퓨즈가 고장 없이 끊어지는 현상 이해하기
100kW 태양광 어레이가 방금 오프라인으로 전환되었습니다. 기술자가 현장까지 90마일을 운전하여 컴바이너 박스를 열고 12A만 소모해야 하는 스트링을 보호하는 15A 퓨즈가 끊어진 것을 발견합니다. 퓨즈는 NEC 요구 사항(9.5A × 1.56 = 14.8A)에 따라 15A로 올바르게 크기가 결정되었습니다. 그러나 단락, 접지 오류 없이 열 때문에 끊어졌습니다.
이는 퓨즈 오동작으로 태양광 산업에 연간 수백만 달러의 비용이 발생합니다. 근본 원인은 온도 저감입니다. 퓨즈는 25°C에서 정격이지만 태양광 컴바이너 박스는 내부적으로 60-70°C에 도달합니다. 70°C에서 해당 15A 퓨즈는 스트링의 실제 전류 소모량인 12A 퓨즈로 효과적으로 작동합니다.
이 가이드는 다음을 방지하는 계산 방법, 저감 계수 및 설계 솔루션을 제공합니다. 태양광 컴바이너 박스에서 오동작 발생.
태양광 컴바이너 박스에서 퓨즈 오동작 이해하기
오동작은 과전류 보호 장치가 실제 전기적 결함 없이 회로를 열 때 발생합니다. 보호 장치는 상승된 작동 온도로 인해 명판 정격보다 낮은 임계값에서 작동합니다.
온도가 퓨즈 성능에 미치는 영향
퓨즈는 열 원리로 작동합니다. 전류는 열(I²R 손실)을 발생시킵니다. 온도는 다음과 같은 두 가지 방식으로 이에 영향을 미칩니다.
- 감소된 열 헤드룸: 70°C 환경에서 퓨즈 소자는 25°C 실험실보다 45°C 더 뜨겁게 시작합니다.
- 변경된 저항: 퓨즈 소자 저항은 온도에 따라 증가하여 더 많은 I²R 가열을 발생시킵니다.
실제 비용 영향
50개의 컴바이너 박스가 있는 5MW 태양광 발전소를 고려하십시오. 온도 관련 오동작으로 인해 연간 서비스 호출이 필요한 박스가 20%에 불과한 경우:
- 서비스 호출: 300-500달러
- 퓨즈 교체: 75-150달러
- 생산 손실: 32-64달러
- 사건당 총액: 407-714달러
연구에 따르면 컴바이너 박스 서비스 호출의 15-25%는 실제 결함이 아닌 열 문제와 관련된 오동작과 관련이 있습니다.
온도 저감 기본 사항
온도 저감은 제조업체가 지정한 기준 조건 이상에서 작동하는 것을 고려하여 구성 요소의 전류 전달 용량을 줄입니다.
내부 온도 대 주변 온도
중요한 온도는 내부 인클로저 온도이며 다음과 같이 계산됩니다.
T_internal = T_ambient + ΔT_solar + ΔT_component
Where:
- T_ambient = 실외 공기 온도
- ΔT_solar = 태양 복사열 가열(금속 인클로저의 경우 +20-35°C)
- ΔT_component = 구성 요소 가열(+5-15°C)
예: 35°C + 28°C(태양열) + 10°C(구성 요소) = 73°C
퓨즈 온도 저감 계수
| 주변 온도 | 경감 계수 | 유효 용량(15A 퓨즈) |
|---|---|---|
| 19.5V – 24.2V | 1.00 | 15.0A |
| 17.5V – 22.0V | 0.95 | 14.3A |
| 50°C(122°F) | 0.90 | 13.5A |
| 60°C(140°F) | 0.84 | 12.6A |
| 70°C(158°F) | 0.80 | 12.0A |
참고: 정확한 퓨즈 모델에 대해서는 항상 제조업체의 특정 저감 곡선을 참조하십시오.
