태양 전지판용 서지 보호기: 크기 조정 및 조정 2025

태양광 패널용 서지 보호기의 크기와 조정은 태양광 패널 설치가 고가의 장비를 위협하는 낙뢰와 일시적인 이벤트를 견딜 수 있는지를 결정합니다. 적절한 서지 보호를 위해서는 단순히 일반 장치를 설치하는 것 이상의 것이 필요합니다. 적절한 정격을 계산하고, 여러 보호 단계를 조정하고, 서지 보호기를 과전류 보호 및 접지 시스템과 통합해야 합니다. 이 포괄적인 가이드는 태양광 설계자와 설치자가 효과적인 서지 보호를 위해 필요한 모든 것을 다룹니다.

번개는 태양광 설비에 가장 큰 위협이 되며, 한 번의 낙뢰로 수만 달러에 달하는 인버터, 모듈, 모니터링 시스템을 순식간에 파괴할 수 있는 충분한 에너지를 전달합니다. 심지어 수백 미터 떨어진 곳에서도 어레이 도체와의 전자기 결합을 통해 전압 손상을 유발할 수 있습니다. 적절한 서지 보호기를 선택하면 체계적인 크기 조정과 조정을 통해 이러한 손실을 방지할 수 있습니다.

태양광 패널 요구 사항에 대한 서지 보호기 이해

태양광 서지 보호가 특별한 이유

태양광 발전 시스템은 표준 전기 설비에 비해 고유한 서지 보호 문제를 안고 있습니다. 어레이는 노출된 위치(종종 건물의 가장 높은 지점)에 설치되기 때문에 낙뢰를 끌어당기는 표적이 됩니다. 어레이와 인버터 사이를 연결하는 긴 DC 도체는 낙뢰로 인한 전자기 에너지의 수집 안테나 역할을 하여 과도 전계를 손상 전압 및 전류로 변환합니다.

DC 서지 보호는 AC 애플리케이션과 근본적으로 다릅니다. 직류는 제로 크로싱 없이 일정한 전압을 유지하므로 초당 120회 발생하는 자연 전류 0을 통해 AC 시스템이 피하는 보호 장치에 지속적인 아크를 생성합니다. 태양광용 서지 보호기는 일반적으로 가정용 AC 전압보다 훨씬 높은 600V~1500V에 이르는 전압에서 작동하면서 이러한 DC 아크 소멸 문제를 처리해야 합니다.

태양광 어레이는 빛이 모듈에 닿을 때마다 전원이 공급되므로 어레이를 물리적으로 덮거나 어두워질 때까지 기다리지 않고는 완전한 전원을 차단할 수 없습니다. 이러한 영구적인 통전은 서지 보호기가 라인 측 전압과 부하 측 전압을 동시에 수용해야 함을 의미하며, 개방형 차단은 장비 어레이 측의 충격 또는 서지 위험을 제거하지 못합니다.

💡 주요 인사이트: 태양광 서지 보호는 선택적 고급 장비가 아닙니다. IEC 690.35는 DC 회로 도체가 어레이에서 2미터를 초과하는 경우 서지 보호 장치를 의무화하여 모듈 수준의 전자 장치가 있는 마이크로 인버터 시스템을 제외한 거의 모든 설치에 적용합니다.

NEC 690.35 크기 조정 요구 사항

NEC 690.35 조항은 크기 및 조정에 영향을 미치는 특정 조항을 포함하여 태양광 시스템에 대한 서지 보호 장치 요구 사항을 설정합니다. 섹션 690.35(A)는 도체가 PV 어레이에서 2m(6.6피트) 이상 떨어진 곳에 있는 경우 DC 회로용 SPD를 의무화하여 모듈에 직접 마이크로 인버터를 장착한 경우를 제외한 거의 모든 태양광 설비에서 서지 보호를 효과적으로 요구하고 있습니다.

이 코드는 설치 지점에서 사용 가능한 최대 전압 및 전류에 대해 정격 SPD를 요구합니다. 섹션 690.35(D)는 SPD가 회로 전압에 적합한 전압 정격과 사용 가능한 고장 전류에 충분한 전류 정격을 가져야 한다고 명시합니다. 이 코드는 정확한 정격 값을 지정하지는 않지만 설계자에게 적절한 정격을 적절하게 계산하고 지정할 책임을 부여합니다.

690.35에 따른 설치 위치 요건은 DC 회로에서 가장 먼저 쉽게 접근할 수 있는 위치에 SPD를 설치하도록 규정하고 있습니다. 대부분의 시스템에서 이는 어레이 컴바이너, 건물 입구의 주 DC 차단기 또는 인버터 DC 입력 단자를 의미합니다. 이 코드의 유연성을 통해 설계자는 시스템 구성에 따라 보호 배치를 최적화하는 동시에 가장 효과적인 곳에 서지 보호가 존재하도록 보장할 수 있습니다.

서지 전류 정격 선택

필요한 방전 전류 계산

서지 보호기 정격 전류는 낙뢰 노출 및 시스템 구성에 따라 설치 위치에서 예상되는 최대 서지 전류를 고려해야 합니다. 공칭 방전 전류(In) 정격은 장치가 성능 저하 없이 반복적으로 처리하는 서지 전류를 나타내며, 일반적으로 15~20개의 서지 애플리케이션으로 테스트됩니다. 최대 방전 전류(Imax)는 장치가 치명적인 고장 없이 견딜 수 있는 가장 높은 단일 서지를 나타냅니다.

낙뢰 노출 평가를 통해 적절한 전류 등급을 결정합니다. 케라닉 수준(연간 평균 뇌우 일수)은 상대적인 낙뢰 위험을 나타냅니다. 연간 뇌우 일수가 40일 이상인 지역은 강력한 서지 보호가 필요한 높은 노출에 직면합니다. 지상 섬광 밀도 데이터를 사용할 수 있는 경우 연간 평방 킬로미터당 섬광으로 측정된 보다 정확한 낙뢰 위험 평가를 제공합니다.

