태양광 시스템용 서지 보호 장치(SPD) 선택 및 설치

1. SPD 설치에 영향을 미치는 요인

옥상 태양광(PV) 시스템의 과전압은 주로 건물이나 낙뢰 보호 장치(LPS)가 설치된 PV 장비 근처에 발생하는 직격 낙뢰, 낙뢰로 인한 전기장 변화로 유도되는 전압, 또는 AC/DC 배전망의 스위칭 동작으로 인해 발생합니다. 서지 보호의 필요성을 평가하고 적절한 보호 전략을 결정하기 위해서는 장비의 정격 임펄스 내전압(Uw)을 기준으로 삼아야 합니다. 위험 평가에서 달리 명시되지 않는 한, 서지 보호 장치(SPD)는 PV 시스템의 DC 측과 AC 측 모두에 설치해야 합니다.

태양광 발전 시스템 내에서 보호가 필요할 수 있는 장치는 다음과 같습니다.

인버터(저전압 교류 시스템 및 직류 시스템 모두에 대한 인터페이스 포함), 태양광 어레이, 태양광 시스템 내부 배선, 인버터와 태양광 어레이 사이에 설치되는 구성 요소(예: 결합 박스), 태양광 시스템의 모니터링 및 제어에 사용되는 장비.

IEC 61643-12 및 GB/T 21714의 관련 조항에 따르면, 태양광 발전 시스템용 SPD(낙뢰 보호 장치)의 선정 및 설치는 여러 요인에 따라 달라집니다. 이러한 요인에는 지중 낙뢰 밀도(NG)[1/km²·년] 또는 연평균 뇌우 발생 일수(T), 저전압 전원 공급 시스템의 특성(예: 가공선 또는 지중 케이블), 보호 대상 장비의 종류, 그리고 태양광 발전 시스템을 직격 낙뢰로부터 보호하기 위해 외부 낙뢰 보호 시스템(LPS)이 설치되어 있는지 여부가 포함됩니다.

외부 LPS가 있는 경우, SPD 요구 사항은 LPS의 보호 수준(등급)과 LPS와 PV 시스템 간의 필요한 이격 거리(S) 유지 여부(절연형 LPS 대 비절연형 LPS)에 따라 영향을 받습니다.

2. 다양한 외부 낙뢰 보호 시스템(LPS) 구성이 태양광 발전 시스템의 낙뢰 보호에 미치는 영향

옥상형 태양광 발전 시스템용 SPD 설치는 외부 LPS의 유무 및 유형에 따라 일반적으로 세 가지 범주로 나뉩니다.

(1) 외부 LPS가 없는 PV 시스템

(여기에 포함되지 않은) 도표에서 보는 바와 같이, 건물에 외부 낙뢰 보호 시스템이 설치되어 있지 않은 경우, 낙뢰 위험 평가 결과를 바탕으로 서지 보호 장치(SPD)를 설치해야 합니다. 중요한 태양광 발전 부품을 보호하기 위해 교류(AC) 측과 직류(DC) 측 모두에 서지 보호 장치를 설치하는 것이 좋습니다.

DC 측에는 PV 결합 박스 또는 PV 어레이(결합 박스를 사용하지 않는 경우) 근처에 Type 2 DC 서지 보호기(DC1)를 설치해야 합니다. 이 서지 보호기는 PV 케이블을 통해 전달되는 외부 서지로부터 건물을 보호하며, 일반적으로 PV 케이블이 건물로 들어오는 직후에 설치됩니다. 또 다른 Type 2 DC 서지 보호기(DC2)는 인버터의 DC 입력단 근처에 설치해야 합니다. DC1과 인버터 사이의 케이블 길이가 10미터 미만인 경우에는 DC1을 생략할 수 있습니다.

AC 측에는 AC 전원 입력단(일반적으로 주 배전반에 위치)에 2형 AC 서지 보호기(AC1)를 설치하는 것이 좋습니다. 이 장치는 전력망에서 발생하는 서지로부터 시스템을 보호합니다. 외부 낙뢰 보호 장치가 없는 시스템에서 AC1의 필요 여부는 낙뢰 위험 평가 결과에 따라 결정됩니다. 고가의 인버터를 보호하기 위해 인버터의 AC 출력단 근처에 2형 AC 서지 보호기(AC2)를 설치하는 것이 일반적입니다. AC1과 AC2 사이의 케이블 길이가 10미터 미만인 경우에는 AC2를 생략할 수 있습니다. 자세한 내용은 구성표를 참조하십시오.

