DC SPD 유형 2 사양: IEC 61643 분류 2025

DC SPD 유형 2 사양을 이해하면 태양 광 시스템 애플리케이션에 적합한 서지 보호 장치를 선택할 수 있습니다. 이 포괄적인 사양 가이드에서는 IEC 61643-31 분류 표준, 테스트 파형 특성, 전압 보호 수준 요구 사항 및 유형 1 대 유형 2 대 유형 3 구분을 검토합니다. 엔지니어와 사양 지정자는 SPD 기능을 설치 요구 사항에 맞추기 위한 자세한 등급 기준, 애플리케이션 지침 및 선택 매트릭스를 찾을 수 있습니다.

유형 2 서지 보호 장치는 태양광 설비에서 인버터 입력, 컴바이너 박스 출력 및 장비 수준 보호에 가장 일반적으로 지정된 보호 등급을 나타냅니다. 이러한 장치는 간접 낙뢰 및 스위칭 과도 현상으로 인한 유도 서지 특성을 시뮬레이션하는 8/20μs 전류 파형으로 테스트합니다. 유형 2 사양과 적절한 애플리케이션 경계를 이해하면 불필요하게 비용을 증가시키는 과도한 사양 없이 효과적인 보호를 보장할 수 있습니다.

IEC 61643-31 분류 체계

3계층 SPD 분류 구조

IEC 61643-31은 테스트된 에너지 처리 능력과 의도된 설치 위치를 기반으로 태양광 서지 보호 장치에 대한 3단계 분류 시스템을 설정합니다. 이 표준화된 분류는 이전의 지역 시스템(유럽 EN, 미국 UL, 중국 GB)을 대체하여 국제적으로 인정받는 SPD 범주를 만들었습니다. 이 분류를 통해 전 세계 태양광 프로젝트에서 일관된 사양 언어를 사용할 수 있어 경쟁 국가 표준으로 인한 혼란을 없앨 수 있습니다.

유형 1 분류는 직접 낙뢰 전류 펄스를 나타내는 10 / 350μs 전류 파형으로 테스트 된 최고 에너지 처리 SPD를 지정합니다. 이러한 장치는 부분 낙뢰 에너지를 견딜 수 있는 능력을 입증하는 도체당 12.5kA ~ 100kA 범위의 임펄스 전류(Iimp)를 견뎌내야 합니다. 유형 1 장치는 서비스 입구, 어레이 시작점 및 직접 타격 에너지에 잠재적으로 노출될 수 있는 위치에 설치하며 최대 보호 기능이 필요합니다.

유형 2 분류는 장비 위치 및 2차 보호 단계에 적합한 중간 보호 수준을 식별합니다. 유형 2 장치는 전자기 결합 또는 감쇠된 직접 타격으로 인한 유도 서지 전류를 시뮬레이션하는 8/20μs 공칭 방전 전류(In) 파형으로 테스트합니다. 일반적인 In 정격은 도체당 5kA ~ 40kA로, 유형 1보다 훨씬 낮지만 업스트림 보호 요소를 통과하거나 간접 결합 메커니즘에서 발생하는 서지에는 적합합니다.

유형 3 분류는 전압 및 전류 과도 현상을 동시에 생성하는 조합 파 발생기로 테스트된 최저 에너지 SPD를 포함합니다. 이러한 장치는 주로 이미 보호된 환경에서 개별 장비 품목을 보호합니다. 유형 3 SPD는 PV 주 DC 회로에는 거의 나타나지 않지만 시스템 수준 유형 1 및 유형 2 장치 이상의 추가 미세 보호가 필요한 특수 계측 또는 모니터링 장비를 보호하는 경우가 있습니다.

파형 특성 테스트

유형 8 / 20μs 지정은 임펄스 전류 파형 모양을 설명합니다 : 0에서 피크 전류까지 8μs 상승 시간, 피크에서 피크 값의 20TP501T까지 3μs 감쇠 시간. 이 파형은 근처 낙뢰(100~500미터 거리)에서 발생하는 전자기 유도 또는 도체 임피던스 및 업스트림 보호를 통과한 감쇠된 직접 타격 에너지를 시뮬레이션합니다. 상대적으로 빠른 상승 시간(8μs)은 SPD 구성 요소에 상당한 전압 스트레스를 생성하는 상당한 di/dt를 나타냅니다.

유형 2 파형을 유형 1의 10/350μs와 비교하면 상승 속도는 훨씬 느리지만(10μs 대 8μs) 지속 시간은 훨씬 더 길어집니다(350μs 대 20μs). 10/350μs 파형의 연장된 지속 시간은 동일한 피크 전류에서 8/20μs보다 약 10배 더 많은 에너지를 전달합니다. 이러한 에너지 차이는 비슷한 정격 전압에도 불구하고 타입 1 디바이스가 타입 2보다 더 견고한 구조와 훨씬 더 많은 비용이 필요한 이유를 설명합니다.

테스트 실험실은 테스트중인 SPD를 통해 지정된 테스트 전류를 주입하여 SPD 단자에 나타나는 결과 전압 보호 수준 (클램핑 전압)을 측정합니다. 유형 2 테스트는 일반적으로 공칭 방전 전류 (In)와 공칭 값의 두 배에 해당하는 최대 방전 전류 (Imax)를 사용합니다. 20kA 유형 2 SPD는 20kA 공칭 테스트와 실제 서지 변동성에 대한 적절한 마진을 증명하는 40kA 최대 테스트를 견뎌야합니다.

💡 주요 인사이트: 테스트 분류(유형 1, 2 또는 3)는 SPD의 테스트된 기능을 나타내며 반드시 적용 위치는 아닙니다. 위협 평가에서 8/20μs 서지 특성이 최대로 예상되는 경우 유형 2 SPD는 어레이 원점을 포함하여 PV 시스템의 어느 곳에나 설치할 수 있습니다. 반대로, 일부 사양은 다운스트림 위치에 대한 잠재적 인 초과 사양에도 불구하고 모든 위치에서 유형 1을 요구합니다.

