치명적인 장애를 초래하는 10가지 DC 보호 배선 실수: 엔지니어를 위한 가이드

열화상 카메라 렌즈를 통해 본 상자는 재난 지역이었습니다. 옥상 주변 온도는 40°C(104°F)에 달했지만 컴바이너 내부의 단자는 350°C(180°F)의 무서운 온도로 빛나고 있었습니다. 사후 분석 결과 근본 원인은 부적절하게 조여진 단자 러그로 밝혀졌습니다. 2년간의 매일의 열 순환(태양열로 인한 팽창과 수축)으로 인해 연결부가 점차 느슨해졌습니다. 이로 인해 소형 발열체처럼 작동하는 고저항 지점이 생겨 전체 어셈블리가 치명적인 화재 직전까지 부품을 서서히 익혔습니다.

이 시나리오는 제 세계입니다. 선임 애플리케이션 엔지니어로서 저는 이와 같은 장애를 조사해 달라는 요청을 수십 번 받았습니다. 어려운 진실은 태양광 기술이 그 어느 때보다 안정적이기는 하지만 직류(DC)의 독특한 물리학은 용서할 수 없다는 것입니다. 건물에 전력을 공급하는 교류(AC)와 달리 직류는 자체 아크가 자연 소멸되지 않기 때문에 잘못 다루면 훨씬 더 위험합니다.

좋은 소식은 이러한 장애는 거의 대부분 예방할 수 있다는 것입니다. 이러한 오류는 특별한 현상에서 비롯된 것이 아니라 설계 및 설치 단계에서 흔히 저지르는 몇 가지 근본적인 실수에서 비롯됩니다. 이 가이드는 제가 매년 현장에서 보는 10가지 실수를 정리한 것입니다. 이러한 개념을 숙지하면 시스템의 안전과 수명을 보장할 뿐만 아니라 이 업계에서 진정한 전문가로 거듭날 수 있습니다.

실수 #1: 에서 AC 장치 사용 DC 회로

이는 신규 설치자가 할 수 있는 가장 흔하고 위험한 실수입니다. 트럭에서 표준 AC 정격 회로 차단기를 가져와 DC 컴바이너 박스에 설치하는 것은 재앙의 지름길입니다.

실수: 차단기는 차단기라고 가정합니다. 설치자는 종종 더 저렴하거나 더 쉽게 구할 수 있다는 이유로 DC 회로에 AC 등급 퓨즈, 차단기 또는 스위치를 사용합니다.

위험한 이유 교류와 직류는 근본적으로 다릅니다. AC 전류는 초당 120회(60Hz 시스템에서) 0을 통과합니다. 이 “제로 크로싱” 순간은 과전류 보호 장치가 접점이 열릴 때 형성되는 전기 아크를 소멸시킬 수 있는 기회를 제공합니다. 반면 DC 전류는 연속적이고 끊임없는 흐름입니다. DC 장치가 부하 상태에서 개방되면 제로 크로싱의 도움 없이 자체적으로 아크를 확장하고 냉각해야 합니다. DC 회로에 사용되는 AC 차단기는 오류를 제거하지 못하여 지속적인 아크가 형성될 수 있습니다. 이 아크는 본질적으로 수천도에 이르는 플라즈마로, 장치를 녹이고 인클로저를 태우며 화재를 일으킬 수 있습니다.

솔루션:

1. 항상 DC 정격을 확인하세요: DC용으로 명시적으로 나열된 구성품만 사용하세요(예: DC 몰드 케이스 회로 차단기의 경우 UL 489B 또는 gPV 정격 퓨즈).
2. 전압 및 전류 표시 확인: 정격 DC 장치에는 DC 전압(VDC) 및 암페어 표시가 선명합니다. “VAC”라고만 표시되어 있으면 PV 시스템에 속하지 않습니다.
3. 표시를 이해합니다: 태양광 전용 애플리케이션의 경우 고유한 gPV 퓨즈 등급을 찾거나 DC의 경우 직선 기호(-)를, AC의 경우 물결선 기호(~)를 찾아보세요.

핵심 요점: DC라고 표시되어 있지 않으면 사용하지 마세요. 마침표.

실수 #2: 전압 정격 오류

전압은 전기적 압력입니다. 압력이 컨테이너의 정격 압력보다 높으면 고장이 발생합니다. 태양광 발전 시스템에서 이러한 고장은 폭발적일 수 있습니다.

실수: 가능한 최대 시스템 전압보다 낮은 정격 전압을 가진 보호 장치를 선택합니다.

