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DC 서지 보호 장치(DC SPD)는 직류 전원 회로의 과도 과전압을 제한합니다. 올바른 선정은 다음에서 시작됩니다. 보호 대상 회로의 기능, 단순히 전압만 고려하는 것이 아닙니다. 전용 태양광 발전기 DC 애플리케이션은 IEC 61643-31을 따르며, 적격한 비태양광 DC 전원 애플리케이션은 IEC 61643-41을 따르고, AC 전원 회로는 IEC 61643-11을 사용하며, 통신 및 신호 회로는 IEC 61643-21을 사용합니다.
올바른 제품 표준 범위를 확인한 후, 최대 연속 DC 전압, 전원 및 고장 전류 동작, 보호 모드, 서지 내량, 전압 보호 레벨, 접지 방식, 차단 및 백업 보호를 검증하십시오. 태양광 SPD와 배터리 SPD는 두 라벨에 동일한 전압이 표시되어 있다고 해서 자동으로 상호 교환할 수 있는 것은 아닙니다.
주요 내용
- PV 발전기 DC: 평가 IEC 61643-31:2018, PV 에너지 저장 시스템과 관련된 SPD에 대해 해당 표준에서 명시한 제외 사항을 포함합니다.
- 비태양광 DC 전원: 평가 IEC 61643-41:2025 적용 가능한 IEC 61643-01 요구 사항과 실제 전원 및 고장 조건을 더합니다.
- AC 공급 회로: AC 전용을 사용하십시오 IEC 61643-11:2025; 배터리, EV 또는 산업용 DC 전원에 대한 현재의 포괄적 제품 표준으로 인용하지 마십시오.
- 데이터 및 신호: 사용 IEC 61643-21:2025 전력을 함께 전달하는 통신 라인을 포함하여, 해당되는 경우.
- 가장 높은 신뢰성 있는 연속 회로 전압에 맞춰 전압 정격을 선택하십시오. PV의 경우, 가장 낮은 관련 셀 온도에서의 개방 회로 전압을 고려하십시오.
- DC SPD를 승인하기 전에 예상 단락 전류, 전원 동작, 단로기 성능, 백업 보호 및 제조업체가 명시한 보호 모드를 확인하십시오.
각 회로에 적용되는 IEC 표준은 무엇입니까?
| 보호 회로 | 제품 표준 평가 시작 | 이 범주에 속하는 이유 | 중요한 제한 사항 |
|---|---|---|---|
| PV 발전기 DC 스트링, 결합기 출력 또는 PV 측 인버터 입력 | IEC 61643-31:2018 | 공표된 범위는 태양광 발전기 및 인버터의 DC 측을 구체적으로 다룹니다. | 이 표준은 배터리나 커패시터 뱅크와 같은 에너지 저장 장치가 있는 PV 시스템용 SPD는 제외합니다. |
| 배터리 연결 DC 전원, 비 PV DC 버스 또는 적격 산업용 DC 전원 | IEC 61643-41:2025 및 적용 가능한 IEC 61643-01 요구 사항 | Part 41은 최대 1,500 V DC의 DC 저전압 전원 회로 및 장비를 다룹니다. | 전원 특성, 일시적 과전압, 고장 전류, 정확한 제품 범위 및 장비별 규칙은 별도의 평가가 필요합니다. |
| EV 충전 AC 입력, 인버터 AC 출력 또는 AC 분전반 | IEC 61643-11:2025 및 적용 가능한 IEC 61643-01 요구 사항 | Part 11은 AC 저전압 전원 회로 및 장비를 다룹니다. | AC 제품 표준 참조는 DC 전원 회로에 대한 적합성을 보장하지 않습니다. |
| Ethernet, PoE, RS485, 계측 또는 기타 적격 신호 인터페이스 | IEC 61643-21:2025 및 IEC 61643-01:2024 | Part 21은 전력을 공급하는 회선을 포함한 통신 및 신호 네트워크를 다룹니다. | DC 전력을 전달하는 통신 회선이 자동으로 Part 41 DC 전원 회로가 되는 것은 아닙니다. |
표준 번호는 평가 프레임워크를 식별할 뿐이며, 해당 범위 내의 모든 회로에 모든 모델이 적합하다는 것을 보장하지는 않습니다. 정확한 판본, 제품 문서, 명시된 작동 모드, 프로젝트 시장 및 실제 설치 조건을 확인하십시오.