유형 2 전기 사양

최대 연속 작동 전압(MCOV)

최대 연속 작동 전압(MCOV 또는 Uc)은 성능 저하 없이 무한정 견딜 수 있는 최고 정상 상태 전압 SPD를 정의합니다. MCOV는 태양광 모듈 전압 출력에 영향을 미치는 극한 온도를 포함한 모든 조건에서 최대 시스템 DC 작동 전압을 초과해야 합니다. 태양광 개방 회로 전압은 저온에서 크게 증가합니다. 공칭 600V인 시스템은 -25°C에서 750V에 도달할 수 있으므로 850V+ MCOV 등급의 유형 2 SPD가 필요합니다.

IEC 61643-31에서는 MCOV가 시스템 최대 전압을 최소 안전 마진만큼 초과하여 지속적인 전압 스트레스에 의한 배리스터 소자 성능 저하를 방지하도록 요구합니다. 대부분의 유형 2 SPD의 코어를 구성하는 금속 산화물 배리스터(MOV)는 공칭 활성화 임계값 미만의 전압에서도 작은 누설 전류를 전도합니다. 이 누설은 전압이 활성화 수준에 가까워지면 기하급수적으로 증가하여 내부 열을 발생시켜 노화를 가속화하고 서비스 수명을 단축시킵니다.

태양광 애플리케이션을 위한 일반적인 유형 2 DC SPD MCOV 등급:
- 600V 시스템: 850V~1000V MCOV 지정
- 1000V 시스템: 1200V~1500V MCOV 지정
- 1500V 시스템: 1800V~2000V MCOV 지정

다음을 사용하여 필요한 MCOV를 계산합니다: MCOV ≥ 1.25 × Voc(최소 온도) 여기서 Voc(최소 온도)는 가장 낮은 예상 주변 온도에서 스트링 개방 회로 전압을 나타냅니다. 1.25 계수는 전압 과도 상태, 측정 불확실성 및 부품 오차에 대한 여유를 제공하여 정상 작동 중에 MCOV가 정격 100%에 도달하지 않도록 보장합니다.

전압 보호 수준(VPL)

전압 보호 수준 (VPL 이상)은 SPD가 정격 서지 전류를 전환 할 때 보호 장비 단자에 나타나는 최대 전압을 지정합니다. VPL은 보호 효과를 결정하는 중요한 사양을 나타냅니다. VPL이 낮을수록 장비 보호가 향상되지만 더 엄격한 제조 공차가 필요하므로 비용이 증가합니다. 장비 절연 등급은 서지 이벤트가 보호 된 부하를 손상시키지 않도록 여유가있는 SPD VPL을 초과해야합니다.

유형 2 SPD 전압 보호 수준은 일반적으로 MCOV 정격 및 보호 요소 설계에 따라 DC 태양 광 애플리케이션의 경우 1500V ~ 3000V 범위입니다. MCOV 등급이 높을수록 일반적으로 더 높은 VPL이 생성되는데, 이는 낮은 전압에서 전도되는 장치(더 나은 보호)가 정상 작동 전압에 가까운 전압(마진 감소)에서 전도되기 시작하는 배리스터 기반 보호의 내재적 트레이드오프입니다.

VPL 사양은 계산되거나 이론적인 값이 아닌 측정값을 나타냅니다. 제조업체는 보정된 오실로스코프로 결과 전압을 측정하는 동안 SPD를 통해 정격 방전 전류(일반적으로 In 및 Imax)를 주입하여 VPL을 테스트합니다. 게시된 VPL은 보수적인 등급을 보장하는 측정값을 초과해서는 안 됩니다. 일부 제조업체는 서지 전류 범위에서 보호 성능을 보여주는 여러 전류 수준 (In에서 VPL, Imax에서 VPL)에서 VPL을 게시합니다.

적절한 VPL을 선택하려면 보호 장비 절연 수준 또는 임펄스 내전압을 알아야 합니다. 인버터 DC 입력 단자는 일반적으로 IEC 62109-2 요구 사항에 따라 6kV 임펄스를 견딥니다. 2500V VPL을 사용하는 유형 2 SPD는 배선 및 불확실성 요인의 전압 강하를 고려하여 적절한 보호 마진(6000V - 2500V = 3500V 안전 마진)을 제공합니다. VPL을 낮추면 보호 기능이 향상되지만 SPD MCOV가 여전히 최대 시스템 전압보다 적절한 마진을 제공하는지 확인합니다.

공칭 방전 전류(In)

공칭 방전 전류 (In)는 유형 2 분류 테스트 및 성능 검증에 사용되는 서지 전류 값을 정의합니다. 제조업체는 SPD가 지정된 한계를 초과하는 고장 또는 성능 저하없이 In 정격에서 최소 15 개의 서지 애플리케이션을 견딜 수 있음을 입증해야합니다. 이 다중 서지 테스트는 설치가 서비스 수명 동안 수많은 서지 이벤트를 경험하는 현실적인 조건에서 SPD 수명을 입증합니다.

PV 애플리케이션용 일반적인 유형 2 In 정격: 극당 5kA, 10kA, 15kA, 20kA, 30kA, 40kA. In 등급이 높을수록 에너지 처리 능력과 서비스 수명이 길어지지만 장치 크기와 비용이 증가합니다. 선택은 낙뢰 노출 평가와 서지 주파수를 고려한 원하는 서비스 수명에 따라 달라집니다. 뇌우 활동이 빈번한 고노출 지역에서는 In 등급이 높을수록 교체 빈도가 줄어드는 이점이 있습니다.

In과 최대 방전 전류(Imax)의 관계는 표준 비율을 따릅니다: Imax = 2 × In. 이 관계는 20kA 유형 2 SPD가 서지 전류 변동성에 대한 적절한 마진을 입증하는 40kA 최대 전류에서 테스트를 견뎌야 함을 의미합니다. 일부 제조업체는 테스트 보고서에 문서화 된 추가 안전 마진을 제공하는 최소 2 배 요구 사항을 초과하여 테스트합니다.

