1. 개폐장치의 설치
개폐장치의 설치목적은 다음 두 가지로 나눌 수 있다.
ⅰ) 상용전원 등 외부 전원으로부터 태양광발전시스템을 개폐하기 위하여 적절한 위치에 개폐기를 설치하여야 한다.
ⅱ) 유지관리를 위하여 적절한 위치에 개폐기를 설치하여야 한다.
가. 상용전원 등과 분리를 위한 개폐기
교류계통에서 주택의 인입구에 개폐기를 설치하는 목적과 유사하다. 태양광발전시스템의 관리를 위하거나 전력회사 선로를 관리하거나 화재와 같이 긴급한 상황발생시 등 태양광발전시스템을 분리할 필요가 있어 태양광발전시스템과 전력계통의 연계점에 개폐기를 설치할 필요가 있다. IEC 및 NEC에서는 태양광발전시스템에서 건축물로 들어가는 장소 또는 건축물이 아닌 경우 인버터의 교류전원측에 개폐기를 설치하도록 규정하고 있다. 배터리 등 다른 전원과 연계되어 있는 경우 이곳에도 개폐기를 설치하여야 한다.
미국에서는 전력회사 기술자들이 작업을 할 때 계통연계 접속점 개폐기(인버터 교류 측 개폐기)를 Off하고 잠금장치까지 하도록 유도하는 회사가 있다. 또한 개폐기는 사람 접촉의 우려가 없도록 함에 넣고 외부에서 개폐하도록 하고 있다.
나. 유지관리를 위한 개폐기
인버터 등을 유지관리하기 위하여 개폐기를 설치하여야 한다. IEC 와 NEC에서는 인버터의 직류 측과 교류 측에 개폐기를 설치하도록 규정하고 있다. 또한 [그림 1-1]과 같은 대형 태양광발전시스템에서는 스트링, 어레이 등을 구분관리하기 위하여 개폐기를 설치하기도 하는데 이를 “부가 개폐기(additi onal disconnecting means)”라고도 한다.
다. 개폐기 극수 및 설치
IEC와 NEC는 비접지 도체에 개폐기를 설치하도록 규정하고 있다. [그림 1-2]의 좌측은 비접지 계통에 개폐기를 설치하는 경우이고 우측 그림은 접지계통에 개폐기를 설치하는 경우이다.
2. 개폐기의 종류 및 정격
가. IEC 규격에 의한 계폐기 종류
IEC 60947-3 규격에서는 개폐기를 다음 [표 2-1]과 같이 Switch, Disconnector, Switch-Disconnector로 구분하고 있다. 이에 비해 미국(NEC, UL)에서는 Disconnecting Means, Disconnect Switches 등으로 사용하고 있다.
IEC 60947-3에 의하여 아래 [표 2-2]와 같은 시험을 하고 있으며 Switch 및 Switch Disconnector는 투입 및 차단시험을 하는 반면 Disconnector는 투입 및 차단시험을 하지 않는다는 것이다.
한편 우리나라 판단기준 54조에 의하면 태양광발전시스템에서 부하전류를 개폐할 수 있는 개폐기를 사용하도록 규정하고 있고 이는 IEC 및 NEC에서도 같은 내용으로 기술되어 있다. 따라서 IEC에서는 태양광발전시스템에 Switch Disconnector를 사용하도록 하고 있다.
나. 개폐기의 형태
IEC, NEC의 개폐기는 우리나라에서 사용되는 개폐기와 다르게 외부의 조작레버에 의하여 쉽고 안전하게 조작이 가능한 구조이다. 일부에서는 잠금장치가 있는 것을 사용하도록 규정하거나 내부가 보이게 전면에 투명한 재질을 사용하여 내부가 보이는 것을 설치하도록 규정하고 있다.
다. 개폐기의 정격
개폐기는 3회 연재(계통최대전압, 계통최대전류)에서 계산한 값 이상의 전압 및 전류의 크기를 갖는 것을 선정하여야 한다.
3. 태양광에 적용하는 개폐기의 특징
가. 차단이 어렵다.