(2) 필요한 분리 거리를 충족하는 외부 LPS를 갖춘 PV 시스템(격리형 LPS)

그림에서 보는 바와 같이, 건물에 외부 피뢰 시스템(예: 피뢰봉 또는 피뢰 테이프)이 설치되어 있고, 옥상 태양광 발전 시스템이 이 시스템에 의해 적절한 이격 거리를 유지하며 보호되는 경우, 해당 태양광 발전 시스템은 독립형 피뢰 시스템(LPS)을 갖춘 것으로 간주됩니다. 하지만 이러한 경우에도 스핀 보호 장치(SPD)를 설치하는 것은 여전히 ​​필요합니다.

독립형 LPS를 사용하는 시스템의 경우, SPD 설치는 외부 낙뢰 보호 장치가 없는 시스템과 유사합니다. Type 2 DC SPD는 접속함 근처에 설치해야 하며, 접속함을 사용하지 않는 경우에는 PV 어레이 근처에 설치해야 합니다. 또 다른 Type 2 DC SPD는 인버터의 DC 측 근처에, Type 2 AC SPD는 인버터의 AC 측 근처에 설치해야 합니다. 단, PV 시스템이 건물 내부와 외부로 연결되므로, 건물로 전력이 들어오는 주 AC 배전반에도 Type 1 AC SPD를 설치해야 합니다. 자세한 설치 지침은 구성표를 참조하십시오.

(3) 필요한 분리 거리를 충족하지 않는 외부 LPS를 갖춘 PV 시스템(비격리 LPS)

옥상 태양광 발전 시스템에서 패널이 외부 낙뢰 보호 시스템(LPS)에 너무 가까워 필요한 안전 거리를 확보할 수 없는 경우, 적절한 낙뢰 등전위 본딩을 위해 시스템의 모든 금속 부품을 LPS에 연결해야 합니다. 이것이 옥상 낙뢰 보호에 일반적으로 사용되는 방식입니다. 이 구성에서는 AC 및 DC 케이블이 본딩 시스템에서 병렬 도체처럼 취급되므로 낙뢰 전류의 직접적인 영향을 받을 수 있습니다. 따라서 IEC에서는 시스템의 주요 지점, 즉 태양광 케이블이 건물로 들어오는 지점과 인버터와 같은 중요 장치의 AC 및 DC 측에 Type 1 서지 보호 장치(SPD)를 (일반적으로 Type 2 SPD와 함께) 사용할 것을 권장합니다.

그림에서 보는 바와 같이 DC1은 접속함에 최대한 가깝게 설치하거나, ​​접속함이 없는 경우에는 태양광 패널 근처에 설치해야 합니다. DC2와 AC2는 인버터를 더 잘 보호하기 위해 인버터 근처에 설치해야 합니다. 대부분의 경우 AC1(주 배전반)과 AC2(인버터 근처) 모두 필요합니다. 하지만 인버터가 주 배전반 내부에 설치되어 있고 접지를 공유하며 케이블 길이가 0.5미터 이하인 경우에는 AC2가 필요하지 않을 수도 있습니다. 자세한 설치 지침은 표를 참조하십시오.

1: DC1은 다음 조건에서 생략될 수 있습니다. DC1과 인버터 사이의 케이블 길이가 10미터 미만이고 AC2의 전압 보호 레벨(Up)이 PV 어레이의 정격 임펄스 내전압(Uw)의 0.8배 이하인 경우, 또는 AC2의 Up이 Uw의 0.5배 이하이고 PE(보호 접지) 도체가 DC 케이블에 가깝게 배치된 경우.

2: AC2는 다음과 같은 조건에서 생략될 수 있습니다. AC1과 AC2 사이의 케이블 길이가 10미터 미만인 경우, 또는 인버터와 주 배전반이 동일한 접지 전극을 공유하고 SPD 연결 케이블의 길이가 각각 0.5미터 이하인 경우(예: 인버터가 주 배전반 내부에 설치된 경우).

3: SPD 접지 도체의 최소 단면적: 2형 SPD의 경우 구리 접지 도체의 단면적은 6mm² 이상이어야 하며, 1형 SPD의 경우 16mm² 이상이어야 합니다.

옥상 태양광 발전 시스템에서 DC 측 서지 보호기(SPD) 선택은 주로 건물의 낙뢰 보호 방식과 시스템 배선 방식에 따라 달라집니다. 구성표와 IEC 표준에 따르면 인버터의 DC 측에는 항상 서지 보호기가 있어야 합니다. 하지만 패널과 인버터 사이의 케이블 길이가 10미터를 초과하는 경우에만 접속함 근처(접속함이 없는 경우에는 패널 근처)에 추가 서지 보호기를 설치해야 합니다.

하지만 모든 곳에서 이런 방식이 적용되는 것은 아닙니다. 예를 들어 독일과 같은 일부 국가에서는 규칙이 정반대입니다. 독일에서는 태양광 패널 바로 옆에 항상 DC 서지 보호 장치를 설치하고, 케이블 길이가 10미터를 넘는 경우에만 인버터 근처에 추가로 설치하면 됩니다.