한 Reddit 사용자가 겉보기에는 무해한 질문을 했습니다. “안전성을 높이기 위해 태양광 접속함의 DC 입력 측에 RCD(잔류 전류 장치)를 설치해야 할까요?” 몇 분 만에 면허를 소지한 전기 기술자와 태양광 엔지니어가 긴급 경고로 스레드를 가득 채웠습니다. 하지 마세요. 위험합니다.
이 답변은 DIY 태양광 설치, 심지어 일부 전문 설치까지 심각한 위험에 빠뜨리는 중요한 오해를 드러냅니다. “보호 기능이 많을수록 좋다”는 AC 전기 사고방식에 익숙하다면 태양광 DC 회로는 완전히 다른 접근 방식이 필요합니다. 태양광 시스템의 DC 측에 표준 RCD를 설치하는 것은 효과가 없을 뿐만 아니라 화재 및 감전 위험에 취약한 상태로 두면서 잘못된 보안 의식을 조성할 수 있습니다.
이 가이드에서는 RCD가 DC 애플리케이션에서 왜 치명적으로 실패하는지, PV 접속함에 실제로 필요한 보호 장치는 무엇인지, 최신 태양광 시스템에서 누설 보호가 실제로 어디에서 발생하는지 설명합니다.
RCD가 DC 회로에서 작동할 수 없는 이유
근본적인 비호환성
잔류 전류 장치는 AC 전류 흐름의 불균형을 감지하여 작동합니다. 모든 RCD 내부에는 활선과 중성선을 모니터링하는 차동 변압기(토로이드)가 있습니다. 건강한 AC 회로에서는 나가는 전류와 돌아오는 전류가 같아 서로 상쇄되는 반대 방향의 자기장을 생성합니다. 누설이 발생하면(예: 사람이 활선에 닿을 때) 불균형으로 인해 감지 코일에 전류를 유도하여 장치를 트립시키는 순 자기장이 생성됩니다.
이 전체 메커니즘은 끊임없이 변화하는 자기장을 생성하는 교류 전류에 달려 있습니다. 직류 전류는 이 감지 방법을 근본적으로 깨뜨리는 안정적이고 변하지 않는 자기장을 생성합니다.
포화 문제: RCD가 눈이 멀다
DC 누설 전류가 RCD의 변압기를 통과하면 자기 코어를 포화시키는 일정한 자기장이 생성됩니다. 포화된 코어는 더 이상 자기장 변화에 반응할 수 없습니다. 위험한 부분은 다음과 같습니다. DC 고장으로 포화되면 RCD는 이후의 AC 고장에도 “눈이 멀게” 됩니다. DC 포화 후 위험한 AC 누설이 발생하면 RCD는 이를 감지하지 못하고 트립되지 않습니다.
날씨 노출, UV 손상 및 열 순환으로 인해 DC 케이블 주변의 절연 저하가 일반적인 태양광 시스템에서는 DC 누설 고장이 실제적이고 지속적인 위협입니다. 가장 일반적인 주거용 유형인 AC 유형 RCD는 이러한 부드러운 DC 잔류 전류를 감지할 수 없으며 조용히 실패할 수 있습니다.
표 1: RCD 유형 및 DC 호환성
| RCD 유형 | AC 고장 감지 | 맥동 DC 감지 | 부드러운 DC 감지 | DC 포화 위험 | PV DC 측에 적합합니까? |
|---|---|---|---|---|---|
| AC 유형 | ✓ | ✗ | ✗ | 높음(모든 DC 구성 요소에서 포화) | 아니요 – 위험함 |
| 유형 A | ✓ | ✓ | ✗(>6mA에서 눈이 멀다) | 중간(6mA DC 이상에서 포화) | 아니요 – 위험함 |
| 유형 F | ✓ | ✓ | ✗(>10mA에서 눈이 멀다) | 중간(10mA DC 이상에서 포화) | 아니요 – 위험함 |
| 유형 B | ✓ | ✓ | ✓ | 낮음(전자 설계) | 아니요 – 잘못된 애플리케이션 |
전압 정격은 시스템의 작동 전압을 충족하거나 초과해야 합니다. 부드러운 DC를 감지할 수 있는 B 유형 RCD조차도 잠재적인 DC 오염이 있는 AC 회로용으로 설계되었습니다. 적절한 DC 과전류 및 아크 고장 보호를 대체하지 않습니다.
