DC SPD Class I, Class II 및 Class III 설명: 태양광(PV) 서지 보호를 위한 실무 가이드

Class I, Class II 및 Class III 서지 보호 장치(SPD)에 대한 실무 가이드

DC 서지 보호 장치(SPD) 태양광 발전 시스템의 DC 측에 사용되어 인버터, 모니터링 장비, 접속반 및 기타 민감한 부품이 손상되기 전에 과도 과전압을 제한하고 서지 전류를 우회시킵니다. 그러나 다음과 같은 표시는 클래스 I, 클래스 II, In, Imax, Up 및 Iscpv 종종 오해를 받기도 합니다.

이 가이드는 DC SPD 등급(Class I, Class II, Class III)을 설명하고 일반적인 1000V DC 태양광 SPD 명판을 해석하는 방법을 보여줍니다.

주요 내용

• Class I, Class II 및 Class III는 제품의 품질 등급이 아닌 SPD 시험 등급을 나타냅니다.
• Class I은 일반적으로 Type 1 SPD 및 10/350 μs 낙뢰 전류 파형과 관련이 있습니다.
• Class II는 일반적으로 Type 2 SPD 및 8/20 μs 서지 전류 파형과 관련이 있습니다.
• Class III은 일반적으로 Type 3 정밀 보호 및 조합 파형 테스트와 관련이 있습니다.
• Ucpv, In, Imax, Up 및 Iscpv는 서로 다른 전기적 특성을 설명하며 상호 교환할 수 없습니다.
• Class II SPD를 직격뢰 전류에 대한 보호 장치로 자동 간주해서는 안 됩니다.

SPD 등급(Class)은 무엇을 의미합니까?

단어 등급(Class) SPD의 등급은 일반적으로 테스트 분류를 의미합니다. 이는 Class I이 프리미엄 품질 제품이고 Class II가 저품질 제품임을 의미하지 않습니다. 또한 절연 등급이나 IP 외함 등급을 설명하는 것도 아닙니다.

이러한 SPD 등급을 피뢰 시스템 등급인 LPS I, II, III 및 IV와 혼동해서는 안 됩니다. 두 시스템은 유사한 로마 숫자를 사용하지만 서로 다른 대상을 설명합니다.

Class I / Type 1 DC SPD

Class I 또는 Type 1 SPD는 고에너지 낙뢰 전류 성분을 처리하도록 설계되었습니다. 주요 테스트 파형은 일반적으로 10/350 μs입니다. 전류가 급격히 상승한 후 비교적 긴 시간에 걸쳐 감쇠하므로, 동일한 피크 전류를 가진 일반적인 8/20 μs 서지보다 훨씬 더 높은 에너지를 임펄스에 전달합니다.

PV 설비에 외부 피뢰 시스템이 있거나, 필요한 이격 거리를 유지할 수 없거나, 낙뢰 전류가 피뢰 구역 경계를 넘어 전기 설비로 유입될 수 있는 경우에는 Type 1 또는 Type 1+2 보호 장치를 평가해야 합니다.

주요 Type 1 매개변수는 일반적으로 다음과 같습니다. Iimp. 단순히 큰 Imax 값만으로는 해당 SPD가 Type 1 용도에 적합하다고 단정할 수 없는데, 이는 Imax가 일반적으로 8/20 μs 파형과 관련되어 있기 때문입니다.

Class II / Type 2 DC SPD

Class II는 일반적으로 8/20 μs 전류 파형으로 테스트된 Type 2 SPD에 해당합니다. 이는 유도 낙뢰 서지 및 스위칭 과도 전압으로부터 보호하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 등급입니다. PV 컴바이너 박스, DC 배전 장비 및 인버터 DC 입력부.

Type 2 SPD는 조정된 보호 시스템의 일부로서 Type 1 SPD의 하단에 설치될 수도 있습니다. 제품이 Type 1 또는 Type 1+2로 테스트 및 선언되지 않은 경우, 직격뢰 전류 피뢰기로 마케팅해서는 안 됩니다.

Class III / Type 3 SPD

Class III 또는 Type 3 SPD는 민감한 장비 근처에서 정밀한 보호 기능을 제공합니다. 이들은 일반적으로 1.2/50 μs 개방 회로 전압 파형과 8/20 μs 단락 전류 파형을 사용하는 복합 파형 발생기를 사용하여 평가됩니다.

Type 3 장치는 일반적으로 상단에 설치된 Type 1 또는 Type 2 보호 장치와 함께 작동합니다. 이 장치들은 유입되는 서지 에너지를 단독으로 완전히 흡수하도록 설계되지 않았습니다.