더 광범위한 간행물별 대조표는 다음을 참조하십시오. IEC 61643 SPD 표준 설명.
DC SPD 선정과 AC SPD 선정이 다른 이유
DC 회로는 AC 시스템의 규칙적인 교류 전압 영점 교차를 따르는 대신 지속적인 극성을 유지합니다. 이는 전압 스트레스, 전원 동작, 고장 차단, 단로기 설계 및 협조에 변화를 줍니다.
그 결과는 전원에 따라 달라집니다:
- PV 어레이는 모듈, 일사량, 온도 및 스트링 구성에 의해 결정되는 전원 특성을 가집니다.
- 배터리 뱅크는 상당한 가용 에너지와 예상 단락 전류를 발생시킬 수 있습니다.
- EV 충전 컨버터는 장비별 접지, 절연, 제어 및 고장 조건을 부과할 수 있습니다.
- 산업용 DC 전원은 접지, 부동, 절연, 양극성, 전류 제한 방식이거나 배터리 또는 커패시터 뱅크에 의해 백업될 수 있습니다.
AC 전용 SPD는 해당 DC 애플리케이션에 대한 제조사의 명시적인 모델별 승인 없이는 DC 회로에 설치해서는 안 됩니다. 반대로, PV 정격 SPD를 배터리 버스에 자동으로 적합하다고 간주해서는 안 되며, 일반 DC SPD가 PV 발전기 회로에 적합하다고 가정해서도 안 됩니다.
DC SPD 정격: 작동 조건을 사양으로 변환
| 선택 변수 | 공통 선언 | 설정할 항목 | 가정하지 말아야 할 사항 |
|---|---|---|---|
| 연속 동작 전압 | DC Uc, Ucpv 또는 시장별 MCOV | 각 선언된 보호 모드에서의 최대 허용 연속 전압. | 공칭 버스 전압은 최악의 동작 전압과 동일함. |
| 보호 수준 | Up 또는 해당 시장별 선언 | 장치 및 설치된 연결부는 장비의 관련 임펄스 내전압 수준을 보호해야 합니다. | 데이터시트의 Up에는 모든 현장 배선 전압 강하가 포함됩니다. |
| 반복 서지 부하 | In (해당되는 경우) | 선언된 공칭 방전 전류 및 시험 기준은 평가된 노출 수준에 적합합니다. | 광고된 더 큰 피크 전류가 모든 설치 환경을 자동으로 개선하는 것은 아닙니다. |
| 최대 서지 부하 | Imax, 해당되는 경우 | 선언된 파형, 모드별/극별 기준 및 의도된 듀티는 적합합니다. | 집계된 마케팅 kA 값은 모드별 선언과 직접 비교할 수 있습니다. |
| 낙뢰 임펄스 듀티 | Iimp, 해당되는 경우 | 설계 및 위험 평가에서는 실제로 선언된 낙뢰 전류 시험 듀티를 요구합니다. | 모든 옥외 전기 시스템은 자동으로 동일한 Type 1 등급이 필요합니다. |
| 단락 특성 | 적용 가능한 단락 내전류/전류 선언(예: Isccr; 해당 프레임워크가 적용되는 경우 SCCR) | 가용 단락 전류, 테스트된 백업 장치, 단로기 동작 및 제조업체 제한 사항. | SCCR은 모든 IEC 제품에 대한 보편적인 표시 용어입니다. |
| 보호 모드 | DC+/DC−, DC+/PE, DC−/PE 또는 명시된 대안 | 보호 구성은 전원 접지, 시스템 토폴로지 및 보호 도체와 일치해야 합니다. | 모든 2모듈 또는 3모듈 장치는 동일한 내부 연결을 가집니다. |
IEC 및 북미 용어는 각자의 체계 내에서 유지되어야 합니다. 프로젝트에서 명시적으로 요구하는 경우 UL 1449 시장 요구 사항, 제품 목록, 전압 보호 등급 및 설치 범주를 확인해야 합니다. 이는 IEC 선언과 자동으로 상호 교환되지 않습니다.
매개변수별 상세 검토를 보려면 다음을 참조하십시오. SPD 데이터시트 읽는 방법.
태양광 PV DC: 저온 보정 개방 회로 전압으로 시작
PV 모듈은 기준 온도 미만에서 작동할 때 더 높은 개방 전압에 도달할 수 있습니다. 따라서 공칭 스트링 전압만을 기준으로 SPD를 선택하면 전압 여유가 불충분할 수 있습니다.
