태양 광 시스템 용 DC SPD: 유형 1과 유형 2 애플리케이션 2025

낙뢰, 스위칭 이벤트 및 계통 장애로 인한 파괴적인 전압 과도 현상으로부터 태양 광 발전 시스템을 위한 DC SPD. 적절한 SPD 유형과 설치 위치를 선택하려면 유형 1과 유형 2 장치 간의 중요한 차이점과 포괄적인 시스템 보호를 제공하기 위해 조정하는 방법을 이해해야 합니다. 이 상세 가이드는 태양광 설계자와 설치자가 효과적인 DC SPD 보호 구현에 대해 알아야 할 모든 것을 다룹니다.

번개는 태양광 설비에 가장 심각한 위협이 되며, 직접 충돌 시 인버터, 모듈 및 기타 장비를 순식간에 파괴할 수 있는 수백만 볼트와 수천 암페어를 전달합니다. 가까운 곳에서 번개가 치더라도 과도 에너지의 안테나 역할을 하는 태양광 어레이 도체와 전자기 결합을 통해 피해를 입히는 유도 서지가 발생합니다.

태양광용 DC SPD의 이해 기본 사항

DC SPD가 보호하는 대상

태양광 발전 시스템은 보호가 필요한 여러 서지 위협 소스에 직면해 있습니다. 어레이 또는 인근 구조물에 직접 낙뢰가 내리치면 전기 시스템에 막대한 에너지가 주입되고, 수백 미터 떨어진 간접 낙뢰는 도체와 결합하는 전자기장을 통해 전압 손상을 유발합니다. 유틸리티 그리드 작동으로 인한 스위칭 과도 현상은 에너지가 낮지만 빈번한 전압 스파이크를 발생시켜 시간이 지남에 따라 장비를 누적적으로 저하시킵니다.

옥상 어레이는 높은 위치에 있기 때문에 낙뢰 노출에 특히 취약합니다. 고층 건물이나 개방된 공간에 있는 어레이는 지상 전기 장비보다 낙뢰 확률이 더 높습니다. 어레이와 인버터 사이의 긴 DC 컨덕터는 직접 타격 에너지와 인근 타격으로 인한 전자기 유도 과도 현상에 대한 수집 안테나의 역할을 합니다.

DC 서지 보호는 직류 시스템의 고유한 특성으로 인해 AC 보호와 다릅니다. DC 아크는 AC 아크와 같은 전류 제로 크로싱에서 자연적으로 소멸되지 않으므로 향상된 후속 전류 차단 기능을 갖춘 SPD가 필요합니다. 현대 태양광 시스템의 더 높은 DC 전압(일반적으로 600V~1500V)은 AC 시스템에서는 거의 발생하지 않는 이러한 극한 전압 수준에 정격화된 SPD를 요구합니다.

SPD 보호 작동 방식

SPD는 서지 발생 시 보호 장치에 도달하는 전압을 제한하여 장비를 보호합니다. 정상적인 조건에서 SPD는 매우 높은 임피던스를 제공하여 회로에 최소한의 부하를 제공합니다. 서지 전압이 SPD의 임계 전압을 초과하면 장치는 낮은 임피던스로 전환하여 보호 장비에 도달하기 전에 서지 전류를 안전하게 접지로 전환합니다.

주요 SPD 성능 매개 변수는 서지 이벤트 동안 보호 장비 단자에 나타나는 최대 전압 인 클램핑 전압입니다. 클램핑 전압이 낮을수록 더 나은 보호 기능을 제공하지만 더 엄격한 허용 오차와 더 정교한 보호 요소를 갖춘 SPD가 필요합니다. 클램핑 전압은 장비 절연 수준 이하를 유지하면서 오작동을 방지하기 위해 정상 작동 전압보다 충분히 높게 유지해야 합니다.

금속 산화물 배리스터(MOV)는 서지 시 급격히 감소하는 전압 종속 저항을 사용하여 대부분의 태양광 DC SPD의 기초를 형성합니다. 실리콘 애벌런치 다이오드는 MOV보다 빠른 응답과 더 엄격한 전압 클램핑을 제공하지만 장치당 더 적은 에너지를 처리합니다. 가스 방전관(GDT)은 최고 전류 처리를 제공하지만 응답 속도가 느리며, 여러 보호 단계를 제공하는 하이브리드 SPD 설계에 자주 사용됩니다.

💡 주요 인사이트: SPD 보호는 단일 장치가 모든 서지를 차단하는 것이 아니라 여러 위치에 조정된 SPD 설치를 사용하여 심층적인 방어 기능을 제공합니다. 각 SPD는 업스트림 장치는 고에너지 위협을 관리하고 다운스트림 장치는 미세한 보호를 제공하는 등 해당 위치에 적합한 서지를 처리합니다.

유형 1과 유형 2 SPD 분류

IEC 61643-31 분류 체계

IEC 61643-31은 테스트된 전류 처리 능력과 의도된 설치 위치에 따라 유형 1, 유형 2 및 유형 3 장치를 정의하는 태양광 시스템에 대한 표준화된 SPD 분류를 설정합니다. 이 분류 시스템은 설계자가 태양광 설비 내 다양한 위치에 적합한 SPD를 선택하는 데 도움이 됩니다.

유형 1 SPD는 직접 낙뢰 전류 펄스를 시뮬레이션하는 10/350μs 전류 파형으로 테스트를 거칩니다. 이러한 장치는 일반적으로 도체당 25kA ~ 100kA의 매우 높은 에너지 함량 테스트 전류를 처리해야 합니다. 유형 1 지정은 SPD가 직접 낙뢰 에너지를 견딜 수 있음을 나타내므로 이러한 장치는 직접 낙뢰 에너지가 나타날 수있는 서비스 입구 및 어레이 시작 지점에 설치하기에 적합합니다.

유형 2 SPD는 간접 낙뢰 또는 스위칭 과도 전류로 인한 유도 서지 전류를 나타내는 8/20μs 파형으로 테스트합니다. 테스트 전류 범위는 10kA ~ 40kA로 유형 1보다 훨씬 낮지만 이미 업스트림 보호 요소를 통과한 서지로부터 보호하는 데 적합합니다. 유형 2 장치는 인버터 및 기타 민감한 전자 장치 앞에 최종 보호 단계를 제공하는 장비 위치에 설치합니다.