번개 노출	케룬 레벨	유형 1 SPD 등급	유형 2 SPD 등급
낮음	<20일/년	25kA(10/350μs)	15kA(8/20μs)
보통	20~40일/년	40kA(10/350μs)	20kA(8/20μs)
높음	40-60일/년	50-60kA(10/350μs)	25kA(8/20μs)
익스트림	>60일/년 초과	80-100kA(10/350μs)	30-40kA(8/20μs)

설치 위치는 필요한 정격 전류에 영향을 미칩니다. 노출된 어레이 근처의 어레이 컴바이너 및 메인 DC 차단기는 10/350μs 정격 전류의 유형 1 서지 보호기를 필요로 하는 가장 높은 서지 에너지에 직면합니다. 인버터 DC 입력과 같은 장비 위치는 도체 임피던스가 에너지를 감소시킨 후 감쇠된 서지에 직면하므로 8/20μs 정격이 더 낮은 유형 2 장치가 필요합니다. 서로 다른 파형은 극적으로 다른 에너지 함량을 나타냅니다. 10/350μs 파형은 동일한 피크 전류에서 8/20μs보다 약 20배 더 많은 에너지를 전달합니다.

유형 1과 유형 2 전류 정격

유형 1 서지 보호기는 직접 낙뢰 전류 특성을 시뮬레이션하는 10/350μs 전류 파형으로 테스트를 거칩니다. 이 파형의 긴 350 마이크로초 꼬리 부분은 견고한 서지 보호기 구조를 필요로 하는 높은 에너지를 지속적으로 전달합니다. 40kA(10/350μs) 정격의 유형 1 장치는 펄스당 약 10메가줄의 에너지를 처리하므로 정격이 부적절한 보호 장치를 증발시키기에 충분합니다.

유형 2 서지 보호기는 유도 낙뢰 전류 및 스위칭 과도 상태를 나타내는 8/20μs 파형으로 테스트합니다. 20마이크로초의 짧은 테일은 유형 1 파형보다 훨씬 적은 에너지를 포함합니다. 20kA 타입 2 장치(8/20μs)는 약 250킬로줄을 처리하는데, 이는 40kA 타입 1 장치가 관리하는 에너지의 2.5%에 불과합니다. 이 극적인 차이는 유형 1 장치의 비용이 훨씬 더 비싼 이유와 각 위치에 적합한 SPD 유형 선택이 중요한 이유를 설명합니다.

전류 등급을 혼동하지 마세요. 20kA 타입 2 장치는 피크 전류가 동일하더라도 20kA 타입 1 장치와 동일하지 않습니다. 처리하는 에너지의 크기가 다릅니다. 20kA(8/20μs) 유형 2 장치는 2~3kA(10/350μs) 유형 1 장치와 비슷한 에너지를 처리합니다. 적절한 디바이스 선택을 위해 항상 정격 전류와 파형 유형을 모두 지정하세요.

⚠️ 중요: 파형 유형을 지정하지 않고 피크 전류 정격만 나열하는 서지 보호기 제조업체에 주의하세요. 이러한 누락은 종종 열등한 에너지 처리를 숨깁니다. 유형 1 장치의 경우 “In (10/350μs)”, 유형 2 장치의 경우 “In (8/20μs)”를 포함한 완전한 사양을 요구하세요.

어레이 결합기의 유형 1 서지 보호기와 높은 에너지를 처리하는 메인 차단기에 이어 최종 장비 보호를 위해 인버터 입력의 유형 2 SPD가있는 태양 광 패널 용 다단계 서지 보호기가있는 태양 광 시스템의 전류 흐름을 보여주는 다이어그램

전압 정격 조정

최대 연속 작동 전압(MCOV)

최대 연속 작동 전압은 서지 보호기가 성능 저하 또는 잘못된 활성화 없이 지속적으로 견딜 수 있는 최고 전압을 나타냅니다. MCOV는 온도 변화, 부분 음영 효과 및 인버터 최대 전력점 추적 동작을 포함한 모든 정상 작동 조건에서 서지 보호기에 나타나는 최대 전압을 초과해야 합니다.

태양광 어레이 전압은 온도와 조도에 따라 크게 달라집니다. 추운 날씨는 모듈 개방 회로 전압을 크게 증가시키며, 일부 모듈은 표준 테스트 조건보다 섭씨 1도당 0.3~0.4% 증가합니다. 25°C에서 40V VOC 등급인 모듈은 -20°C에서 50V에 도달할 수 있으며, 이는 25% 증가를 의미합니다. 스트링 전압 계산은 NEC 690.7 최저 예상 주변 온도 방법론을 사용하여 이 온도 계수를 고려해야 합니다.

최대 전력점 전압은 개방 회로 전압과 다르며, 일반적으로 75-85%의 VOC를 실행합니다. 인버터는 일반적으로 MPP 전압에서 어레이를 작동하므로 이 전압이 VOC가 아닌 MCOV 선택에 관련 전압이 됩니다. 그러나 서지 보호기 사양은 MPPT 최소에서 온도 보정 VOC 최대까지의 전체 전압 범위를 고려해야 합니다. MCOV는 보호가 필요할 수 있는 VOC에 접근하지 않고 전압 변동에 대한 여유를 제공하기 위해 MPP 전압을 10-20% 초과해야 합니다.

전압 보호 등급(VPR) 선택

전압 보호 정격(클램핑 전압이라고도 함)은 서지 발생 시 보호 장비에 나타나는 최대 전압을 나타냅니다. VPR 값이 낮을수록 전압 노출을 더 안전한 수준으로 제한하여 더 나은 보호 기능을 제공합니다. 그러나 클라우드 에지 효과, 인버터 스위칭 또는 기타 정상적인 시스템 작동으로 인한 정상 전압 과도 시 잘못된 서지 보호기 작동을 방지하려면 VPR이 MCOV보다 충분히 높게 유지되어야 합니다.