⚠️ 중요: 인 정격만으로는 총 에너지 용량을 결정할 수 없으며 파형 지속 시간이 총 에너지 흡수에 결정적인 영향을 미칩니다. 유형 2 디바이스의 In 등급보다 Iimp가 낮은 유형 1 디바이스는 10/350μs 파형의 지속 시간이 길기 때문에 더 많은 총 에너지를 처리할 수 있습니다. 특정 애플리케이션에 대해 유형 1과 유형 2 등급 중에서 선택할 때 에너지 등급(kJ 단위로 측정)을 비교하세요.

유형 1과 유형 2 비교 분석

에너지 처리 능력의 차이

유형 1과 유형 2 분류의 근본적인 차이는 표준화된 테스트를 통해 입증된 에너지 처리 능력이 크게 다르다는 데서 비롯됩니다. 유형 1 장치는 유형 2의 8/20μs 파형보다 암페어당 약 10배 더 많은 에너지를 전달하는 10/350μs 파형으로 테스트합니다. 25kA 유형 1 SPD는 약 250kJ의 총 에너지를 처리하는 반면 40kA 유형 2는 80kJ 만 처리하지만 피크 전류 정격이 더 높지만 유형 2는 총 에너지를 덜 흡수합니다.

표준 공식을 사용하여 비에너지(임피던스 옴당 에너지)를 계산합니다: W/R = 0.5 × I² × t 여기서 I는 피크 전류이고 t는 유효 지속 시간입니다. 25kA에서 10/350μs 파형의 경우: W/R ≈ 250kJ/Ω. 40kA에서 8/20μs 파형의 경우: W/R ≈ 80kJ/Ω. 이 3배의 에너지 차이는 유형 1 장치가 유형 2 장치보다 더 큰 배리스터 디스크, 더 견고한 단자 연결, 더 무거운 인클로저를 사용하는 이유를 설명합니다.

실질적인 의미: 도체 임피던스, 업스트림 SPD 조정 또는 직접 번개 노출로부터 보호하여 서지 에너지가 감쇠 된 위치에 적합한 유형 2 SPD. 감쇠되지 않은 직접 타격 에너지가 발생할 가능성이 있는 노출된 위치에는 유형 1 SPD가 필수입니다. 많은 설치에서 어레이 원점(최대 노출)에서 유형 1을 인버터 입력(보호 위치)에서 유형 2와 조정하여 보호 효과와 비용 최적화의 균형을 맞추는 유형 1을 사용합니다.

비용 및 크기 트레이드 오프

유형 2 SPD는 일반적으로 부품 요구 사항 감소와 간단한 구조를 반영하여 등가 전압 유형 1 장치의 40-60% 비용이 듭니다. 1000V PV 시스템용 표준 유형 2 SPD의 가격은 정격 및 제조업체에 따라 $150-300입니다. 유사한 유형 1 장치는 $400-700입니다. 여러 개의 SPD가 필요한 대규모 설치의 경우 이러한 비용 차이는 프로젝트 예산에 큰 영향을 미치므로 각 위치에서 유형 1 기능이 진정으로 필요한지 여부를 신중하게 분석해야 합니다.

공간 제약이 있는 컴바이너 박스 및 인버터 인클로저에서는 물리적 크기 차이도 중요합니다. 유형 2 SPD는 정격 및 극 수에 따라 표준 DIN 레일에서 약 40-60mm 폭을 차지합니다. 유형 1 장치는 등가 전압 정격에 대해 60-100mm 폭이 필요합니다. 스트링 레벨 SPD를 설치하는 8-스트링 컴바이너에서 유형 1 대신 유형 2를 사용하면 160-320mm DIN 레일 공간을 절약할 수 있으므로 더 작고 저렴한 인클로저를 사용할 수 있습니다.

무게 고려 사항은 하중 지지 용량이 제한될 수 있는 옥상 컴바이너 박스에 설치하는 데 영향을 줍니다. 유형 2 SPD의 무게는 각각 200-400g이고 유형 1 장치의 무게는 500-1000g입니다. 8줄 설치: 유형 2 총 무게 1.6-3.2kg 대 유형 1 무게 4-8kg. 2~5kg의 차이는 노후화된 지붕 구조물에 여러 개의 컴바이너 박스를 설치하는 경우 구조 엔지니어링 검토가 필요한 추가 사하중을 고려할 때 중요합니다.

애플리케이션 경계 가이드라인

다음과 같은 경우 유형 1 SPD를 사용합니다:
- 직접 번개가 치면 감쇠되지 않은 에너지가 유입될 수 있는 어레이 원점에 설치하기
- 노출이 많은 지역(산 정상, 해안가, 주변에 구조물이 없는 평원)에 위치한 시스템
- 국부 번개 지상 섬광 밀도가 연간 5번의 섬광/km²/년을 초과하여 극심한 노출을 나타냅니다.
- 관할 당국(AHJ)은 현지 개정안에 따라 특정 위치에 대해 유형 1을 의무화합니다.
- 보호되는 장비는 교체 비용이 매우 높아(>$100k) 최대 보호 투자를 정당화합니다.

다음과 같은 경우 유형 2 SPD를 사용합니다:
- 도체 임피던스가 감쇠를 제공하는 인버터 DC 입력에 설치하는 경우
- 위치는 업스트림 유형 1 SPD 조정을 통한 2단계 보호입니다.
- 중간 노출 지역(교외, 도시에 차폐를 제공하는 높은 건물이 근처에 있는 경우)의 시스템
- 국부 번개 밀도 1-5번의 섬광/km²/년은 중간 정도의 활동을 나타냅니다.
- 비용 최적화를 우선시하고 위협 평가를 통해 기능 감소 지원

다음과 같은 경우 유형 1+유형 2의 조율된 접근 방식을 사용합니다:
- 포괄적인 보호 투자를 정당화하는 대규모 상업용 또는 유틸리티 규모 설치
- 손상 비용이 추가 SPD 비용을 초과하는 높은 장비 가치(>$50k 인버터)
- 다운타임을 용납할 수 없는 중요한 애플리케이션의 보호 안정성을 극대화해야 하는 경우
- 위협 평가는 직접 타격 위험(유형 1 필요)과 유도 서지 위험(유형 2 처리)을 모두 나타냅니다.

