번개는 광전지(PV) 및 풍력 발전 시스템 고장의 일반적인 원인입니다. 시스템으로부터 멀리 떨어져 있거나 심지어 구름 사이에 번개가 치는 경우에는 피해를 주는 서지가 발생할 수 있습니다. 그러나 대부분의 낙뢰 피해는 예방할 수 있습니다. 수십 년의 경험을 바탕으로 전력 시스템 설치업체가 일반적으로 인정하는 가장 비용 효율적인 기술은 다음과 같습니다. 이 조언을 따르면 재생 에너지(RE) 시스템의 낙뢰 피해를 피할 수 있는 가능성이 매우 높습니다.
기초를 다지세요
접지는 낙뢰 피해로부터 보호하기 위한 가장 기본적인 기술입니다. 번개 서지를 막을 수는 없지만 귀중한 장비를 우회하여 접지로 직접 경로를 제공하고 서지를 안전하게 땅으로 방전시킬 수 있습니다. 접지에 대한 전기 경로는 지상 구조물에 축적된 정전기를 지속적으로 방전합니다. 종종 이것은 애초에 번개의 유인을 방지합니다.
피뢰기 및 서지 보호기는 전기 서지를 흡수하여 전자 장비를 보호하도록 설계되었습니다. 그러나 이러한 장치는 양호한 접지를 대체할 수 없습니다. 이는 효과적인 접지와 함께 작동합니다. 접지 시스템은 배선 인프라의 중요한 부분입니다. 전원 배선을 설치하기 전이나 설치하는 동안 설치하십시오. 그렇지 않으면 일단 시스템이 작동하면 이 중요한 구성 요소가 "할 일" 목록에서 확인되지 않을 수 있습니다.
접지의 1단계는 PV 모듈 프레임, 마운팅 랙, 풍력 발전기 타워 등 모든 금속 구조 부품과 전기 인클로저를 접착(상호 연결)하여 접지로의 방전 경로를 구축하는 것입니다. NEC(National Electrical Code), 250조 및 690.41~690.47조는 규정을 준수하는 전선 크기, 재료 및 기술을 지정합니다. 접지선이 급격하게 구부러지지 않도록 하십시오. 높은 전류 서지는 좁은 모퉁이를 돌리는 것을 좋아하지 않으며 근처 배선으로 쉽게 이동할 수 있습니다. 알루미늄 구조 요소(특히 PV 모듈 프레임)에 구리선을 부착할 때 특히 주의하십시오. 부식 가능성을 줄이는 "AL/CU" 라벨이 붙은 커넥터와 스테인리스강 패스너를 사용하십시오. DC 및 AC 회로의 접지선도 이 접지 시스템에 연결됩니다. (자세한 조언은 HP102 및 HP103의 PV 어레이 접지에 대한 코드 코너 기사를 참조하십시오.)
접지봉
많은 설치의 가장 약한 측면은 지구 자체와의 연결입니다. 결국, 지구에 전선을 볼트로 고정할 수는 없습니다! 대신 전도성, 비부식성 금속(일반적으로 구리) 막대를 땅에 묻거나 두드려서 표면적의 대부분이 전도성(즉, 촉촉한) 토양과 접촉하는지 확인해야 합니다. 이렇게 하면 정전기나 서지가 라인에 내려올 때 전자가 최소한의 저항으로 땅으로 빠져나갈 수 있습니다.
드레인 필드가 물을 소산하는 것과 유사한 방식으로 접지는 전자를 소산시키는 역할을 합니다. 배수관이 땅으로 적절하게 배출되지 않으면 백업이 발생합니다. 전자가 백업되면 전원 배선과 장비를 통과한 다음 접지까지의 간격(전기 아크 형성)을 뛰어 넘습니다.
이를 방지하려면 8피트 길이(2.4m), 5/8인치(16mm) 구리 도금 접지봉을 하나 이상 설치하십시오. 가급적 습한 땅에 설치하십시오. 일반적으로 단일 막대로는 충분하지 않습니다. 특히 건조한 땅에서는 더욱 그렇습니다. 땅이 극도로 건조한 지역에서는 여러 개의 막대를 설치하고 최소 3m(6피트) 간격을 두고 매립된 나동선으로 함께 연결합니다. 또 다른 접근 방식은 #6(13mm2), 이중 #8(8mm2) 또는 더 큰 순동선을 최소 100피트(30m) 길이의 트렌치에 묻어두는 것입니다. (나동 접지선은 수도관, 하수관 또는 기타 전선을 운반하는 트렌치 바닥을 따라 배선할 수도 있습니다.) 또는 접지선을 반으로 자르고 두 방향으로 펼칩니다. 매설된 각 전선의 한쪽 끝을 접지 시스템에 연결합니다.