1000 V DC SPD 명판 읽는 법

Ucpv: 1000 V DC

Ucpv 태양광(PV) SPD의 최대 연속 동작 전압입니다. 이는 제조사가 명시한 조건 하에서 SPD에 지속적으로 인가될 수 있는 가장 높은 DC 전압을 의미합니다.

선택된 Ucpv는 예상되는 최저 온도에 대해 보정한 후의 최대 PV 어레이 개방 회로 전압보다 낮아서는 안 됩니다. 모듈의 Voc는 온도가 낮아질수록 상승하므로, “1000 V DC” 시스템이라고 해서 한랭 기후에서의 최대 전압을 확인하지 않고 1000 V Ucpv SPD를 바로 사용할 수는 없습니다.

클래스 II

이 표시는 Class II 테스트 및 일반적으로 Type 2 적용을 나타냅니다. 이는 주로 8/20 μs 파형으로 표현되는 유도 서지 및 개폐 서지를 다룹니다. 이는 제품의 품질이나 단락 용량을 설명하는 것은 아닙니다.

In: 20 kA

In 는 공칭 방전 전류이며, 일반적으로 Type 2 SPD의 경우 8/20 μs 파형으로 규정됩니다. 이는 표준 시험 순서에 사용되며, 명시된 시험 조건 하에서 반복 가능한 서지 전류 성능을 나타내는 중요한 지표입니다.

Imax: 40 kA

Imax 최대 방전 전류이며, 일반적으로 8/20 μs 파형과 관련이 있습니다. 이는 더 높은 제한 방전 값이며, SPD가 반복적으로 견딜 수 있는 전류로 해석되어서는 안 됩니다.

In과 Imax는 관련 파형을 고려하지 않는 한 Iimp와 직접 비교해서는 안 됩니다. 10/350 μs 낙뢰 전류 임펄스는 동일한 피크 값을 가진 8/20 μs 임펄스보다 훨씬 더 많은 에너지를 포함합니다.

Up: 4.0 kV

Up 전압 보호 레벨입니다. 이는 지정된 테스트 조건 하에서 SPD가 전압을 제한하는 수준을 나타냅니다. Up은 보호 대상 장비의 임펄스 내전압과 조정되어야 합니다.

더 낮은 Up은 보호 마진을 향상시킬 수 있지만, Up만으로 평가해서는 안 됩니다. Ucpv는 PV 시스템에 충분히 높게 유지되어야 하며, 서지 발생 시 도체 인덕턴스가 전압을 추가하므로 설치 도체 길이를 최소화해야 합니다.

Iscpv: 10 kA

Iscpv SPD의 PV 단락 전류 정격입니다. 이는 서지 방전 정격이 아닙니다. 이는 제조업체가 선언한 조건 하에서 SPD 및 해당 차단 장치가 적합한 예상 PV 단락 전류를 설명합니다.

이 값은 DC 태양광 시스템에서 특히 중요한데, 이는 고장 난 SPD가 위험한 DC 아크를 지속하지 않고 안전하게 차단되어야 하기 때문입니다.

5%–95% 상대 습도

이는 일반적으로 허용되는 상대 습도 범위를 나타냅니다. 비응축 작동, 부식, 결빙 및 고도와 같은 조건에 대해서는 전체 데이터 시트를 확인해야 합니다.

−40°C ~ +85°C

이는 명시된 온도 범위입니다. 옥외 결합기 함(combiner box)이나 외함 내부에 설치된 장비의 경우, 내부 캐비닛 온도가 주변 기온보다 상당히 높을 수 있습니다.

실내용 및 IP20

IP20은 손가락 접근 및 특정 고체 물체에 대한 기본적인 보호를 제공하지만, 두 번째 숫자인 “0”은 방수 보호 기능이 명시되지 않았음을 의미합니다. IP20 SPD는 비에 직접 노출되어서는 안 됩니다. 옥외 태양광 애플리케이션에는 환경 조건에 적합한 외함이 필요합니다.

태양광 시스템에서 DC SPD는 어디에 설치됩니까?

DC SPD는 일반적으로 PV 결합함(combiner box) 내부와 인버터 DC 입력단 근처에 설치됩니다. 적절한 수량과 위치는 시스템 레이아웃, 케이블 배선, 피뢰 설계 개념, 접지 방식 및 장비 내전압 수준에 따라 달라집니다.

DC 케이블이 긴 경우 양단에 조정된 SPD가 필요할 수 있습니다. 최종 배치 및 조정은 단일 장치에 대한 보편적인 규칙이 아닌, 적용 가능한 설치 설계 및 IEC 61643-32 표준을 따라야 합니다.

Type 1, Type 2 또는 Type 1+2 중 무엇을 선택해야 합니까?