내부 컴바이너 박스 온도 계산
온도 상승 구성 요소
- 1. 주변 온도(T_ambient)
- 사막 기후: 40-50°C
- 열대 기후: 32-38°C
- 온대 기후: 28-35°C
- 2. 태양 복사열 가열(ΔT_solar)
- 금속, 어두운 색상, 직사광선: +25-35°C
- 금속, 밝은 색상, 직사광선: +18-28°C
- 그늘/환기: +8-15°C
- 3. 내부 구성 요소 가열(ΔT_component)
- 저전류(<30A): +5-8°C
- 중간(30-60A): +8-12°C
- 높음(60-100A+): +12-18°C
기후대 예시
| 기후대 | T_ambient | ΔT_solar | ΔT_component | T_internal |
|---|---|---|---|---|
| 애리조나 사막 | 45°C | +30°C | +10°C | 85°C |
| 플로리다 해안 | 35°C | +25°C | +10°C | 70°C |
| 캘리포니아 센트럴 밸리 | 38°C | +28°C | +8°C | 74°C |
| 텍사스 하이 플레인스 | 40°C | +30°C | +10°C | 80°C |
이러한 계산은 왜 폴리카보네이트 인클로저에서 총 전류가 150A를 초과하면 중요해집니다. 강제 환기 (50 CFM 팬)를 사용하더라도 내부 온도는 대부분의 DC 차단기 정격의 기준인 60°C를 초과합니다. 8 스트링 또는 150A 결합 전류를 초과하는 모든 애플리케이션에 알루미늄을 지정하십시오. 해결하는 것이 중요한지를 보여줍니다.
퓨즈 사이즈 결정에 온도 저감 적용
완전한 사이즈 결정 공식
- 1단계: 최대 회로 전류 계산 (NEC 690.8)
NEC 690.8(A)(1)에 따라 최대 전류(I_max = I_sc × 1.25)를 계산합니다. 그런 다음 NEC 690.9(B)의 연속 사용률 계수(1.25)를 적용합니다.
공식: 기준_전류 = I_sc × 1.56 - 2단계: 온도 저감 적용
필요한_퓨즈_정격 = 기준_전류 ÷ 저감_계수 - 3단계: 다음 표준 퓨즈 크기로 올림
- 4단계: 도체 허용 전류에 대한 검증
NEC 310.15(B)의 주변 온도 보정 계수를 적용한 후 퓨즈 크기가 도체를 보호하는지 확인합니다.
사이즈 결정 예제
예제 1: 사막 설치
- 모듈 I_sc: 10.5A
- 내부 온도: 75°C
- 저감 계수: 0.78
- 기준 전류 = 10.5A × 1.56 = 16.4A
- 온도 조정 = 16.4A ÷ 0.78 = 21.0A
- 표준 퓨즈: 25A gPV 퓨즈
예제 2: 온대 기후
- 모듈 I_sc: 9.2A
- 내부 온도: 55°C
- 저감 계수: 0.88
- 기준 전류 = 9.2A × 1.56 = 14.4A
- 온도 조정 = 14.4A ÷ 0.88 = 16.4A
- 표준 퓨즈: 20A gPV 퓨즈
포괄적인 사이즈 결정 표
| 모듈 I_sc | NEC 기준 (1.56×) | 60°C에서 (0.84) | 70°C에서 (0.80) | 퓨즈 (60°C) | 퓨즈 (70°C) |
|---|---|---|---|---|---|
| 8.0A | 12.5A | 14.9A | 15.6A | 15A | 20A |
| 10.0A | 15.6A | 18.6A | 19.5A | 20A | 20A |
| 12.0A | 18.7A | 22.3A | 23.4A | 25A | 25A |
| 14.0A | 21.8A | 26.0A | 27.3A | 30A | 30A |
중요한 경고: 퓨즈가 모듈의 최대 직렬 퓨즈 정격을 초과하지 않는지 확인하십시오. 자세한 요구 사항은 다음을 참조하십시오. PV 퓨즈 사이즈 결정 가이드.
일반적인 온도 저감 실수
실수 1: 25°C 실험실 정격 사용
문제: 엔지니어는 25°C 조건을 가정하여 NEC 1.56 곱셈기만을 기준으로 퓨즈 크기를 결정합니다.
결과: 9.6A I_sc 스트링을 보호하는 15A 퓨즈는 70°C 결합기 박스에서 12A 용량(15A × 0.80 = 12A)으로만 작동하여 불필요한 트립을 유발합니다.
보정: 예상 내부 온도를 계산하고 저감을 적용합니다. 필요한 퓨즈: 15A ÷ 0.80 = 18.75A → 20A 퓨즈.
오류 2: 태양 복사열 무시
문제: 설계자는 주변 온도를 고려하지만 태양 복사열로 인한 20-35°C 상승은 간과합니다.
