DC 회로에서 AC 퓨즈의 잘못된 사용을 방지하는 방법

회로에 잘못된 퓨즈를 사용하면 사람과 장비에 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 여러 개의 태양광(PV) 모듈 스트링으로 구성된 태양광 시스템에서는 결합기 또는 어레이 정션 박스에 설치된 직류 DC 퓨즈 링크를 통해 스트링을 보호합니다. 이 글에서는 PV DC 시스템에 적합한 퓨즈를 선택하는 이유를 간략하게 살펴보겠습니다.

AC와 DC에 맞는 올바른 퓨즈를 선택하는 방법은 무엇입니까?

교류(AC)는 50Hz 회로에서 초당 100번 전자의 흐름을 역전시키기 때문에 퓨즈가 끊어지기 매우 쉽습니다. 전류가 역전되면 크기가 0이 됩니다. 전류 흐름이 0이면 퓨즈가 끊어지기가 매우 쉽습니다. 이 지점에서 전류 흐름은 중단되고 녹아내린 퓨즈 소자에 아크를 유지할 에너지가 더 이상 없습니다.

반면, 직류(DC)는 퓨즈가 차단하기 매우 어렵습니다. 직류에서는 전류가 한 방향으로만 흐릅니다. 퓨즈가 아크를 소멸시키는 데 도움을 주는 영점(Zero Point)이 없습니다. 직류 퓨즈는 간단한 교류 퓨즈와는 구조가 다른 비교적 정교한 장치입니다. 직류 퓨즈에는 아크를 소멸시키는 추가 요소가 포함되어 있습니다.

AC 퓨즈와 DC 퓨즈의 경우 표준 정격 전압이 다르며, 이 둘 사이에는 엄격한 수학적 관계가 없습니다. 1000V AC 퓨즈는 구조에 따라 500V DC 또는 750V DC로 정격될 수 있습니다. 일반적으로 표준 AC 퓨즈는 50% 정도 정격을 낮춰야 합니다. 즉, 1000V AC 퓨즈는 500V DC로 정격되어야 안전합니다. 하지만 어떤 가정을 하기 전에 각 퓨즈에 대한 테스트 결과나 추가 사양은 퓨즈 제조업체에 문의해야 합니다.

AC 퓨즈는 일반적으로 정격 전류를 초과하는 부하를 견디도록 설계되며, 때로는 정격 전류의 160%에서 200%까지 최대 10초 동안 견딜 수 있습니다. PV 시스템 내에서 전류는 PV 모듈의 정전류원 설계에 의해 제한되므로, AC 정격 퓨즈를 적절한 시간 내에 차단할 수 있는 충분한 전류를 얻는 것은 상당히 어려울 수 있습니다.

PV용으로 특별히 설계된 DC 정격 퓨즈는 정격 전류에서 단시간 내에 차단되도록 설계되어 케이블, 정션 박스 및 PV 모듈에 최대의 보호 기능을 제공합니다. 퓨즈에 DC 정격이 명시되어 있지 않거나 제품 사양서에 명시되어 있지 않은 경우, DC 용도에 사용하도록 승인되지 않았을 수 있습니다. 또는 제품이 국제적으로 인정받는 전기 승인 기관이나 제조업체의 승인을 받지 않았을 수 있으며, 제조업체는 제품 시험을 수행할 시험 시설을 갖추고 있을 수도 있습니다. 퓨즈 홀더의 DC 정격도 검사해야 합니다.

자신과 고객을 보호하려면 PV 설비에 항상 올바른 DC 정격 제품을 사용하십시오. 정격이 잘못된 제품을 사용하면 문제 발생 시 발생하는 모든 피해 또는 인명 피해에 대한 책임을 져야 할 수 있습니다.

태양광 시스템에서 퓨즈의 용도는 무엇입니까?

퓨즈는 태양광 발전 프로젝트에서 매우 중요한 역할을 합니다. 태양광 발전 시스템에서 퓨즈는 다양한 위치에 사용됩니다. 스트링 결합기, 어레이, 심지어 인버터 시스템의 DC 측까지 다양한 위치에 사용될 수 있습니다.

퓨즈는 시스템의 AC 측에도 사용됩니다. AC 퓨즈는DC 퓨즈 와 다릅니다. 하지만 이 글에서는 DC 퓨즈 설계만 고려합니다.

