태양계 회로 차단기 유형 및 응용 분야: 완벽한 가이드

개요

현대 태양광 발전 시스템 설계는 종종 에너지 생산, 즉 패널 효율과 인버터 변환율에 치우쳐 있습니다. 그럼에도 불구하고 모든 태양광 설비의 경제적 및 운영적 지속가능성은 보호 조치에 달려 있습니다. 태양광 시스템 안전을 위한 회로 차단기는 이러한 안전 아키텍처의 핵심으로, 시스템 소유주에게 안심을 제공합니다.

태양광 발전 시스템은 단순한 발전기가 아니라, 주택 지붕이나 산업 현장에 설치된 고전압 직류(DC) 발전소입니다. 시스템 용량에 따라 보호 요구 사항이 증가합니다. 회로 보호 등 모든 곳에서 강력한 보호가 필요합니다. PV 전력이 집중되는 결합기 상자나 주택 소유자가 직류를 직접 사용하는 DC 부하 패널의 여러 출력을 제어하는 ​​경우입니다.

이러한 직류 송전의 위험, 즉 지속적인 아크 및 전기적 위험은 일반 교류 송전망의 위험과 다릅니다. 따라서 결합기 또는 주 배전함 등 각 솔루션의 회로 보호 장치 선택은 단순한 보조 장치 선택이 아니라 중요한 엔지니어링 계산입니다.

이 가이드는 태양광 회로 차단기의 유형, 태양광 시스템 토폴로지에서의 특정 용도, 그리고 적절한 크기를 정하는 데 필요한 수학적 모델을 엄격하게 살펴봅니다.

태양계 회로 차단기 란 무엇입니까?

태양광 시스템 회로 차단기는 과전류로 인한 과부하 또는 단락으로 인한 손상으로부터 전기 회로를 보호하는 자동 보호 장치입니다. 회로 차단기는 한 번만 작동하고 교체해야 하는 단순 퓨즈와는 달리 내구성이 뛰어난 스위칭 장치입니다. 오류 완화 후 정상 작동을 위해 수동 또는 자동으로 재부팅할 수 있습니다.

DC 회로 차단기는 태양광 발전(PV)의 경우 두 가지 주요 목적을 갖습니다.

• 격리 및 스위칭: 유지 관리 인력이 안전하게 분리할 수 있는 수동 분리 지점을 제공합니다. PV 어레이, 배터리 뱅크 또는 태양광 인버터를 활선 전압 위험 없이 작동할 수 있도록 설계해야 합니다. 이는 변압기 절연 인버터를 사용하는 시스템에서 특히 중요합니다. 이러한 설계에서 엔지니어링 표준은 일반적으로 태양광 인버터의 단락 전류(Isc)의 최소 1.25배의 전류 제한 용량을 갖춘 2극 DC 차단기를 요구합니다. PV 배열 및 태양 전지의 개방 회로 전압(Voc)의 1.2배 PV 정렬.
• 과전류 보호: 열 및 자기 차폐 장치입니다. 고장이나 배선 오류로 인해 회로에 흐르는 전류가 정격 전류를 초과하면 회로 차단기가 작동하여 회로를 차단하여 전선의 절연이 녹지 않고 장비가 심각한 고장을 일으키는 것을 방지합니다.

다음과 같은 것을 구별할 필요가 있습니다. DC 아이솔레이터 그리고 DC 회로 차단기가 있습니다. 절연기는 회로를 차단하여 유지할 수 있지만, 반드시 자동 과전류 보호 기능을 제공하는 것은 아닙니다. 회로 차단기는 위에서 언급한 필수 절연 기능과 능동 고장 보호 기능을 제공합니다.

태양계 회로 차단기 vs. 일반 AC 차단기: 그 차이점이 중요한 이유

교류(AC) 차단기를 직류(DC) 차단기로 교체하는 것은 태양광 설치 시 가장 흔하고 위험한 실수 중 하나입니다. 두 장치는 훈련받지 않은 사람의 눈에는 비슷하게 보입니다. 하지만 물리학자나 전기 엔지니어에게는 완전히 다른 현실 속에 존재합니다.

가장 중요한 차이점은 제로 크로싱(Zero-Crossing) 현상입니다.