모듈 제조업체의 전압-온도 계수와 가장 낮은 관련 설계 셀 온도를 사용하십시오. 간소화된 선형 스크리닝 방정식은 다음과 같습니다:
Voc,cold ≈ Voc,STC × [1 + |βVoc| × (25°C − Tmin)]
스트링 Voc,cold ≈ 직렬 모듈 수 × 모듈 Voc,cold계수는 섭씨 온도당 분수로 입력해야 합니다. 예를 들어, 표준 테스트 조건에서 개방 전압이 45 V이고 전압 계수 크기가 0.0028/°C이며 설계 셀 온도가 −10°C인 모듈의 경우 다음과 같습니다:
모듈 Voc,cold ≈ 45 × [1 + 0.0028 × 35]
모듈 Voc,cold ≈ 49.41 V
20개 모듈 스트링 Voc,cold ≈ 988.2 V이는 예시적인 계산이며 제품 추천이 아닙니다. 최종 PV 설계는 실제 모듈 데이터시트, 적용 가능한 온도 방식, 관련 현지 설계 조건, 인버터 제한, 시스템 접지, 허용 오차 및 제조업체 요구 사항을 사용해야 합니다. 선언된 Ucpv 및 보호 모드가 전체 최악의 회로 조건에 적합한 PV SPD를 선택하십시오.
PV DC 보호가 평가되는 곳
일반적인 평가 위치에는 PV 결합기, PV 측 인버터 입력, 그리고 낙뢰 위험 평가 및 설치 설계에 의해 식별된 기타 노출된 전환 지점이 포함됩니다.
길거나 외부로 배선된 도체는 여러 위치에서 보호 기능을 평가해야 할 정당한 이유가 될 수 있습니다. 적용 가능한 표준, 설치 규칙, 프로젝트 사양 또는 제조업체의 지침이 뒷받침하지 않는 한 고정된 케이블 길이 임계값이나 범용 유형 선택을 제시하지 마십시오.
다음을 사용하십시오. 태양광 SPD 선택 가이드 전용 태양광 발전 애플리케이션용.
배터리 에너지 저장 장치: 고장 전류가 결정에 미치는 영향
배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 각각 별도의 보호 평가가 필요한 여러 가지 다른 전기 시스템을 포함할 수 있습니다:
- 배터리 연결 DC 회로 및 적격 비태양광 DC 버스: IEC 61643-41 및 적용 가능한 IEC 61643-01 요구 사항을 평가하십시오.
- 전용 태양광 발전기 DC 도체(별도로 존재하는 경우): 실제 게시된 범위 내에서 IEC 61643-31을 평가하십시오.
- 전력 변환 시스템 AC 출력 및 계통 연결: IEC 61643-11을 평가하십시오.
- 배터리 관리, 이더넷, 모니터링 및 신호 인터페이스: 적용 가능한 경우 IEC 61643-21을 평가하십시오.
중요한 차이점은 한 시스템에 태양광 장비가 포함되어 있는지 여부가 아닙니다. 그것은 특정 보호 회로가 PV 발전기 DC, 배터리/비-PV DC 전원, AC 전원 또는 신호인지 여부입니다.
IEC 61643-41은 테스트 가정이 선형 전압-전류 특성을 가진 DC 전원을 기반으로 한다고 명시하며, 특히 예상 단락 전류 및 일시적 과전압과 관련하여 전원 특성이 다를 경우 신중한 고려를 요구합니다. 따라서 배터리 시스템은 단순한 전압 일치가 아닌, 모델별 적합성 증명, 조정된 차단 및 백업 보호가 필요합니다.
전체 혼합 회로 아키텍처는 다음을 참조하십시오. DC, AC 및 신호 회로 전반의 BESS 서지 보호.
