낙뢰는 태양광(PV) 및 풍력 발전 시스템 고장의 흔한 원인입니다. 시스템에서 멀리 떨어진 곳이나 구름 사이에서 낙뢰가 떨어지면 심각한 서지가 발생할 수 있습니다. 하지만 대부분의 낙뢰 피해는 예방할 수 있습니다. 수십 년간의 경험을 바탕으로 전력 시스템 설치업체에서 일반적으로 채택하는 가장 비용 효율적인 기술 몇 가지를 소개합니다. 이 조언을 따르면 재생 에너지(RE) 시스템의 낙뢰 피해를 예방할 가능성이 매우 높습니다.
접지하세요
접지는 낙뢰 피해 방지를 위한 가장 기본적인 기술입니다. 낙뢰 서지를 막을 수는 없지만, 귀중한 장비를 우회하여 서지를 대지로 직접 방전시키는 경로를 제공할 수 있습니다. 접지로 연결되는 전기 경로는 지상 구조물에 축적된 정전기를 지속적으로 방전시킵니다. 이는 애초에 낙뢰의 유인을 방지하는 데 도움이 됩니다.
피뢰기와 서지 보호기는 전기 서지를 흡수하여 전자 장비를 보호하도록 설계되었습니다. 하지만 이러한 장치는 적절한 접지를 대체할 수 없습니다. 효과적인 접지와 함께 사용해야만 작동합니다. 접지 시스템은 배선 인프라의 중요한 부분입니다. 전원 배선을 설치하기 전이나 설치하는 동안 접지 시스템을 설치하십시오. 그렇지 않으면 시스템이 작동한 후 이 중요한 구성 요소가 "해야 할 일" 목록에서 확인되지 않을 수 있습니다.
접지의 첫 번째 단계는 PV 모듈 프레임, 장착 랙, 풍력 발전기 타워 등 모든 금속 구조 부품과 전기 인클로저를 본딩(상호 연결)하여 접지로의 방전 경로를 구축하는 것입니다. 미국 전기 규정(NEC) 제250조와 제690.41조부터 제690.47조까지는 규정을 준수하는 전선 크기, 재질 및 기술을 명시하고 있습니다. 접지선의 급격한 굽힘은 피하십시오. 고전류 서지는 급커브를 돌지 않고 주변 배선으로 쉽게 넘어갈 수 있습니다. 구리선을 알루미늄 구조 요소(특히 PV 모듈 프레임)에 연결할 때는 특히 주의하십시오. "AL/CU"라고 표시된 커넥터와 스테인리스 스틸 패스너를 사용하면 부식 가능성을 줄일 수 있습니다. DC 및 AC 회로의 접지선도 이 접지 시스템에 연결됩니다. (자세한 내용은 HP102 및 HP103의 PV 어레이 접지 관련 Code Corner 문서를 참조하십시오.)
접지봉
많은 설비에서 가장 취약한 부분은 바로 대지와의 연결입니다. 전선을 땅에 볼트로 고정할 수는 없으니까요! 대신 전도성이 있고 부식되지 않는 금속(일반적으로 구리) 막대를 땅에 묻거나 망치로 두드려 박아야 합니다. 그리고 막대 표면의 대부분이 전도성(즉, 습한) 토양과 접촉하도록 해야 합니다. 이렇게 하면 정전기나 서지 발생 시 전자가 최소한의 저항으로 대지로 빠져나갈 수 있습니다.
배수장이 물을 소산시키는 방식과 유사하게 접지는 전자를 소산시키는 역할을 합니다. 배수관이 지면으로 충분히 방전되지 않으면 역류가 발생합니다. 전자가 역류하면 틈을 뛰어넘어 전기 아크를 형성하여 전선과 장비를 거쳐 접지로 전달됩니다.
이를 방지하려면 8피트 길이(2.4m), 5/8인치(16mm) 구리 도금 접지봉을 하나 이상 설치하고, 가급적이면 습한 땅에 설치하십시오.단일 막대는 일반적으로 충분하지 않으며, 특히 건조한 땅에서는 더욱 그렇습니다.지면이 매우 건조한 지역에서는 여러 개의 막대를 설치하고 최소 6피트(3m) 간격으로 설치하고 맨 구리선으로 연결하고 묻어 두십시오.또 다른 방법은 #6(13mm2), 두 개의 #8(8mm2) 또는 더 큰 맨 구리선을 최소 100피트(30m) 길이의 도랑에 묻는 것입니다.(맨 구리 접지선은 물이나 하수관 또는 다른 전선이 있는 도랑 바닥을 따라 놓을 수도 있습니다.) 또는 접지선을 반으로 자르고 두 방향으로 펼칩니다. 묻힌 각 전선의 한쪽 끝을 접지 시스템에 연결합니다.