• AC 현실: 교류 전류는 초당 50~60회(헤르츠) 극성이 반전됩니다. 이 주기에서 전압은 초당 100~120회 0V로 감소합니다. 교류 차단기가 작동하여 접점 사이에 아크가 발생하면 이 0V 지점이 자연스럽게 생성되어 아크를 소멸시키는 데 도움이 됩니다.
• DC 위험: 직류는 영점 교차가 없는 연속적인 전압입니다. 고전압 DC로 회로를 개방하려고 하면 아크는 스스로 소멸되지 않습니다. 오히려 오랫동안 지속되는 플라즈마 브리지로 변하여 엄청난 열(섭씨 수천 도)을 생성합니다.

일반적인 AC 차단기를 태양광 DC 회로에 사용하면 트립 시 아크를 차단하지 못할 수 있습니다. 이로 인해 접점 용접이 발생하여 차단기 퓨즈가 닫히고 전원이 차단되지 않거나, 차단기 하우징이 완전히 파손되어 전기 화재가 자주 발생합니다.

따라서 태양광 DC 회로 차단기는 정교한 아크 소호 챔버를 갖도록 설계되었습니다. 이 챔버는 자기식 분출 코일을 사용하여 아크를 물리적으로 확장하고 "아크 슈트"로 밀어내어 빠르게 분리하고 냉각합니다. DC 부하에 AC 입력 회로 차단기 패널을 사용하는 대신 전용 DC 차단기를 사용하는 것이 필수 안전 조치입니다.

태양계 회로 차단기의 주요 유형

태양광 보호는 에너지 밀도에 정비례합니다. 시중에는 가정용 배선에 사용할 수 있는 15암페어 크기의 소형 회로 차단기부터 대규모 공공 시설에 사용할 수 있는 6000암페어 크기의 대형 개폐기까지 다양한 제품이 있습니다.

기능적으로 가장 일반적인 회로 차단기 유형은 표준, GFCI(접지 결함) 및 AFCI (아크 고장) 유형은 각각 특정 보호 역할을 수행하며, 엔지니어는 시스템 규모와 장치의 물리적 설계에 따라 주요 선택을 결정합니다. 하드웨어 계층 구조는 세 가지 광범위한 구조적 범주로 나뉩니다.

차단기 유형	일반적인 전류 정격	정격 전압	차단 용량	기본 응용 프로그램 시나리오
DC MCB	1A – 125A	최대 1000V DC	낮음~중간(예: 6kA)	주거용 옥상, PV 콤바이너 박스, 스트링 보호.
DC MCCB	63A – 1600A	최대 1500V DC	높음(20kA~50kA)	상업용 어레이, 중앙 인버터, 배터리 메인 스위치.
ACB / BESS	2000A – 6300A	최대 1500V DC	매우 높음 (진공/공기)	유틸리티 규모 태양광 발전소, 그리드 규모 에너지 저장(BESS).

DC MCB (미니어처 회로 차단기)

낮은 전류 응용 분야에서는 DC 소형 회로 차단기(MCB)는 기존 병렬 패널 설치에 사용되던 20암페어 또는 30암페어 퓨즈를 대부분 대체했습니다. 이 장치는 소형으로 설계되었으며 표준 DIN 레일에 장착되도록 설계된 모듈식 설계를 갖추고 있어 다음과 같은 경우에 기본으로 선택됩니다. PV 결합기 상자와 주거용 분배판.

• 엔지니어링 범위: MCB일반적으로 125A 전류와 1000V DC로 정격화됩니다.
• 메커니즘 : 이 제품은 열-자기식 2동작 트립 메커니즘을 사용합니다. 열 소자는 느리고 오래 지속되는 과부하를 처리하는 데 사용되고, 자기 소자는 고전류 단락 발생 시 연결을 즉시 차단하여 개별 태양광 스트링이나 하이브리드 인버터 입력을 보호하는 데 사용됩니다.

DC MCCB (몰드 케이스 회로 차단기)

암페어 수가 주거 범위를 초과하여 상업용 태양열 시스템 및 산업용(C&I) 범위로 전환되면 제한이 적용됩니다. MCB 달성됩니다. 이 경우, 몰드 케이스 회로 차단기(MCCB)가 필수 표준이 될 것입니다. 이 장치는 훨씬 더 크고 견고하며, 견고한 성형 절연 케이스에 들어 있으며, 고전력 스위칭의 기계적 힘을 견딜 수 있도록 볼트로 장착되도록 설계되었습니다.