EV 충전: 충전 스테이션이 아닌 회로를 분류하십시오
EV 충전기는 AC 공급, 내부 DC 변환 단계, DC 출력, 제어 전원, 계량, 네트워킹 및 통신 인터페이스를 포함할 수 있습니다. 하나의 SPD 선언이 모든 섹션을 포괄하지는 않습니다.
| 충전기 섹션 | SPD 평가 시작 | 추가 점검 |
|---|---|---|
| AC 입력 또는 상위 AC 배전 | IEC 61643-11 및 관련 시장 요구 사항. | 시스템 전압, 접지 방식, 위치, 서지 부하 및 외부 보호. |
| 적격 비-PV DC 전원 섹션 | IEC 61643-41 및 적용 가능한 IEC 61643-01 요구 사항. | 충전기 아키텍처, 전압 범위, 전원 동작, 절연, 고장 전류 및 제조사 승인. |
| 제어 전원 버스 | 범위 내의 DC 전원 회로인 경우 Part 41. | 실제 레일 전압, 접지, 연속성 요구 사항 및 가용 고장 전류. |
| 이더넷, 통신 또는 PoE | 인터페이스가 신호 범위 내에 속하는 경우 IEC 61643-21. | 커넥터, 대역폭, 차폐, 전력 공급, 삽입 손실 및 본딩. |
충전기 제조사의 장비 아키텍처와 적용 가능한 충전 장비 표준에 따라 추가 요구 사항이 부과될 수 있습니다. 제조사의 설계 문서와 프로젝트 위험 평가 없이 내부 설치 지점을 규정하거나 모든 DC 출력에 동일한 SPD가 필요하다고 단정하지 마십시오.
산업용 및 통신용 DC: 공칭 전압은 시작일 뿐입니다
산업 시설은 저전압 제어 전원, 통신용 DC 배전, 배터리 백업 제어 전원 또는 고전압 DC 버스를 사용할 수 있습니다. 동일한 명판 레일이라도 접지 및 고장 특성은 매우 다를 수 있습니다.
산업용 DC SPD를 선택하기 전에 다음 사항을 기록하십시오:
- 충전기 부동(float) 또는 부스트(boost) 조건을 포함한 정상 및 최대 연속 전압(해당되는 경우).
- 양극 접지, 음극 접지, 부동(floating), 절연 또는 양극성(bipolar) 전원 구성.
- 어떤 도체와 보호 모드에 조정이 필요한지 여부.
- 전원 고장 전류 용량, 저장 장치 기여도 및 고장 제거 방식.
- 연결된 장비의 임펄스 내전압 및 설치된 연결 경로.
- 환경 조건, 서비스 접근성, 원격 신호 및 연속성 요구 사항.
- 보호 도체가 DC를 전달하는지 여부 전력은 또는 통신 신호.
통신 전원 플랜트에는 Part 41에 따라 평가된 DC 전원 버스와 Part 21에 따라 평가된 별도의 이더넷 또는 신호 연결이 포함될 수 있습니다. DC 전압이 존재한다고 해서 해당 회로 기능이 하나의 표준으로 통합되는 것은 아닙니다.
Type 1, Type 2 및 복합 DC 보호
관련 서지 테스트 의무 및 SPD 분류는 제품 표준, 제조사 선언, 설치 위치, 낙뢰 위험 평가 및 전기 시스템 설계와 일치해야 합니다.
적용 가능한 프레임워크 및 제품 문서에서 이러한 명칭을 사용하는 경우:
- 실제 설계상 선언된 낙뢰 전류 용량이 요구되는 경우 Type 1 또는 결합형 Type 1+2 기능을 고려할 수 있습니다.
- 평가된 노출 정도와 제조사의 지침이 해당 선택을 뒷받침하는 경우, 배전 레벨의 유도 서지 및 개폐 서지에 대해 Type 2 기능이 적절할 수 있습니다.
- 다단계 구성 시에는 검증된 협조가 필요하며, 단순히 인쇄된 타입 번호가 다르다는 이유만으로 호환성을 가정해서는 안 됩니다.
외부 피뢰 시스템의 존재 여부만으로 모든 도체, 설치 위치 또는 접지 방식에 대한 범용 SPD 구성을 확립할 수는 없습니다. 다음을 참조하십시오. Type 1 vs. Type 2 vs. Type 3 SPD 선정 전용 분류 질문에 대해서는.
설치: 본딩, 리드 길이 및 백업 보호
올바른 장치 정격이 잘못된 설치를 보완하지는 않습니다. SPD는 해당 회로도와 보호 대상 DC 회로의 접지 구조에 따라 정확하게 연결되어야 합니다.
보호 도체, 지정된 백업 장치, SPD 단자 및 승인된 보호 본딩 지점 간의 전체 연결을 가능한 한 짧고 직접적으로 유지하십시오. 급격히 상승하는 서지 전류는 추가적인 도체 전압 강하를 유발하여 장비가 받는 보호 수준을 높일 수 있습니다.