보정: 직사광선 설치의 경우:
- 밝은 색상의 인클로저의 경우 최소 +20°C 추가
- 표준 금속 인클로저의 경우 +25-30°C 추가
- 햇빛 가리개 또는 그늘진 위치 고려
오동작 방지를 위한 설계 솔루션
솔루션 1: 적절한 퓨즈 업사이징
Implementation: - 구현:
- 최악의 경우 내부 온도 계산
- 제조업체 디레이팅 곡선 적용
- 다음 표준 퓨즈 크기 선택
- 10-15% 안전 마진 추가
비용: $0-50 | 효과: 80-90% 감소
솔루션 2: 환기 개선
Implementation: - 구현:
- 환기 루버 설치 (상단 및 하단)
- 최소 3인치 장착 간격
- 통기성 케이블 엔트리 글랜드 사용
비용: $50-150 | 효과: 60-75% 감소 | 온도 감소: 8-15°C
솔루션 3: 열 관리
햇빛 가림:
- 캐노피 또는 햇빛 가리개 설치
- 북쪽을 향하는 표면에 장착
- 반사 코팅 사용 (흰색/밝은 회색)
비용: $100-400 | 효과: 70-85% 감소 | 온도 감소: 10-18°C
솔루션 4: 능동 냉각
Implementation: - 구현:
- 태양열 구동 환기 팬
- 온도 조절 제어 (50°C 초과 시 작동)
비용: $200-800 | 효과: 90-95% 감소 | 온도 감소: 20-30°C
모범 사례를 설치
장착 위치
- 피해야 할 사항:
- 어두운 표면에 직접 장착
- 남쪽을 향하는 벽 (북반구)
- 공기 흐름이 좋지 않은 밀폐된 공간
- 인버터 옆
- 선호:
- 패널 뒤의 그늘진 영역
- 공기 흐름이 있는 북쪽을 향하는 벽
- 간격을 두고 높이를 높여 장착
- 자연적인 바람 흐름 패턴
간격 요구 사항
| 방향 | 최소 거리 | 목적 |
|---|---|---|
| 전면 | 36인치 | NEC 110.26 작업 공간 |
| 후면 | 3인치 | 공기 순환 |
| 측면 | 6인치 | 열 방출 |
| 상단 | 12인치 | 뜨거운 공기 배출 |
주요 설치 지점
- 수직으로 장착 (절대 뒷면 또는 측면에 장착하지 마십시오)
- 환기구 접근 유지
- 토크 드라이버 사용 (8-12 in-lbs)
- 케이블 엔트리는 하단/측면에, 상단에는 하지 마십시오.
- 케이블 묶음으로 환기를 막지 마십시오.
문제 해결 지침은 다음을 참조하십시오. 컴바이너 박스 결함 진단.
VIOX 컴바이너 박스 열 관리 기능
VIOX Electric은 온도 디레이팅 고려 사항을 설계에 처음부터 통합합니다. 열을 가두는 일반적인 인클로저와 달리 당사의 설계는 방열을 적극적으로 촉진합니다.
| 기능 | 일반 폴리카보네이트 박스 | VIOX 열 최적화 박스 | 영향 |
|---|---|---|---|
| 재료 열전도율 | ~0.2 W/m·K (절연체) | ~50 W/m·K (강철) | VIOX는 열을 250배 더 잘 발산합니다. |
| 표면 처리 | 표준 회색 플라스틱 | 태양광 반사 코팅 (SRI >70) | 태양열 획득량 ~15% 감소 |
| 공기 흐름 설계 | 밀폐형 / 통풍구 없음 | CFD 최적화 루버 | 자연 대류 냉각 |
추가적인 열 관련 기능은 다음과 같습니다.
- 부품 간 간격: 퓨즈 홀더 간 열 결합 방지를 위해 최소 30mm 간격 유지
- 테스트 검증: 열 매핑을 통해 70°C 주변 온도에서 1,000시간 작동
- 온도 모니터링: SCADA 통합을 지원하는 옵션 NTC 센서
VIOX 컴바이너 박스는 동일한 조건에서 일반적인 대안 제품보다 일반적으로 12-20°C 더 낮은 온도로 작동합니다.
FAQ 섹션
퓨즈 디레이팅 시 어떤 온도를 사용해야 합니까?
주변 공기 온도가 아닌 예상되는 최대 내부 인클로저 온도를 사용하십시오. T_internal = T_ambient + ΔT_solar + ΔT_component로 계산합니다. 직사광선의 경우 태양열 가열을 위해 주변 온도에 25-35°C를 더하고 부품 가열을 위해 8-12°C를 더합니다. 예상되는 가장 더운 날을 기준으로 설계하십시오. 현장 측정값을 사용할 수 있는 경우 실제 데이터에 5-10°C의 안전 여유를 더하여 사용하십시오.
gPV 퓨즈 대신 표준 DC 퓨즈를 사용할 수 있습니까?