시스템의 일부를 지붕 배수구나 식물에 물을 주는 곳과 같이 더 습한 지역에 배치해 보십시오. 근처에 강철 우물 케이싱이 있는 경우 이를 접지 막대로 사용할 수 있습니다(케이싱에 볼트로 강력하게 연결).
습한 기후에서는 지상 또는 기둥 장착 어레이의 콘크리트 바닥, 풍력 발전기 타워 또는 콘크리트로 둘러싸인 접지봉은 이상적인 접지를 제공하지 않습니다. 이러한 위치에서 콘크리트는 일반적으로 기초 주변의 습한 토양보다 전도성이 낮습니다. 이 경우 어레이 바닥의 콘크리트 옆 또는 풍력 발전기 타워 바닥과 각 가이 와이어 앵커에 접지봉을 설치한 다음 노출된 매립 와이어로 모두 연결하십시오.
건조하거나 건조한 기후에서는 그 반대인 경우가 많습니다. 콘크리트 기초는 주변 토양보다 수분 함량이 높을 수 있으며 경제적으로 접지할 수 있는 기회를 제공합니다. 20피트(또는 그 이상) 길이의 철근을 콘크리트에 매설하는 경우 철근 자체가 접지봉 역할을 할 수 있습니다. (참고: 이는 콘크리트를 타설하기 전에 계획해야 합니다.) 이 접지 방법은 건조한 장소에서 일반적이며 NEC 조항 250.52(A3), "콘크리트 내장 전극"에 설명되어 있습니다.
해당 위치에 가장 적합한 접지 방법이 확실하지 않은 경우 시스템 설계 단계에서 전기 검사관과 상담하세요. 접지를 너무 많이 할 수는 없습니다. 건조한 장소에서는 기회가 있을 때마다 여분의 접지봉, 매설된 전선 등을 설치하십시오. 부식을 방지하려면 접지봉에 연결할 때 승인된 하드웨어만 사용하십시오. 구리 분할 볼트를 사용하여 접지선을 안정적으로 연결하십시오.
접지 전원 회로
건물 배선의 경우 NEC에서는 DC 전원 시스템의 한쪽을 접지에 연결(또는 "본딩")하도록 요구합니다. 이러한 시스템의 AC 부분도 그리드 연결 시스템의 일반적인 방식으로 접지되어야 합니다. (이것은 미국에서도 마찬가지입니다. 다른 국가에서는 접지되지 않은 전원 회로가 일반적입니다.) 미국의 현대 홈 시스템에는 전원 시스템 접지가 필요합니다. DC 음극과 AC 중성선을 해당 시스템의 한 지점에서만 접지하고 접지 시스템에서는 둘 다 동일한 지점에 접지하는 것이 중요합니다. 이는 중앙 전원 패널에서 수행됩니다.
일부 단일 목적의 독립형 시스템(예: 태양열 워터 펌프 및 무선 중계기) 제조업체는 전원 회로를 접지하지 않을 것을 권장합니다. 구체적인 권장 사항은 제조업체의 지침을 참조하세요.
어레이 배선 및 "연선" 기술
어레이 배선에는 금속 프레임워크에 삽입된 최소 길이의 배선을 사용해야 합니다. 양극선과 음극선은 길이가 동일해야 하며 가능하면 함께 연결되어야 합니다. 이렇게 하면 도체 사이에 과도한 전압이 유도되는 것을 최소화할 수 있습니다. 금속 도관(접지)도 보호 계층을 추가합니다. 긴 실외 전선을 머리 위로 연결하는 대신 묻어 두십시오. 30m(100피트) 이상의 전선은 안테나와 같습니다. 구름 속의 번개로부터도 서지를 수신합니다. 전선이 매설된 경우에도 유사한 서지가 여전히 발생할 수 있지만 대부분의 설치자는 매설된 전송 배선이 낙뢰 손상 가능성을 더욱 제한한다는 데 동의합니다.
서지에 대한 민감성을 줄이는 간단한 전략은 두 개 이상의 도체 사이에 유도된 전압을 균등화하고 상쇄하는 데 도움이 되는 "연선" 기술입니다. 이미 꼬인 적합한 전원 케이블을 찾기가 어려울 수 있으므로 다음과 같이 하십시오. 접지를 따라 한 쌍의 전원선을 배치합니다. 전선 사이에 막대를 넣고 함께 비틀어줍니다. 10m(30피트)마다 방향을 바꾸십시오. (이것은 한 방향으로 전체 거리를 비틀는 것보다 훨씬 쉽습니다.) 와이어 크기에 따라 전동 드릴을 사용하여 배선을 비틀 수도 있습니다. 배선 끝을 드릴 척에 고정하고 드릴의 동작에 따라 케이블이 함께 꼬이도록 하세요. 이 기술을 시도하는 경우 가능한 가장 낮은 속도로 드릴을 실행하십시오.