분류	파형 테스트	일반적인 전류	기본 위치
유형 1	10/350μs	25-100kA	서비스 입구, 배열 시작점
유형 2	8/20μs	10-40kA	장비 위치, 인버터 입력
유형 3	콤비네이션 웨이브	1-10kA	개별 장비, 특수 애플리케이션

애플리케이션 기반 선택 기준

단순히 가장 높은 등급의 장치를 선택하기보다는 설치 위치 및 예상되는 위협 수준에 따라 SPD 유형을 선택하세요. 유형 1 SPD는 유형 2 장치보다 훨씬 더 비싸며 모든 설치 지점에 필요하지 않을 수 있습니다. 다양한 시스템 위치의 위협 수준을 이해하면 비용과 효율성의 균형을 맞춰 최적화된 보호가 가능합니다.

어레이 원점의 주 DC 컴바이너는 일반적으로 어레이가 직접 타격에 취약한 노출된 위치에 장착될 때 유형 1 SPD를 필요로 합니다. 이 지점은 도체 또는 기타 장비로부터 감쇠되기 전에 최대 서지 에너지가 나타나는 첫 번째 보호 단계를 나타냅니다. 어레이 원점의 유형 1 장치는 치명적인 직접 타격 에너지로부터 다운스트림 배선 및 장비를 보호합니다.

인버터 DC 입력은 일반적으로 민감한 전자 제품에 대한 최종 보호 단계를 제공하는 유형 2 SPD를 사용합니다. 서지 에너지가 인버터에 도달할 때까지 업스트림 컨덕터 임피던스와 유형 1 SPD는 유형 2 장치가 적절한 보호를 제공하는 범위로 위협 수준을 줄였습니다. 모든 위치에 유형 1 장치를 설치하면 보호 효과는 개선되지 않고 비용만 낭비됩니다.

⚠️ 중요: 부적절한 SPD 선택 또는 배치는 접지 루프를 생성하거나 노이즈를 발생시키거나 보호 조정 실패를 유발하여 실제로 보호를 악화시킬 수 있으므로 단순히 더 많은 SPD를 설치한다고 해서 더 나은 보호를 보장하지는 않습니다. 위협 평가, SPD 기능 및 설치 경제성 간의 균형을 맞추는 체계적인 설계 접근 방식을 따르세요.

어레이 결합기의 유형 1 서지 보호기와 고 에너지 파업을 처리하는 메인 차단기 및 최종 장비 보호를 제공하는 인버터 입력의 유형 2 SPD가있는 태양 광 PV 시스템의 DC SPD 보호 영역을 보여주는 다이어그램

유형 1 SPD 애플리케이션

배열 결합기 및 문자열 상자

어레이 컴바이너는 노출된 PV 어레이와 건물 전기 시스템 사이의 교차점에 위치한 중요한 유형 1 SPD 설치 지점을 나타냅니다. 컴바이너는 종종 노출된 위치의 실외에 설치된 단일 인클로저에 여러 스트링 회로를 수집하므로 직접적인 번개 부착과 인근 낙뢰로 인한 유도 서지 모두에 취약합니다.

접지되지 않은 PV 시스템의 경우 3극(양극, 음극, 접지) 구성을, 접지된 음극 시스템의 경우 2극(양극, 접지) 구성을 사용하여 어레이 컴바이너에 유형 1 SPD를 설치하세요. 각 극은 낙뢰 노출 평가에 따라 적절한 정격 전류가 필요합니다(중간 노출 위치의 경우 극당 최소 25kA, 낙뢰 활동이 많은 지역의 경우 50kA 이상).

과전류 보호 기능을 갖춘 SPD 설치를 조정하여 퓨즈 또는 차단기가 서지 동안 정상적인 SPD 작동을 방해하지 않고 SPD 회로를 보호하도록합니다. NEC 690.35 요구 사항에 따른 단락 보호는 일반적으로 SPD 회로에 15-20A 퓨즈 또는 차단기를 사용합니다. 일부 SPD는 외부 과전류 보호 기능 없이 고장난 장치를 분리하는 열 차단기를 통합합니다.

물리적 장착 위치는 SPD 효율성에 큰 영향을 미칩니다. 보호 대상 장비에 가능한 가장 짧은 리드 길이로 SPD를 장착하십시오. SPD와 장비 사이의 긴 와이어는 빠르게 상승하는 서지 동안 전압 오버 슈트를 허용하여 보호를 저하시키는 인덕턴스를 도입합니다. 이상적으로는 SPD 단자는 도체 개입 없이 보호 장비 단자에 직접 연결해야 합니다.

주요 DC 분리 위치

전체 어레이 출력을 제어하는 주 DC 단선은 또 다른 적절한 유형 1 SPD 위치를 제공합니다. 이러한 지점은 일반적으로 어레이 컴바이너와 인버터 장비실 사이에 위치하며, NEC 690.35에서 회로 도체가 특정 길이를 초과할 때 서지 보호를 특별히 의무화하는 건물 입구 지점을 나타냅니다.

주 차단기의 유형 1 SPD는 어레이 결합기 SPD를 보완하는 중복 보호를 제공하여 심층 방어를 생성합니다. 두 단계는 번개 에너지를 공유하며 어레이 SPD는 대부분의 에너지를 처리하고 주 차단 SPD는 백업 보호 기능을 제공하고 인버터 또는 AC 시스템 방향에서 DC 회로를 통해 들어오는 서지로부터 보호합니다.

도체 길이가 짧은 주거용 설치의 경우, 주 차단 위치는 어레이 보호 및 건물 입구 보호 역할을 하는 유일한 유형 1 SPD 설치 지점이 될 수 있습니다. 도체 길이가 짧고 낙뢰 노출이 적당할 경우 단일 지점 보호가 적절하다는 것이 입증되었습니다. 노출이 많은 위치 또는 도체 길이가 긴 시스템은 여러 개의 유형 1 SPD 설치를 통해 이점을 얻을 수 있습니다.

주 차단 SPD 설치는 스트링 또는 컴바이너 위치에 비해 이 위치에서 더 높은 연속 작동 전압을 고려해야 합니다. 병렬로 연결된 여러 스트링은 컴 바이 너 출력에서 전압 리플을 줄이지 만 주 차단은 전체 어레이 최대 전력 점 전압을 확인합니다. 조기 SPD 성능 저하를 방지하기 위해 최대 연속 작동 전압(MCOV) 정격이 시스템 MPP 전압을 초과하는 SPD를 선택합니다.