지붕 배수구나 식물에 물을 줄 곳처럼 습기가 많은 곳에 시스템 일부를 연결해 보세요. 근처에 강철 우물 케이싱이 있다면 접지봉으로 사용할 수 있습니다(케이싱에 튼튼하게 볼트로 연결).
습한 기후에서는 접지선이나 기둥에 설치된 어레이의 콘크리트 기초, 풍력 발전기 타워, 또는 콘크리트로 둘러싸인 접지봉은 이상적인 접지를 제공하지 못합니다. 이러한 위치에서는 일반적으로 콘크리트가 기초 주변의 습한 토양보다 전도성이 떨어집니다. 이 경우, 어레이 바닥의 콘크리트 옆, 풍력 발전기 타워 바닥과 각 가이 와이어 앵커에 접지봉을 설치한 후, 모두 매설된 나전선으로 연결하십시오.
건조하거나 건조한 기후에서는 정반대의 경우가 많습니다. 콘크리트 기초는 주변 토양보다 함수율이 높아 경제적으로 접지할 수 있습니다. 20피트(또는 그 이상) 길이의 철근을 콘크리트에 매립하는 경우, 철근 자체가 접지봉 역할을 할 수 있습니다. (참고: 콘크리트를 타설하기 전에 계획해야 합니다.) 이러한 접지 방법은 건조한 지역에서 흔히 사용되며, NEC 250.52(A3)항 "콘크리트 매립 전극"에 설명되어 있습니다.
해당 지역에 가장 적합한 접지 방법이 확실하지 않은 경우, 시스템 설계 단계에서 전기 검사관과 상담하십시오. 접지는 너무 많을 수 없습니다. 건조한 지역에서는 가능한 한 여분의 접지봉, 매설 전선 등을 설치하십시오. 부식을 방지하려면 접지봉 연결 시 승인된 하드웨어만 사용하십시오. 접지선을 안정적으로 연결하려면 구리 분할 볼트를 사용하십시오.
접지 전원 회로
NEC는 건물 배선의 경우, DC 전력 시스템의 한쪽을 접지에 연결(또는 "본딩")하도록 요구합니다. 이러한 시스템의 AC 부분 또한 모든 계통 연계형 시스템의 일반적인 방식으로 접지해야 합니다. (미국에서는 이러한 방식이 적용됩니다. 다른 국가에서는 접지되지 않은 전력 회로가 일반적입니다.) 미국의 현대식 가정용 시스템에는 전력 시스템 접지가 필수적입니다. DC 음극과 AC 중성선은 각 시스템의 한 지점에서만 접지에 연결해야 하며, 접지 시스템의 동일한 지점에 연결해야 합니다. 이 작업은 중앙 전원 패널에서 수행됩니다.
일부 단일 용도의 독립형 시스템(태양광 워터 펌프 및 무선 중계기 등) 제조업체는 전원 회로 접지를 권장하지 않습니다. 구체적인 권장 사항은 제조업체의 지침을 참조하십시오.
어레이 배선 및 "트위스트 페어" 기술
어레이 배선은 최소 길이의 전선을 사용하여 금속 프레임에 매립해야 합니다. 양극선과 음극선은 길이가 같아야 하며, 가능하면 함께 배선해야 합니다. 이렇게 하면 도체 간 과전압 유도를 최소화할 수 있습니다. 금속 도관(접지)도 보호 기능을 제공합니다. 긴 전선은 공중에 매립하는 대신 옥외에 매립하십시오. 30m(100피트) 이상의 전선은 안테나와 같아서 구름 속의 낙뢰에서도 서지를 수신합니다. 전선을 매립하더라도 유사한 서지가 발생할 수 있지만, 대부분의 설치 담당자는 매립된 송전 배선이 낙뢰 피해 가능성을 더욱 줄인다는 데 동의합니다.
서지에 대한 민감도를 줄이는 간단한 전략은 "꼬인 쌍" 기술로, 두 개 이상의 도체 사이에 유도된 전압을 평형화하고 상쇄하는 데 도움이 됩니다. 이미 꼬인 적합한 전원 케이블을 찾는 것은 어려울 수 있으므로 다음과 같이 하십시오. 지면을 따라 전선 한 쌍을 배치합니다. 전선 사이에 막대를 넣고 함께 꼬아줍니다. 30피트(10m)마다 방향을 번갈아 가며 꼬아줍니다. (이 방법이 전체 거리를 한 방향으로 꼬는 것보다 훨씬 쉽습니다.) 전선 크기에 따라 전동 드릴을 사용하여 전선을 꼬는 경우도 있습니다. 전선 끝을 드릴 척에 고정하고 드릴이 케이블을 함께 꼬도록 합니다. 이 기술을 시도할 때는 드릴을 가능한 한 가장 낮은 속도로 작동해야 합니다.