유형 2 보호 요소 기술

금속 산화물 배리스터(MOV) 특성

금속 산화물 배리스터는 비용 대비 성능 균형이 유리하기 때문에 대부분의 유형 2 DC SPD에서 기본 보호 소자를 형성합니다. MOV는 전압 의존적 저항을 나타내는 소결 산화 아연 세라믹을 사용합니다. 정상 작동 전압에서 매우 높은 저항(>1GΩ)이 서지 이벤트 중에 낮은 저항(1-10Ω)으로 전환됩니다. 이 비선형 I-V 특성은 외부 트리거링이나 제어 회로 없이도 자동 서지 전환을 제공합니다.

MOV 전압 정격 선택에 따라 클램핑 전압과 MCOV 기능이 결정됩니다. 제조업체는 표준화된 테스트 중에 디바이스를 통해 1mA 전류를 생성하는 전압인 배리스터 전압(V₁mA)으로 MOV를 지정합니다. V₁mA가 원하는 MCOV의 약 1.5-1.8배인 MOV를 선택하여 연속 작동 전압보다 적절한 마진을 확보하세요. 1000V MCOV 애플리케이션의 경우, 적절한 작동 마진을 제공하는 V₁mA 1500~1800V의 MOV를 지정합니다.

MOV 성능 저하는 서비스 수명에 영향을 미치는 주요 제한 사항입니다. 각 서지 이벤트는 국부적인 가열과 입자 경계 변형을 통해 소량의 배리스터 소재를 소모합니다. 누적된 에너지 흡수는 배리스터 전압을 점진적으로 감소시켜(디바이스는 점차 낮은 전압에서 전도됨) 결국 정상 작동 중에 디바이스가 전도되기 시작하는 지점에 도달하게 됩니다. 이러한 성능 저하는 누설 전류 증가 및 서지 용량 감소로 나타나며 완전한 고장 전에 SPD 교체가 필요합니다.

실리콘 애벌랜치 다이오드(SAD) 기술

실리콘 애벌런치 다이오드는 MOV보다 더 빠른 응답 시간과 더 엄격한 전압 클램핑을 제공하는 대체 보호 기술을 제공합니다. SAD는 1나노초 이내에 차단에서 전도 상태로 전환되므로(MOV의 경우 25~50ns) 빠르게 상승하는 서지 과도 전류에 대해 탁월한 보호 기능을 제공합니다. 클램핑 전압이 더 엄격하여(일반적으로 동급 MOV보다 10-15% 낮음) 최신 인버터의 민감한 전력 전자 장치를 더 잘 보호합니다.

SAD 기술의 가장 큰 단점은 장치 용량당 에너지 처리 능력이 낮다는 점입니다. 개별 SAD 칩은 고전류 타입 2 애플리케이션을 위해 병렬 어레이가 필요한 400W~수 kW 펄스 전력을 처리합니다. MOV는 단일 배리스터 디스크로 더 작은 패키지에서 동일한 성능을 달성합니다. 또한 SAD는 보호 줄당 비용이 더 높기 때문에 주로 저전류 애플리케이션이나 특수한 고성능 요구 사항에 경제적으로 적합합니다.

하이브리드 SPD 설계는 상호 보완적인 특성을 활용하는 MOV 및 SAD 기술을 결합합니다. 빠르게 작동하는 SAD는 엄격한 전압 클램핑으로 초기 서지 응답을 제공하는 반면, 고에너지 MOV는 SAD가 전도 임계값에 도달하면 대량의 서지 전류를 처리합니다. 이 하이브리드 접근 방식은 빠른 응답, 엄격한 클램핑, 적절한 에너지 용량을 단일 패키지로 제공하므로 MOV 전용 설계보다 20~40% 더 비싸지만 우수한 보호 성능을 제공합니다.

가스 방전관(GDT) 통합

가스 방전관은 단일 장치 전류 처리 능력이 가장 높지만(100kA+) 응답 시간이 느리고(100-300ns) 활성화 중 전압 오버슈트가 더 높습니다. GDT는 유형 2 SPD에서 유일한 보호 요소로 거의 나타나지 않지만 다단계 하이브리드 설계에 자주 통합됩니다. GDT는 초기 고전류 서지 위상을 처리하는 반면 MOV는 서지 테일 및 저진폭 과도 상태에 대한 빠른 미세 클램핑을 제공합니다.

GDT-MOV 하이브리드 SPD는 일반적으로 3단계 응답을 보여줍니다:
1. 서지 도착은 초기 전압 제한을 제공하는 MOV 전도를 트리거합니다.
2. 서지 전류 전압이 상승하면 GDT 이온화 및 아크가 형성됩니다.
3. GDT 아크는 서지 전류의 대부분을 전환하고 MOV는 잔류 전압을 제한합니다.

이 조정은 결합 된 이점을 제공합니다: GDT의 고전류 용량은 MOV가 전체 서지 에너지를 흡수하는 것을 방지하여 SPD 서비스 수명을 연장합니다. MOV의 빠른 응답은 GDT 이온화 지연 동안 전압 오버슈트를 방지합니다. 결과적으로 두 기술만 사용하는 것보다 더 엄격한 전압 제어로 더 오래 지속되는 보호 기능을 제공합니다.

🎯 프로 팁: 데이터시트 사양에만 의존하지 말고 실제 서지 테스트 결과가 기록된 제조업체 테스트 보고서를 요청하세요. 테스트 보고서에는 전류 범위에서의 VPL 변화, 전류 차단 기능, 여러 서지 적용 후 성능을 보여주는 에이징 테스트 결과 등 실제 성능이 나와 있습니다. 이러한 세부 사항은 기본 사양에서 드러나지 않는 품질 차이를 나타냅니다.

유형 2 인증 및 표준 준수

IEC 61643-31 테스트 요구 사항

IEC 61643-31은 유형 2 SPD가 분류 인증을 위해 통과해야 하는 포괄적인 테스트 시퀀스를 지정합니다. 테스트 프로토콜에는 작동 듀티 테스트, 열 안정성 검증, 단락 차단 기능, 전류 제한 준수 등이 포함됩니다. 제조업체는 유형 2 분류를 청구하기 전에 모든 요구 사항을 준수함을 입증하는 공인 테스트 실험실(TÜV, UL, Intertek 등)에 샘플을 제출합니다.