교류는 [그림 3-1]과 같이 1초에 120번 zero crossing을 하여 개폐 및 차단 시 이 부근에서 소호가 용이하여 개폐 및 차단이 용이하다. 이에 비하여 직류는 zero crossing이 없기 때문에 개폐 및 차단 시 전류가 바로 차단되지 않고 개폐기 접점이 열리면서 접점사이의 갭에서 아크가 발생하여 전류가 지속적으로 흐르다가 접점 양단의 전압이 크게 되었을 때 전류가 차단된다. 아크로 인한 온도는 20,000。K까지 상승한다.
나. 단락전류가 작다. 차단용량이 작아도 된다.
일반 교류계통에서 단락전류는 매우 크다. 그래서 계통의 단락전류를 계산하여 이에 맞는 차단기를 선정하여야 한다. 차단용량이 부족한 차단기를 선정하였을 경우 차단기 폭발, 차단실패 등의 위험이 따른다. 그러나 태양광발전소의 모듈의 단락전류는 표준시험조건에서 출력전류의 110% 정도의 크기이다. 따라서 단락전류와 일사량, 바람 등 태양광 최적의 조건에서 출력되는 전류와 차이가 거의 없을 정도이다. 차단용량이 큰 차단기는 소호 등을 고려하여 차단기 사이즈가 크기 때문에 오히려 비경제적이고 공간을 많이 차지한다. 그러나 배터리 등 다른 전류원과 연계되어 있는 경우 큰 고장전류가 흐를 수 있어 단락전류가 큰 차단기를 선정하여야 한다.
다. 온도의 영향을 받는다.
태양광발전시스템은 직사광에 직접 노출되어 있어 조건에 따라 높은 온도(50~60℃)에 노출될 수 있다. IEC 60947에 의하면 정상운전조건은 40℃ (35℃에서 24시간 평균)로 하고 있다. 직사광선을 직접 받는 곳이나 접속반내에 설치하는 경우는 온도의 상승에 대한 고려를 하여야 한다. 반대로 겨울철 맑은 아침에는 주위온도가 매우 낮게 되고 이로 인하여 전압이 높게 상승할 수 있다.
4. 개폐장치에 대한 규정
가. 우리나라 기준 및 규정
전기설비기술기준의 판단기준에는 개폐기에 대하여 용어의 정의가 없다. 다만 전기설비기술기준의 판단기준 제54조(태양전지 모듈 등의 시설) 제1항 제2호에 의하면 부하전류를 개폐할 수 있는 개폐기 기타 이와 유사한 기구를 설치하도록 규정하고 있다.
판단기준 제54조(태양전지 모듈 등의 시설) 제1항 제2호 태양전지 모듈에 접속하는 부하측의 전로(복수의 태양전지 모듈을 시설한 경우에는 그 집합체에 접속하는 부하측의 전로)에는 그 접속점에 근접하여 개폐기 기타 이와 유사한 기구(부하전류를 개폐할 수 있는 것에 한한다)를 시설할 것
나. IEC 규정
712.536 Isolation and switching 단로 및 개폐
712.536.2 Isolation 단로(斷路)
712.536.2.1.1 PV 인버터의 유지관리와 교체를 가능하게하기 위하여 직류부분 및 교류부분으로부터 PV 인버터를 단로하는 장치가 제공되어야 한다.
비 고 : 상용전원계통과 병렬 운전하는 PV 설비의 단로에 관한 추가요구는 IEC 60364-5-5의 551.7에 기재되어 있다.
712.536.2.2 Devices for isolation 단로기
712.536.2.2.1 PV 설비와 상용 전원의 사이에 설치된 단로기 및 개폐기의 선정과 설치의 관해 상용 전원은 “전원”으로 PV 설비는 “부하”로 고려되어야 한다.
712.536.2.2.5 부하개폐기 또는 동등의 능력을 가진 기타 기기는 PV 인버터의 직류 측에 설치하여야 한다.