장비 내전압은 허용 가능한 VPR의 상한을 설정합니다. 인버터는 일반적으로 DC 입력에서 2000-2500V를 견딜 수 있지만 사양은 제조업체와 모델에 따라 다릅니다. 서지 보호기 VPR과 리드 인덕턴스로 인한 전압 상승은 이 장비 한계 이하로 유지되어야 합니다. VPR이 1500V이고 리드 인덕턴스가 빠른 과도 상태에서 400V 오버슈트를 추가하는 경우, 유효 장비 노출은 1900V에 도달하여 2000V 내전압 정격에는 적합하지만 한계가 낮은 장비에는 한계가 있습니다.

여러 보호 단계에 걸쳐 VPR을 조정하여 적절한 작동을 보장하세요. 유형 1 및 유형 2 서지 보호기를 직렬로 사용하는 경우 유형 1 장치는 더 높은 VPR(일반적으로 1800-2000V)을 가져야 하고 유형 2 장치는 더 단단히 클램핑(1200-1500V)해야 합니다. 이러한 전압 차이를 통해 업스트림 유형 1 장치가 먼저 높은 에너지를 처리하고, 서지 에너지가 관리 가능한 수준으로 감소한 후 유형 2 장치가 장비 보호를 위한 미세 클램핑을 제공합니다.

스트링 전압 대 시스템 전압 고려 사항

개별 스트링 전압은 컴바이너 레벨에서 서지 보호기 요구 사항을 결정하는 반면, 결합된 시스템 전압은 주 차단 및 인버터 입력 보호에 영향을 미칩니다. 10개의 500V 스트링이 병렬로 연결된 시스템은 각 스트링 위치에서 서지 보호기에 500V를 제공하지만 더 높은 전류 용량으로 동일한 500V에서 작동하는 5kW 시스템으로 결합할 수 있습니다. 스트링별 보호는 여러 스트링의 합산 전류가 아닌 개별 스트링 서지 전류만 확인합니다.

그러나 주 DC 차단 및 인버터 입력 서지 보호기는 모든 병렬 스트링에서 결합된 서지 에너지를 처리해야 합니다. 각 스트링이 1000A 서지 전류를 전달할 수 있다면 10개의 스트링 어레이는 여러 스트링에 동시에 영향을 미치는 이벤트 중에 주 차단에서 잠재적으로 10,000A를 전달할 수 있습니다. 주 차단 서지 보호기는 일반적으로 개별 스트링 서지 전류의 2~3배에 달하는 이 결합 노출을 고려한 정격 전류가 필요합니다.

접지된 시스템과 접지되지 않은 시스템 구성은 전압 정격에 다른 영향을 미칩니다. 접지되지 않은(플로팅) 시스템은 접지를 기준으로 양극 및 음극 도체 모두에서 대칭적으로 전압이 발생하며, 600V 시스템은 접지에 +300V 및 -300V를 표시할 수 있습니다. 각 도체에 대한 서지 보호기는 해당 도체 대 접지 전압만 확인하므로 잠재적으로 더 낮은 등급의 장치를 허용할 수 있습니다. 접지된 시스템은 접지되지 않은 도체에 전체 전압을 공급하므로 해당 도체에 더 높은 서지 보호기 등급이 필요합니다.

다단계 보호 조정

어레이 오리진에서의 기본 보호

1차 서지 보호는 일반적으로 노출된 PV 어레이에서 도체가 시작되는 어레이 컴바이너 또는 스트링 박스에 설치됩니다. 이 첫 번째 보호 단계는 직접적인 낙뢰 또는 근처에서 발생하는 전자기 유도 전류로 인한 최대 서지 에너지에 직면합니다. 10/350μs 파형에 정격화된 유형 1 서지 보호기는 1차 보호 업무에 적합한 견고성을 제공합니다.

1단 전류 정격은 최악의 직접 타격 시나리오를 고려해야 합니다. 어레이 또는 인근 구조물에 낙뢰가 떨어지면 전기 시스템에 100kA를 초과하는 전류가 유입될 수 있습니다. 개별 서지 보호기는 이 전체 전류를 처리하지 못하지만(여러 경로를 통해 접지로 분배됨), 중간 노출 위치에서는 40-60kA(10/350μs), 고노출 지역에서는 80-100kA로 1차 보호 등급을 보수적으로 책정합니다.

유형 1 장치의 경우 최소 6AWG 크기의 도체를 사용하여 가능한 가장 짧은 접지 연결로 1차 보호 장치를 설치하세요. 1미터의 접지 도체마다 약 1μH의 인덕턴스가 발생하여 일반적인 서지 전류 상승 속도 동안 미터당 약 1kV 전압 상승을 유발합니다. 긴 접지 연결은 서지 보호기 작동에도 불구하고 과도한 전압 상승을 허용하여 보호 효과를 떨어뜨립니다. 불필요한 구부러짐이 없는 직선을 사용하여 1미터 미만의 접지 연결을 목표로 하세요.

🎯 프로 팁: 1차 서지 보호기는 컴바이너 박스 내부 또는 바로 인접한 벽에 원격으로 설치하지 말고 컴바이너 박스에 설치합니다. 밀착 설치하면 보호 도체와 접지 전극의 리드 길이를 최소화하여 비용 불이익을 최소화하면서 보호 효과를 크게 개선할 수 있습니다.

건물 입구에서 2차 보호

건물 입구 지점의 2차 보호(일반적으로 주 DC 차단)는 백업 보호 기능을 제공하고 건물 전기 시스템 측에서 유입되는 서지로부터 보호합니다. 이 보호 단계는 도체 임피던스가 어레이 발생 이벤트의 서지 에너지를 감쇠시킨 후에 작동하므로 적절한 안전 마진을 유지하면서 1차 보호보다 다소 낮은 정격 전류를 허용합니다.

유형 1 서지 보호기는 에너지 노출이 감소하더라도 건물 입구 위치에 적합하며 예기치 않은 위협에 대한 견고성을 제공합니다. 1차 보호 및 낙뢰 노출 거리에 따라 30~50kA(10/350μs)로 2차 보호 등급을 정합니다. 1차 보호와 2차 보호 사이에 긴 도체가 있는 시스템은 더 많은 전자기 에너지가 긴 도체 세그먼트에 결합되므로 더 높은 2차 정격의 이점을 누릴 수 있습니다.