위험한 이유 태양광 패널 스트링의 전압은 일정하지 않습니다. 개방 회로(Voc)에서 가장 높으며 추운 날씨에 증가합니다. NEC 690.7조에 따라 설치자는 현장의 예상 최저 주변 온도를 기준으로 최대 시스템 전압을 계산해야 합니다. 추운 겨울 아침에 650VDC에 도달할 수 있는 시스템에 600VDC 정격 차단기가 설치되어 있다면 심각한 고장이 발생할 수 있습니다. 과전압 상태가 발생하면 장치가 오류를 차단하지 못해 아크 플래시가 발생하거나 장치 내부의 절연이 치명적으로 파괴되는 유전체 고장이 발생할 수 있습니다.

솔루션:

1. 최대 시스템 전압을 계산합니다: NEC 표 690.7(A)의 온도 보정 계수를 사용하여 해당 지역의 기록적인 최저 온도에 대한 보정된 Voc를 찾아보세요. 예를 들어, 25°C에서 Voc가 580V인 스트링은 -10°C에서 650V를 쉽게 초과할 수 있습니다.
2. 그에 따라 장치를 선택합니다: 이 계산된 최대 전압과 같거나 더 큰 DC 전압 정격의 퓨즈, 차단기 및 단로를 선택하세요.
3. 전체 시스템을 고려하세요: 이는 컴바이너, 리컴바이너, 인버터, 어레이에서 인버터까지의 분리 등 모든 구성 요소에 적용됩니다.

프로 팁: 항상 안전 마진을 추가하세요. 계산된 최대 전압이 590V인 경우 600V 디바이스를 사용하지 마세요. 안전성과 신뢰성을 높이려면 다음 표준 등급(예: 800V 또는 1000V)으로 한 단계 업그레이드하세요.

실수 #3: 극성 차단기의 극성 반전

직류의 세계에서는 방향이 중요합니다. 많은 DC 회로 차단기는 “극성”으로 되어 있어 전류가 한 방향으로만 흐르도록 설계되어 있습니다.

실수: 극성 DC 차단기를 거꾸로 배선하여 소스를 부하 단자에 연결하거나 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

위험한 이유 편극 차단기에는 작은 영구 자석이 포함되어 있습니다. 이 자석을 전략적으로 배치하여 의 접점이 열리면 전기 아크가 “아크 슈트'로 전달됩니다. 아크 슈트는 아크를 늘리고, 냉각시키고, 소멸시키도록 설계된 금속 핀으로 이루어진 챔버입니다. 차단기를 뒤로 배선하면 자석이 아크를 밀어내어 반대 방향-아크 슈트에서 벗어나 차단기 자체의 가연성 플라스틱 본체에 직접 떨어뜨려야 합니다. 이렇게 하면 차단기가 즉시 파괴되고 인클로저 내부에 화재가 발생할 가능성이 거의 확실합니다.

솔루션:

1. 단말기를 식별합니다: 차단기에서 “+” 및 “-” 표시 또는 “LINE” 및 “LOAD” 라벨을 찾습니다. 태양광 애플리케이션에서는 항상 “LINE” 쪽을 소스(PV 스트링)에 연결하고 “LOAD” 쪽을 대상(버스바 또는 인버터)에 연결해야 합니다.
2. 연결 상태를 다시 확인하세요: 시스템에 전원을 공급하기 전에 전선을 물리적으로 추적하여 모든 극성 장치가 올바르게 연결되어 있는지 확인하세요.
3. 팀 교육: 이는 모든 설치자에게 중요한 교육 포인트입니다. 작업 현장의 모든 사람은 편광 장치의 기능과 이를 거꾸로 배선할 경우 발생할 수 있는 심각한 결과를 이해해야 합니다.

핵심 요점: 극성 DC 차단기에서 라인 및 부하는 권장 사항이 아니라 필수 안전 요구 사항입니다.

#4 실수: 부적절한 과전류 크기 조정

과전류 보호 장치(OCPD) 크기 조정하기 에 대한 태양광 회로는 표준 AC 부하에 대한 크기 조정과 다릅니다. 잘못된 계산을 사용하면 성가신 트립이 발생하거나 회로를 완전히 보호하지 못할 수 있습니다.

실수: 퓨즈 또는 차단기 기반 크기 조정 만 패널의 명판 전류(Isc)를 확인하거나 표준 AC 크기 조정 규칙을 사용합니다.