DC 아크가 더 위험한 이유
감지 외에도 두 번째 중요한 문제가 있습니다. 아크 소멸입니다. AC 전류는 초당 100번(50Hz 시스템에서) 0을 교차하여 아크가 소멸될 수 있는 자연스러운 순간을 제공합니다. 이러한 영점 교차점에서 아크 에너지는 최소로 떨어져 간격이 절연 해제되고 재점화를 방지합니다.
DC에는 영점 교차가 없습니다. DC 아크가 설정되면 전압과 전류가 충분한 한 무기한으로 유지됩니다. 표준 AC 정격 스위치 및 RCD에는 DC 아크를 강제로 소멸시키는 데 필요한 자기 블로우아웃 코일, 아크 슈트 및 연장 메커니즘이 없습니다. DC 회로에서 AC RCD를 사용한다는 것은 어떻게든 고장을 감지하더라도 접점을 열면 지속적인 아크 발생, 접점 용접 또는 장치 파괴가 발생할 수 있음을 의미합니다.
DC 보호 삼위일체: 접속함에 실제로 속하는 것
RCD 대신 PV 접속함에는 세 가지 특수 DC 정격 보호 장치가 필요합니다. 각 장치는 RCD가 제공할 수 없는 고유한 기능을 수행합니다.
1. DC 정격 MCB(미니어처 회로 차단기)
기능: 결합된 어레이 출력에 대한 과전류 및 단락 보호.
DC 특정 사항이 중요한 이유: DC MCB는 자기장을 생성하여 아크를 아크 슈트로 늘리고 강제하는 자기 블로우아웃 코일을 통합합니다. 이러한 슈트는 주 아크를 여러 개의 더 작은 직렬 아크로 분할하여 회로가 더 이상 유지할 수 없을 때까지 아크 전압과 저항을 극적으로 증가시킵니다. 이 “고저항 차단 방법”은 AC 차단기에서 사용되는 “영전류 차단”과 근본적으로 다릅니다.
DC MCB는 최저 예상 온도에서 시스템의 최대 개방 회로 전압(Voc)에 대해 정격이 지정되어야 합니다. 일반적으로 주거용 시스템의 경우 600V 또는 1000V입니다. 전류 정격은 모든 스트링 최대 전류의 합(각 스트링에 대해 Isc × 1.25)에 연속 작동을 위한 추가 125% 안전 계수를 처리해야 합니다.
6 스트링 시스템의 일반적인 사양(스트링당 14A Isc):
- 총 최대 전류: 6 × 14A × 1.25 = 105A
- 125% 계수가 있는 MCB 정격: 105A × 1.25 = 131.25A
- 선택된 정격: 150A DC MCB, 1000V 정격
2. DC 퓨즈(gPV 정격)
기능: 스트링 수준 과전류 보호 및 역전류 보호.
중요한 애플리케이션: 한 스트링에 고장이 발생하면 건강한 스트링이 역전류를 공급할 수 있습니다. 퓨즈가 없으면 모듈의 최대 직렬 퓨즈 정격(20A-30A)을 초과하여 케이블 과열 및 화재가 발생합니다.
gPV 퓨즈(IEC 60269-6)는 높은 DC 전압 정격(600V, 1000V, 1500V), 병렬 스트링 고장에 대한 DC 차단 용량 및 연속 실외 작동을 위한 열 특성을 특징으로 합니다.
NEC 690.9에 따른 크기 조정: 퓨즈 정격 ≥ Isc × 1.56
14.45A Isc의 경우: 14.45A × 1.56 = 22.54A → 선택 25A gPV 퓨즈
3. DC SPD(서지 보호 장치)
기능: 낙뢰 및 과도 과전압 보호.
태양광 어레이는 낙뢰 유인 장치 역할을 합니다. DC SPD는 MOV 또는 GDT를 사용하여 과전압을 클램핑하고 서지 전류를 접지로 전환합니다.
주요 사양:
- 전압 정격(Uc)은 시스템 최대 Voc를 초과해야 합니다.
- 최대 방전 전류(Imax): 20kA-40kA(유형 2 SPD의 경우)
- 전압 보호 수준(Up)은 인버터 최대 입력을 초과하지 않음
SPD는 서지 이벤트 후 검사가 필요한 희생 장치입니다.
