구성 요소 선택이 시스템 안전을 결정하는 이유
태양광 배전함에서 부적절한 보호 구성 요소 선택은 태양광 설비에서 아크 플래시 사고, 보호 시스템 고장 및 전기 화재의 주요 원인입니다. 근본적인 실수는 무엇일까요? 온그리드 및 오프그리드 배전함을 완전히 다른 전기적 특성(고전압 대 고전류, 단방향 대 양방향 흐름, 계통 연계 대 절연 접지)에서 작동할 때 상호 교환 가능한 것으로 취급하는 것입니다.
이 기사에서는 배전함 내부의 올바른 보호 구성 요소 선택에만 초점을 맞춥니다. 위험은 높습니다. 배터리 회로에서 극성 DC 차단기를 사용하면 치명적인 고장이 발생할 수 있으며, 차단 용량을 과소 평가하거나 SPD 유형을 잘못 일치시키면 시스템 무결성이 손상됩니다. VIOX Electric은 이러한 고장이 발생하기 전에 방지하는 응용 분야별 구성 요소 선택을 전문으로 합니다.
온그리드 배전함: 고전압 DC 아크 관리
전기적 프로필 및 중요한 과제
온그리드(계통 연계) 태양광 시스템은 비교적 낮은 전류(스트링당 10A-20A)에서 600V-1000V DC로 작동합니다. 이 고전압, 저전류 프로필은 특정 엔지니어링 과제를 만듭니다. 즉, 상승된 전압에서 DC 아크 소호입니다. 전류가 초당 120번 자연적으로 0을 교차하는 AC 시스템과 달리 DC 아크는 지속적으로 유지되므로 특수 차단 메커니즘이 필요합니다.
전류 흐름은 PV 어레이에서 스트링 인버터, 그리드로 엄격하게 단방향입니다. 이 예측 가능한 방향성 덕분에 배터리 기반 시스템에 비해 구성 요소 선택이 간소화되어 극성 DC 보호 장치를 사용할 수 있습니다.
필수 보호 구성 요소
| 구성 요소 | 사양 | 주요 기능 | VIOX 권장 사항 |
|---|---|---|---|
| DC MCB | 1000V DC, 10-63A | PV 스트링 과전류 보호 | 극성 2P 또는 4P, 최소 6kA 차단 용량 |
| AC MCB | 230/400V AC, 16-125A | 그리드 측 보호 | 인버터와 조정된 Type C 또는 D 곡선 |
| AC SPD | Type 2, 275V/320V | 그리드 유도 서지 보호 | Class II, 40kA 서지 전류 정격 |
| DC 아이솔레이터 | 1000V DC, 부하 차단 정격 | 유지 보수를 위한 수동 분리 | 32-63A 연속 정격 |
| 공통 | 구리, 주석 도금 | 전류 분배 | 최소 10mm² 단면적 |
1000V DC 전압 정격이 협상 불가능한 이유
표준 600V DC 차단기는 아크 전압이 장치의 소호 기능을 초과하기 때문에 1000V 시스템에서 치명적으로 고장납니다. DC 전류가 차단되면 접점 간에 전기 아크가 형성됩니다. 시스템 전압이 차단기의 아크 전압 정격을 초과하면 아크가 자체적으로 유지되어 차단기 케이스 파열, 화재 및 장비 손상이 발생합니다.
VIOX 1000V DC MCB는 고전압 DC 아크 소호를 위해 특별히 설계된 확장된 아크 슈트와 자기 블로우아웃 코일을 통합합니다. 추가 직렬 극(2P 또는 4P 구성)은 아크 길이를 확장하여 차단이 안전하게 발생할 때까지 아크 저항을 증가시킵니다.
AC 측 보호 요구 사항
그리드 연결은 역전류 방지 보호 표준(IEEE 1547, IEC 62116) 준수를 의무화합니다. AC MCB는 이중 목적을 수행합니다.
- 과전류 보호 인버터 AC 출력용
- 단절이란 그리드 정전 시 역전류 방지
Type C 또는 D 곡선 AC MCB는 인버터 보호와 조정되어 시동 시 돌입 전류를 허용하면서 지속적인 과부하 또는 단락 오류 시 트립됩니다.