설비의 승인되고 조정된 본딩 구성을 사용하십시오. 엔지니어링 및 규정을 준수하는 설계 없이 SPD를 독립 접지봉에 연결하거나, 추가적인 중성선-접지 본딩을 임의로 만들거나, 시스템 접지 기준을 변경하지 마십시오.
시운전 전에 다음 사항을 확인하십시오:
- 양극, 음극 및 PE 연결이 제조업체의 다이어그램 및 실제 시스템 토폴로지와 일치하는지 확인하십시오.
- 선택된 DC Uc 또는 Ucpv가 관련 모드에서 최악의 연속 전압을 수용하는지 확인하십시오.
- 예상 고장 전류가 지정된 보호 구성을 갖춘 장치의 적용 가능한 선언된 단락 성능을 초과하지 않는지 확인하십시오.
- 외부 퓨즈 또는 회로 차단기는 필요한 경우 DC 정격 제품을 사용하고 SPD 제조업체가 테스트한 조정 조건과 일치해야 합니다.
- 내부 차단기 및 원격 표시 장치가 실제 전원 및 고장 환경에 대해 지정된 대로 작동하는지 확인하십시오.
- 설치된 전압 보호 레벨과 배치는 보호 대상 장비와 호환됩니다.
- 인접한 AC 및 통신 회로는 각자의 적절한 제품 프레임워크에 따라 보호를 받습니다.
전상(full phase), 중성선, PE, 보호 장치 및 배선 지침에 대해서는 다음을 참조하십시오. SPD 배선 가이드.
실용적인 DC SPD 조달 사양서
공급업체에 다음 항목에 해당하는 정확한 장치를 식별하도록 요청하십시오:
| 조달 항목 | 필수 정보 |
|---|---|
| 보호 회로 | PV 발전기 DC, 배터리/비 PV DC 전원, 산업용 DC 레일 또는 기타 정의된 회로. |
| 표준 및 에디션 | 정확한 적용 IEC 제품 부품 및 에디션, 관련 Part 01 관계 및 필수 지역 승인. |
| 최대 작동 전압 | 최악의 경우 연속 DC 전압 및 선언된 Ucpv, DC Uc 또는 적용 가능한 MCOV. |
| 접지 및 보호 모드 | 접지/플로팅/양극 배열 및 실제 DC+/DC−/PE 모드 선언. |
| 서지 및 낙뢰 부하 | 적용 가능한 경우 선언된 In, Imax, Iimp, 관련 파형 및 모드별 기준. |
| 장비 보호 수준 | 선언된 Up 및 장비 내전압과 관련된 설치 연결 가정. |
| 전원 및 고장 전류 | 실제 전원 특성, 가용 단락 전류, 그리고 적용 가능한 선언된 단락 내전/전류 정보. |
| 백업 보호 | 필요한 외부 장치 유형, DC 전압 정격, 협조 조건 및 제조업체가 허용하는 최대 보호 정격. |
| 모니터링 및 유지보수 | 상태 표시, 교체 가능한 모듈, 옵션 원격 접점, 서비스 접근성 및 교체 지침. |
| 증빙 자료 | 정확한 모델 데이터시트, 배선도, 필요한 경우 관련 시험 성적서 또는 인증서, 그리고 시장별 문서. |
유용한 RFQ는 단순히 “1500 V DC SPD, 40 kA”라고만 하지 않습니다. 이는 회로, 전원, 표준, 접지 방식, 전압, 보호 모드, 서지 용량, 고장 전류 조건 및 필요한 제품 증빙 자료를 명시합니다.
검토 VIOX 서지 보호 장치 제품군 해당 적용 요건이 정의된 후에만 가능합니다.
주요 기술 참고 자료
- IEC 61643-31:2018: 태양광 설비의 DC 측용 SPD.
- IEC 61643-41:2025: DC 저전압 전력 시스템에 연결되는 SPD.
- IEC 61643-11:2025: AC 저압 전력 시스템에 연결된 SPD.
- IEC 61643-21:2025: 통신 및 신호 네트워크에 연결되는 SPD.
- IEC 61643-01:2024: 공통 요건 및 시험 방법.
모든 설치 시 적용 가능한 국가 채택 표준, 제조업체 지침, 장비별 요건, 시장 규칙 및 실제 보호 회로 상태를 확인해야 합니다.