오전 8시 47분. 태양광 설치자가 접속함 덮개의 걸쇠를 엽니다. 내부에는 6개의 PV 스트링이 버스 바, 각자 퓨즈를 기다리고 있습니다. 그는 절연 드라이버를 잡고 첫 번째 양극 와이어에 손을 뻗어 접촉합니다. 0.3초 만에 400Vdc 아크 플래시가 용접 토치보다 밝고 구리를 기화시킬 만큼 뜨겁게 터져 나옵니다. 그의 안전 안경이 얼굴에 녹아붙습니다. 아크는 50피트 떨어진 차단기가 마침내 트립될 때까지 DC 전류를 먹고 스스로 유지됩니다. 의료비: 응급실 방문에 2,500달러. 업무 손실: 3주. 교훈: DC는 AC 규칙을 따르지 않습니다.
이전에 AC 패널에 배선해 본 적이 있습니다. 240V 주거 서비스로 작업해 본 적이 있습니다. 당신은 끄는 방법을 알고 있습니다. 파쇄기. 그러나 태양광 접속함은 다릅니다. 전압이 더 높습니다. 전류는 끊임없습니다. 그리고 아크 플래시? AC처럼 스스로 꺼지지 않습니다.
그렇다면 실제로 이 위험을 초래하는 것은 무엇일까요? 그리고 일상적인 연결을 경력을 끝내는 실수로 만들지 않고 여러 개의 태양광 패널을 접속함에 배선하는 방법은 무엇일까요?
아크 플래시 서프라이즈: DC 태양광 배선이 생각보다 더 위험한 이유
대부분의 전기 기술자는 AC 시스템에서 아크 플래시 위험을 배웁니다. AC 아크는 전압이 0을 교차할 때 초당 120번 꺼집니다. DC 아크는 어떻습니까? 무언가가 녹을 때까지 타오릅니다. 이것이 아크 플래시 서프라이즈입니다. DC의 조용하고 자가 유지되는 폭력은 동일한 전압에서 AC보다 훨씬 더 위험합니다.
여기 사람을 죽이는 물리학이 있습니다. DC 전류를 전달하는 두 개의 도체를 분리하면 아크가 공기 간극을 이온화합니다. 그 이온화된 플라즈마는 저저항 경로가 됩니다. DC 전압은 0으로 떨어지지 않으므로 플라즈마는 냉각되지 않습니다. 아크 기둥은 계속적인 전류를 먹고 자라며 태양 표면보다 뜨거운 35,000°F의 온도에 도달합니다.
태양광 접속함에서는 300-600Vdc의 스트링 전압을 다루고 있습니다. 각각 40Voc의 일반적인 10패널 스트링은 400V가 아닙니다. 추운 1월 아침에는 Voc가 25% 더 올라 500V가 됩니다. 1000V 정격의 표준 절연 드라이버? 그것은 AC 정격입니다. DC 내전압은 일반적으로 30-40% 낮습니다.
DC 태양광 작업의 첫 번째 규칙: 아크 정격 PPE를 착용하지 않으면 시력을 걸고 도박하는 것입니다. 대부분의 접속함 작업에는 카테고리 2 PPE(8 cal/cm²)가 최소입니다. 그러나 여기 함정이 있습니다. 해당 정격은 전원이 차단된 장비에서 작업하고 있다고 가정합니다. “라이브로 연결 하나만 조이겠다”고 결정하는 순간 카테고리 4 영역(40 cal/cm²)에 들어가게 되며 안면 보호대는 압력파로부터 당신을 보호하지 못합니다.
NEC 2023 에디션은 마침내 이를 깨달았습니다. 조항 690.12는 PV 시스템의 급속 차단을 요구하지만 설치 중에는 당신을 보호하지 않습니다. 그것은 당신에게 달려 있습니다. 그리고 당신의 접속함 배선 방법.
전압 스태킹 함정: 당신의 수학이 안전 위험이 될 때
패널 라벨을 확인했습니다. 40Voc. 직렬로 8개의 패널이 있습니다. 간단한 수학: 8 × 40V = 320V. 퓨즈 홀더는 600V 정격입니다. 차단기는 250Vdc 정격입니다. 당신은 안전합니다, 그렇죠?
전압 스태킹 함정에 오신 것을 환영합니다.