Type 2 AC SPD 전략
전송 라인의 낙뢰, 커패시터 스위칭 또는 변압기 작동으로 인한 그리드 유도 서지는 유틸리티 연결을 통해 전파됩니다. AC 배전 지점에 설치된 Type 2 AC SPD는 이러한 과도 과전압이 인버터에 도달하기 전에 클램프합니다.
적절한 SPD 설치에는 다음이 필요합니다.
- 리드 인덕턴스를 최소화하기 위해 최대 리드 길이 0.5미터
- 업스트림 과전류 보호와의 조정
- 수명 종료 모니터링을 위한 시각적 표시 창
오프그리드 배전함: 양방향 전류 과제
모든 것을 바꾸는 전기적 현실
오프그리드 배터리 기반 시스템은 근본적으로 다른 매개변수에서 작동합니다. 즉, 충전 및 방전 주기 동안 100-300A 전류로 48V DC 배터리 전압입니다. 이 저전압, 고전류 프로필은 온그리드 시나리오를 반전시키지만 중요한 차별화 요소는 양방향 전류 흐름입니다.
배터리 차단기 딜레마: 표준 PV 차단기가 고장나는 이유
이것은 오프그리드 배전함 설계에서 가장 위험한 실수입니다. 즉, 배터리 회로에서 극성 DC MCB를 사용하는 것입니다.
고장이 치명적인 이유는 다음과 같습니다.
충전 모드에서 전류는 PV 어레이(또는 발전기)에서 배터리로 흐릅니다. 즉, 방향 A입니다. 방전 모드에서 전류는 배터리에서 인버터/부하로 흐릅니다. 즉, A와 반대 방향인 B입니다.
극성 DC 차단기는 한 방향으로만 아크를 소호하도록 설계된 영구 자석 또는 방향성 아크 슈트를 사용합니다. 역전류 흐름 중에 오류가 발생하면 차단기의 아크 소호 메커니즘이 거꾸로 작동하거나 전혀 작동하지 않습니다.
- 자기 블로우아웃 코일이 아크를 잘못된 방향으로 밀어냅니다.
- 아크 에너지가 분산되는 대신 집중됩니다.
- 접점 침식이 가속화됩니다.
- 차단기 케이스 온도가 빠르게 상승합니다.
- 결과: 차단기 고장, 지속적인 아크 및 화재
이 현상에 대한 자세한 기술 설명은 포괄적인 가이드에서 확인할 수 있습니다. PV 스토리지 시스템에서 무극성 DC 소형 회로 차단기를 사용하는 이유.
VIOX 솔루션: 비극성 DC 보호
비극성 DC MCB 및 MCCB 는 흐름 방향에 관계없이 전류를 안전하게 차단하는 대칭 아크 소호 챔버로 설계되었습니다. 주요 설계 기능은 다음과 같습니다.
- 양방향 작동을 위해 방향이 지정된 이중 아크 슈트
- 비자기 블로우아웃 코일(또는 양쪽 극성에서 활성인 자기 코일)
- 대칭 접점 형상
- 높은 연속 전류를 위한 향상된 열 용량
| 기능 | 극성 DC 차단기 | 비극성 DC 차단기 |
|---|---|---|
| 전류 방향 | 단방향만 | 양방향 |
| 응용 프로그램 | PV 스트링 보호 | 배터리 회로 보호 |
| 아크 소멸 | 방향성 자기장 | 대칭형 아크 슈트 |
| 일반적인 평가 | 1000V DC, 10-63A | 250-1000V DC, 100-400A |
| 구성 | 2P (표시 +/-) | 2P 또는 4P (극성 표시 없음) |
| 역전류 발생 시 고장 모드 | 아크 지속, 차단기 고장 | 정상 차단 |
| VIOX 부품 시리즈 | VXDC-1000 시리즈 | VXDC-NP 시리즈 |
배터리 애플리케이션용 전류 정격
배터리 회로는 PV 스트링보다 훨씬 높은 연속 전류 정격을 요구합니다.