작동 듀티 테스트는 SPD가 공칭 방전 전류 (In)에서 15 개의 서지 애플리케이션과 최대 방전 전류 (Imax = 1 × In)에서 2 개의 서지를 견뎌야하는 기본 검증을 형성합니다. 이 테스트는 지정된 상승 시간 및 지속 시간 허용 오차로 8/20μs 전류 파형을 적용합니다. 테스트 후 SPD는 지정된 한계 내에서 VPL을 표시하고 눈에 보이는 손상, 추적 또는 과도한 누설 전류 증가를 나타내지 않아야합니다.

열 안정성 테스트는 높은 온도(통상 85°C)에서 장시간(최소 1000시간) 동안 최대 연속 작동 전압(MCOV)에서 SPD 작동을 검증합니다. 이 가속 노화 테스트는 배리스터 안정성을 확인하고 정상적인 전압 스트레스로 인한 열 영향이 조기 고장을 일으키지 않는지 검증합니다. 과도한 누설 전류 증가(초기 100% 초과) 또는 열 폭주를 보이는 디바이스는 인증에 불합격합니다.

UL 1449 제4판 요구 사항

미국 시설에서는 제품이 북미 안전 요건을 충족하도록 IEC 표준에 더해 UL 1449 인증을 지정하는 경우가 많습니다. UL 1449 4차 개정판은 전압 보호 등급(VPR) 범주를 설정합니다: 600V, 700V, 800V, 1000V, 1200V, 1500V, 1800V, 2000V, 2500V, 3000V, 4000V, 5000V 및 6000V. 이러한 VPR 값은 측정된 전압 보호 수준을 나타내지만 IEC VPL과는 다른 테스트 방법을 사용하므로 사양을 비교할 때 혼동을 일으킬 수 있습니다.

UL 1449는 시스템 오류 조건을 시뮬레이션하는 연속 과전압 (MCOV의 115%)에 노출 될 때 SPD 동작을 확인하는 비정상적인 과전압 테스트를 요구합니다. SPD는 고장없이 테스트를 견디거나 화재 위험, 개방 인클로저 또는 돌출 부품없이 안전 모드에서 실패해야합니다. 이 테스트는 점유 건물에서 SPD 고장에 대한 안전 문제를 해결하여 장치가 보호하는 서지 손상 이외의 추가 위험을 생성하지 않도록합니다.

또한 UL 인증은 사용 가능한 고장 전류에 노출되었을 때 안전하게 실패할 수 있는 SPD 기능을 테스트하는 단락 전류 정격(SCCR) 검증을 의무화합니다. PV 시스템은 병렬 스트링 어레이에서 잠재적으로 1000A를 초과하는 상당한 고장 전류를 전달할 수 있습니다. UL에 등재된 SPD는 최소 SCCR(일반적으로 PV 애플리케이션의 경우 5kA 또는 10kA)을 지정하며 지정된 정격까지 고장 전류가 발생할 때 안전한 고장 모드를 입증해야 합니다.

타사 인증 값

공인 시험 기관의 제3자 인증은 SPD 성능 주장에 대한 객관적인 검증을 제공합니다. 유형 2 분류를 주장하는 미인증 제품은 제조업체 사양에도 불구하고 잠재적으로 부적절한 보호 기능을 제공할 수 있는 기능에 대한 독립적인 증거가 부족합니다. 관할권을 가진 보험 회사 및 당국은 점점 더 인증된 SPD를 요구하고 있으며, 인증되지 않은 대체 제품은 사양에 관계없이 거부하고 있습니다.

SPD 명판이나 문서에서 인증 마크를 찾아보세요:
- IEC 61643: TÜV, VDE, CSA, Intertek 인증 마크
- UL 1449: UL 온라인 데이터베이스에서 확인할 수 있는 파일 번호가 포함된 UL 마크
- 지역 표준: CE 마크(유럽), CCC 마크(중국), PSE 마크(일본)

제조업체 적합성 인증서와 실제 측정된 성능을 문서화한 테스트 보고서를 요청하세요. 이러한 문서는 SPD가 최소 표준을 간신히 충족하는지 또는 성능 마진을 제공하는 요구 사항을 크게 초과하는지 여부를 나타냅니다. 일부 제조업체는 강력한 설계 마진을 입증하는 In 등급 이상의 전류에서의 성능을 보여주는 테스트 보고서(예: 1.5× In, 2× In에서의 테스트 결과)를 게시합니다.

유형 2 선택 매트릭스 및 지원 지침

시스템 전압 기반 선택

유형 2 SPD의 기본 선택 기준은 장치 전압 정격과 시스템 DC 전압 등급을 일치시킵니다. 직렬로 연결된 모듈 수, 개별 모듈 Voc 및 온도 계수 효과를 고려하여 스트링 구성에서 필요한 MCOV를 계산합니다. 계산된 최대 전압 위에 안전 마진(일반적으로 25%)을 추가하여 SPD가 전압 정격 한계 근처에서 작동하지 않도록 합니다.

600V급 시스템 (주거용, 소규모 상업용):
- 스트링 구성: 12~18개 모듈(각 40~50V)
- 최대 Voc: -25°C에서 600-750V
- 필수 MCOV: ≥850V
- 권장 유형 2: 1000V MCOV, 15-20kA In, VPL ≤2200V

1000V급 시스템 (상업용, 산업용):
- 스트링 구성: 20-28개 모듈 @ 각 40-50V
- 최대 Voc: -25°C에서 1000-1200V
- 필요한 MCOV: ≥1200V
- 권장 유형 2: 1500V MCOV, 20-30kA In, VPL ≤3000V

1500V급 시스템 (유틸리티 규모):
- 스트링 구성: 각 45-55V에서 28-36개 모듈
- 최대 Voc: -25°C에서 1500-1800V
- 필수 MCOV: ≥1800V
- 권장 유형 2: 2000V MCOV, 30-40kA In, VPL ≤4000V

번개 노출 기반 전류 정격

공칭 방전 전류(In) 선택은 등속 레벨(연간 뇌우 일수) 또는 지상 플래시 밀도(연간 km²당 스트라이크)를 통해 정량화된 예상 낙뢰 노출에 따라 달라집니다. 번개 활동이 높을수록 SPD 서비스 수명을 연장하고 교체 빈도를 줄이는 더 높은 In 등급을 정당화합니다.