• 엔지니어링 범위: MCCBs는 무거운 물건을 들어올리는 데 사용되며 정격은 일반적으로 63A~1600A 사이이고 차단 용량이 높습니다(예: 20kA~50kA).
• 이점 : 고정된 설정과 달리 MCB, 많은 MCCBs는 조정 가능한 트립 설정을 가지고 있습니다. 이를 통해 엔지니어는 대형 장비의 부하 특성에 맞게 보호 곡선을 조정할 수 있습니다. PV 중앙 인버터의 주요 분리 요소는 어레이 또는 배터리 뱅크입니다.

ACB 및 BESS 차단기(고압/산업용)

ACB(Air Circuit Breaker)는 대규모 발전소와 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System)을 포함하는 전력망의 정점에 사용됩니다.BESS), DC 스펙트럼의 상단을 제어합니다. 이는 단순한 스위치가 아니라 압축 공기 또는 진공 기술을 사용하는 복잡한 아크 소호 시스템입니다.

BESS 전문화: 표준 ACB는 저장 용량 측면에서 항상 적합한 것은 아닙니다. 고속 DC 차단기는 리튬 이온 배터리 랙이 전달할 수 있는 엄청난 단락 전류를 극복하는 데 필수적입니다. 이러한 장치는 치명적인 열 폭주를 방지하기 위해 밀리초 단위로 반응해야 합니다.

엔지니어링 범위: 수천 암페어(2000A~6300A)를 처리할 수 있습니다.

응용 프로그램: 태양열 시스템 회로 차단기를 설치할 위치 PV 시스템

태양열 PV 시스템은 에너지 흐름 논리의 여러 지점에서 안전이 보장되어야 합니다. 차단기의 부적절한 배치나 AC와 DC 영역 간 분리 부족은 시스템의 취약한 부분을 노출시킵니다. 따라서 네 가지 주요 영역에서 차단기를 사용하는 것이 좋습니다.

PV 어레이 결합기 박스(스트링 보호)

결합기 박스는 여러 패널 스트링을 결합하여 하나의 출력으로 구성되는 다중 스트링 시스템의 첫 번째 방어 지점입니다. 통합 전에 DC MCB 각 줄의 끝에 장착해야 합니다. 이러한 위치 지정은 특히 안전 조치에 명시된 기존 방향성 문제를 해결하는 데 필수적입니다.

스트링 중 하나에 그늘이 생기거나 고장이 발생하면 다른 스트링이 반대 방향으로 전류를 흐르게 할 수 있습니다. 앞서 언급했듯이, 우발적인 전류 방향 전환은 심각한 안전 문제를 야기하고 태양 전지를 손상시킬 수 있습니다. 차단기는 전류를 직접 제어하지는 않지만, 이러한 위험한 피드백 전류로부터 보호하는 데 필수적인 장치입니다. 그렇지 않으면 화재와 모듈의 돌이킬 수 없는 손상을 초래할 수 있습니다.

배터리 뱅크 보호

에너지 저장 섹션으로 내려가면, 배터리 뱅크와 인버터/충전기 사이의 인터페이스는 전체 시스템에서 가장 까다로운 전류 전달 영역입니다. 이 섹션은 최대 전류 흐름과 강력한 DC 전류를 허용합니다. MCCB 또는 높은 평가 MCB 필요합니다.

여기에는 차단기가 포함되어 있어 과전류로 인한 열 폭주로부터 굵은 배터리 케이블을 보호할 뿐만 아니라, 더 중요한 것은 안전한 물리적 분리 방법을 제공합니다. 이러한 분리 덕분에 유지보수 담당자는 치명적인 직류 전압 노출 없이 배터리 뱅크 작업을 수행할 수 있습니다.

메인 인버터 입력(DC 분배)

메인 인버터 입력 보호 장치는 DC 발전과 AC 변환 사이의 중요한 관문 역할을 합니다. 이 차단기는 컴바이너 박스 출력과 인버터 입력 사이에 위치하며, 전체 발전 측의 메인 DC 스위치 역할을 합니다. 과전류 보호 기능뿐만 아니라, 인버터의 민감한 내부 전력 전자 장치를 외부 서지로부터 보호하고 전체 DC 배전 시스템에 중앙 집중식 절연 지점을 제공합니다.

DC 부하 분배(주거용 DC 회로)

마지막으로, 소비 측면에서 특정 용도가 있는데, 특히 효율을 높이기 위해 직류를 직접 사용하는 주택 소유자에게 그렇습니다. 이를 강화하기 위해 설치자는 별도의 배전반(퓨즈 박스) 전용 회로 차단기를 사용하는데, 이는 교류 패널과 완전히 다릅니다.