표 2: 구성 요소 선택 매트릭스 – 각 장치가 배치되는 위치
| 위치 | 과전류 보호 | 역전류 보호 | 서지 보호 | 누설/절연 모니터링 |
|---|---|---|---|---|
| 스트링 레벨 | 선택 사항(병렬 스트링이 3개 초과인 경우) | gPV 퓨즈(필수) | 선택 사항(스트링 SPD) | — |
| 컴바이너 박스 출력 | DC MCB(필수) | — | DC SPD(필수) | — |
| 인버터 DC 입력 | 인버터에 통합됨 | 인버터에 통합됨 | Type 2 SPD가 있을 수 있음 | RCMU/ISO 모니터링 |
| 인버터 AC 출력 | AC MCB/MCCB | — | AC SPD | Type A 또는 Type B RCD |
누설 보호가 실제로 발생하는 위치: 인버터의 역할
DC 측에 RCD를 설치하지 않는 경우 누설 보호는 어디에서 발생합니까? 해답: 최신 계통 연계 인버터.
RCMU: 잔류 전류 모니터링 장치
최신 인버터는 AC 및 DC 잔류 전류를 모니터링하는 RCMU(잔류 전류 모니터링 장치)를 통합합니다. 기계적으로 트립되는 RCD와 달리 RCMU는 오류가 감지되면 인버터에 종료 신호를 보냅니다.
RCMU 작동 임계값:
- 갑작스러운 변화 ≥30mA는 0.3초 이내에 종료를 트리거합니다.
- 지속적인 누설 ≥300mA는 종료를 트리거합니다.
- 자가 테스트 실패는 인버터 시작을 방지합니다.
ISO 모니터링: 인버터는 매일 아침 계통 연결 전에 절연 저항을 테스트합니다. 1 메가옴 미만이면 인버터가 작동을 거부합니다. 고급 모델은 실시간 모니터링을 제공합니다.
이러한 통합 보호 기능은 설치자가 DC 측 RCD로 잘못 달성하려는 정확한 기능을 처리하지만 DC 오류 감지를 위해 특별히 설계된 기술을 사용합니다.
AC 측 RCD: RCD가 속하는 유일한 위치
RCD는 태양광 시스템에서 역할을 합니다. 즉, 인버터가 DC를 AC로 변환한 후 AC 출력 측에서 역할을 합니다.
위치: 인버터의 AC 출력과 주 전기 패널 사이.
유형 선택은 인버터 설계에 따라 다릅니다.
표 3: 인버터 유형별 AC 측 RCD 요구 사항
| 인버터 유형 | DC-AC 절연 | 부드러운 DC 누설 위험 | 필수 RCD 유형 | 추론 |
|---|---|---|---|---|
| 절연(변압기 포함) | 갈바닉 분리 | 없음 | 유형 A | 변압기는 DC 오류가 AC 측에 도달하는 것을 차단합니다. |
| 비절연(변압기 없음) | 분리 없음 | 높음 | 유형 B | DC 오류가 AC 측으로 누설될 수 있습니다. Type A는 포화됩니다. |
변압기 없는 인버터에 Type B가 필요한 이유: 갈바닉 절연이 없으면 DC 측 절연 오류로 인해 부드러운 DC 전류가 AC 회로로 흐를 수 있습니다. Type A RCD는 포화되기 전에 6mA DC만 허용합니다. Type B RCD는 부드러운 DC가 있는 상태에서도 작동하는 전자 감지 기능을 사용합니다.
항상 제조업체 설명서를 참조하십시오. 일부 제조업체(SolarEdge)는 Type A RCD를 허용하고 다른 제조업체(SMA)는 변압기 없는 모델에 Type B를 요구합니다. 의심스러운 경우 Type B는 최대 보호 기능을 제공합니다.