낮은 노출 (뇌우 일수 0~20일/년, 섬광 횟수 2회/km²/년 미만): - 도시 지역, 인근에 차폐를 제공하는 높은 구조물이 있는 위치 - 유형 2 사양: In = 10-15kA - 예상 서비스 수명: 교체 주기 8-12년 - 비용 최적화: 최소 정격 사용 가능 보통 노출 (뇌우 발생 일수 20~40일/년, 섬광 2~5회/km²/년):
- 교외 지역, 적당한 고도, 일부 차폐 가능
- 유형 2 사양: In = 20kA
- 예상 서비스 수명: 교체 주기: 5~8년
- 균형: 중간 수준의 향상 대 비용 증가

고노출 (뇌우 일수/년 40일 이상, 섬광/km²/년 5회 이상):
- 시골 지역, 산 정상, 해안가, 최소한의 차폐가 필요한 위치
- 유형 2 사양: In = 30-40kA
- 예상 서비스 수명: 높은 등급의 경우에도 3~5년
- 고려하세요: 더 나은 보호를 위해 배열 원점에 1을 입력하세요.

다단계 조정 고려 사항

조정된 다단계 보호 시스템에서 유형 2 SPD를 지정할 때는 단계 간의 적절한 정격 관계를 확인하십시오. 업스트림 장치(일반적으로 어레이 원점의 유형 1)는 인버터 입력에서 다운스트림 유형 2 장치보다 더 높은 전류 정격을 지정해야 합니다. 이렇게 하면 강력한 업스트림 장치가 대량의 서지 에너지를 처리하고 다운스트림 장치가 잔류 과도 현상에 대한 미세한 보호를 제공하는 자연스러운 에너지 분배가 생성됩니다.

일반적인 조정 사양입니다:
- 업스트림(배열 원본): 유형 1, 50kA Iimp, 2000V VPL
- 최소 분리: 10m 도체 또는 15μH 인덕터
- 다운스트림(인버터 입력): 유형 2, 20kA 입력, 1800V VPL

전압 보호 레벨 관계를 확인하여 적절한 조정이 가능한지 확인합니다. 다운스트림 SPD는 더 낮은 VPL(1800V 대 2000V)을 지정하지만, 스테이지 간 도체 임피던스는 동시 전도를 방지합니다. 서지 이벤트 중에 업스트림 장치는 서지를 먼저 감지하고 대응하여 업스트림 용량을 초과하는 극한 이벤트를 제외하고 다운스트림 위치에 나타나는 전압을 다운스트림 SPD 활성화 임계값 이하 수준으로 제한합니다.

자주 묻는 질문

유형 1과 유형 2 서지 보호기의 주요 차이점은 무엇인가요?

근본적인 차이점은 다양한 테스트 파형을 통해 입증된 에너지 처리 용량에 있습니다. 유형 1 SPD는 직접 낙뢰를 시뮬레이션하는 10/350μs 임펄스 전류로 테스트하여 장치가 유형 2 장치보다 암페어당 10배 더 많은 에너지를 처리하도록 요구합니다. 유형 2 SPD는 인근 번개 또는 훨씬 적은 에너지 용량을 필요로하는 감쇠 된 직접 타격으로 인한 유도 서지를 나타내는 8 / 20μs 파형으로 테스트합니다.

유형 1 장치는 일반적으로 유형 2 장치보다 2~3배 더 비싸고 인클로저 공간을 50~70% 더 많이 차지합니다. 이러한 비용 규모 차이는 위협 평가에서 직접 번개 노출 가능성이 낮거나 업스트림 보호가 적절한 에너지 감쇠를 제공하는 것으로 확인된 경우 유형 2를 선호하게 만듭니다. 대부분의 PV 설치는 노출된 어레이 원점에서 유형 1을 사용하고 보호 인버터 위치에서 유형 2와 조정하여 최적화된 비용으로 심층 방어를 생성합니다.

분류는 설치 위치를 지시하지 않습니다. 낙뢰 위험 평가가이 결정을 뒷받침하는 경우 적절하게 선택된 유형 2 SPD는 어레이 원점을 포함하여 어디에나 설치할 수 있습니다. 그러나 보수적 인 설계 관행은 최대 노출 위치에 대해 유형 1을 지정하고 서지 특성이 유형 2 테스트 기능과 일치하는 보조 보호 단계에 대해 유형 2를 예약합니다.

태양광 어레이 원점에서 유형 1 대신 유형 2 SPD를 사용할 수 있나요?

낙뢰 위험 평가에서 직접 타격 가능성이 낮고 국부적 노출 특성으로 인해 주로 유도 서지 위협이 발생하는 경우 어레이 원점에 유형 2 SPD를 설치할 수 있습니다. 고층 건물로 둘러싸인 도시 옥상 설치는 직접 타격이 거의 발생하지 않으므로 어레이 원점 보호에 적합한 유형 2가 적합합니다. 마찬가지로 어레이 도체에 직접 부착되지 않도록 적절하게 설계된 외부 낙뢰 보호 시스템(공기 단자, 다운 컨덕터)이 있는 어레이는 유형 1 대신 유형 2를 지정할 수 있습니다.

그러나 대부분의 전기 엔지니어는 보수적인 설계 관행과 잠재적인 인버터 교체 비용(규모에 따라 $5,000-50,000)에 비해 상대적으로 적은 비용 차이(위치당 $200-400)를 인식하여 어레이 원점에 유형 1을 지정합니다. 강화된 보호 기능으로 안심하고 사용할 수 있으며 노출된 위치에서 “최대 가용 보호'를 기대하는 보험 요건을 충족할 수 있습니다.