안 됩니다. 태양광 컴바이너 박스에는 표준 DC 퓨즈를 절대 사용하지 마십시오. gPV 정격 퓨즈(UL 248-19 또는 IEC 60269-6)는 중요한 이유로 NEC 690.9에 따라 필수입니다.
- 역전류 정격: 태양광 어레이는 고장 시 전류를 역방향으로 공급할 수 있습니다.
- DC 전압 정격: 높은 DC 전압(600V, 1000V, 1500V)에 필요합니다.
- 차단 용량: 모든 병렬 스트링에서 발생하는 결합된 단락 전류를 처리해야 합니다.
- 온도 특성: 컴바이너 박스의 온도 사이클링을 위해 설계되었습니다.
비 gPV 퓨즈를 사용하면 규정을 위반하고, 보증이 무효화되며, 화재 위험이 발생하고, 보험이 무효화될 수 있습니다.
오동작 트립과 실제 고장을 어떻게 식별합니까?
오동작 트립 표시기:
- 더운 날 최고 햇빛에서 고장 발생
- 접지 오류 또는 절연 저항 문제 없음
- 퓨즈 명판 정격 이하의 스트링 전류
- 온도와 관련된 여러 퓨즈 고장
- 열화상 이미징에서 다른 고장 증거 없이 뜨거운 퓨즈가 나타남
실제 고장 표시기:
- 전원 공급 시 즉시 고장 발생
- 접지 오류 경보 또는 낮은 절연 저항
- 측정된 과전류 상태
- 물리적 손상 증거
- 특정 스트링이 반복적으로 고장 발생
진단 절차: 절연 저항 테스트, 스트링 I_sc 측정, 열화상 이미징 수행, 모니터링 데이터 검토, 온도 저감된 퓨즈 용량 계산.
온도와 고도 모두에 대해 디레이팅해야 합니까?
예. 온도가 주요 요인이지만 고도는 냉각 물리학에 큰 영향을 미칩니다. 더 높은 고도(2,000m/6,600ft 이상)에서는 공기 밀도가 낮아 대류 냉각 효율이 떨어집니다. 즉, 열이 퓨즈나 박스에서 쉽게 빠져나가지 못합니다.
- 6,000피트 미만: 일반적으로 퓨즈에 대한 고도 저감은 필요하지 않습니다.
- 6,000-10,000피트: 공기 밀도 감소를 보상하기 위해 5-10% 추가 과대 설계를 추가하십시오.
- 10,000피트 초과: 특정 고고도 열 모델링에 대해서는 VIOX 엔지니어링에 문의하십시오.
결론
퓨즈 오동작 트립은 불필요한 가동 중지 시간 및 서비스 호출로 인해 태양광 산업에 수백만 달러의 비용을 발생시킵니다. 해결책은 간단합니다. 컴바이너 박스 내부 온도가 60-75°C에 도달할 때 온도 저감을 고려한 적절한 크기 조정입니다.
주요 원칙:
- T_internal = T_ambient + ΔT_solar + ΔT_component를 사용하여 현실적인 내부 온도를 계산합니다.
- 온도 저감 적용: Required_fuse_rating = (I_sc × 1.56) ÷ Derating_factor
- NEC 310.15에 따라 저감 후 도체 전류 용량을 확인합니다.
- 환기, 차광 및 적절한 간격을 통해 열 관리를 구현합니다.
- 조기 열화를 식별하기 위해 정기적인 열 검사를 수행합니다.
70°C 컴바이너 박스에서 일반적인 10A I_sc 모듈의 경우 적절한 온도 저감 크기 조정에는 NEC 기본 계산에서 제안하는 15A 퓨즈 대신 25A 퓨즈가 필요합니다. 이는 오동작 트립을 방지하고 사고당 수백 달러를 절약합니다.
VIOX Electric의 컴바이너 박스는 환기되는 인클로저, 최적화된 부품 간 간격 및 반사 마감을 통해 설계 중에 열 관리 원칙을 통합하여 표준 대안 제품보다 12-20°C 더 낮은 내부 온도를 유지합니다.
프로젝트에서 오동작 트립을 제거할 준비가 되셨습니까?
열 성능을 추측하지 마십시오. 귀하의 현장 조건에 대한 무료 열 분석을 위해 지금 VIOX Electric의 엔지니어링 팀에 문의하거나 컴바이너 박스 퓨즈 크기 계산기를 다운로드하여 다음 설치가 오래 지속되도록 하십시오.