지상 장착형 어레이 보호

야외에 설치된 어레이는 특히 뇌우 빈도가 높은 지역에서 낙뢰 노출이 극심합니다. 이러한 설치는 어레이 행 결합기의 유형 1 SPD와 주 어레이 수집 지점에서의 추가 보호 기능의 이점을 누릴 수 있습니다. 분산 보호 접근 방식은 단일 SPD의 에너지 집중을 제한하여 전체 시스템 생존 가능성을 향상시킵니다.

지상 어레이 위치, 특히 주변 지형 위로 연장되는 어레이의 경우 낙뢰 에어 터미널(기존 피뢰침)을 고려하세요. 직접 접지 기능을 갖춘 적절하게 설계된 공기 단자 시스템은 낙뢰가 PV 장비에 부착되기 전에 일부 낙뢰를 차단합니다. 그러나 공기 단자는 직접 차단을 통해서만 보호하며, SPD 보호가 필요한 인근 낙뢰로 인한 유도 서지를 제거하지 못합니다.

도체 라우팅은 접지 어레이의 서지 취약성에 영향을 미칩니다. 어레이 접지 시스템에 결합된 금속 도관에 DC 도체를 라우팅하여 전자기적으로 유도되는 서지를 줄이는 차폐를 생성합니다. 도관을 사용할 수 없는 경우 양극 및 음극 도체를 함께 묶어 전자기장과 결합하는 루프 면적을 최소화합니다. 대형 도체 루프는 서지 에너지를 수신하는 안테나 역할을 합니다.

유형 2 SPD 애플리케이션

인버터 DC 입력 보호

인버터 DC 입력은 가장 중요한 유형 2 SPD 적용 지점을 나타냅니다. 인버터 전자 장치, 특히 최대 전력점 추적 회로 및 DC-DC 컨버터는 과전압 손상에 매우 민감한 저전압 반도체를 특징으로 합니다. 인버터 입력의 유형 2 SPD는 이러한 취약한 구성 요소를 보호하는 최종 보호 단계를 제공합니다.

인버터에 공급하는 정션 박스 또는 컴바이너에 원격으로 설치하는 것이 아니라 인버터 DC 단자에 직접 유형 2 SPD를 장착합니다. 목표는 보호 대상 장비에서 바로 전압을 클램핑하여 빠른 서지 전류 중에 유도 전압 상승을 유발하는 SPD와 인버터 사이의 모든 도체 길이를 방지하는 것입니다. 많은 최신 인버터는 통합 SPD를 통합하여 외부 SPD 장착 요구 사항을 제거합니다.

유형 2 SPD 전압 등급을 신중하게 선택하십시오. 인버터는 조건에 따라 최소 MPPT 전압에서 개방 회로 전압까지 다양한 DC 전압에서 작동합니다. SPD 최대 연속 작동 전압(MCOV)은 모든 조건에서 최대 인버터 입력 전압을 초과하면서 인버터 회로를 보호할 수 있을 만큼 낮은 클램핑 전압을 제공해야 합니다. 이 균형을 맞추려면 온도 보정 최대 VOC를 고려한 신중한 사양이 필요합니다.

대규모 설치의 여러 인버터에는 각각 개별 유형 2 SPD 보호가 필요합니다. 주 DC 차단에서 단일 SPD로 인버터를 집합적으로 보호하는 것은 해당 지점에서 개별 인버터로 도체가 연결되면 전압 상승이 발생하여 SPD 효과를 무효화하므로 적절한 보호를 제공하지 못합니다. 모든 인버터에 필수 보호 구성 요소로 유형 2 SPD에 대한 예산을 책정합니다.

🎯 프로 팁: 서지 보호와 관련된 인버터 보증 요건을 확인합니다. 많은 제조업체는 손상이 발생하고 부적절한 SPD 보호가 발견되면 보증을 무효화합니다. 보증 기간 동안 적절한 보호가 유지되고 있음을 증명하는 사진 및 사양으로 SPD 설치를 문서화하세요.

컴바이너 박스 2차 보호

어레이 컴바이너는 일반적으로 유형 1 SPD를 기본 보호로 받지만, 추가 유형 2 장치는 노출이 많은 설치에서 추가 안전 마진을 제공할 수 있습니다. 컴바이너 출력의 유형 2 SPD는 유형 1 SPD 기능을 초과하거나 예기치 않은 경로를 통해 유입되는 서지로부터 보호합니다. 이러한 중복 보호는 시스템 안정성을 크게 향상시키면서 상대적으로 적은 비용이 듭니다.

컴바이너의 유형 1 / 유형 2 조합은 서지 이벤트 중에 장치가 서로 싸우지 않도록 적절한 조정이 필요합니다. 조정을 위해 충분한 임피던스를 허용하는 유형 1 및 유형 2 SPD 사이에 최소 10-15 미터의 도체를 유지하거나 가까운 곳에서 조정 된 작동을 위해 특별히 설계된 SPD를 사용하십시오. 부적절한 조정은 조기 SPD 고장과 보호 효과 감소의 원인이 됩니다.

여러 인버터에 전력을 공급하는 컴바이너 설치는 컴바이너 출력의 유형 2 SPD와 각 인버터 입력의 추가 유형 2 SPD의 이점을 누릴 수 있습니다. 컴바이너 레벨 보호는 분기 회로를 보호하고, 인버터 레벨 보호는 국부적인 방어를 제공합니다. 이 다단계 접근 방식은 SPD가 여러 보호 수준에서 나타나는 상용 AC 배전 시스템의 모범 사례를 반영합니다.

모니터링 및 통신 회로

PV 시스템에 연결된 모니터링 시스템, 기상 관측소 및 통신 장비는 최신 전자 제품의 감도에 맞는 서지 보호가 필요합니다. 저전압 데이터 회로용으로 설계된 유형 2 SPD는 모니터링 케이블을 통한 서지 결합으로부터 이러한 취약한 구성 요소를 보호합니다. 이더넷, RS-485 및 아날로그 센서 회로에는 모두 적절한 서지 보호가 필요합니다.