접지선을 전선과 꼬아서 설치할 필요는 없습니다. 매설 배선의 경우, 나동선을 사용하고, 전선관을 사용하는 경우 접지선을 전선관 외부로 배선하십시오. 접지선을 추가하면 시스템의 접지 성능이 향상됩니다.
통신 또는 제어 케이블(예: 태양광 워터 펌프의 만수 차단용 플로트 스위치 케이블)에는 꼬임쌍 케이블을 사용하십시오. 이 작은 규격의 전선은 미리 꼬인 케이블, 다중 쌍 케이블 또는 단일 쌍 케이블로 쉽게 구할 수 있습니다. 또한, 꼬인 전선을 금속 호일로 둘러싼 차폐 꼬임쌍 케이블과 일반적으로 별도의 노출된 "드레인" 전선을 구입할 수도 있습니다. 배선에 접지 루프(접지로 직접 연결되는 경로가 줄어드는 현상)가 발생할 가능성을 없애기 위해 케이블 차폐선과 드레인 전선을 한쪽 끝에서만 접지하십시오.
추가 번개 보호
다음 조건 중 하나라도 해당하는 현장에는 광범위한 접지 조치 외에도 특수 서지 보호 장치와 (가능하면) 피뢰침을 설치하는 것이 좋습니다.
• 심한 번개가 치는 지역의 높은 지대에 있는 고립된 위치
• 건조하고 바위가 많거나 전도성이 낮은 토양
• 와이어가 100피트(30m) 이상 이어짐
피뢰기
낙뢰(서지) 어레스터는 뇌우(또는 규격 외 전력)로 인한 전압 스파이크를 흡수하도록 설계되었으며, 서지가 전선과 장비를 우회하도록 효과적으로 차단합니다. 서지 보호기는 인버터의 AC 라인을 포함하여 시스템의 모든 부분에 연결된 긴 전선의 양쪽 끝에 설치해야 합니다. 어레스터는 AC 및 DC 모두 다양한 전압에 맞게 제작됩니다. 사용 환경에 적합한 어레스터를 사용해야 합니다. 많은 시스템 설치업체에서 델타 서지 어레스터를 사용하는 경우가 많습니다. 델타 서지 어레스터는 가격이 저렴하고 낙뢰 위험이 중간 정도인 곳에서 어느 정도 보호 기능을 제공하지만, 더 이상 UL 인증을 받지 않았습니다.
PolyPhaser 및 Transtector 피뢰기는 낙뢰 위험 지역 및 대규모 설비에 적합한 고품질 제품입니다. 이 내구성 있는 장치는 견고한 보호 기능과 다양한 시스템 전압과의 호환성을 제공합니다. 일부 장치에는 고장 모드를 표시하는 표시등이 있습니다.
피뢰침
"피뢰침"은 건물이나 태양광 패널 위에 설치하여 접지에 연결하는 정전 방전 장치입니다. 이 장치는 정전기 축적과 주변 대기의 이온화를 방지하는 역할을 합니다. 낙뢰를 예방하는 데 도움이 될 수 있으며, 낙뢰가 발생할 경우 매우 높은 전류가 접지로 흐를 수 있도록 경로를 제공합니다. 현대식 장치는 스파이크 모양이며, 여러 개의 뾰족한 부분이 있는 경우가 많습니다.
피뢰침은 일반적으로 극심한 뇌우가 발생하는 현장에서만 사용됩니다. 현장이 이러한 범주에 속한다고 생각되면 낙뢰 보호 경험이 있는 계약업체를 고용하십시오. 시스템 설치 기사의 자격이 충분하지 않다면 시스템 설치 전에 낙뢰 보호 전문가와 상담하는 것이 좋습니다. 가능하면 북미 인증 에너지 전문가 위원회(NABCEP)의 인증을 받은 PV 설치 기사를 선택하십시오(액세스 참조). 이 인증은 낙뢰 보호에만 국한되지는 않지만, 설치 기사의 전반적인 역량을 나타내는 지표가 될 수 있습니다.
눈에서 멀어지면 마음에서도 멀어지지 않는다
낙뢰 보호 작업은 대부분 매립되어 눈에 띄지 않습니다. 낙뢰 보호 작업이 제대로 수행되도록 시스템 설치 기사, 전기 기사, 굴삭기 기사, 배관공, 굴착기 기사, 또는 접지 시스템을 포함하는 토목 공사를 담당하는 사람과의 계약서에 낙뢰 보호 작업을 명시하십시오.
게시 시간: 2020년 8월 10일