- 소형 주거 시스템 (5-10kWh): 100-150A
- 중형 시스템 (15-20kWh): 200-250A
- 대형 독립형 설치: 300-400A
표준 DIN 레일 MCB는 최대 125A입니다. 더 높은 정격의 경우 **몰드 케이스 회로 차단기 (MCCB)**가 필요합니다. 특히 DC 전압에서 **25kA 이상**의 차단 용량을 가진 비극성 DC 정격 MCCB가 필요합니다.
추가 독립형 보호 구성 요소
NH형 DC 퓨즈: 배터리 회로는 퓨즈 백업 보호의 이점을 얻습니다. 160-250A 정격의 NH00 또는 NH1 퓨즈는 2차 과전류 보호를 제공하고 선택적 고장 제거를 위해 MCCB와 협조합니다.
배터리 분리 스위치: 전체 배터리 전압 및 전류 정격의 수동 부하 차단 스위치를 사용하면 유지 보수 중에 안전하게 격리할 수 있습니다. 가시적인 접점 위치 표시기가 있는 DC 정격이어야 합니다.
돌입 전류 처리: 독립형 인버터는 시동 중에 높은 돌입 전류를 소비합니다. 종종 10-50밀리초 동안 **연속 정격의 5-10배**입니다. 비극성 MCCB는 오작동 트립 없이 이 과도 현상을 견뎌야 합니다. VIOX는 고장 보호를 유지하면서 인버터 돌입을 수용하기 위해 배터리 차단기에 대한 시간 지연 특성 (Type D 곡선)을 지정합니다.
발전기 백업 통합
대부분의 독립형 시스템은 확장된 자율성을 위해 **발전기 백업**을 통합합니다. 이로 인해 복잡성이 추가됩니다.
- 자동 전환 스위치 (ATS): 배터리 소모 중 인버터와 발전기 전원 간에 부하를 원활하게 전환합니다.
- 수동 전환 스위치 (MTS): 운영자 개입이 필요한 저렴한 대안
ATS는 배터리 전압, 인버터 출력 및 발전기 가용성을 모니터링하여 100-300밀리초 내에 전환을 실행합니다. 발전기 입력에는 발전기 용량에 맞게 조정된 별도의 과전류 보호 (일반적으로 16-32A AC MCB)가 필요합니다.
자세한 ATS 선택 지침은 다음을 참조하십시오. 자동 전환 스위치 대 인터록 키트 그리고 듀얼 파워 자동 전환 스위치란 무엇입니까?.
접지 및 SPD 선택: 숨겨진 차별화 요소
계통 연계 접지 아키텍처
계통 연계 시스템은 유틸리티 상호 연결 표준에 따라 **견고하게 접지된** 전기 아키텍처를 사용합니다.
- NEC 690.41을 준수하기 위해 PV 어레이 음극 또는 중앙 탭 접지
- 장비 접지 도체는 모든 금속 인클로저를 연결합니다.
- AC RCD 또는 RCBO 보호 계통 측에 필요 (주거용 30mA, 상업용 300mA)
- 접지 오류 감지는 절연 저항을 모니터링합니다.
이 견고하게 접지된 구성은 상과 접지 사이의 누설 전류를 감지하는 안정적인 **접지 오류 회로 차단기 (GFCI/RCD)** 작동을 가능하게 합니다. 이는 인력 안전 및 NEC 준수에 매우 중요합니다.
Type 2 AC SPD 협조: 계통 연계 SPD는 서지 전류가 접지면으로 전환되는 견고하게 접지된 시스템에서 작동합니다. SPD는 다음 등급이어야 합니다.
- 최대 연속 작동 전압(MCOV): 230V 시스템의 경우 275V, 277V 시스템의 경우 320V
- 공칭 방전 전류(In): 최소 20kA
- 전압 보호 수준(상향): 민감한 인버터 전자 장치를 보호하기 위해 <1.5kV
독립형 접지 전략
독립형 시스템은 일반적으로 **플로팅 접지** 또는 **절연 접지** 아키텍처를 사용합니다.
- 배터리 음극은 부식 방지를 위해 플로팅 (접지되지 않음)될 수 있습니다.
- 인버터는 인공 중성선 및 접지 기준을 생성합니다.
- 시스템은 절연 전원 공급 장치로 작동합니다.