통신 회로 SPD는 실외 센서/장비와 실내 모니터링 시스템 사이의 인터페이스에 설치됩니다. 어레이와 모니터링실 사이를 연결하는 케이블은 네트워크 카드, 데이터 수집 시스템 및 컴퓨터를 파괴하는 모니터링 전자 장치로 유입되는 서지 에너지를 수집하는 안테나 역할을 합니다. PV 장비를 손상시키지 않는 작은 에너지 서지라도 민감한 통신 전자 장치를 파괴할 수 있습니다.

장비 접지 관행에 따라 SPD 접지를 조정하세요. 특정 위치의 모든 SPD는 동일한 접지 지점을 참조하여 접지 전위차가 보호 장비를 통해 서지 전류 흐름을 생성하는 것을 방지해야 합니다. 원격 장비가 로컬 접지 전극을 사용하는 경우 접지를 통한 낙뢰 전류 흐름과 전위차를 균등화하는 통신 회로 SPD를 케이블 양쪽 끝에 설치합니다.

설치 위치 에너지 노출 조정 요구 사항 및 태양 광 발전 애플리케이션의 전압 등급 선택을 기반으로 유형 1과 유형 2 결정을 보여주는 DC SPD 선택을위한 의사 결정 트리 순서도

SPD 설치 요구 사항

올바른 접지 연결

SPD는 서지 전류를 접지로 전환하므로 저임피던스 접지 연결은 보호 성능에 매우 중요합니다. 가능한 가장 짧은 도체를 사용하여 모든 SPD 접지 단자를 주 시스템 접지 전극에 직접 연결하세요. 길거나 코일 또는 회로식 접지선은 서지 이벤트 중에 전압 상승을 허용하여 보호 성능을 저하시키는 임피던스를 도입합니다.

NEC 690.35는 NEC 250.166에 따른 크기의 SPD 접지 도체(일반적으로 유형 2 SPD의 경우 최소 14AWG 구리, 유형 1 장치의 경우 최소 6AWG)를 요구합니다. 그러나 코드 최소값을 충족한다고 해서 최적의 성능이 보장되는 것은 아니므로 노출이 많은 위치에 설치하는 유형 2의 경우 10AWG, 유형 1의 경우 4AWG를 고려하세요. 약간 더 높은 비용은 향상된 서지 전류 처리를 위해 가치가 있습니다.

PV 장비 접지에 사용되는 것과 동일한 전극 시스템에 SPD 접지를 결합하세요. 서로 다른 위치의 여러 개별 접지는 서지 이벤트 중에 접지 전위 상승 차이를 생성하여 접지 지점 사이의 장비를 통해 서지 전류가 흐르게 합니다. 단일 공통 접지 시스템은 모든 장비와 SPD가 동일한 전기 전위를 참조하여 장비 간 서지 전류를 제거합니다.

SPD 접지 도체의 급격한 굽힘을 피하십시오. 굽힘은 빠르게 상승하는 서지 전류 중에 전압 강하를 증가시키는 유도 임피던스를 유발합니다. 라우팅에 방향 변경이 필요한 경우 완만한 곡선을 만드세요. 일부 설치에서는 스트랩이 동일한 단면적의 원형 와이어보다 인덕턴스가 낮기 때문에 SPD 접지용 와이어 대신 평평한 구리 스트랩을 사용하는 것이 좋습니다.

⚠️ 중요: 접지 임피던스는 SPD 성능에 있어 접지 저항보다 더 중요합니다. 25Ω 저항이지만 짧은 직선 도체를 가진 접지 전극은 10미터의 코일 와이어를 통해 도달하는 5Ω 저항 전극보다 더 나은 SPD 성능을 제공합니다.

리드 길이 최소화

SPD와 보호 장비 사이의 리드 길이는 보호 성능에 중대한 영향을 미칩니다. 도체 1미터마다 약 1μH의 인덕턴스가 발생하여 1kA/μs의 일반적인 낙뢰 서지 상승 시간인 서지 전류 di/dt 동안 미터당 약 1kV 전압 상승을 유발합니다. 이 전압 상승은 SPD 클램핑 전압에 추가되어 보호 기능을 저하 시키거나 SPD 작동에도 불구하고 보호 장비를 손상시키기에 충분한 전압을 허용합니다.

가능하면 보호 장비 단자에서 0.5미터 이내에 SPD를 설치하세요. 이를 위해서는 원격 벽면 장착 위치가 아닌 장비 인클로저 내부 또는 바로 인접한 정션 박스에 SPD를 장착해야 할 수 있습니다. 근접 설치의 불편함은 보호 효과가 크게 향상되므로 그만한 가치가 있습니다.

SPD와 장비 간의 분리를 피할 수 없는 경우, 자기 루프 영역을 최소화하는 양극 및 음극 SPD 리드에 트위스트 페어 라우팅을 사용하세요. 도체를 꼬면 순방향 및 복귀 전류 경로가 거의 동일한 공간을 차지하여 자기장이 크게 상쇄되어 인덕턴스가 감소합니다. 작은 거리로 분리된 병렬 도체는 비례적으로 더 높은 인덕턴스와 함께 더 큰 루프 영역을 만듭니다.

일부 SPD 제조업체는 기존 와이어가 아닌 플랫 구리 버스 바 또는 스트랩 연결 용으로 설계된 저 인덕턴스 연결 단자를 제공합니다. 이러한 시스템은 기생 인덕턴스를 최소화하여 과도한 전압 상승없이 보호 장비에서 약간 더 멀리 SPD를 장착 할 수 있습니다. 이러한 프리미엄 설계는 근접 SPD 장착이 어려운 중요한 설치에 적합합니다.

연결 해제 및 표시 기능

누적된 서지 에너지 노출 또는 부품 노화로 인해 결국 SPD가 고장 나면 교체가 필요합니다. 고품질 SPD에는 작동 상태를 나타내는 시각적 표시(일반적으로 녹색 LED 또는 SPD 상태를 나타내는 표시기 및 교체가 필요한 SPD 고장을 나타내는 빨간색 표시기)가 통합되어 있습니다. 일상적인 유지 보수 중에 표시기를 확인하여 장비 손상이 발생하기 전에 고장난 SPD를 식별합니다.

열 차단 기능은 고장난 SPD를 자동으로 분리하여 SPD 구성 요소 고장으로 인한 화재 위험을 방지합니다. 고장난 MOV는 때때로 개방되지 않고 단락되어 인클로저 화재를 일으킬 수 있는 과도한 전류를 끌어옵니다. 열 차단기는 고온을 감지하고 화재가 발생하기 전에 고장난 SPD 요소를 기계적으로 분리합니다. NEC 690.35(B)는 태양 광 시스템의 SPD에 차단 기능을 요구합니다.