여기 라벨이 알려주지 않는 것이 있습니다. Voc(개방 회로 전압)는 표준 테스트 조건(25°C(77°F))에서 측정됩니다. 추운 아침에 당신의 패널은 어떻습니까? -10°C(14°F)에서 작동하고 있습니다. 25°C 미만의 모든 섭씨 온도에 대해 Voc는 0.3% 상승합니다.
실제 수학을 수행하십시오. 8개의 패널 × 40Voc × (1 + (35°C × 0.003)) = 8 × 40 × 1.105 = 353.6V. 10% 증가입니다. 여전히 600V 퓨즈 홀더 아래에 있지만 250Vdc 차단기는 어떻습니까?
잠깐만요. 더 나빠집니다. 그 “250Vdc” 차단기? 아마도 AC 정격일 것입니다. 태양광 접속함의 대부분의 몰드 케이스 차단기는 용도가 변경된 AC 차단기입니다. DC 내전압은 종종 AC 정격의 50%입니다. 당신의 “250Vdc” 차단기는 지속적인 DC 부하에서 125Vdc까지만 안전할 수 있습니다.
당신의 353V 스트링은 첫 번째 아크 결함을 기다리는 폭탄이 되었습니다.
NEC 690.7은 추운 온도 계산을 위해 Voc에 1.25 보정 계수를 적용하도록 요구합니다. 8패널, 320V 공칭 스트링의 경우 최소 설계 전압은 400V입니다. 당신의 250Vdc 차단기는 이제 2023 코드에서 불법입니다.
전압 스태킹 함정은 다른 설계 오류보다 더 많은 태양광 설치를 죽입니다. 첫날에는 나타나지 않습니다. 인버터가 고장나고 설치자가 배선 문제가 아닌 수학 문제인 “수정”하기 위해 다시 호출될 때 첫 번째 추운 아침에 나타납니다.
시퀀스 잠금: 사고의 90%를 예방하는 작업 순서
올바른 PPE를 가질 수 있습니다. 전압을 완벽하게 계산할 수 있습니다. 최고의 구성 요소를 지정할 수 있습니다. 그러나 접속함을 잘못된 순서로 배선하면 여전히 라이브 아크 위험을 초래하게 됩니다.
이것이 시퀀스 잠금입니다. 그것은 당신을 안전하게 지켜주는 작업 순서입니다. 그리고 설치자의 90%가 잘못 이해하고 있습니다.
여기 잘못된 순서가 있습니다(아크 플래시 서프라이즈를 만드는 순서):
- 모든 PV 스트링 와이어를 버스바에 연결합니다.
- 스트링이 라이브인 동안 퓨즈를 설치합니다.
- 마지막으로 분리기를 닫습니다.
왜 이것이 잘못되었습니까? 퓨즈를 라이브 버스바에 닿는 순간 부하 상태에서 뜨거운 연결을 만들고 있기 때문입니다. 퓨즈 홀더는 뜨거운 연결을 만들도록 설계되지 않았습니다. 아크는 나사산이 맞물리기 전에 퓨즈 팁에서 버스바로 점프할 수 있습니다. 당신은 방금 400Vdc에서 직렬 아크 결함을 만들었습니다.
여기 시퀀스 잠금(올바른 방법)이 있습니다.
- 잠금/태그아웃: 모든 스트링이 패널 수준 분리기 또는 모듈 수준 급속 차단 장치에서 분리되었는지 확인합니다. 보정된 미터를 사용하여 접속함에서 0 전압을 확인합니다.
- 음극 연결: 모든 PV 스트링 음극 리드를 음극 버스바에 연결합니다. 이것은 당신의 기준 접지입니다. 모든 것이 죽어 있는 동안 먼저 수행하십시오.
- 퓨즈 설치: 모든 DC 퓨즈를 홀더에 삽입하되 “열림” 위치에 둡니다. 아직 닫지 마십시오.
- 양극 연결: 모든 PV 스트링 양극 리드를 퓨즈 홀더의 라인 측에 연결합니다. 다시 말하지만, 모든 것이 죽어 있습니다.
- 분리기 닫기: 메인 접속함 분리기(장착된 경우)를 닫아 버스바에 전원을 공급합니다.
- 스트링에 한 번에 하나씩 전원 공급: 각 퓨즈 홀더를 개별적으로 닫고 다음으로 이동하기 전에 미터에서 전압과 전류를 확인합니다. 이렇게 하면 모든 결함이 단일 스트링으로 격리됩니다.