- RCD 보호는 종종 실현 불가능합니다. 기준 접지 부족으로 인해
SPD 선택에 중요한 이유:
플로팅 접지 시스템에서 서지 에너지는 접지면을 통해 소산될 수 없습니다. 이를 위해서는 다른 SPD 토폴로지가 필요합니다.
- 공통 모드 SPD: 각 상과 접지 사이를 보호합니다 (접지 기준 필요).
- 차동 모드 SPD: 상 사이를 보호합니다 (플로팅 시스템에서 작동).
독립형 설치는 어레이 케이블링에서 번개로 인한 서지로부터 보호하기 위해 **PV 입력에 DC SPD**를 우선적으로 사용합니다. 발전기가 통합된 경우 AC SPD가 2차적으로 사용됩니다.
포괄적인 SPD 선택 지침: 태양광 발전 시스템에 적합한 SPD를 선택하는 방법 그리고 AC 대 DC 컴바이너 박스.
| 접지 파라미터 | 계통 연계 시스템 | 독립형 시스템 |
|---|---|---|
| 접지 기준 | 견고한 유틸리티 접지 | 플로팅 또는 절연 |
| RCD 보호 | 필수 (30-300mA) | 종종 적용 불가능 |
| SPD 유형 (AC 측) | 유형 2, 공통 모드 | 유형 2, 차동 모드 선호 |
| SPD 유형 (DC 측) | 유형 2 DC, 1000V | 유형 2 DC, 600V 또는 1000V |
| 지락 결함 감지 | 표준 GFP 모듈 | 맞춤형 절연 모니터링 |
| 낙뢰 보호 | 그리드가 부분적인 보호 제공 | 전체 DC 측 보호 필수 |
하이브리드 시스템: 복잡한 중간 지점
하이브리드 시스템은 계통 연계 작동과 배터리 백업을 결합하여 **고전압 PV 스트링과 양방향 배터리 회로**를 모두 처리하는 보호 구성 요소가 필요합니다.
이중 보호 요구 사항
PV 어레이 측 (고전압):
- 스트링 보호용 1000V DC MCB (극성 허용)
- PV 급속 차단 장치 (NEC 690.12 준수)
- 컴바이너 박스 입력의 DC SPD
배터리 측 (고전류, 양방향):
- 비극성 DC MCCB 배터리 보호용 (200-400A)
- 배터리 분리 스위치
- 백업 보호용 NH형 DC 퓨즈
AC 측 (계통 연결 + 백업 부하):
- 계통 연계 인버터 보호 (AC MCB + RCD)
- 별도의 보호 기능이 있는 중요 부하 서브패널
- 그리드와 배터리 전원 간의 원활한 전환을 위한 ATS
엔지니어링 과제
하이브리드 배전함은 다음을 수용해야 합니다.
- PV의 고전압 DC (600-1000V)
- 배터리의 저전압, 고전류 DC (48V, 200A 이상)
- 양방향 배터리 전류 (충전/방전)
- 안티 아일랜딩 기능이 있는 그리드 AC 연결
- 발전기 백업 입력 (선택 사항)
VIOX 하이브리드 솔루션: PV, 배터리 및 AC 회로를 위한 분리된 구획이 있는 맞춤형 엔지니어링 배전함 - 고전압 및 저전압 섹션 간의 전압 스트레스를 방지하면서 컴팩트한 설치 공간을 유지합니다.
하이브리드 시스템의 SPD 조정
서지 보호가 더욱 복잡해집니다.
- 유형 1+2 AC SPD 그리드 연결 지점 (향상된 보호)
- DC SPD PV 컴바이너 박스 입력
- 별도의 DC SPD 배터리 단자 (드물게, 특정 애플리케이션)
문제는 SPD 캐스케이드 고장을 일으키지 않고 적절한 통과 전압을 보장하기 위해 여러 SPD 단계를 조정하는 것입니다.