열 차단기가 장치에 통합되어 있지 않은 경우 SPD에 외부 과전류 보호 장치를 설치하세요. 퓨즈는 일반적으로 15-20A로 서지 전류 처리를 방해하지 않고 SPD 회로를 보호합니다. 퓨즈 정격은 조정 테스트 중에 SPD가 통과하는 최대 임펄스 전류를 초과해야 하지만 SPD가 실패하는 경우 안정적인 단락 보호를 제공해야 합니다. 일부 관할 지역에서는 안전한 교체가 가능하도록 SPD 회로에 대한 잠금/태그아웃 가능 분리 수단을 요구합니다.

원격 모니터링 기능은 잦은 현장 방문이 현실적으로 불가능한 대규모 또는 원격 태양광 설비에서 유용합니다. 네트워크 연결 기능이 있는 고급 SPD는 작동 상태를 건물 관리 또는 모니터링 시스템에 보고하여 장애가 발생하면 경고를 생성합니다. 이 기능은 다음 예정된 유지보수 방문 시 고장을 발견하지 않고 지속적인 보호를 유지하면서 신속한 SPD 교체를 보장합니다.

NEC 690.35 규정 준수

필수 SPD 설치 요구 사항

NEC 690.35(A)는 회로 도체가 보호 대상 장비로부터 특정 거리를 초과하는 경우 태양 광 발전 시스템의 DC 회로에 서지 보호 장치를 의무화합니다. 이 규정은 도체 운행이 상당한 서지 수집 잠재력을 생성하는 경우 보호를 요구함으로써 낙뢰로 인한 서지 피해를 줄이는 것을 목표로 합니다. 이러한 요구 사항을 이해하면 검사 실패를 피하고 규정을 준수하는 설치를 보장할 수 있습니다.

태양광 어레이에서 2미터(6.6피트) 이상 떨어진 DC 회로 도체가 있는 시스템은 2020 NEC에 따라 SPD 보호 기능을 갖춰야 합니다. 이 비교적 짧은 거리는 마이크로 인버터 시스템을 제외한 거의 모든 태양광 설치에 DC SPD가 필요함을 의미하며, 어레이 장착 지점 바로 아래에 인버터가 있는 주거용 어레이도 도관 경로로 인해 2미터를 초과하는 경우가 많습니다.

SPD는 DC 회로에서 가장 먼저 쉽게 접근할 수 있는 위치에 설치해야 합니다. 많은 설치에서 이는 어레이 컴바이너 또는 건물 입구의 주 DC 차단을 의미합니다. 일부 시스템은 인버터 입력이 가장 먼저 접근 가능한 위치를 나타내는 경우 인버터 입력에 SPD를 설치하지만, 모범 사례에는 여러 보호 단계를 제공하는 어레이 위치에 추가 SPD가 포함되는 경우가 많습니다.

유형 1과 유형 2 요구 사항

NEC는 유형 1과 유형 2 SPD 요구 사항을 명시적으로 지정하지 않고 대신 UL 1449 및 IEC 61643-31을 포함한 적절한 표준을 참조합니다. 그러나 690.35(D)는 설치 위치 및 예상되는 위협에 따라 특정 서지 전류 정격을 요구합니다. 사실상 낙뢰가 직접 닿는 위치에는 유형 1 기능이 필요하지만 장비 위치에는 유형 2 장치를 사용할 수 있습니다.

이 규정은 위치와 용도에 적합한 SPD 등급을 요구하지만 구체적인 등급은 엔지니어링 분석을 기반으로 한 설계자의 판단에 맡깁니다. 이러한 유연성 덕분에 현장별 보호 설계가 가능하지만 설계자는 위협을 적절히 평가하고 적절한 SPD 등급을 지정할 책임도 있습니다. 부적절한 SPD 등급으로 인한 보호 부족은 장비 손상이 발생할 때까지 검사를 통해 발견되지 않습니다.

규정 준수에 필요한 특정 SPD 등급에 대한 관할 기관(AHJ)의 해석은 다양합니다. 일부 관할 지역에서는 기본적으로 모든 곳에서 유형 1 SPD를 요구하는 반면, 다른 관할 지역에서는 장비 위치에서 적절하게 설계된 유형 2 애플리케이션을 허용합니다. 설계 프로세스 초기에 현지 전기 검사관과 SPD 설계 접근 방식을 논의하여 예상치 못한 요구 사항으로 인해 비용이 많이 드는 변경 주문이나 설치 지연을 방지하세요.

리스팅 및 라벨링 요구 사항

NEC 690.35(C)에서는 일반 SPD의 경우 일반적으로 UL 1449 목록에, 태양광 전용 장치의 경우 IEC 61643-31에 따라 평가된 제품에 대해 SPD를 해당 애플리케이션에 등재할 것을 요구합니다. 이 등재 요건은 SPD가 성능 주장 및 안전 특성을 검증하는 타사 테스트를 거치도록 보장합니다. 현장에서 제조된 서지 억제기 또는 미상장 장치는 이론적 적합성에 관계없이 코드 요구 사항을 충족하지 못합니다.

적절한 라벨에는 최대 연속 작동 전압(MCOV), 전압 보호 정격(VPR) 또는 클램핑 전압, 공칭 방전 전류 정격(In) 또는 최대 방전 전류(Imax)를 포함한 SPD 등급을 식별해야 합니다. 라벨은 SPD 서비스 수명 내내 영구적으로 부착되어 있고 읽기 쉬운 상태로 유지되어야 합니다. 일부 관할 지역에서는 태양 광 시스템 서지 보호의 일부로 SPD를 식별하는 추가 사용자 지정 레이블을 요구합니다.

SPD 회로 과전류 보호는 690.35(B)(2)에 따라 명확하게 라벨을 부착해야 합니다. 외부 퓨즈 또는 차단기가 SPD 회로를 보호하는 경우 이러한 보호 장치에 기능과 적절한 교체 등급을 식별하는 라벨을 부착하세요. 이렇게 하면 SPD를 보호하지 못하거나 적절한 서지 조정을 방해할 수 있는 잘못된 과전류 장치 정격으로 실수로 교체하는 것을 방지할 수 있습니다.