어레이 원점에 유형 1이 아닌 유형 2를 지정하는 경우 결정 근거를 문서화합니다. IEC 62305-2에 따라 낙뢰 위험 평가를 수행하여 연간 예상되는 위험 이벤트 빈도를 계산합니다. 계산된 위험이 허용 임계값(일반적으로 25년 시스템 수명 동안 10% 미만 확률) 미만으로 유지되는 경우, 유형 2 사양은 기술적으로 정당화됩니다. 보험 청구 또는 고장 조사를 위한 실사를 입증하는 평가 문서를 보관합니다.

600V 태양광 시스템에는 어떤 MCOV 등급을 지정해야 하나요?

600V 공칭 태양 광 시스템의 경우 온도 보상 개방 회로 전압 극단을 고려하여 최소 850V MCOV가있는 유형 2 SPD를 지정하십시오. 실제 필요한 MCOV는 최소 온도에서 문자열 Voc × 온도 계수 × 1.25 안전 계수에서 계산합니다. -0.28%/°C 계수의 모듈을 사용하는 일반적인 600V 시스템의 경우: 600V × 1.20(-25°C에서) × 1.25 = 최소 900V MCOV.

600V 시스템용 표준 유형 2 SPD는 계산된 최소 900V 이상의 편안한 마진을 제공하는 1000V MCOV를 지정합니다. 이 마진은 전압 측정 불확실성, 모듈 제조 공차, 부분 음영 또는 모듈 불일치로 인한 잠재적 과전압을 고려합니다. 계산된 요구 사항과 정확히 일치하는 MCOV 등급을 지정하지 마십시오. 마진이 충분하지 않으면 만성 전압 스트레스로 인한 조기 SPD 성능 저하로 이어집니다.

더 높은 전압에서 전도되는 배리스터 소자는 비례적으로 더 높은 레벨에서 클램핑되기 때문에 일반적으로 더 높은 MCOV 등급은 더 높은 전압 보호 레벨(VPL)을 생성합니다. 600V 시스템의 경우, MCOV가 1000V인 SPD의 경우 일반적인 VPL 범위는 1800~2200V입니다. 이 VPL은 상당한 안전 마진으로 표준 인버터 절연 정격(IEC 62109에 따른 6kV 임펄스 내성)에 대한 적절한 보호 기능을 제공합니다.

유형 2 SPD가 고장 나서 교체가 필요한지 어떻게 알 수 있나요?

대부분의 최신 유형 2 SPD에는 장치 상태를 표시하는 시각적 상태 표시기(LED 표시등 또는 기계식 플래그)가 포함되어 있습니다. 녹색 표시기는 정상 작동을 나타내며 빨간색, 노란색 또는 어두운 표시기는 즉시 교체가 필요한 고장 또는 성능 저하를 나타냅니다. 정기 유지보수 시 분기별로 상태 표시기를 확인하여 유지보수 로그에 장치 상태를 기록하세요.

일부 고장은 상태 표시기를 즉시 트리거하는 주요 서지 이벤트 후 갑자기 발생합니다. 다른 고장은 누적된 서지 노출 또는 노화를 통해 서서히 누설 전류 및 VPL 드리프트가 증가하면서 점진적으로 발생합니다. 휴대용 서지 발생기를 사용하여 매년 전기 테스트를 수행하면 상태 표시기에 고장이 나타나기 전에 성능 저하를 감지할 수 있으므로 사후 대응적인 비상 대응이 아닌 사전 예방적인 교체가 가능합니다.

추가 고장 징후로는 물리적 외함 손상(균열, 화상 자국, 변색), 과열을 암시하는 비정상적인 냄새, 열화상 검사 중에 감지된 작동 온도 상승, 상태 표시기가 반복적으로 순환하여 나타나는 성가신 활성화가 있습니다. 이러한 징후가 있으면 상태 표시기에 고장이 표시되지 않았더라도 즉시 SPD를 교체해야 합니다. 고장난 SPD는 서지 보호 기능을 제공하지 않아 장비가 손상될 수 있습니다.

태양광 설비에서 유형 2 SPD의 일반적인 서비스 수명은 어떻게 되나요?

유형 2 SPD 서비스 수명은 달력 시간이 아닌 누적 서지 노출에 따라 달라집니다. 번개 활동이 적은 지역(도시, 낮은 등전위)에 설치하는 경우 교체가 필요하기 전에 10-15년 동안 작동할 수 있습니다. 노출이 많은 지역(시골, 산 정상, 뇌우 빈도가 높은 지역)은 동일한 SPD 사양에도 불구하고 3~5년마다 교체해야 할 수 있습니다.

제조업체는 교체가 필요하기 전에 SPD가 처리 할 수있는 누적 서지 에너지를 나타내는 총 에너지 흡수 용량 (kJ 단위로 측정)을 지정합니다. 20kA 유형 2 SPD는 총 용량을 100kJ로 지정할 수 있습니다. 각 서지 이벤트는이 용량의 일부를 소비합니다. 10 / 8μs 파형에서 20kA 서지는 약 25kJ를 소비하고 75kJ의 남은 용량을 남깁니다. 네 번의 유사한 이벤트가 발생한 후 SPD는 교체가 필요한 유효 수명에 도달합니다.

제조업체 권장 서비스 수명(일반적으로 10년)에 따라 사전 예방적으로 교체하면 예기치 않은 고장을 방지하는 보수적인 접근 방식을 제공합니다. 일부 설치에서는 매년 조건 기반 교체 테스트 SPD를 구현하고 초기 정격에서 10% 이상의 VPL 성능 저하를 보이거나 누설 전류가 100% 이상으로 증가하는 장치를 교체합니다. 이 조건 기반 접근 방식은 교체 시기를 최적화하여 기능 장치의 조기 폐기를 방지하는 동시에 장애로 인한 가동 중단을 방지합니다.

동일한 PV 시스템에서 유형 1 및 유형 2 SPD를 혼합할 수 있나요?

조정 된 다단계 보호에서 유형 1 및 유형 2 SPD를 혼합하는 것은 비용 대비 보호 효과를 최적화하는 표준 산업 관행을 나타냅니다. 일반적인 구성은 어레이 원점 (최대 노출)에 유형 1 SPD를 설치하고 인버터 입력 (보호 위치)에 유형 2 SPD와 조정하여 심층적 인 방어를 생성합니다. 유형 1은 직접 타격 에너지를 처리하고 유형 2는 잔류 과도 현상에 대한 최종 보호 단계를 제공합니다.