2차 보호 전압 정격을 조정하여 1차 장치보다 약간 낮은 전압에서 작동하도록 합니다. 1차 보호가 1800V에서 클램핑되고 2차 보호가 1600V에서 클램핑되는 경우, 조정된 작동 중에 1차 장치가 초기 서지 에너지를 처리하면 전류가 감소함에 따라 2차 장치가 추가 클램핑을 제공합니다. 이러한 전압 진행은 장치가 서로 싸우지 않고 보호 단계를 통해 서지 에너지를 안내합니다.

장비의 3차 보호

인버터 DC 입력 및 기타 민감한 장비의 최종 보호 단계는 전자 장치 보호를 위한 정밀한 전압 클램핑을 제공합니다. 8/20μs 파형에 정격화된 유형 2 서지 보호기는 업스트림 보호 및 컨덕터 임피던스가 서지 위협을 중간 수준으로 줄인 장비 위치에 적합합니다. 장비 수준 보호는 최대 에너지 처리보다는 엄격한 전압 클램핑에 중점을 둡니다.

이 위치에 도달하는 서지에 대해 적절한 용량을 제공하는 15-25kA(8/20μs)의 장비 보호 등급. 유형 1 장치에 비해 낮은 정격은 보호되는 장비 위치의 위협이 감소한 것이지 보호가 불충분하다는 뜻이 아닙니다. 모든 곳에서 유형 1 장치를 사용하려고 하면 불필요한 고에너지 용량에 비용을 낭비하는 동시에 유형 1 장치의 일반적으로 더 높은 VPR로 인해 전압 클램핑이 더 나빠질 가능성이 있습니다.

장비 수준의 서지 보호기는 보호 장치 단자에서 0.5미터 이내에 직접 설치하는 것이 가장 이상적입니다. 리드 인덕턴스 전압 상승은 엄격한 클램핑 전압으로 민감한 반도체를 보호하는 장비 위치에서 특히 중요합니다. 서지 보호기와 장비 사이의 도체 길이가 짧아도 전압 상승이 발생하여 보호 이점을 무효화합니다. 많은 최신 인버터는 서지 보호 기능을 통합하여 외부 설치 요구 사항을 제거하지만, 외부 장치를 건너뛰기 전에 통합 보호 기능이 시스템 요구 사항을 충족하는지 확인해야 합니다.

설치 위치 낙뢰 노출 수준 및 태양 전지판 보호를 위한 전류 정격 결정을 기반으로 유형 1과 유형 2 선택을 보여주는 서지 보호기 크기 조정에 대한 의사 결정 트리 순서도

접지 및 설치 요구 사항

접지 전극 시스템 통합

서지 보호기의 효과는 적절한 접지에 따라 크게 달라집니다. 서지 보호기는 서지 전류를 접지로 전환하므로 효과적으로 작동하려면 임피던스가 낮은 접지 연결이 필요합니다. 태양광 설비의 모든 서지 보호기는 단일 공통 접지 전극 시스템에 연결하여 접지 지점 간에 장비를 통해 서지 전류가 흐르게 하는 접지 전위차를 방지해야 합니다.

접지 전극 시스템은 일반적으로 접지봉, 건축용 강철 또는 콘크리트로 둘러싸인 전극을 함께 접착한 것으로 구성된 NEC 250.50 요건을 충족하거나 초과해야 합니다. 태양광 설비는 최소 규정 이상의 강화된 접지를 통해 2미터 이상 간격을 두고 4AWG 이상의 구리 도체로 결합된 여러 개의 접지봉이 단일 봉 시스템보다 낮은 임피던스를 제공하는 이점이 있습니다.

서지 보호기 접지 도체 크기는 저항보다 인덕턴스를 통해 보호 성능에 더 많은 영향을 미칩니다. 1미터 직선 6AWG 도체가 있는 10Ω 접지 전극은 10미터의 코일형 10AWG 와이어를 통해 도달하는 5Ω 전극보다 더 나은 서지 성능을 제공합니다. 도체의 인덕턴스가 길수록 빠른 서지 전류 동안 전압이 상승하여 낮은 저항을 무효화합니다. 저항이 약간 높아지더라도 짧은 직선 접지 도체를 우선시하세요.

리드 길이 최소화

서지 보호기와 보호 장비 사이의 리드 길이는 보호 효과에 직접적인 영향을 미칩니다. 도체 1미터당 약 1μH의 인덕턴스가 발생하여 일반적인 낙뢰 서지 전류 상승률(1kA/μs) 동안 미터당 약 1kV의 전압 상승을 유발합니다. 이러한 유도성 전압 상승은 서지 보호기 클램핑 전압에 추가되어 보호 효과를 감소시키거나 서지 보호기 작동에도 불구하고 전압이 손상될 수 있습니다.

서지 보호기는 가능하면 보호 장비 단자에서 0.5미터 이내에 설치하세요. 이렇게 가까이 설치하려면 서지 보호기를 편리한 벽걸이형 위치가 아닌 장비 인클로저 내부 또는 바로 인접한 정션 박스 안에 배치해야 할 수 있습니다. 이러한 설치 불편은 보호 리드를 3미터에서 0.5미터로 대폭 줄여 빠른 과도 상태에서 약 2500V의 유도 전압 상승을 제거하므로 그만한 가치가 있습니다.

서지 보호기와 장비 간의 분리를 피할 수 없는 경우 양극 및 음극 리드에 트위스트 페어 도체 라우팅을 사용합니다. 트위스트 도체는 순방향 및 복귀 전류 경로가 거의 동일한 공간을 차지하도록 하여 자기 루프 면적을 최소화하여 인덕턴스를 감소시킵니다. 그 결과 자기장 제거는 작은 거리로 분리된 병렬 도체에 비해 인덕턴스를 50% 이상 떨어뜨립니다.