SPD 조정 및 보호 수준

다단계 보호 설계

포괄적인 태양광 시스템 보호는 여러 SPD 단계를 사용하여 심층적인 방어를 생성합니다. 1차 보호는 일반적으로 고에너지 직접 타격 전류를 처리하는 어레이 원점의 유형 1 SPD로 구성됩니다. 2차 보호는 민감한 전자 장치에 미세한 클램핑 전압을 제공하는 장비 위치에서 유형 2 SPD를 사용합니다. 각 단계는 단계에 따라 점진적으로 감쇠되는 에너지 함량으로 해당 위치에 적합한 서지를 처리합니다.

단계 간 적절한 조정을 위해서는 적절한 도체 임피던스 분리 또는 의도적으로 조정 된 SPD 설계가 필요합니다. 유형 1 및 유형 2 SPD가 너무 가깝게 설치되면 이들 사이의 도체 임피던스가 낮으면 저전압 유형 2 장치가 먼저 클램핑되어 정격 이상의 에너지를 처리하게되어 조기 고장을 일으킬 수 있습니다. 스테이지 사이에 최소 10-15미터의 도체를 유지하거나 근접 조정을 위해 특별히 설계된 SPD를 사용하세요.

일부 제조업체는 유형 1 및 유형 2 장치가 근접한 곳에서도 함께 작동하도록 특별히 설계된 조정된 SPD 시스템을 제공합니다. 이러한 시스템은 신중하게 선택된 클램핑 전압 및 전류 제한 특성을 가진 SPD를 사용하여 유형 1 장치가 먼저 활성화되고 대부분의 서지 에너지를 처리합니다. 건물 레이아웃으로 인해 스테이지 분리가 어려운 경우 이러한 프리미엄 시스템을 고려하세요.

에너지 처리 진행은 고에너지 지원 유형 1 장치에서 저에너지이지만 더 단단히 클램핑하는 유형 2 장치로 이동합니다. 유형 1 SPD는 상대적으로 높은 전압(일반적으로 800V ~ 1500V)에서 클램핑되므로 손상 없이 대규모 에너지를 처리할 수 있습니다. 유형 2 SPD는 유형 1 장치가 서지 에너지를 관리 가능한 수준으로 줄인 후 더 낮은 500V ~ 1000V로 클램핑하여 더 나은 장비 보호 기능을 제공합니다.

백업 보호 고려 사항

서지 이벤트 중 SPD 장애는 백업 보호가 존재하지 않으면 장비를 취약하게 만들 수 있습니다. 특히 고가의 인버터 또는 복잡한 모니터링 시스템과 같은 중요한 위치에 중복 SPD를 설치하면 기본 SPD에 장애가 발생하더라도 지속적으로 보호할 수 있습니다. 장비 위치에서 추가 유형 2 SPD의 상대적으로 저렴한 비용은 보호되지 않은 서지 노출 후 장비 교체 비용에 비해 종종 가치가 있습니다.

SPD 회로의 과전류 보호는 고장난 SPD를 격리하여 백업 보호 기능을 제공합니다. SPD가 단락되면 과전류 장치가 작동하여 고장난 장치를 제거합니다. 그러나이 백업은 서지로부터 보호하기에는 너무 늦게 제공되어 SPD 고장을 일으키는 장비가 이미 손상되었을 수 있습니다. 과전류 보호는 화재 위험 및 지속적인 오류를 방지하지만 적절한 정격 초기 SPD 보호를 대체하지는 않습니다.

PV 모듈에 특별히 추가 보호를 제공하는 스트링 회로의 서지 정격 퓨즈와 같은 추가 보호 요소를 고려하세요. 표준 gPV 퓨즈는 과전류 조건으로부터 보호하지만 서지 정격 변형은 공통 모드 서지로부터 모듈을 보호하는 제한된 과전압 보호 기능도 제공합니다. 이 추가 보호 기능은 SPD 보호를 대체하는 것이 아니라 보완합니다.

일반적인 설치 실수 및 코드 위반

❌ DC 애플리케이션에서 AC 정격 SPD 사용

문제입니다: DC 기능을 확인하지 않고 DC 태양광 애플리케이션에 AC 서비스 전용으로 정격화된 SPD를 설치합니다.

일반적인 시나리오:
- DC 시스템에 AC 전압 정격이 적용된다고 가정할 때
- PV 설치에 표준 건물 AC SPD 사용
- SPD 라벨의 DC 정격 확인 실패

수정: IEC 61643-31 또는 UL 1449 DC 정격에 따라 시스템 전압 수준에서 DC 서비스용으로 명시적으로 정격화된 SPD를 지정하세요. AC 및 DC 서지 보호 요구 사항은 크게 다릅니다. AC SPD는 DC 서비스에 필요한 후속 전류 차단 기능이 부족하여 치명적인 장애를 일으킬 수 있습니다. 설치된 모든 SPD가 특정 애플리케이션에 적합한 DC 전압 및 전류 정격을 제공하는지 확인합니다.

❌ 과도한 SPD-장비 리드 길이

문제입니다: 긴 연결 도체가 있는 보호 장비에서 원격으로 SPD를 설치합니다.

일반적인 시나리오:
- 깔끔한 외관을 위해 인버터에서 몇 미터 떨어진 벽면 장착형 SPD
- 장비 단자에 직접 설치하지 않고 정션 박스에 SPD 설치
- 직선 연결 대신 복잡한 도관 경로를 통한 SPD 리드 라우팅

수정: 가능한 가장 짧은 리드 길이를 사용하여 보호 장비에서 0.5m 이내에 SPD를 장착하세요. 도체의 모든 미터는 서지 동안 유도 전압 상승을 추가하여 보호 효과를 저하시킵니다. 설치 미관보다 보호 성능 우선 - 밀착형 SPD로 약간 더 지저분한 설치를 허용하면 장비 보호가 크게 향상되는 것으로 입증되었습니다.

부적절하거나 누락된 접지 연결

문제입니다: 부적절한 도체 크기, 과도한 길이 또는 여러 개의 개별 접지 전극을 사용하는 SPD 접지 연결.

일반적인 시나리오:
- 최적의 큰 도체 대신 최소 코드 와이어 크기 사용
- 최단 직행 경로가 아닌 우회 경로 만들기
- 접지 루프를 생성하는 전극을 분리하기 위해 서로 다른 SPD를 접지합니다.