시퀀스 잠금은 간단합니다. 라이브일 수 있는 연결을 만들지 마십시오. 라이브인 연결을 끊지 마십시오. 무언가를 만지기 전에 항상 제로 에너지를 확인하십시오.
NEC 690.16은 각 스트링에 대한 분리 수단을 요구하지만 작업 순서를 지정하는 방법은 알려주지 않습니다. 그것이 전문 설치자와 사고 보고서에 나타나는 사람들을 구분하는 것입니다.
태양광 패널을 접속함에 안전하게 배선하는 4단계 방법
이론을 이해했습니다. 이제 당신을 안전하게 지켜주고 검사관을 행복하게 해주는 현장 테스트된 방법이 있습니다.
1단계: 스트링 전압 계산 및 확인(라벨을 믿지 마십시오)
미니 논문: 라벨 Voc는 설계 값이 아닌 시작점입니다. NEC 2023 준수를 위해서는 저온 보정 및 측정 확인이 필수입니다.
패널 데이터시트를 잡으십시오. STC(표준 테스트 조건)에서 Voc를 찾으십시오. 이제 실제 계산을 수행하십시오.
Voc(설계) = Voc(STC) × 패널 수 × 1.25(NEC 690.7 저온 계수)
8개의 스트링에 있는 40Voc 패널의 경우: 40 × 8 × 1.25 = 400V 설계 전압.
이제 확인하십시오. 추운 아침(<40°F)에 스트링을 분리하고 Fluke 393 FC 클램프 미터(1500Vdc 정격)로 Voc를 측정합니다. 380-420V가 표시되어야 합니다. 450V가 표시되면 스트링이 장비에 비해 너무 깁니다. 아크 플래시 후에가 아니라 지금 재설계하십시오.
Pro-Tip: NEC 2023 1.25 계수는 최소값입니다. 캐나다 또는 북부 주에서는 1.35를 사용하십시오. 검사관이 확인할 것입니다. 클레임 후 보험도 확인할 것입니다.
2단계: 적절한 정격 구성 요소 선택(250Vdc 거짓말)
미니 논문: 구성 요소 전압 정격은 설계 Voc를 최소 20% 초과해야 하며 DC 정격은 AC 정격과 상호 교환할 수 없습니다.
당신의 설계 전압은 400Vdc입니다. 구성 요소 최소 정격:
- 퓨즈 홀더: 최소 600Vdc. Bussmann과 Littlefuse는 600Vdc에서 10kA를 차단할 수 있는 태양광 정격 홀더를 만듭니다.
- 퓨즈: 600Vdc, 시간 지연 유형. 표준 250V 퓨즈는 폭발합니다.
- 차단기: 최소 600Vdc, 20A. AC 정격이 아닌 DC 정격을 확인하십시오. “30A 240V” AC 차단기는 아마도 15A 120Vdc일 것입니다.
- 전선: 600Vdc 정격의 PV 전선(USE-2 또는 RHW-2). THHN 전선은 햇빛에 강하지 않으며 3년 안에 갈라집니다.
250Vdc의 거짓: “250Vdc”라고 표시된 차단기? 작은 글씨를 읽어보십시오. “최대 250Vdc, 80% 듀티 사이클”이라고 적혀 있습니다. 연속적인 태양광 작동(100% 듀티 사이클)의 경우 200Vdc로 낮춰야 합니다. 400V 스트링은 해당 차단기를 불법으로 만듭니다.
PV 애플리케이션용으로 UL 1741에 등재된 구성 요소만 사용하십시오. 검사관은 등재 마크를 찾을 것입니다. 그렇지 않으면 모든 것을 뜯어내야 합니다.
3단계: 시퀀스 잠금 실행(절대 활선 작업 금지)
미니 논문: 시퀀스 잠금은 정신적 체크리스트가 아닌 서면 절차입니다. 편차는 아크가 발생하는 원인입니다.
컴바이너 박스를 만지기 전에 작업 티켓에 다음을 적으십시오.
- 패널 차단기에서 잠금 상태를 확인합니다. 전압이 0인지 측정합니다.
- 모든 음극 전선을 음극 버스바에 연결합니다.
- 퓨즈를 열린 위치에 설치합니다.
- 모든 양극 전선을 퓨즈 라인 단자에 연결합니다.
- 주 차단기를 닫습니다.
- 퓨즈를 하나씩 작동시키면서 각각을 확인합니다.
