패시턴스 증가가 IMD에 미치는 영향

• 누설 캐패시턴스가 커지면 용량성 누설전류가 많아져 실제 절연저항이 과소평가되거나 실측값이 불안정해질 수 있습니다.

• IMD는 시스템의 누설 캐패시턴스에 일정 한계값(최대 허용치)을 두고 있으며, 이를 초과하면 오작동, 오경보, 혹은 절연저항 계산값이 왜곡되는 문제가 발생합니다.

• IMD가 커패시턴스의 영향을 제대로 보정하지 못할 경우, ESS와 같은 대형 저장장치에서 빈번한 오동작이 발생할 수 있어 정확한 감시가 어렵습니다.

IMD에서 허용되는 누설 캐패시턴스

• 일부 고성능 IMD는 다양한 동작모드로 누설 캐패시턴스가 수백~수천 μF까지 감시 가능하지만, 이는 허용량이지 용량이 클수록 좋은 성능을 의미하지 않습니다.

• 실제로 누설 캐패시턴스가 클수록 IMD의 측정 속도가 저하되고, 정밀도가 떨어져 절연이상(절연저항 저하)을 조기에 감지하지 못할 수 있습니다.

결론

누설 캐패시턴스가 크면 IMD의 성능이 좋아지는 것이 아니라, 측정 성능 저하(지연, 오차, 오작동)가 발생하므로 설계 시 누설 캐패시턴스가 가능한 작게 유지되도록 하고, IMD의 허용값 이내로 관리해야 합니다.