수정: 공통 접지 전극 시스템으로 직접 연결되는 유형 2 SPD의 경우 최소 10AWG, 유형 1 장치의 경우 4AWG를 사용하세요. 모든 SPD 및 장비를 단일 전극 시스템에 결합하여 장비 간 서지 전류를 유발하는 접지 전위차를 방지하세요. 프리미엄 설치의 경우 원형 와이어보다 유도 임피던스를 낮추는 플랫 구리 스트랩을 고려하세요.

❌ SPD 상태 모니터링 또는 유지보수 없음

문제입니다: 상태 표시 기능이 없는 SPD를 설치하거나 작동 상태를 확인하지 않는 경우.

일반적인 시나리오:
- SPD가 시스템 수명 내내 지속적인 보호 기능을 제공한다고 가정할 경우
- SPD 상태 표시기에 대한 일상적인 검사 없음
- 교체하지 않고 수년 동안 시스템에 남아 있는 고장난 SPD

수정: 작동 상태를 보여주는 시각적 상태 표시가 있는 SPD를 지정하세요. 일상적인 유지보수 절차에 SPD 점검을 포함하세요. 노출이 심한 곳에서는 분기별로, 중간 정도 지역에서는 매년 지표를 점검하세요. 서지 보호 없이 작동하면 다음 번개 시즌에 값비싼 장비 손상을 초래할 수 있으므로 고장난 SPD를 미루지 말고 즉시 교체하세요. 중요하거나 접근하기 어려운 설치의 경우 원격 모니터링 SPD를 고려하세요.

특별 애플리케이션 고려 사항

수상 태양광 발전 시스템과 지상 태양광 발전 시스템

도체가 의도적으로 접지에 연결되지 않는 플로팅(비접지) PV 시스템은 접지 시스템과 다른 SPD 요구 사항에 직면합니다. 플로팅 시스템에는 양극, 음극 및 접지 레퍼런스를 동시에 보호하는 3극 SPD가 필요합니다. 접지 시스템은 음극 도체가 접지에 단단히 연결되는 경우 2극 보호 기능을 사용할 수 있지만 3극 설계가 더 강력한 보호 기능을 제공합니다.

SPD 최대 연속 작동 전압(MCOV) 정격은 시스템 접지 구성을 고려해야 합니다. 플로팅 시스템은 접지를 기준으로 양극 및 음극 도체 모두에서 전압을 동일하게 발생시킵니다. 600V DC 시스템의 경우 각 도체는 접지를 기준으로 ± 300V에 도달 할 수 있습니다. 각 도체에 대한 SPD는 이 전압에 적합한 MCOV 등급이 필요하므로 접지되지 않은 도체에 전체 전압이 나타나는 접지 시스템에 필요한 것보다 낮은 전압의 장치를 사용할 수 있습니다.

접지 오류 감지는 접지 및 부동 시스템 모두에서 SPD 설치와 상호 작용합니다. SPD는 작동 시 의도적으로 접지에 대한 전도성 경로를 생성하여 서지 이벤트 중에 접지 오류 감지 시스템이 트립될 수 있습니다. SPD 누설 전류보다 높지만 위험한 접지 오류를 감지할 수 있을 만큼 낮은 감지 임계값을 사용하여 SPD 존재와 호환되는 GFD 시스템을 선택합니다.

고전압 시스템(>1000V DC)

유틸리티 규모의 설치에서 점점 더 일반화되고 있는 1000V DC 이상에서 작동하는 태양광 시스템에는 극한의 전압 수준에 맞게 설계된 특수 SPD가 필요합니다. 이러한 전압에서는 적합한 제품을 제공하는 제조업체가 적어 부품 가용성이 제한됩니다. 긴 리드 타임이나 제한된 공급업체 옵션으로 인한 프로젝트 지연을 방지하려면 초기 SPD 사양 및 조달이 매우 중요합니다.

고전압 SPD 설치에는 더 큰 연면거리 및 이격 거리, 우발적 접촉을 방지하는 밀폐형 SPD 모듈, 포괄적인 경고 라벨 등 강화된 안전 예방 조치가 필요합니다. 고전압 시스템에서 작업하는 직원은 표준 전기 자격 이상의 전문 교육이 필요합니다. 고전압 장비와 관련된 배선도 및 유지보수 절차를 포함하여 SPD 설치를 철저히 문서화하세요.

고전압 애플리케이션을 위한 하이브리드 SPD 기술을 고려해 보세요. 금속 산화물 배리스터와 결합된 가스 방전관은 MOV의 엄격한 전압 클램핑으로 GDT의 고전압 기능을 제공합니다. 실리콘 애벌런치 다이오드는 민감한 고전압 전자 장치를 보호하는 초고속 응답을 제공하지만 지속적인 전력을 처리하려면 직병렬 배열이 필요합니다. 고전압 시스템 설계는 저전압 경험에서 추론하지 말고 서지 보호 전문가에게 문의하세요.

극한의 번개 노출 위치

연간 평방 킬로미터당 10회 이상의 번개 섬광 밀도가 매우 높은 지역에서는 최소 코드 요건 이상의 강화된 보호가 필요할 수 있습니다. 플로리다, 걸프만 연안 또는 산악 지역의 유틸리티 규모 어레이는 낙뢰 노출이 극심하므로 안전 마진을 충분히 확보한 강력한 보호 설계가 요구됩니다.

극한의 노출 위치에서 PV 전기 시스템과 분리된 공기 단자와 인하 도체가 있는 외부 낙뢰 보호 시스템을 고려하세요. NFPA 780 또는 IEC 62305에 따른 적절한 낙뢰 보호 시스템(LPS) 설계는 PV 장비에 부착하기 전에 일부 충격을 차단하지만, 유도 서지 보호에는 SPD가 여전히 필요합니다. LPS와 SPD 시스템은 함께 작동하여 직접 타격과 유도 과도 현상을 모두 해결하는 포괄적인 보호 기능을 제공합니다.

원격 모니터링과 신속한 SPD 교체 프로토콜은 노출이 많은 지역에서 특히 중요합니다. 관찰된 고장이 없는 경우에도 연간 SPD 교체 예산 - 수많은 임계값 미만 서지 이벤트로 인한 누적 스트레스는 치명적인 고장이 발생할 때까지 점차적으로 SPD 성능을 저하시킵니다. 고장을 기다리지 않고 노출에 따라 사전 예방적으로 교체하면 고가의 장비 손상을 방지하는 최적의 보호 기능을 유지할 수 있습니다.