다수의 스트링을 병렬로 연결하는 경우, PV 패널과 시스템을 역전류 및 과전류(OC)로부터 보호하는 것이 필요합니다.

퓨즈는 주로 시스템을 단락 및 화재 위험으로부터 보호하는 데 사용됩니다. 태양광 발전 설비의 퓨즈는 햇빛 노출과 같은 극한 환경 조건에 노출되어 퓨즈의 이상 온도를 유발하고, 이는 퓨즈 성능에 영향을 미칩니다. 따라서 적절한 퓨즈와 케이블의 크기와 선택이 반드시 필요합니다.

더욱이 PV 모듈은 연속 전류를 생성합니다. 따라서 적절한 퓨즈 크기를 선택하는 것이 더욱 중요합니다.

퓨즈는 전기 시스템을 보호하기 위해 스스로를 희생하도록 설계된 과전류 장치입니다. 퓨즈는 과부하나 고장으로 인해 과도한 전류가 흐르면 회로를 개방하도록 설계되었습니다. 용도에 맞는 퓨즈를 선택하면 문제 발생 시 발생할 수 있는 화재 및 기타 손상을 예방할 수 있습니다. 일반적인 문제로는 인버터 회로에서 케이블이 느슨해지거나, 케이블이 접지 단락되거나, 케이블이 실수로 절단되거나, 동물이나 설치류가 케이블을 갉아먹거나, 악천후로 인한 손상 등이 있습니다.

그림 1은 PV 모듈에서 인버터까지의 일반적인 태양광 시스템을 보여줍니다.

적절한 정격의 퓨즈를 올바르게 선택하는 방법은 무엇입니까?

퓨즈는 전류와 전압에 따라 정격이 정해지며, 일반적으로 교류 전용, 직류 전용, 또는 교류와 직류 겸용으로 정격이 정해집니다. 직류용으로 잘못된 퓨즈를 사용하는 경우, 정격 전압을 낮춰야 할 수 있으며, 퓨즈 제조업체에 문의하여 제품에 대한 자세한 정보를 얻어야 합니다. 이는 차단 과정에서 흡수해야 하는 아크 에너지가 더 크기 때문입니다.

태양광 PV 퓨즈 선택을 위한 퓨즈 크기의 핵심 단계

다음 단계는 2011년 국가 전기 규정 690.8조에 따라 퓨즈 스트링의 적절한 크기를 결정하는 데 사용됩니다.

1. 최대 회로 전류를 계산하세요.
2. 정격 퓨즈 전류 정격을 계산합니다.
3. 비정상적인 온도 조건으로 인해 퓨즈 비동물 정격이 낮아집니다.
4. 퓨즈의 명판 전류 정격을 계산합니다.
5. 도체 정격에 따른 퓨즈 정격을 확인하세요.

PV 전원 또는 출력 회로에 과전류 보호(퓨즈 또는 차단기)를 설치해야 하는 경우는 어레이 스트링이 3개 이상인 경우에만 해당됩니다. PV 모듈 제조업체는 일반적으로 퓨즈 보호 없이 병렬로 연결할 수 있는 최대 스트링 수를 PV 모듈의 최대 역전류 용량을 통해 명시합니다.

퓨즈는 일반적으로 결합기 상자(시스템에서 결합기 상자를 사용하는 경우)나 DC 차단기 또는 어레이 접합 상자 내부에 설치됩니다.

대부분의 과전류 장치는 최대 작동 온도가 45°C입니다. 이는 일상적인 가정 배선에는 적합합니다. 반면, PV 부품은 실외 또는 다락방에 위치하기 때문에 훨씬 더 많은 열에 노출될 수 있습니다. 따라서 퓨즈나 차단기를 고온에 설치할 계획이라면 제품 사양서/온도 상승 조정 계수를 참조해야 합니다. 그렇지 않으면 더운 날씨에 회로에 불필요한 트립이 발생하거나 퓨즈가 끊어질 수 있습니다.

정상적인 OC 장치 정격을 결정하려면 다음 방정식으로 시작하세요.

회로 전류 정격 = Imax
OC 전류 용량 = Imax × 모듈 스트링 수 × 1.56

회로의 DC 측에서는 단락 전류(Isc)를 계산에 사용합니다. 예를 들어 퓨즈를 컴바이너나 어레이 정션 박스 내부에 설치하는 경우, Isc는 모듈의 단락 전류 사양과 같습니다.