이는 LED 램프와 같은 가전제품이 작동을 위해 직류의 지속적인 공급에 의존하는 상황에서 필수적입니다. 이러한 기기는 특정 전력 환경을 필요로 하기 때문에, 이 경우 직류 회로 차단기가 이러한 민감한 부하를 보호하는 데 사용됩니다. 직류 회로 차단기는 전원 공급을 적절하게 유지하고 조명 회로의 과부하를 주 시스템에 영향을 미치지 않고 가능한 한 빨리 차단합니다.

태양계 회로 차단기를 선택할 때 고려 사항

태양광 발전의 회로 차단기 선택 PV 시스템은 패널이나 인버터 옵션에 치중하다 보면 종종 간과되는 분야입니다. 하지만 이 경우 부주의는 큰 대가를 치르게 합니다. 잘못 선택된 차단기는 열 부하 감소로 인해 고장이 발생하여 과열 손상을 일으키고, 최악의 경우 시스템 화재로 이어질 수 있습니다.

차단기를 선택하는 것은 우연의 게임이 아니라, 시스템의 작동 조건에 맞춰 사양을 조정하는 게임입니다.

전압 정격 및 규제 표준

차단기 전압 정격은 최대 개방 회로 전압(Voc)보다 커야 합니다. PV 어레이이지만 예상 최저 온도에서 사용해야 합니다. 또한, 인버터 토폴로지와 UL508i 및 IEC60947-3을 포함한 업계 표준을 준수해야 합니다.

• 600V DC(UL508i): 이는 단상 인버터를 사용하는 주거용 설비의 표준 사양입니다.
• 1000V DC(IEC60947-3): 상업용 옥상 설치 및 3상 스트링 인버터 표준.
• 1500V DC: 중앙집중형 인버터와 대규모 태양광 발전소의 현재 표준입니다. 전압을 높이면 케이블 손실이 최소화되지만, 더 나은 절연 및 아크 처리 기능을 갖춘 차단기가 필요합니다.

폴 구성 대 스트링 개수

극 구성은 절연체의 스트링 수에 정비례합니다. DC 절연의 가장 중요한 원리 중 하나는 모든 활선의 전원을 동시에 차단해야 한다는 것입니다.

• 2P(2극): 단일 스트링(양극 및 음극 모두 차단) 표준입니다. 이는 하나의 최대 전력점 추적기(MPPT)를 컨버터로 사용하는 일반적인 스트링 인버터와 함께 사용할 수 있습니다.
• 4P(4극): 이는 두 개의 스트링을 동시에 작동하거나 고전압 시스템(1000V/1200V)에서 작동할 때 필요합니다. 고전압 시스템에서는 일반적으로 극을 직렬로 연결하여 아크 전압을 여러 접점으로 분배하여 소형 차단기가 부하를 안전하게 처리할 수 있도록 합니다.

환경적 내구성 및 재료 안전성

설치 환경의 영향은 일반적으로 사양서에 포함되지 않는 가장 중요한 측면 중 하나입니다. 태양열 차단기와 차단기는 온도 조절이 가능한 서버실에서는 작동하지 않지만, 열악한 환경에서는 작동합니다.

• 온도 범위 : 견고한 DC 차단기의 정상 작동 온도는 -40°C ~ 60°C 사이여야 합니다. 주변 온도가 이 범위를 초과하는 경우 귀찮은 트리핑을 방지하기 위해 차단기의 정격을 낮춰야 합니다.
• 인화성 표준: 화재 방지가 주요 목적이므로 외함 재질은 내화성이어야 합니다. 사양은 UL 94V-0부터 UL 94V-2까지의 표준을 엄격히 준수해야 하며, 내부 부품 고장 시 외함 상자는 자기소화 기능을 갖춰야 합니다.

크기 조정 및 계산(암페어 계산 방법)

국가 전기 규정(NEC)과 일반적인 엔지니어링 모범 사례에 따르면 차단기는 정격의 100%로 계속 작동해서는 안 됩니다.

계산 공식:

차단기(Ibreaker)의 최소 암페어 정격을 결정하려면 안전 계수를 적용해야 합니다. PV 배열의 단락 전류(Isc).