구성 요소 선택 의사 결정 매트릭스
| 선택 기준 | 계통 연계 시스템 | 독립형 시스템 | 하이브리드 시스템 |
|---|---|---|---|
| DC 전압 | 600-1000V | 48-120V | 두 범위 모두 |
| DC 전류 | 스트링당 10-20A | 100-400A (배터리) | 두 범위 모두 |
| 전류 방향 | 단방향 | 양방향 | 두 가지 유형 모두 |
| DC 차단기 유형 | 극성 MCB (1000V) | 비극성 MCCB | 별도 회로의 두 가지 유형 모두 |
| DC 차단 용량 | 최소 6kA | 최소 25kA | 둘 다 더 높은 값 |
| AC 보호 | MCB + RCD (계통 연계) | MCB만 (발전기인 경우) | MCB + RCD + ATS |
| SPD (AC 측) | Type 2, 275/320V MCOV | Type 2 (발전기가 있는 경우) | Type 1+2 협조 |
| SPD (DC 측) | 유형 2 DC, 1000V | Type 2 DC, 600V | 다단계 |
| 추가 구성 요소 | DC 절연기 | 배터리 분리, ATS | 위의 모든 것 |
| 인클로저 정격 | IP65 실외 등급 | IP54 최소 (실내) | IP65 권장 |
| 발전기 입력 | 해당 없음 | 16-32A AC MCB | 16-32A AC MCB + ATS |
차단 용량 요구 사항
계통 연계 PV 스트링: 패널 특성에 의해 제한되는 단락 전류. 일반적 Isc = 스트링당 10-15A. DC MCB 정격 1000V DC에서 6kA 적절한 차단 용량을 제공합니다.
독립형 배터리 회로: 배터리 뱅크의 단락 전류는 초과할 수 있습니다. 5,000A 대형 리튬 이온 어레이의 경우. DC 전압에서 25kA 차단 용량 최소 요구 사항입니다. 상업용 설치의 경우 50kA가 선호됩니다.
전선 크기 고려 사항
| 회로 유형 | 전압 | 현재 | 최소 와이어 크기 | 절연 등급 |
|---|---|---|---|---|
| 계통 연계 PV 스트링 | 1000V DC | 15A | 10 AWG (6mm²) | 1000V DC 정격 |
| 독립형 배터리 | 48V 직류 | 200A | 3/0 AWG (95mm²) | 600V DC 정격 |
| AC 계통 연결 | 230V AC | 32A | 8 AWG (10mm²) | 600V AC 정격 |
| 발전기 입력 | 230V AC | 25A | 10 AWG (6mm²) | 600V AC 정격 |
구성 요소 선택이 상호 교환될 수 없는 이유
치명적인 고장 모드는 시스템 유형에 따라 근본적으로 다릅니다.
계통 연계 고장 모드: 불충분한 전압 정격은 다음으로 이어집니다. 폭발, 장비 파괴 고장 및 매우 나쁜 날로부터 귀하를 보호합니다. 고장 제거 중. 아크가 차단기 케이스 내부에서 유지되어 케이스 파열 및 잠재적인 화재를 유발합니다.
독립형 고장 모드: 배터리 회로에서 극성 차단기를 사용하면 다음이 발생합니다. 역 극성 아크 유지—차단기는 한 방향의 전류 동안 차단하지 못하여 접점 용접, 열 폭주 및 장비 파괴로 이어집니다.
이는 가설적인 위험이 아닙니다. 태양광 설치 고장의 현장 데이터는 다음을 보여줍니다.
- 독립형 배전함 화재의 68%는 잘못 적용된 극성 차단기와 관련이 있습니다.
- 계통 연계 아크 플래시 사고의 43%는 과소 평가된 전압 정격으로 추적됩니다.
- 하이브리드 시스템 고장의 31%는 부적절한 SPD 협조로 인해 발생합니다.
VIOX의 응용 분야별 접근 방식
VIOX Electric은 정확한 애플리케이션 요구 사항에 맞게 설계된 보호 부품을 제조합니다.
- VXDC-1000 시리즈: 온-그리드 PV 스트링용 극성 DC MCB, 1000V DC 정격, 6kA 차단 용량, 1-63A 범위
- VXDC-NP 시리즈: 배터리 회로용 비극성 DC MCCB, 250-1000V DC 정격, 25-50kA 차단 용량, 100-400A 범위
- VX-ATS 시리즈: 오프-그리드 및 하이브리드 시스템용 자동 절체 스위치, 16-125A 용량, <200ms 절체 시간
- VX-SPD 시리즈: 시각적 표시 및 원격 모니터링 기능이 있는 조정된 AC 및 DC 서지 보호 장치
당사의 엔지니어링 팀은 안전 및 규정 준수를 보장하기 위해 애플리케이션별 부품 선택 지원, 맞춤형 배전함 설계 및 현장 설치 검증을 제공합니다.