일부 서지 보호기 제조업체는 기존 와이어 종단 대신 저인덕턴스 버스 바 연결 시스템을 제공합니다. 이러한 시스템은 평평한 구리 스트랩 연결을 사용하여 기생 인덕턴스를 최소화하고 과도한 전압 상승 없이 서지 보호기를 보호 장비에서 약간 더 멀리 장착할 수 있습니다. 근접 서지 보호기 설치가 어렵거나 불가능한 중요한 설치에 이러한 프리미엄 설계를 고려하십시오.

과전류 보호 조정

SPD 회로 보호 요구 사항

NEC 690.35(B)는 서지 보호기 회로에 과전류 보호 기능을 요구하여 고장난 장치가 화재나 감전 위험을 일으키지 않도록 합니다. 서지 보호기는 극심한 서지 노출 또는 부품 노화 후 단락이 발생하여 PV 어레이에서 지속적인 전류를 끌어와 열 위험을 초래할 수 있습니다. 과전류 장치는 위험한 상황이 발생하기 전에 고장난 서지 보호기를 격리합니다.

퓨즈 또는 회로 차단기 정격은 서지 보호기 작동을 방해하지 않으면서 안정적인 보호 기능을 제공해야 합니다. 서지 보호기가 단락되는 경우 안정적으로 개방하면서 정상적인 서지 전환 중에 서지 보호기의 통과 전류를 처리할 수 있도록 과전류 보호 장치의 크기를 조정합니다. 태양광 DC 서지 보호기의 일반적인 정격은 15~20A 범위이지만, 특정 장치에 대한 제조업체 권장 사항을 확인하세요.

일부 서지 보호기에는 외부 과전류 장치 없이 고장난 보호 요소를 자동으로 분리하는 열 차단기가 통합되어 있습니다. 이러한 내부 차단기는 구성 요소 고장으로 인한 온도 상승을 감지하고 화재 위험이 발생하기 전에 고장난 요소를 기계적으로 분리합니다. 열 보호 기능이 내장된 서지 보호기는 외부 과전류 보호 장치가 필요하지 않을 수 있지만, 일부 관할 지역에서는 통합 보호 기능과 관계없이 외부 장치를 의무화하기도 합니다.

⚠️ 중요: 서지 보호기 전류 정격과 과전류 장치 정격을 혼동하지 마세요. 40kA 서지 보호기는 연속 또는 고장 전류가 아닌 서지 전류 처리 능력을 의미합니다. 15-20A 과전류 보호는 높은 순간 전류가 안전하게 흐르는 서지 이벤트가 아니라 서지 보호기 구성 요소가 고장난 경우 지속적인 오류로부터 보호합니다.

스트링 퓨즈와의 조정

스트링 퓨즈 정격은 서지 보호기 선택 및 조정에 영향을 미칩니다. 스트링 퓨즈가 개별 어레이 회로를 보호하는 경우, 서지 보호기는 퓨즈의 다운스트림에 설치되어 하나의 스트링이 제공할 수 있는 전류만 확인합니다. 이 배열은 퓨즈가 정상 상태 오류 동안 최대 전류를 정격으로 제한하므로(퓨즈 반응 시간을 초과하는 빠른 번개 서지 동안은 아님) 서지 보호기 전류 정격을 다소 낮출 수 있습니다.

그러나 퓨즈는 매우 빠른 번개 과도 상태에서는 최소한의 보호 기능만 제공합니다. 퓨즈 I²t 값은 퓨즈 작동에 필요한 에너지를 나타내며, “빠른” 퓨즈도 마이크로초 단위로 낙뢰 전류 피크가 발생하는 반면 퓨즈가 열리는 데 밀리초가 걸립니다. 이 짧은 시간 동안 전체 낙뢰 전류가 퓨즈를 통해 흐르면 퓨즈가 있음에도 불구하고 다운스트림의 서지 보호기가 손상될 수 있습니다. 퓨즈 정격이 아닌 최대 예상 서지 전류를 기준으로 서지 보호기의 크기를 정하세요.

퓨즈 통과 특성으로 서지 보호기 전압 정격을 조정합니다. 고품질 퓨즈는 임피던스를 통해 고장 조건에서 전압 상승을 제한합니다. 이 전압 제한 효과는 서지 보호기 클램핑을 보완하지만 대체하지는 않습니다. 퓨즈 전압 강하와 서지 보호기 클램핑 전압의 조합은 적절한 보호 마진을 제공하는 장비 내전압보다 낮게 유지되어야 합니다.

설치 모범 사례

올바른 터미널 연결

서지 보호기 단자는 적절한 크기의 도체와 지정된 토크 값을 사용하여 안전하게 연결해야 합니다. 느슨한 연결은 저항 및 인덕턴스 성능 저하를 유발하는 동시에 서지 발생 시 I²R 가열로 인한 잠재적 핫스팟을 생성합니다. 도체를 적절한 길이(일반적으로 10~12mm 노출 도체)로 벗기고 단자에 완전히 삽입한 후 조입니다.

연선에 페룰을 사용하여 단선에 준하는 종단 안정성을 제공합니다. 페룰이 없는 연선은 압축 시 개별 가닥이 구부러지면서 균일한 접촉이 이루어지지 않고 분리되는 경향이 있습니다. 페룰은 이러한 현상을 방지하기 위해 가닥을 단단한 단위로 모아줍니다. 일부 관할 지역에서는 서지 보호기 및 기타 보호 장치에 연결된 모든 연선에 대해 페룰 종단을 의무화합니다.

보정된 토크 드라이버를 사용하여 단자 나사를 제조업체 사양에 맞게 조이세요. 토크를 적게 조이면 연결부가 느슨해져 과열 및 부식이 발생하고, 과도하게 조이면 단자가 손상되거나 나사가 벗겨집니다. 대부분의 서지 보호기 단자는 12-10AWG 도체에 대해 7-9lb-in을 지정하지만, 항상 특정 제품 요구 사항을 확인하십시오. 설치 중 토크 값을 문서화하고 6~12개월 후에 열 순환으로 인한 풀림을 포착하여 재검증을 계획하세요.