다음의 경우 Type 1 또는 Type 1+2를 고려하십시오:

• 건물에 외부 피뢰 시스템이 설치된 경우.
• 필요한 이격 거리를 유지할 수 없는 경우.
• 낙뢰 전류가 PV 배선으로 유입되거나 LPZ 경계를 넘을 가능성이 있는 경우.
• 프로젝트 위험 평가에는 낙뢰 전류 방전 용량이 요구됩니다.

다음의 경우 Type 2를 고려하십시오:

• 주요 위험이 유도뢰 또는 개폐 서지 전압인 경우.
• SPD가 상위 Type 1 장치의 하단에 설치되는 경우.
• PV 접속반 또는 인버터 입력단에 직접적인 낙뢰 전류 부하가 없는 국부적 서지 보호가 필요한 경우.

최종 선정 시에는 라벨에 표기된 가장 큰 kA 수치뿐만 아니라 Ucpv, 해당되는 경우 Iimp, In, Imax, Up, Iscpv, 보호 모드, 접지 시스템, 백업 보호 및 인증을 항상 고려해야 합니다.

DC SPD 선정 시 흔히 발생하는 실수

1. Class II를 품질 등급으로 오인하는 경우. 이는 테스트 등급일 뿐이며, 제품이 2등급(second grade)이라는 의미가 아닙니다.
2. 파형을 고려하지 않고 정격 전류를 비교하는 것. 8/20 μs에서의 40 kA는 10/350 μs에서의 40 kA와 동일하지 않습니다.
3. Iscpv와 서지 전류를 혼동하는 것. Iscpv는 태양광(PV) 단락 조건과 관련이 있으며, In과 Imax는 서지 방전과 관련이 있습니다.
4. 공칭 시스템 전압만으로 Ucpv를 선정하는 것. 저온에서의 Voc(개방 전압)를 반드시 계산해야 합니다.
5. 도체 길이를 무시하는 것. SPD 연결 길이가 길어지면 보호 대상 장비에 가해지는 유효 전압이 증가합니다.
6. IP20 등급 장비를 외함 없이 옥외에 설치하는 행위. IP20 등급은 방수 기능을 제공하지 않습니다.
7. Type 1 성능이 요구되는 곳에 Type 2를 사용하는 경우. 직격뢰 위험이 있는 경우 올바른 시험 등급과 시스템 설계가 필요합니다.

결론

올바른 DC SPD 선정은 종합적인 엔지니어링 결정입니다. SPD는 적절한 연속 동작 전압, 올바른 시험 등급, 충분한 방전 용량, 적절한 전압 보호 수준 및 충분한 PV 단락 안전성을 갖추어야 합니다.

예시 명판에서 Class II는 Type 2 적용을 의미하며, In 20 kA와 Imax 40 kA는 8/20 μs 서지 전류 성능을 나타내고, Up 4.0 kV는 전압 보호 수준이며, Iscpv 10 kA는 PV 단락 전류 정격입니다. 이 값들은 서로 대체될 수 없습니다.

PV 시스템을 위한 DC SPD 선정에 도움이 필요하십니까? 문의해 주십시오. 쿠앙야 귀하의 최대 시스템 전압, 모듈 스트링 구성, 최소 현장 온도, 설치 위치, 접지 방식 및 피뢰 설비 조건을 알려주십시오. 해당 애플리케이션에 적합한 Type 1, Type 2 또는 Type 1+2 모델을 추천해 드릴 수 있습니다.

자주 묻는 질문

Class I과 Class II DC SPD의 차이점은 무엇입니까?

Class I (Type 1) DC SPDs are tested with a 10/350 μs lightning-current impulse and are intended for installations where partial lightning current may enter the PV system. Class II (Type 2) DC SPDs are tested with an 8/20 μs waveform and mainly protect against induced lightning and switching surges.

Can a Type 2 SPD protect a PV system from direct lightning?

A Type 2 SPD is not automatically suitable for direct-lightning-current duty. Where lightning current can enter the installation, use a properly tested Type 1 or Type 1+2 SPD as required by the lightning protection and risk assessment.

How do I choose Ucpv for a DC SPD?

Choose a Ucpv rating that is not lower than the PV array maximum open-circuit voltage after correcting module Voc for the lowest expected site temperature. Also verify the inverter voltage limit and the manufacturer’s installation requirements.

Where should DC SPDs be installed?

Typical locations include PV combiner boxes and inverter DC inputs. Long cable routes or lightning protection zone boundaries may require coordinated SPDs at more than one location.

Standards Referenced

• IEC 61643-31 — Requirements and test methods for SPDs for photovoltaic installations.
• IEC 61643-32 — Selection and application principles for SPDs connected to the DC side of photovoltaic installations.