Sharp 모듈의 샘플 배열에 대한 계산은 다음과 같습니다.

6.35A(단락전류)×1.56 = 9.906A

퓨즈는 표준 크기(1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30A 등)로 판매되므로, UL은 정격 전류값과 동일하거나 그보다 약간 높은 크기의 퓨즈를 선택해야 한다고 규정하고 있습니다. 9.906A의 경우 10A 퓨즈를 의미합니다.

변압기가 내장된 일반 인버터를 사용하는 PV 회로의 경우, 한 쌍의 두 극성(양극 또는 음극) 중 한쪽(일반적으로 접지되지 않은 전선 또는 열선)에만 퓨즈가 있어야 합니다. 그러나 변압기가 없는 인버터의 경우, 쌍의 두 전선 모두 퓨즈가 있어야 합니다.

혹시 궁금하시다면, 현재 정격 계산에서 1.56 배수는 PV 회로에 적용되는 두 가지 NEC 공식을 통합한 단축법입니다.

첫 번째는 Imax×1.25로, NEC에서 말하는 회로의 연속 전류와 같습니다.

두 번째 공식은 연속 전류 × 1.25입니다. 이는 미세한 전류 변동으로 인한 불필요한 트립을 방지하기 위해 첫 번째 값보다 높은 여유를 제공합니다. 이제 1.25 × 1.25(또는 1.25의 제곱)를 구하면 1.56이 됩니다.
일반 변압기 없는 인버터, 2개 어레이 스트링, 그리고 앞서 측정된 420.36V 전압을 사용하는 계통 연계형 시스템의 경우, 구매하는 접합부 또는 결합기는 최소 2개 스트링의 양극 및 음극 도체를 수용할 수 있도록 1000V DC(즉, 표준 크기) 정격이어야 하며, 최소 20A 정격이어야 합니다. 따라서

문자열당 Isc=6.35A
병렬 문자열 수 = 2
회로를 통과하는 총 전류 = 6.35×2 = 12.7A
퓨즈 정격 계수를 1.56으로 하면 12.7×1.56=19.81A가 됩니다.
따라서 고려해야 할 퓨즈 정격은 20A 이상이어야 합니다.

따라서 선택된 20A 도체는 해당 전류 정격을 처리할 수 있는 6sqmm 구리 케이블입니다.
이제 시스템이 안전하게 작동할 수 있습니다.

온도에 따른 퓨즈-감쇠 곡선은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2: PV 퓨즈 온도 곡선

인증 기준에 따른 퓨즈 선택

일반적인 계통 연계형 AC 시스템과 달리, PV 시스템 내에서는 가용 단락 전류가 제한되어 있으며, 과전류 보호 장치는 낮은 수준의 고장 전류에서도 효과적으로 작동해야 합니다. 이러한 이유로 대부분의 제조업체는 높은 DC 전압과 낮은 고장 전류를 사용하는 PV 시스템을 안전하게 보호하도록 특별히 설계 및 테스트된 퓨즈 링크에 대한 광범위한 연구 개발을 수행해 왔습니다.

국제전기기술위원회(IEC)는 PV 시스템 보호가 표준 전기 설비마다 다르다는 점을 인식하고 있습니다. 이는 IEC 60269-6(gPV) 표준에 반영되어 있으며, 이 표준은 PV 시스템 보호를 위해 퓨즈 링크가 충족해야 하는 구체적인 특성을 정의하고 있습니다.

제조업체의 다양한 스트링 및 분기형 PV 퓨즈 링크는 이 표준을 충족하도록 특별히 설계되었습니다. 이 PV 퓨즈 링크는 IEC 60269-6의 요구 사항에 따라 완벽하게 테스트되었습니다.

그러나 PV 퓨즈 링크 제조업체는 1.35 x In(공칭 전류의 1.35배)으로 작동하기 때문에 IEC 60269-6의 요건을 충족합니다. 또한 UL 2579의 요건도 충족하므로 역전류 상황에서 PV 모듈을 보호하는 데 적합합니다. 이 표준은 특정 기호를 인정하지 않지만, 퓨즈 링크와 스트링 기호를 조합하여 퓨즈 링크가 PV 시스템의 스트링 보호에 적합함을 나타내는 경우가 많습니다.