적절한 조정을 위해서는 SPD 단계 사이에 최소 10m의 도체 분리 또는 이에 상응하는 디커플링 인덕턴스가 필요하므로 업스트림 장치가 다운 스트림 장치보다 먼저 활성화됩니다. 이러한 분리를 통해 더 높은 등급의 업스트림 SPD가 대량 서지 전류를 전환하고 더 낮은 등급의 다운스트림 SPD가 도체 임피던스 강하 후 잔류 전압을 처리하는 자연스러운 에너지 분배가 가능합니다. 두 장치 모두 서지 전류 제어를 위해 경쟁하지 않고 전체 보호에 기여합니다.

전압 보호 수준(VPL) 관계가 적절한 조정 계층 구조를 지원하는지 확인합니다. 직관적이지 않지만 도체 임피던스가 업스트림 활성화가 먼저 발생하도록 보장하기 때문에 다운스트림 SPD는 일반적으로 업스트림 장치보다 낮은 VPL을 지정합니다. 서지 이벤트 발생 시: 업스트림 SPD가 VPL(예: 2000V)에 클램핑되고 도체 임피던스가 추가 전압을 떨어뜨리면 다운스트림 SPD는 활성화 임계값 아래로 전압이 감소하는 것을 볼 수 있습니다. 이 조정된 작동은 높은 에너지 용량과 엄격한 전압 클램핑을 결합한 최적의 보호 기능을 제공합니다.

유형 2 DC SPD에는 어떤 인증이 필요합니까?

전문 PV 설치에 대한 최소 인증 요건에는 공인 시험소(TÜV, VDE, CSA, Intertek 등)에서 검증한 IEC 61643-31 준수 및 미국 프로젝트에 대한 UL 1449 제4판 목록이 포함됩니다. 이러한 인증은 SPD가 유형 2 분류에 대한 표준화된 테스트 요구 사항을 충족하고 장치가 고장 시 추가적인 위험을 초래하지 않도록 하는 안전 표준을 충족함을 입증합니다.

기타 가치 있는 인증에는 다음이 포함됩니다: 제조업체가 일관된 생산 공정을 유지하고 있음을 증명하는 ISO 9001 품질 관리 시스템 인증, 제한 물질 준수 여부를 확인하는 환경 인증(RoHS, REACH), 설치 위치에 따라 필요한 경우 지역 마크(유럽의 경우 CE, 중국의 경우 CCC)가 있습니다. 일부 사양에서는 해안가 설치에 대한 염수 분무 저항성 또는 극한 기후 지역의 확장 온도 테스트와 같이 최소 인증 이상의 특정 테스트를 요구하기도 합니다.

인증 마크에만 의존하지 말고 측정된 성능을 문서화한 제조업체 적합성 인증서 및 실제 테스트 보고서를 요청하세요. 테스트 보고서를 통해 SPD가 최소 기준을 간신히 충족하는지 또는 요구 사항을 크게 초과하여 성능 마진을 제공하는지 여부를 알 수 있습니다. 테스트 결과가 표시된 것을 찾아보세요: 여러 전류 레벨(In, 1.5×In, 2×In)에서의 VPL, 전류 차단 기능, 15회 서지 적용 후 노화 테스트 결과, 장기적인 신뢰성을 입증하는 열 안정성 데이터 등을 확인합니다.

결론

유형 2 DC 서지 보호 장치 사양은 최적화 된 비용으로 효과적인 태양 광 시스템 보호를 보장하는 중요한 선택 기준을 제공합니다. IEC 61643-31 분류 표준, 테스트 파형 특성, 전압 보호 수준 요구 사항 및 공칭 방전 전류 정격을 이해하면 엔지니어는 불필요한 과잉 사양 없이 설치 위협 수준에 맞는 적절한 SPD 기능을 지정할 수 있습니다.

주요 요점:
1. 유형 2 분류는 유형 1의 10 / 350μs 직접 타격 시뮬레이션보다 적은 에너지 용량이 필요한 유도 서지 특성을 나타내는 8 / 20μs 파형의 SPD를 테스트합니다.
2. MCOV 정격은 바리스터 소자 성능 저하로 인한 지속적인 전압 스트레스를 방지하기 위해 최대 시스템 전압을 25% 최소 마진으로 초과해야 합니다.
3. 전압 보호 수준(VPL)에 따라 실제 보호 효과 결정 - VPL이 낮을수록 장비 보호 효과는 향상되지만 제조 공차가 더 엄격해야 합니다.
4. 공칭 방전 전류(In) 선택은 낙뢰 노출 평가에 따라 달라지며, 높은 정격은 활동성이 높은 위치에서 서비스 수명을 연장합니다.
5. 유형 1 및 유형 2 SPD는 업스트림 유형 1이 직접 타격을 처리하고 다운 스트림 유형 2가 장비 수준의 미세 보호를 제공하는 다단계 보호 시스템에서 효과적으로 조정됩니다.

적절한 유형 2 SPD 사양을 선택하려면 보호 요구 사항, 비용 제약 및 설치별 위협 평가의 균형을 맞춰야 합니다. 더 높은 정격을 사용하는 보수적인 사양은 향상된 보호와 더 긴 서비스 수명을 제공하지만 초기 투자가 증가합니다. 최적화된 사양은 SPD 기능을 실제 예상되는 위협과 일치시켜 불필요한 비용을 없애는 동시에 25년 시스템 운영 수명 동안 적절한 보호를 유지합니다.

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태양광 프로젝트에 규정을 준수하는 유형 2 DC SPD를 지정할 준비가 되셨나요? 애플리케이션별 SPD 선택 지원, 조정 분석 및 인증 검증을 통해 서지 보호 사양이 성능 요구 사항과 해당 표준을 모두 충족하는지 확인하려면 당사의 보호 엔지니어링 팀에 문의하세요.

마지막 업데이트: 2025년 12월
작성자: SYNODE 기술팀
검토자가 검토했습니다: 서지 보호 엔지니어링 부서