어레이 결합기의 유형 1 서지 보호기와 인버터 입력 및 공통 접지 전극 연결의 유형 2 SPD를 사용한 메인 분리를 보여주는 태양 광 발전 시스템의 전체 DC SPD 설치 회로도

자주 묻는 질문

태양광 애플리케이션용 유형 1과 유형 2 SPD의 주요 차이점은 무엇인가요?

유형 1 SPD는 25-100kA에서 10/350μs 파형으로 테스트 된 직접 낙뢰 에너지를 처리하므로 어레이 원점 및 서비스 입구에 적합합니다. 유형 2 SPD는 업스트림 보호 후 장비 위치에 적합한 10-40kA에서 8/20μs 파형으로 테스트 된 유도 서지 및 감쇠 번개로부터 보호합니다. 유형 1 장치는 최대 서지 에너지가 나타나는 곳에 설치하는 반면, 유형 2 장치는 도체 및 업스트림 SPD에 의해 서지 에너지가 부분적으로 감쇠 된 후 민감한 전자 장치에 대한 최종 보호 단계를 제공합니다.

태양 광 시스템에서 유형 1과 유형 2 SPD를 정확히 어디에 설치해야합니까?

노출된 PV 어레이에서 도체가 시작되는 어레이 컴바이너 또는 스트링 박스, 건물 입구의 주 DC 차단기에 유형 1 SPD를 설치하세요. 이러한 위치는 직접 또는 인근 낙뢰로 인한 서지 에너지 노출이 가장 높은 곳입니다. 인버터 DC 입력 단자에 유형 2 SPD를 설치하여 민감한 전력 전자 장치를 최종적으로 보호하세요. 대규모 시스템은 컴바이너 및 주 차단기의 유형 1과 각 인버터의 유형 2를 통해 3단계 조정 보호 기능을 제공합니다.

태양광 시스템에 이미 AC 서지 보호 기능이 있는 경우 DC SPD가 필요합니까?

예, DC 및 AC 서지 보호는 서로 다른 시스템 섹션에서 서로 다른 위협을 해결합니다. DC SPD는 PV 어레이, 스트링 배선, 컴바이너 및 인버터 DC 입력을 DC 회로를 통해 들어오는 서지로부터 보호하며, AC SPD는 이러한 구성 요소를 보호할 수 없습니다. 어레이에 낙뢰가 떨어지거나 근처에서 낙뢰가 발생하여 DC 도체에 서지가 발생하는 경우 보호를 위해 DC SPD가 필요합니다. AC SPD는 인버터 AC 출력 및 건물 전기 시스템을 그리드 연결을 통해 들어오는 서지로부터 보호하여 DC SPD와는 완전히 다른 보호 기능을 제공합니다.

SPD를 교체해야 하는 시기를 어떻게 알 수 있나요?

고품질 SPD에는 작동 상태를 나타내는 시각적 표시기가 통합되어 있습니다. 일반적으로 녹색은 정상 작동을 나타내고 빨간색은 교체가 필요한 고장을 나타냅니다. 노출이 많은 곳에서는 분기별로, 다른 곳에서는 매년 표시기를 점검하세요. 일부 SPD에는 건물 관리 시스템에 상태를 보고하는 원격 모니터링 접점이 포함되어 있습니다. 고장 표시가 있는 SPD는 즉시 교체하세요. 낙뢰 노출이 극심한 지역에서는 명백한 고장이 없어도 누적된 임계값 미만 서지 노출이 점차 성능을 저하시키므로 표시기 상태에 관계없이 5~7년마다 사전 교체를 고려하세요.

600V 및 1000V DC 태양광 시스템 모두에 동일한 SPD를 사용할 수 있나요?

아니요, SPD 전압 정격은 온도 보정을 포함한 최대 시스템 개방 회로 전압과 일치하거나 이를 초과해야 합니다. 600V 시스템에는 800V DC 정격 SPD가 필요하고 1000V 시스템에는 1200-1500V DC 정격이 필요할 수 있습니다. 정격이 낮은 SPD를 사용하면 조기 고장이 발생하거나 보호 장비에 과도한 전압이 도달 할 수 있습니다. SPD 최대 연속 작동 전압 (MCOV)은 시스템 최대 전력 점 전압을 초과해야하며 전압 보호 등급은 장비 절연 수준 이하로 유지되어야합니다. 항상 적절한 안전 여유를두고 시스템 전압에 대해 SPD를 명시 적으로 지정하십시오.

어레이 위치에 유형 1 SPD를 설치하지 않고 인버터에 유형 2 만 사용하는 경우 어떻게됩니까?

인버터의 유형 2 SPD는 업스트림 유형 1 장치에서 일반적으로 처리하는 고에너지 서지에 노출되면 고장날 수 있습니다. 낙뢰 또는 근처의 낙뢰는 유형 2 등급을 초과하는 에너지 수준을 주입하여 치명적인 SPD 고장을 일으키고 전체 서지 에너지가 인버터에 도달 할 수 있습니다. 유형 2 SPD가 초기 서지에서 살아남더라도 스트레스로 인해 점차적으로 성능이 저하되어 자주 교체해야합니다. 적절한 보호는 높은 에너지가 나타나는 유형 1과 에너지 감쇠 후 최종 장비 보호를위한 유형 2의 각 위치에서 적절한 SPD 유형을 사용합니다.

SPD 접지 연결은 보호 장비에 얼마나 가까이 있어야 하나요?

SPD 접지 도체는 가능한 한 짧아야 하며(이상적으로는 1m 미만) 주 접지 전극 시스템에 직접 연결해야 합니다. 접지 도체 1미터마다 약 1μH 인덕턴스가 발생하여 빠른 서지 전류 동안 약 1kV 전압 상승을 유발합니다. 이 전압 상승은 SPD 클램핑 전압에 추가되어 SPD 작동에도 불구하고 잠재적으로 전압을 손상시킬 수 있습니다. 코일이나 불필요한 구부러짐을 피하고 직선 직접 접지 경로를 사용하세요. 프리미엄 설치에서는 인덕턴스를 낮추기 위해 원형 와이어보다는 평평한 구리 스트랩을 고려하세요. 접지 루프 전류를 방지하는 단일 공통 접지 전극에 모든 SPD 및 장비를 결합합니다.