개요
간접 낙뢰는 파괴적입니다.낙뢰 활동에 대한 일화적 관찰은 일반적으로 PV 어레이의 낙뢰 유발 과전압 수준에 대한 잘못된 지표입니다.간접 낙뢰는 PV 장비 내의 민감한 구성요소를 쉽게 손상시킬 수 있으며, 이는 종종 손상된 구성요소를 수리하거나 교체하는 데 많은 비용이 소요되고 PV 시스템의 신뢰성에 영향을 미칩니다.과전압은 각 PV 시스템의 설정 조건 및 배선에 따라 다릅니다.
PV 시스템은 일반적으로 들판이나 건물 꼭대기와 같은 넓은 개방 공간에 노출됩니다.이러한 열린 들판에 축적된 전하를 띤 비구름은 번개의 형태로 전하를 방출하는 경향이 있습니다.이 경우 전압 서지가 발생하기 쉽습니다.필드가 넓을수록 파괴가 발생할 가능성이 높아집니다.
PV 시스템이 산업 현장에 위치하면 비즈니스 운영 및 장비도 위험에 처하게 됩니다.인버터는 비싸지만 산업용 애플리케이션의 경우 훨씬 더 비싼 고장은 다운타임 비용입니다.
낙뢰가 태양광 PV 시스템에 부딪히면 태양광 PV 시스템 와이어 루프 내에서 유도된 과도 전류 및 전압이 발생합니다.이러한 과도 전류 및 전압은 장비 터미널에 나타나며 PV 패널, 인버터, 제어 및 통신 장비와 같은 태양광 PV 전기 및 전자 부품과 건물 설치 장치 내에서 절연 및 유전체 고장을 일으킬 수 있습니다.어레이 박스, 인버터 및 MPPT(최대 전력점 추적기) 장치는 가장 높은 고장 지점을 가지고 있습니다.
고에너지가 전자 장치를 통과하여 PV 시스템에 고전압 손상을 일으키지 않도록 하려면 전압 서지에 접지 경로가 있어야 합니다.이렇게 하려면 모든 전도성 표면을 직접 접지해야 하며 시스템에 들어오고 나가는 모든 배선(예: 이더넷 케이블 및 AC 주전원)은 SPD를 통해 접지에 연결해야 합니다.
어레이 상자, 재결합기 상자 및 DC 차단기 내의 각 스트링 그룹에 대해 서지 보호 장치가 필요합니다.
PV 시스템용 서지 보호 장치 선택 및 설치
PV 시스템에는 고유한 특성이 있으므로 PV 시스템용으로 특별히 설계된 SPD를 사용해야 합니다.
PV 시스템은 최대 1500볼트의 높은 DC 시스템 전압을 갖습니다.최대 전력 포인트는 시스템의 단락 전류보다 몇 백분위수 아래에서만 작동합니다.
PV 시스템 및 설치에 적합한 SPD 모듈을 결정하려면 다음을 알아야 합니다.
번개 라운드 플래시 밀도;
시스템의 작동 온도;
시스템의 전압;
시스템의 단락 전류 정격;
보호해야 하는 파형의 레벨(간접 또는 직접 낙뢰)
공칭 방전 전류.
외부 낙뢰 보호 시스템(LPS)에 의해 보호되는 설비에 대한 SPD 요구사항은 선택된 피뢰시스템 등급 및 피뢰시스템과 PV 설비 사이의 분리 거리가 절연 또는 비절연인지 여부에 따라 다릅니다.IEC 62305-3은 외부 피뢰시스템에 대한 이격 거리 요구 사항을 자세히 설명합니다.
보호 효과를 얻으려면 SPD의 전압 보호 수준(Up)이 시스템 단말 장비의 절연 내력보다 20% 낮아야 합니다.
SPD가 연결된 태양광 어레이 스트링의 단락 전류보다 더 큰 단락 저항 전류를 갖는 SPD를 사용하는 것이 중요합니다.dc 출력에 제공되는 SPD는 dc MCOV가 패널의 최대 태양광 시스템 전압 이상이어야 합니다.