일반적인 구성 오류 및 수정 사항
표 4: 위험한 실수와 적절한 해결책
| 오류 | 위험한 이유 | 올바른 해결책 |
|---|---|---|
| DC 입력에 Type AC RCD 설치 | DC 오류를 감지할 수 없습니다. 포화되어 모든 오류에 대해 맹목적이 됩니다. 접점이 DC 아크를 안전하게 차단할 수 없습니다. | DC MCB + gPV 퓨즈를 사용하십시오. 누설 감지를 위해 인버터 RCMU에 의존하십시오. |
| 컴바이너 박스에 AC 정격 퓨즈 사용 | DC 차단 용량이 부족합니다. DC 오류 전류를 제거하려고 할 때 폭발할 수 있습니다. | 항상 적절한 DC 전압 정격의 gPV 정격 퓨즈(IEC 60269-6)를 지정하십시오. |
| “향후 확장을 위해” 퓨즈 크기를 과도하게 늘림” | 10A 스트링에 30A 퓨즈는 역 과전류로부터 보호하지 않습니다. 퓨즈의 목적을 무효화합니다. | NEC 690.9(Isc × 1.56)에 따라 퓨즈 크기를 조정하십시오. 대신 컴바이너 박스/버스바 크기를 늘리십시오. |
| 비용 절감을 위해 SPD 생략 | 번개로 인한 과도 전압은 인버터를 파괴합니다. 보험은 부적절한 설치를 보장하지 않는 경우가 많습니다. | 컴바이너 출력에 DC SPD를 설치하십시오. 패널에 AC SPD도 고려하십시오. |
| 변압기 없는 인버터에 Type A RCD 사용 | A형은 6mA 초과의 평활 DC에서 포화됨; DC 오염된 AC 고장에 대한 보호 실패 | 인버터 유형 확인; IEC 60364-7-712에 따라 비절연 설계에는 B형 RCD 사용 |
| DC 정격 확인 없이 DC MCB 설치 | AC MCB는 DC 차단 시 치명적인 고장 발생; 접점이 용접되거나 폭발할 수 있음 | 명확한 “DC” 표시 및 최소 온도에서 시스템 Voc 이상의 전압 정격 확인 |
장비 사양 점검 목록
PV 컴바이너 박스용 부품 구매 전 다음 사양 확인:
DC MCB:
- 최저 주변 온도에서 시스템 Voc 이상의 DC 전압 정격
- 전류 정격 ≥ (총 스트링 Isc × 1.25) × 1.25
- 장치에 명확한 “DC” 표시
- 차단 용량(Icu) ≥ 최대 예상 고장 전류
gPV 퓨즈:
- IEC 60269-6 gPV 분류 표시
- 전류 정격 = Isc × 1.56을 다음 표준 크기로 반올림
- 전압 정격 ≥ 1.2 × 시스템 Voc
- 정격이 모듈 최대 직렬 퓨즈 정격을 초과하지 않음
DC SPD:
- 정격 연속 작동 전압(Uc) ≥ 시스템 Voc
- 2형 분류 최소 (업스트림 SPD가 없는 경우 1형)
- 최대 방전 전류(Imax) ≥ 20kA
- 전압 보호 수준(Up)이 인버터 최대 입력 전압 미만
인버터:
- 통합 RCMU 또는 동등한 DC 고장 감지
- 절연 저항 모니터링(ISO)
- 문서에 필요한 AC 측 RCD 유형 명시
자주 묻는 질문
Q: AC 전기 기술자는 안전을 위해 항상 RCD를 사용한다고 합니다. DC 측에는 왜 안 되나요?
A: RCD는 교류 전용으로 설계되었습니다. 감지 메커니즘은 AC만 생성하는 변화하는 자기장에 의존합니다. DC는 RCD 코어를 포화시켜 AC 또는 DC 고장을 감지할 수 없게 만드는 안정적인 자기 플럭스를 생성합니다. 또한 RCD 접점은 AC가 제공하는 자연스러운 영점 교차가 없는 DC 아크를 안전하게 차단할 수 없습니다. DC에 RCD를 사용하는 것은 “추가 안전”이 아니라 오작동하는 구성 요소가 잘못된 자신감을 주는 것입니다.
Q: 평활 DC를 감지하므로 DC 측에 B형 RCD를 사용할 수 있습니까?
A: B형 RCD는 평활 DC 잔류 전류를 감지하지만 인버터 출력과 같이 DC 오염 가능성이 있는 AC 회로용으로 설계되었습니다. DC MCB 및 gPV 퓨즈가 제공하는 과전류, 역전류 및 아크 고장 보호를 대체하지 않습니다. 더 중요한 것은 B형 RCD조차도 고전압 PV 어레이에 필요한 DC 차단 용량 및 아크 소멸 메커니즘이 부족할 수 있다는 것입니다. 올바른 접근 방식은 DC 측에 DC 전용 보호 장치를 사용하고 인버터 설계에 따라 필요한 경우 AC 출력에 B형 RCD를 사용하는 것입니다.
Q: 컴바이너 박스에 RCD 장착 공간이 있는 경우는 어떻게 해야 합니까?
A: 일부 수입 컴바이너 박스에는 특정 시장이나 코드를 위해 설계되지 않은 범용 DIN 레일 장착 공간이 포함되어 있습니다. 물리적 공간이 있다고 해서 RCD를 설치해야 하는 것은 아닙니다. NEC Article 690(북미) 또는 IEC 62548(국제) 요구 사항(DC MCB, gPV 퓨즈 및 DC SPD)을 따르십시오. 여분의 공간을 비워 두거나 버스바가 지원하는 경우 추가 스트링 위치에 사용하십시오.