서지 보호기 회로에 기능, 전압 정격, 전류 정격 및 관련 과전류 보호 기능을 명확하게 식별하는 라벨을 부착하세요. 변색되지 않는 실외 서비스용으로 설계된 재료를 사용한 영구 라벨은 향후 유지보수 및 문제 해결에 도움이 됩니다. 고장난 장치를 올바른 장치로 교체할 수 있도록 교체 사양 포함 - 정격이 없는 일반적인 “서지 보호기” 라벨은 적절하게 보호하지 못하는 부적절한 교체를 유발할 수 있습니다.

상태 표시 및 모니터링

고품질 서지 보호기에는 작동 상태를 보여주는 시각적 표시기가 통합되어 있습니다. 녹색 LED 또는 표시등은 보호 기능을 제공할 준비가 된 정상 서지 보호기를 나타내며, 빨간색 표시등 또는 소멸된 녹색 LED는 교체가 필요한 고장을 나타냅니다. 노출이 많은 장소에서는 분기별로, 다른 곳에서는 매년 정기 유지보수 시 표시기를 점검하여 고장난 서지 보호기를 즉시 교체하세요.

일부 프리미엄 서지 보호기는 건식 접점 또는 네트워크 연결을 통해 건물 관리 시스템에 상태를 보고하는 원격 모니터링 기능을 제공합니다. 이 기능은 잦은 수동 점검이 비현실적인 대규모 상업용 또는 유틸리티 규모의 설치에 특히 유용합니다. 원격 모니터링을 통해 사전 예방적 유지보수가 가능하며, 서지 보호기 고장 시 알림을 수신하면 즉시 교체하여 지속적인 보호 기능을 유지할 수 있습니다.

근처에 낙뢰가 떨어진 후에는 시각적 고장 표시가 없어도 서지 보호기를 점검하세요. 낙뢰 스트레스로 인해 고장 임계값 이하의 부품이 손상되어 서지 보호기가 작동하지만 성능이 저하될 수 있습니다. 장치가 표시기 점검을 통과할 수는 있지만 보호 기능이 손상되어 후속 서지를 적절히 처리할 수 없게 됩니다. 낙뢰 발생 후 선제적으로 교체하면 같은 폭풍 시즌에 후속 낙뢰가 발생할 때 장비 손상을 방지할 수 있습니다.

일반적인 설치 실수

소형 전류 정격 미만

문제입니다: 설치 위치에서 예상되는 서지 노출에 부적합한 정격 전류의 서지 보호기를 설치합니다.

일반적인 시나리오:
- 유형 1 보호가 필요한 어레이 오리진에서 15kA 유형 2 디바이스 사용
- 낙뢰 노출 평가가 아닌 가격을 기준으로 서지 보호기 선택하기
- 8/20μs와 10/350μs 정격 전류 파형을 구분하지 못하는 경우

수정: 케라우닉 레벨 또는 접지 플래시 밀도 데이터를 사용하여 낙뢰 노출을 평가합니다. 중간 노출 지역의 어레이 컴바이너 및 주 단선에는 최소 40kA(10/350μs) 정격의 유형 1 서지 보호기를 설치하고, 노출이 높은 지역에서는 60-100kA로 높입니다. 장비 위치에는 최소 20kA(8/20μs) 정격의 유형 2 장치를 사용하세요. 더 높은 등급의 장치는 더 많은 비용이 들지만 투자에 상응하는 고가의 장비 손상을 방지합니다.

❌ 과도한 리드 길이

문제입니다: 서지 보호기와 장비 단자 사이에 긴 연결 도체를 사용하여 보호 장비에서 원격으로 서지 보호기를 설치합니다.

일반적인 시나리오:
- 깔끔한 설치 외관을 위해 인버터에서 몇 미터 떨어진 벽걸이 형 서지 보호기
- 직선 연결 대신 복잡한 도관 경로를 통해 서지 보호기 리드 라우팅
- 보호 장비에 직접 설치하지 않고 정션 박스에 서지 보호기 설치

수정: 서지 보호기는 보호 장비에서 0.5m 이내에 가능한 가장 짧은 직선 리드를 사용하여 장착하세요. 도체가 1미터 늘어날 때마다 빠른 과도 상태에서는 전압이 약 1kV 상승하여 보호 효과가 저하됩니다. 보호 효과를 저하시키는 깔끔한 원격 장착보다 밀착형 서지 보호기를 사용하여 약간 지저분한 설치를 허용합니다. 서지 보호기가 있음에도 불구하고 많은 장비 손상 사고가 발생하는 이유는 리드 길이의 전압 상승으로 인해 클램핑 이점이 무효화되기 때문입니다.

❌ 부적절한 접지 연결

문제입니다: 부적절한 도체 크기, 과도한 길이, 회로 라우팅 또는 여러 개의 개별 접지 전극을 사용하는 서지 보호기 접지 연결.

일반적인 시나리오:
- 유형 1 장치에 최적의 6-10 AWG가 아닌 최소 14 AWG 코드 크기 사용
- 최소 길이로 자르지 않고 여분의 접지 도체 길이를 감는 방법
- 서로 다른 서지 보호기를 접지하여 접지 루프를 생성하는 전극 분리

수정: 유형 2 서지 보호기의 경우 최소 10AWG, 유형 1 장치의 경우 최소 6AWG를 사용하세요. 접지 도체를 불필요한 구부러짐이나 코일 없이 직선 경로로 배선합니다. 직선은 동일한 길이라도 곡선 경로보다 인덕턴스가 낮습니다. 모든 서지 보호기와 보호 장비를 단일 공통 접지 전극 시스템에 결합하여 접지 지점 간 장비를 통해 서지 전류를 유도하는 접지 전위차를 방지합니다.