쉽게 한:

예:

Isc가 10A인 패널 스트링이 있는 경우:

가장 가까운 표준 크기인 20A DC 차단기로 반올림해야 합니다.

왜 선택 하는가? BENY 회로 차단기

일반 구성품이 넘쳐나는 시장에서 BENY DC 태양광 보호의 복잡성에 특화된 제조업체로서, 차별화된 경쟁력은 마케팅이 아니라 엔지니어링의 엄격함에 있습니다.

30 년 이상의 업계 경험을 바탕으로 BENY 엔지니어 태양계 회로 차단기 비용 효율성과 산업 수준의 복원력 사이의 격차를 메우는 솔루션입니다. 당사의 솔루션은 다음과 같은 모든 요구 사항을 충족하도록 설계되었습니다. PV 12V에서 1500V 시스템까지의 다양한 요구 사항을 충족하며, 최소한의 에너지 손실로 최대 630A의 대용량 전류를 지원합니다.

안전은 당사의 "내구성 강화" 철학의 핵심입니다. 모든 차단기는 최첨단 아크 억제 배리어와 6kA 차단 용량을 갖추고 있어 고장 발생 시 즉시 대응합니다. 배선 오류를 방지하는 무극성 설계와 -40°C에서 85°C까지의 극한 기후 조건에서도 작동하도록 테스트된 견고한 IP65 외함을 통해 실질적인 설치 문제를 해결합니다.

5년 보증 및 24시간 연중무휴 글로벌 지원이 제공됩니다. BENY 타협 없는 안전과 장수를 약속하는 파트너와 함께 인프라를 보호한다는 의미입니다.

맺음말

태양광 투자에는 태양광 회로 차단기라는 조용한 보호 장치가 있습니다. 패널이 가치를 창출하는 반면, 차단기는 가치를 유지합니다. 단순한 주택용 시스템이 아닌 더욱 복잡한 고전압 상업용 어레이로 전환하려면 부품 선택에 대한 우리의 태도가 바뀌어야 합니다.

차단기를 단순한 소모품으로 치부하지 말고 중요한 안전 자산으로 여겨야 합니다. 설치자는 직류 아크의 고유한 물리적 특성을 고려하고, 차단기를 각 적용 분야(예: 결합기에서 배터리 뱅크까지)에 맞게 설계하고, 엄격한 환경 기준과 전류 정격을 고려하여 시스템의 신뢰성을 확보할 수 있습니다.

회로 차단기는 많은 시스템에 필요한 고성능 보호 장치입니다. 올바른 배선 지침, 안전 조치 및 유지 관리를 준수하면 태양광 패널의 품질이 오래 지속됩니다.

강력하고 인증되고 엔지니어링된 DC 보호 솔루션을 원하는 개인에게 BENY 미래의 태양계를 안전하고 효율적으로 건설하는 데 필요한 하드웨어를 제공합니다.

자주 묻는 질문

질문: 태양광 패널에는 어떤 유형의 회로 차단기가 사용됩니까?

A: 태양광 패널 보호에는 특수 차단기, 일반적으로 DC 회로 차단기를 사용해야 합니다. 일반 가정용 AC 차단기는 사용하지 마십시오. DC 전기는 AC보다 소화하기 어려운 연속 아크를 생성합니다. 태양광 차단기(DC와 같은)는 MCBs 또는 MCCBs) 고전압 DC 아크를 안전하게 차단하고 화재를 예방하도록 설계된 특수 아크 슈트와 자기 메커니즘을 갖추고 있습니다.

질문: 태양광 패널과 인버터 사이에 차단기가 필요합니까?

A: 예. 태양광 패널 회로 차단기(또는 DC 절연기)가 필요합니다. PV 어레이와 인버터는 두 가지 중요한 역할을 합니다. 인버터의 입력을 전기 서지나 단락으로부터 보호하고, 유지 보수 인력이 전선을 만지지 않고도 시스템을 서비스할 수 있는 안전한 물리적 분리 지점을 제공합니다.

질문: 태양광 시스템의 어디에 차단기를 설치해야 하나요?

A: 차단기는 3개의 중요 보호 구역에 설치해야 합니다.

• DC 분배 보드: LED 조명이나 펌프와 같은 DC 부하를 보호합니다.
• PV 콤바이너 박스: 개별 태양 전지줄을 역전류로부터 보호합니다.
• 배터리 뱅크: 배터리와 인버터 사이(일반적으로 가장 큰 차단기)