두 번째 사람이 각 단계에 서명합니다. 이것은 관료주의가 아니라 작업자 보상 위원회에 손가락 세 개가 없는 이유를 설명하지 않도록 하는 방법입니다.
Pro-Tip: 무엇이든 만지기 전에 DC 정격의 비접촉 전압 테스터(NCVT)를 사용하십시오. Fluke 1AC-A1-II는 DC를 감지하지 못합니다. Fluke 369 FC 또는 이와 유사한 것이 필요합니다. $200 도구는 $50,000 병원비보다 낫습니다.
4단계: 토크, 테스트 및 문서화(손가락 조임의 함정)
미니 논문: 적절한 토크는 제안이 아닌 코드 요구 사항입니다. 느슨한 연결은 부하 상태에서 녹는 고저항 접합부를 만듭니다.
컴바이너 박스의 모든 버스바 연결에는 일반적으로 50-120 in-lbs의 토크 사양이 있습니다. “손가락 조임 + 1/4바퀴”는 손가락 조임의 함정입니다. 오늘은 안전하게 느껴지지만 6개월 후에는 화재 위험이 됩니다.
토크 드라이버 또는 렌치를 사용하십시오. 사양에 맞게 설정합니다. 모든 연결을 조입니다. 그런 다음 다시 조입니다. 열 순환은 시간이 지남에 따라 연결을 느슨하게 합니다. NEC 2023 에디션은 100A를 초과하는 모든 PV 연결에 대한 문서화된 토크 확인을 요구하는 690.31(C)를 추가했습니다. 주거용의 경우 여전히 화재 조사관 보고서에서 벗어날 수 있는 최상의 방법입니다.
테스트: 각 스트링을 작동시킨 후 컴바이너 박스와 인버터 입력에서 전압을 측정합니다. 2V 이내로 일치해야 합니다. 더 큰 강하는 연결 불량을 나타냅니다. 지금 수정하십시오.
문서화: 완료된 배선 사진을 찍습니다. 사진에 각 스트링을 레이블로 표시합니다. 고객 파일에 저장합니다. 3년 후에 “낮은 생산량”에 대해 전화하면 상자를 열지 않고도 어떤 스트링인지 정확히 알 수 있습니다.
컴바이너 박스는 지루해야 합니다.
이제 이해했습니다. 아크 플래시 서프라이즈—AC를 길들이는 DC의 조용하고 끊임없는 위험. 당신은 탈출했습니다. 전압 스태킹 함정—보호 장치를 폭탄으로 바꾸는 수학적 오류. 그리고 당신은 숙달했습니다. 시퀀스 잠금—다른 모든 것이 잘못될 때 당신을 안전하게 지켜주는 작업 순서.
제대로 배선된 컴바이너 박스는 지루합니다. 스파크가 튀지 않습니다. 윙윙거리지 않습니다. 뜨거워지지 않습니다. 그냥 거기에 앉아서 스트링을 결합하고 회로를 보호하며 태양광 시스템을 25년 동안 작동시킵니다.
당신의 임무는 그것을 지루하게 만드는 것입니다. 4단계 방법을 따르십시오. 정격 구성 요소를 사용하십시오. 시퀀스 잠금을 실행합니다. 모든 연결을 조입니다. 모든 것을 문서화합니다.
다음 프로젝트에 대한 코드 준수 컴바이너 박스를 지정할 준비가 되셨습니까? 토크 사양, 전압 계산 워크시트 및 구성 요소 선택 가이드가 포함된 무료 NEC 2023 컴바이너 박스 체크리스트를 다운로드하십시오. 또는 프로젝트별 설계 지원을 위해 VIOX 애플리케이션 엔지니어에게 문의하십시오.
컴바이너 박스는 시스템에서 가장 안정적인 부분이어야 합니다. 그렇게 만드십시오.
参考标准与来源
- NEC 690.7 (2023): 저온에 대한 전압 보정 계수
- NEC 690.12 (2023): 건물에 있는 PV 시스템의 빠른 차단
- NEC 690.16 (2023): PV 회로용 퓨즈 및 차단기
- NEC 690.31(C) (2023): 토크 문서화 요구 사항
- UL 1741: 인버터, 컨버터 및 충전 컨트롤러의 안전 표준
- UL 4248-18: 태양광 시스템용 퓨즈 홀더
- NFPA 70E: 작업장의 전기 안전 표준