❌ 상태 모니터링 부족

문제입니다: 시각적 표시기 없이 서지 보호기를 설치하거나 작동 상태를 검사하지 않아 고장난 장치를 시스템에 장기간 방치하는 경우.

일반적인 시나리오:
- 상태 표시 기능이 없는 최저가 서지 보호기 지정하기
- 서지 보호기 작동 상태에 대한 일상적인 검사 절차 없음
- 서지 보호기가 유지보수 없이 시스템 수명 내내 지속적인 보호 기능을 제공한다고 가정할 때

수정: 작동 상태를 한눈에 볼 수 있는 시각적 상태 표시가 있는 서지 보호기를 지정하세요. 서지 보호기 점검을 일상적인 유지보수 절차에 포함시켜 노출이 많은 장소에서는 분기별로, 그 외의 장소에서는 매년 지표를 점검하세요. 고장난 서지 보호기는 미루지 말고 즉시 교체하세요. 서지 보호 기능 없이 작동하면 다음 번개 발생 시 값비싼 장비 손상이 발생하여 사전 서지 보호기 교체 비용을 쉽게 초과할 수 있습니다.

특별 애플리케이션 고려 사항

지상 장착형 어레이

지상 설치형 태양광 어레이는 옥상 설치와는 다른 서지 위협에 직면합니다. 야외에 설치된 어레이는 주변 구조물로부터 최소한의 차폐로 낙뢰를 끌어당기는 주요 표적이 됩니다. 그러나 지상 어레이는 낙뢰가 장비에 도달하기 전에 공기 단자가 있는 외부 낙뢰 보호 시스템을 포함하여 보다 포괄적인 보호 접근 방식을 허용합니다.

노출이 많은 위치의 대형 접지 어레이의 경우 NFPA 780 또는 IEC 62305에 따른 추가 낙뢰 보호 시스템(LPS) 설계를 고려하세요. 공기 단자, 다운 컨덕터 및 접지 링이 있는 적절하게 설계된 LPS는 일부 직접 충격을 차단하여 서지 보호기에 대한 수요를 줄입니다. 그러나 LPS가 서지 보호기 요구 사항을 제거하지는 않습니다. 주변 낙뢰로 인한 서지 및 방전 중 LPS 전압 상승은 여전히 서지 보호가 필요한 장비를 위협합니다.

접지 어레이 서지 보호기는 단일 지점 보호보다 분산 설치가 더 유리합니다. 행 컴바이너와 메인 어레이 수집 지점에 서지 보호기를 설치하면 서지 에너지를 여러 장치에 분산시켜 시스템 생존 가능성을 향상시킵니다. 이러한 분산 방식은 비용이 더 들지만 낙뢰 피해로 인해 상당한 발전 용량이 유휴 상태가 될 수 있는 대규모 귀중한 설치에 가치가 있습니다.

수상 태양광 발전 시스템과 지상 태양광 발전 시스템

전류를 전달하는 도체가 의도적으로 접지에 연결되지 않는 플로팅(비접지) PV 시스템에는 양극, 음극 및 장비 접지를 동시에 보호하는 3극 서지 보호기가 필요합니다. 전압은 접지를 기준으로 양쪽 도체에서 대칭적으로 발생하므로 600V 시스템은 접지에 대해 +300V 및 -300V를 나타낼 수 있습니다. 각 도체에 대한 서지 보호기는 도체 대 접지 전압에 대해 적절한 정격 전압이 필요합니다.

하나의 전류 전달 도체가 접지에 결합된 접지형 PV 시스템은 접지되지 않은 도체 및 장비 접지에만 2극 서지 보호기를 사용할 수 있습니다. 견고하게 접지된 도체는 전극 시스템에 직접 연결되므로 서지 보호기가 필요하지 않습니다. 그러나 많은 설치에서 접지된 시스템에서도 3극 보호를 사용하여 보호 마진을 강화하고 향후 플로팅 구성으로 전환할 수 있는 시스템 수정을 수용합니다.

지락 감지 시스템과 서지 보호기의 상호 작용은 접지 시스템과 부동 시스템 모두에서 고려해야 합니다. 서지 보호기는 작동 시 접지에 의도적인 전도성 경로를 생성하여 서지 이벤트 중에 지락 감지 시스템이 트립될 수 있습니다. 중단이 필요한 위험한 접지 오류를 감지할 수 있는 감도를 유지하면서 서지 보호기 누설 및 통과 전류보다 높은 임계값을 가진 GFD 시스템을 선택하십시오.

고전압 시스템(>1000V DC)

상업용 및 유틸리티 규모의 프로젝트에서 점점 더 일반화되고 있는 1000V DC 이상으로 작동하는 태양광 설비에는 극한 전압 서비스를 위해 설계된 특수 서지 보호기가 필요합니다. 이러한 전압에 적합한 제품을 제공하는 제조업체는 제한적이기 때문에 초기 사양 및 조달이 매우 중요합니다. 고전압 서지 보호기의 리드 타임은 수개월에 달할 수 있으므로 설치 일정보다 훨씬 앞서 계획을 세워야 합니다.

고전압 서지 보호기는 일반적으로 1500V를 초과하는 정격 전압을 달성하는 직렬 연결된 가스 방전관을 사용합니다. 일부 설계에서는 GDT와 금속 산화물 배리스터를 결합한 하이브리드 기술을 사용하여 고전압 기능으로 빠른 응답을 제공합니다. 고전압 서지 보호기가 적절한 테스트 인증을 받았는지 확인합니다. 타사 목록에 없는 일반 장치는 적절한 전압 조정이 부족하거나 치명적인 고장이 발생할 수 있습니다.

고전압 DC 시스템에서 작업하는 직원은 표준 전기 자격 이상의 전문 교육이 필요합니다. 고전압 DC의 지속적인 아크 전위는 특히 위험하므로 적절한 서지 보호 및 차단이 중요한 안전 기능입니다. 모든 보호 단계와 그 조정을 보여주는 배선도를 포함하여 서지 보호기 설치를 철저히 문서화하여 향후 문제 해결 및 유지보수에 도움이 되도록 하세요.