태양광 시스템의 DC 측 SPD
PV 소스는 기존의 DC 소스와 전류 및 전압 특성이 매우 다릅니다. 비선형 특성을 가지며 점화된 아크의 장기간 지속을 유발합니다.따라서 PV 전류 소스는 더 큰 PV 스위치와 PV 퓨즈뿐만 아니라 이러한 고유한 특성에 맞게 조정되고 PV 전류에 대처할 수 있는 서지 보호 장치용 차단기를 필요로 합니다.
dc 측에 설치된 SPD는 항상 dc 애플리케이션을 위해 특별히 설계되어야 합니다.잘못된 ac 또는 dc 측에서 SPD를 사용하면 오류 조건에서 위험합니다.
설치
SPD는 항상 보호할 장치의 업스트림에 설치해야 합니다.NFPA 780 12.4.2.1에 따르면 서지 보호는 양극에서 접지로, 음극에서 접지로, 다중 태양 전지판용 결합기 및 재결합기 상자, 인버터의 AC 출력에서 태양 전지판의 dc 출력에 제공되어야 한다고 명시되어 있습니다.
SPD의 적절한 설치는 다음 세 가지 값에 따라 달라집니다.
최대 연속 작동 전압: SPD가 활성화할 전압.
전압 보호 수준: 장비의 과전압 범주는 SPD의 전압 보호 수준보다 높아야 합니다.
공칭 방전 전류: SPD가 반복적인 서지 후에 견딜 수 있는 파형의 피크 값(유형 2 SPD의 경우 8/20μs).
SPD와 인버터를 결합하는 방법
PV 팜은 광범위한 보호가 필요한 매우 민감한 장비로 구성됩니다.PV 팜은 직류(dc) 전력을 생성하기 때문에 인버터(이 전력을 dc에서 ac로 변환하는 데 필요)는 전기 생산에 필수적인 구성 요소입니다.불행히도 인버터는 낙뢰에 매우 취약할 뿐만 아니라 엄청나게 비쌉니다.
NFPA 780 12.4.2.3은 시스템 인버터가 가장 가까운 결합기 또는 재결합기 상자에서 30미터 이상 떨어져 있는 경우 인버터의 DC 입력에 추가 SPD가 필요합니다.
스트링 프로텍터(예: 퓨즈, DC 차단기 또는 스트링 다이오드)가 있는 경우 퓨즈와 인버터 사이에 SPD를 설치합니다.
통합 퓨즈 박스가 있는 인버터가 있는 경우 SPD를 연결하려면 내부 퓨즈가 바이패스되고 외부 스트링 퓨즈가 연결되어 있는지 확인하십시오.
스트링 인버터는 가능한 스트링에 가깝게 설치해야 합니다.L+/L- 네트워크에 연결하고 SPD의 터미널 블록과 접지 버스바 사이를 연결하는 SPD 케이블은 2.5미터 미만이어야 합니다.연결 케이블이 짧을수록 보호가 더 효율적이고 비용 효율적입니다.
MPP 트래커가 하나만 있는 인버터의 경우 인버터 앞의 스트링을 결합하고 상호 연결 지점에서 SPD에 연결합니다.
인버터에 다중 MPP 추적기가 있는 경우 각 입력에 대해 SPD 조합을 계획해야 합니다.스트링 다이오드와 융합된 각 입력에는 SPD를 사용해야 합니다.
참고문헌
[1] 낙뢰 보호 가이드, DIN EN 표준 62305 - 3, 2014.
[2] 서지 보호 장치 표준, UL 1449, 2014.
[3] 저전압 서지 보호 장치 - 파트 32: 태양광 설비의 DC 측에 연결된 서지 보호 장치 - 선택 및 적용 원칙, IEC 표준 61643-32, 2 017.