위험한 이유 태양열 회로는 다음과 같이 고려됩니다. a 연속 부하 및 주제 에 “클라우드의 가장자리” 효과, 구름이 지나가면 일시적으로 조도가 증가하여 전류 출력이 높아질 수 있습니다. NEC 690.9(A) 조항은 두 가지 요소를 모두 고려한 특정 사이즈 공식을 의무화하고 있습니다. 퓨즈의 크기를 너무 작게 설정하면 정상적인 피크 조건에서 퓨즈가 끊어질 수 있습니다(귀찮은 트립). 퓨즈의 크기를 너무 크게 설정하면 고장 시 도체가 과열되지 않도록 보호하지 못해 화재 위험이 발생할 수 있습니다.

솔루션: NEC는 두 부분으로 나누어 계산하고 이를 하나의 배율로 합산하도록 규정하고 있습니다: 1.56.

1. 필수 등급을 계산합니다: 최소 OCPD 등급은 스트링의 단락 전류(Isc)에 1.56을 곱한 값입니다.
   • 필수 등급 = Isc × 1.25(연속 부하의 경우) × 1.25(과조도의 경우) = Isc × 1.56
2. 다음 표준 크기를 선택합니다: 필요한 등급을 계산한 후 다음을 선택해야 합니다. 다음 표준 사이즈 업를 퓨즈 또는 차단기에 입력하세요. 예를 들어 Isc가 9.8A인 스트링이 있는 경우입니다:
   • 필수 등급 = 9.8A × 1.56 = 15.29A
   • 다음 표준 퓨즈 크기는 20A입니다. 15A 퓨즈는 너무 작아서 트립을 일으킬 수 있습니다.

프로 팁: 항상 모듈의 데이터시트에서 다음 사항을 확인하십시오. 의 “최대 직렬 퓨즈 정격.” 계산된 OCPD 크기가 이 값을 초과해서는 안 됩니다. 초과하면 스트링 설계에 결함이 있는 것입니다.

실수 #5: 온도 강하 무시

차단기 또는 퓨즈에 표시된 정격 전류는 특정 제어된 주변 온도(일반적으로 차단기의 경우 40°C, 퓨즈의 경우 25°C)에서만 유효합니다. 텍사스의 검은색 상업용 지붕에 있는 컴바이너 박스는 통제된 환경이 아닙니다.

실수: 인클로저 내부의 실제 주변 온도에 맞게 보호 장치의 전류 전달 용량을 조정하지 못했습니다.

위험한 이유 열은 전기 부품의 적입니다. 40°C에서 100A 정격인 회로 차단기는 컴바이너 박스 내부 온도가 60°C(140°F)에 도달하면 85A만 연속적으로 처리할 수 있습니다. 90A를 통과시키면 차단기의 내부 열 트립 메커니즘이 활성화되어 성가신 트립이 발생할 수 있습니다. 이는 시스템 다운타임과 고가의 문제 해결 호출로 이어집니다. 퓨즈의 경우 주변 온도가 높으면 시간이 지남에 따라 퓨즈 소자의 성능이 저하되어 조기에 고장이 발생할 수 있습니다.

솔루션:

1. 인클로저 온도를 추정합니다: 컴바이너 박스의 현실적인 내부 온도를 결정하세요. 일반적으로 직사광선에 노출된 인클로저의 경우 해당 위치의 낮 최고 평균 최고 온도에 20~30°C를 더하는 것이 좋습니다.
2. 제조업체 데이터시트를 참조하세요: 디바이스의 기술 데이터시트에서 온도 경감 차트를 확인하세요. 여기에는 다양한 온도에 대한 보정 계수가 제공됩니다.
3. 보정 계수를 적용합니다: 공식은 다음과 같습니다: 유효 등급 = 공칭 등급 × 보정 계수. 올바른 크기를 지정하려면 역방향으로 작업해야 합니다: 필수 공칭 정격 = 회로 암페어/보정 계수.
   • 예시: 예: 60°C에 도달하는 박스 내부의 40A 회로를 보호해야 합니다. 차단기의 데이터시트에는 60°C에서 보정 계수가 0.85로 표시되어 있습니다.
   • 필수 공칭 정격 = 40A / 0.85 = 47A. 이러한 고온 환경에서 40A를 안전하게 처리하려면 50A 차단기를 선택해야 합니다.

핵심 요점: 컴바이너가 뜨겁다고 가정하고 그에 따라 보호 장치의 크기를 조정하세요. 명판 등급은 최종 정답이 아니라 출발점입니다.