자주 묻는 질문

태양광 패널에 대한 올바른 서지 보호기 전류 정격을 계산하려면 어떻게 해야 하나요?

낙뢰 노출 및 설치 위치를 기준으로 서지 보호기 정격 전류를 계산하세요. 중간 노출 지역(연간 뇌우 일수 20~40일)의 어레이 컴바이너 및 메인 단선의 경우 최소 40kA(10/350μs) 정격의 유형 1 서지 보호기를 지정합니다. 고노출 지역에는 60~100kA 정격이 필요합니다. 인버터 DC 입력과 같은 장비 위치에는 15-20kA(8/20μs) 정격의 유형 2 서지 보호기를 사용합니다. 파형 유형을 혼동하지 마세요. 20kA 유형 2(8/20μs)는 20kA 유형 1(10/350μs)보다 훨씬 적은 에너지를 처리합니다. 항상 정격 전류와 파형 유형을 모두 지정하세요.

1000V DC 태양광 시스템에는 어떤 전압 정격 서지 보호기가 필요합니까?

1000V 공칭 시스템은 NEC 690.7에 따라 온도 보정 최대 VOC(일반적으로 1150-1200V)를 계산해야 합니다. 최대 연속 작동 전압(MCOV)이 최대 전력점 전압을 10-20%(일반적으로 1000V 시스템의 경우 1000-1100V MCOV)를 초과하는 서지 보호기를 선택합니다. 전체 서지 보호기 전압 정격은 여유를 두고 최대 VOC를 수용하는 1200~1500V DC여야 합니다. 빠른 과도 상태에서 리드 인덕턴스 전압 상승을 고려하여 전압 보호 등급(VPR)이 장비 내전압(일반적으로 인버터의 경우 2000V) 이하로 유지되는지 확인합니다.

여러 개의 소형 장치 대신 하나의 대형 서지 보호기를 사용할 수 있나요?

제대로 보호하지 않으려면 여러 위치에 서지 보호기를 설치하여 심층적인 방어 체계를 구축해야 합니다. 고에너지 서지를 처리하는 어레이 원점과 건물 입구에 유형 1 장치를 설치하고, 각 인버터에 최종 장비 보호를 제공하는 유형 2 장치를 설치합니다. 단일 지점 보호는 서지 보호기와 멀리 떨어진 장비 사이의 도체 임피던스가 전압 상승으로 인해 보호를 무력화하기 때문에 실패합니다. 각 보호 단계는 해당 위치에 적합한 위협을 처리합니다. 여러 개의 조정된 단계는 전류 정격에 관계없이 단일 장치에 우수한 보호 기능을 제공합니다.

서지 보호기는 보호 대상 장비에 얼마나 가까이 설치해야 하나요?

서지 보호기는 가능하면 보호 장비 단자에서 0.5미터 이내에 설치하세요. 도체 1미터마다 약 1μH의 인덕턴스가 발생하여 일반적인 서지 전류 동안 약 1kV의 전압 상승을 유발합니다. 이러한 유도성 상승은 서지 보호기 클램핑 전압에 추가되어 보호 성능을 저하시키며, 3미터 떨어진 곳에 설치된 서지 보호기는 클램핑 전압에도 불구하고 약 3kV의 추가 전압을 발생시킵니다. 가까이 설치하면 보호 효과가 크게 향상됩니다. 분리를 피할 수 없는 경우 트위스트 페어 도체 라우팅을 사용하여 루프 인덕턴스를 최소화합니다.

서지 보호기에는 어떤 크기의 접지선이 필요합니까?

유형 2 서지 보호기의 경우 최소 10AWG 구리를 사용하고 유형 1 장치의 경우 최소 6AWG를 사용합니다. 그러나 적절한 접지 도체 설치는 크기보다 더 중요합니다. 0.8m 직선의 10AWG 도체가 3m의 코일 와이어를 통한 6AWG보다 더 나은 성능을 제공합니다. 접지 도체 인덕턴스는 저항보다 서지 성능에 더 큰 영향을 미칩니다. 접지 도체를 불필요한 구부림 없이 가능한 한 최단 직선 경로로 배선하세요. 모든 서지 보호기를 단일 공통 접지 전극 시스템에 연결하여 접지 전위차를 방지합니다.

서지 보호기는 눈에 보이는 고장이 없어도 정기적으로 교체해야 하나요?

예, 낙뢰 노출이 많은 지역에서는 상태 표시기에 관계없이 5~7년마다 사전 예방적 교체를 고려하세요. 서지 보호기는 눈에 보이는 고장을 유발하지는 않지만 보호 기능을 저하시키는 임계값 미만의 서지 이벤트가 반복적으로 발생하면 누적된 스트레스로 인해 성능이 저하됩니다. 근처에 낙뢰가 발생한 후에는 서지 보호기를 점검하고 고장 표시가 없어도 스트레스로 인해 명백한 손상 없이 보호 기능이 저하되었을 수 있으므로 교체를 고려하세요. 서지 보호기가 고장 나면 장비가 다음 번개 이벤트에 취약해져 사전 예방적 교체 비용을 쉽게 정당화할 수 있습니다.

서지 보호기를 조정 문제 없이 직렬로 설치할 수 있나요?

예, 올바르게 선택한 경우. 유형 1과 유형 2 서지 보호기 사이에 최소 10~15m의 도체를 유지하여 자연스러운 조정을 위한 임피던스를 허용하거나 근접 조정을 위해 특별히 설계된 서지 보호기를 사용하세요. 유형 1 장치는 유형 2(1200-1500V)보다 높은 전압(1800-2000V)에서 클램핑하여 업스트림 장치가 먼저 높은 에너지를 처리하도록 해야 합니다. 부적절한 조정으로 인해 유형 2 장치가 먼저 클램핑되어 정격을 초과하는 에너지를 처리하게 되면 조기 고장을 일으킬 수 있습니다. 여러 보호 단계를 사용할 때는 제조업체 조정 가이드를 참조하세요.