Q: 인버터에 RCMU 및 ISO 모니터링 기능이 있는지 어떻게 알 수 있습니까?
A: 인버터 데이터시트 또는 설치 설명서를 확인하십시오. 평판이 좋은 제조업체(SMA, Fronius, SolarEdge, Solis, Huawei 등)의 최신 계통 연계 인버터는 모두 이러한 기능을 표준으로 포함하며 종종 “안전” 또는 “보호 기능”에 나열합니다. “잔류 전류 모니터링 장치(RCMU)”, “절연 저항 모니터링”, “지락 고장 감지” 또는 “ISO 모니터링”과 같은 용어를 찾으십시오. 이 정보를 찾을 수 없으면 제조업체에 문의하십시오. 2015년 이후에 계통 연결용으로 판매된 모든 인버터에는 통합 DC 고장 감지 기능이 있어야 합니다.
Q: 현지 검사관이 RCD를 요구합니다. 어떻게 해야 합니까?
A: RCD를 어디에 설치해야 하는지 구체적으로 문의하십시오. 인버터와 주 패널 사이의 AC 출력 측을 의미하는 경우 올바릅니다. 인버터 제조업체 사양에 따라 A형 또는 B형을 설치하십시오. DC 측 RCD를 고집하는 경우 다음을 정중하게 참조하십시오.
- NEC 690.41 (시스템 지락 고장 보호 필요, 인버터 RCMU가 제공)
- NEC 690.9 (DC 정격 장치를 통한 DC 과전류 보호 필요)
- IEC 62548 섹션 8.2 (DC 회로 보호 요구 사항 - RCD는 포함되지 않음)
- IEC 60364-7-712 섹션 712.413.1.1.1.2 (비절연 시스템의 AC 측에 B형 RCD 지정)
통합 RCMU/ISO 고장 감지를 보여주는 인버터 기술 문서를 제공하십시오. 대부분의 검사 문제는 AC 측과 DC 측 요구 사항 간의 혼동에서 발생합니다.
Q: 태양광 컴바이너 박스를 직접 DIY할 수 있습니까, 아니면 사전 조립된 것을 구매해야 합니까?
A: 부품 선택 또는 크기 계산에 대해 확실하지 않은 경우 VIOX Electric에서 사전 엔지니어링된 컴바이너 박스를 구매하십시오. 여기에는 올바른 정격의 DC MCB, gPV 퓨즈 홀더, SPD 및 버스바가 함께 제공됩니다. DIY는 NEC 690/IEC 62548 요구 사항을 철저히 이해하고 진정으로 DC 정격 부품을 조달할 수 있는 경우에만 가능합니다.
적절한 DC 보호로 투자를 보호하십시오
요점은 분명합니다. 태양광 시스템의 DC 세계에 들어갈 때는 AC 전기적 사고방식을 버리십시오. AC, A, F 또는 심지어 B형 RCD는 태양광 컴바이너 박스의 DC 입력 측에 적합하지 않습니다. 중요한 고장을 감지할 수 없고, 후속 고장에 눈을 멀게 하고, DC 아크를 안전하게 차단할 수 없습니다.
올바른 보호 전략은 DC 삼위일체를 따릅니다.
- DC 정격 MCB 과전류 및 단락 보호용
- gPV 정격 퓨즈 스트링 레벨 역전류 보호용
- DC SPD 낙뢰 및 서지 보호용
누설 및 절연 고장 모니터링은 DC 고장 감지를 위해 특별히 설계된 RCMU 및 ISO 시스템을 통해 인버터 내부에서 발생합니다. AC 출력 측에서만 인버터 제조업체 사양에 따라 적절한 A형 또는 B형 RCD를 설치하십시오.
VIOX Electric은 NEC 및 IEC 표준을 모두 충족하도록 설계된 PV 컴바이너 박스, DC 정격 MCB, gPV 퓨즈 및 DC SPD의 전체 라인을 제조합니다. 사전 구성된 컴바이너 박스는 부품 선택 및 크기 조정에 대한 추측을 없애줍니다. 기술 지원, 크기 계산 또는 제품 데이터시트에 대해서는 다음을 방문하십시오. VIOX.com 또는 태양광 보호 전문가에게 문의하십시오. AC 가정이 DC 안전을 손상시키지 않도록 하십시오.