자주 묻는 질문
계통 연계형 및 독립형 시스템에 동일한 분전함을 사용할 수 있습니까?
아닙니다. 전압/전류 프로파일, 차단기 유형 및 보호 철학이 근본적으로 다릅니다. 계통 연계형 박스는 고전압(1000V) 극성 차단기를 사용하며 정격은 10-20A입니다. 계통 비연계형 박스는 저전압에서 100-400A 정격의 비극성 차단기가 필요합니다. 잘못된 분전반을 사용하면 보호 실패 및 화재 위험이 발생할 수 있습니다.
오프그리드 시스템에는 무극성 DC 회로 차단기가 필요한 이유는 무엇입니까?
배터리 회로는 양방향 전류로 작동합니다. 전류는 충전 중에는 배터리로 흐르고 방전 중에는 배터리에서 나옵니다. 극성 차단기는 한 방향으로만 전류를 안전하게 차단할 수 있습니다. 고장 전류가 역 극성으로 흐르면 차단기의 아크 소호 메커니즘이 실패하여 아크가 지속되고 치명적인 고장이 발생합니다. 비극성 DC 차단기 전류 방향에 관계없이 작동하는 대칭 아크 소호 챔버로 특별히 설계되었습니다.
배터리 회로에 극성 차단기를 사용하면 어떻게 되나요?
역전류 흐름(차단기 극성 표시 반대) 동안 자기 소호 코일이 아크를 잘못된 방향으로 밀어내고 아크 슈트 형상이 역방향으로 작동합니다. 결과: 아크가 소멸되지 않고 유지되며 접점이 과열되고 차단기 케이스가 녹아 화재가 발생합니다. 이는 독립형 배전함 고장의 주요 원인입니다.
오프그리드 시스템에 자동 절체 스위치가 필요한가요?
ATS는 발전기 백업이 있는 오프-그리드 시스템에 필수적입니다. 배터리가 소모되면 인버터와 발전기 전원 간에 부하를 자동으로 전환합니다. 수동 절체 스위치(MTS)는 저렴한 대안이지만 작업자의 개입이 필요합니다. 발전기 백업이 없는 시스템에는 ATS가 필요하지 않습니다. 자세한 비교는 다음 가이드를 참조하십시오. 자동 절체 스위치 대 인터록 키트.
계통 연계형과 독립형 시스템 간 SPD 요구 사항은 어떻게 다른가요?
온-그리드 시스템은 유틸리티 유도 서지로부터 보호하기 위해 그리드 연결 지점에 Type 2 AC SPD를 사용합니다. 오프-그리드 시스템은 시스템에 유틸리티 접지 기준이 없으므로 어레이 케이블링의 낙뢰로부터 보호하기 위해 PV 어레이 입력에 DC SPD를 우선적으로 사용합니다. 접지 아키텍처(견고하게 접지됨 대 플로팅)는 공통 모드 또는 차동 모드 SPD가 적절한지 여부를 결정합니다. 참조: 올바른 SPD 선택 방법.
배터리 차단기에는 어떤 차단 용량이 필요합니까?
대형 리튬 이온 뱅크의 경우 배터리 단락 회로 전류가 5,000A를 초과할 수 있습니다. 최소 차단 용량: DC 작동 전압에서 25kA. 상업용 설치는 50kA를 지정해야 합니다. 차단 용량은 실제 DC 시스템 전압에서 확인해야 합니다. “220V AC에서 25kA”로 정격된 차단기는 48V DC에서 10kA 용량만 가질 수 있습니다. 항상 DC 전압별 차단 용량 등급을 확인하십시오.
VIOX Electric 태양광 배전함 부품 선택에 대한 포괄적인 기술 지원을 제공합니다. 애플리케이션별 권장 사항, 맞춤형 배전함 설계 및 공장 수락 테스트에 대해서는 당사 엔지니어링 팀에 문의하여 설치가 안전 표준을 충족하고 시스템의 25년 설계 수명 동안 안정적으로 작동하는지 확인하십시오.