다. NEC 690
III. Disconnecting Means 단로기
690.13 건축물 또는 기타구조물의 태양광발전시스템
단로기는 건축물이나 구조물 내부에 있는 모든 다른 도체로부터 태양광발전시스템의 모든 비접지 직류 도체를 단로하기 위하여 설치되어야 한다.
(A) Location. 위치
태양광 단로기는 건축물이나 구조물의 외부 또는 시스템 도체의 인입구에서 가장 가까운 내부의 장소에 쉽게 접근이 용이한 곳에 설치하여야 한다.
예외 : 690.3조 (E)에 따른 설치는 시스템 도체의 인입구로 부터 멀리 떨어진 곳에 위치한 개폐기를 갖는 것을 허용해야 한다.
태양광발전시스템 단로기는 목욕실에 설치하지 않아야 한다.
(B) Marking. 표시
각 태양광발전시스템 단로기는 태양광발전시스템 단로로 인식되도록 영구적으로 표시하여야 한다.
(C) Suitable for Use. 적합한 사용
각 태양광발전시스템 단로기는 인입구 기계기구로 적합하지 않아야 한다.
(D) Maximum Number of Disconnects. 단로기의 최대 개수
태양광발전시스템 단로기는 하나의 밀폐함 또는 분리된 밀폐함의 그룹 내에 6개 이하의 개폐기 또는 6개 이하의 차단기로 구성되어야 한다.
(E) Grouping. 분류
태양광발전시스템 단로기는 690.13(D)에 따른 시스템의 기타 단로기와 분류해야 한다. 태양광발전시스템 단로기는 태양광 모듈 또는 어레이 위치에서 요구되지 않아야 한다.
690.15 Disconnection of Photovoltaic Equipment.태양광 기계기구의 단로단로기는 모든 전원의 모든 비접지 도체로 부터 인버터, 배터리 및 충전기 같은 기계기구를 단로하기 위해 설치하여야 한다. 기계기구가 하나 이상의 전원으로 부터 가압된다면, 단로기는 분류되고 인식되어야 한다.
690.17조에 따르는 단극 단로기는 계통연계 시스템에서 하나 이상의 인버터 또는 AC 모듈을 결합하기 위하여 허용해야 한다.
(A) Utility Interactive Inverters Mounted in Not Readily Accessible Locations. 접근이 용이하지 않은 곳에 설치한 계통연계 인버터
계통연계 인버터는 접근 용이하지 않은 지붕 위 또는 기타 외부 공간에 설치하도록 허용되어야 하고 다음과 같이 (1)내지 (4)에 따른다.
(1) DC 태양광 단로기는 각 인버터에서 손이 닿는 곳 또는 인버터 내부에 설치하여야 한다.
(2) AC 단로기는 인버터에서 손이 닿는 곳 또는 인버터 내부에 설치하여야 한다.
(3) 인버터로 부터의 AC 출력도체 및 인버터를 위한 부가 AC 단로기는 690.13(A)를 따라야 한다.
(4) 명판은 750.10조에 따라 설치하여야 한다.
(B) Equipment. 기계기구
태양광 소스회로 구분 개폐기, 과전류보호기, DC/DC 콘버터 및 블로킹 다이오드 같은 기계기구는 태양광 단로기의 태양광 측에 허용되어야 한다.
(C) DC Combiner Disconnects. 직류 결합기(컴바이너) 단로장치 주택이나 기타 건축물의 지붕에 설치한 직류 컴바이너의 DC 출력은 컴바이너 내부나 컴바이너로부터 1.8m 이내에 설치한 부하전류 차단능력이 있는 단로기를 가져야 한다. 단로기는 원격에서 제어되는 것이 허용되어야 하지만 제어전원이 공급되지 않을 때 부하측에서 수동조작이 되어야 한다.
(D) Maximum Number of Disconnects. 단로장치의 최대 개수
태양광 시스템 개폐장치는 하나의 밀폐함 또는 그룹으로 분리된 밀폐함 내부에 6개 이하의 개폐기 또는 6개 이하의 차단기로 구성되어야 한다. |
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