접지선은 전원선과 함께 꼬일 필요가 없습니다. 매장을 위해서는 구리선을 사용하십시오. 도관을 사용하는 경우 접지선을 도관 외부로 배선하십시오. 추가 접지 접촉은 시스템의 접지를 향상시킵니다.
모든 통신 또는 제어 케이블에는 연선 케이블을 사용하십시오(예: 태양열 워터 펌프의 탱크 전체 차단을 위한 플로트 스위치 케이블). 이 작은 게이지 와이어는 미리 꼬인 케이블, 다중 케이블 또는 단일 쌍 케이블로 쉽게 사용할 수 있습니다. 또한 꼬인 전선을 금속 호일로 둘러싸는 차폐 연선 케이블과 일반적으로 별도의 노출된 "드레인" 전선도 구입할 수 있습니다. 케이블 쉴드와 드레인 와이어를 한쪽 끝에서만 접지하여 배선에 접지 루프(접지에 대한 직접적인 경로가 적음)가 발생할 가능성을 제거합니다.
추가 번개 보호
광범위한 접지 조치 외에도 다음과 같은 조건의 현장에는 특수 서지 보호 장치 및 피뢰침(가능한 경우)을 사용하는 것이 좋습니다.
• 심한 낙뢰 지역의 고지대에 고립된 위치
• 건조하고 암석이 많거나 전도성이 낮은 토양
• 전선의 길이는 30m(100피트) 이상입니다.
피뢰기
낙뢰(서지) 어레스터는 뇌우(또는 사양을 벗어난 유틸리티 전력)로 인한 전압 스파이크를 흡수하고 서지가 전원 배선과 장비를 효과적으로 우회할 수 있도록 설계되었습니다. 서지 보호기는 인버터의 AC 라인을 포함하여 시스템의 모든 부분에 연결된 긴 전선의 양쪽 끝에 설치해야 합니다. 어레스터는 AC 및 DC 모두에 대해 다양한 전압용으로 제작되었습니다. 귀하의 응용 분야에 적합한 어레스터를 사용하십시오. 많은 시스템 설치자는 저렴하고 낙뢰 위협이 중간 정도인 경우 일부 보호 기능을 제공하는 델타 서지 어레스터를 일상적으로 사용하지만 이러한 장치는 더 이상 UL 인증을 받지 않습니다.
PolyPhaser 및 Transtector 어레스터는 낙뢰가 발생하기 쉬운 현장 및 대규모 설치를 위한 고품질 제품입니다. 내구성이 뛰어난 이 장치는 강력한 보호 기능과 다양한 시스템 전압과의 호환성을 제공합니다. 일부 장치에는 오류 모드를 표시하는 표시기가 있습니다.
피뢰침
"피뢰침"은 건물 및 태양광 어레이 위에 배치되고 접지에 연결되는 정전기 방전 장치입니다. 이는 정전기의 축적과 주변 대기의 궁극적인 이온화를 방지하기 위한 것입니다. 이는 파업을 방지하는 데 도움이 될 수 있으며 파업이 발생할 경우 매우 높은 전류가 접지되는 경로를 제공할 수 있습니다. 최신 장치는 스파이크 모양이며 종종 여러 개의 점이 있습니다.
조명봉은 일반적으로 극심한 뇌우가 발생하는 현장에서만 사용됩니다. 귀하의 사이트가 이 범주에 속한다고 생각되면 낙뢰 보호 경험이 있는 계약자를 고용하십시오. 시스템 설치자가 자격을 갖추지 못한 경우 시스템을 설치하기 전에 낙뢰 보호 전문가와 상담하는 것이 좋습니다. 가능하다면 NABCEP(North American Board of Certified Energy Practitioners) 인증 PV 설치업체를 선택하십시오(액세스 참조). 이 인증이 낙뢰 보호에만 국한된 것은 아니지만 설치자의 전반적인 역량 수준을 나타내는 지표가 될 수 있습니다.
눈에 띄지 않고 마음에서 벗어나지 않음
낙뢰방지공사가 많이 묻혀있고, 눈에 띄지 않습니다. 올바르게 수행되도록 하려면 시스템 설치자, 전기 기술자, 굴착기, 배관공, 우물 굴착기 또는 접지 시스템을 포함할 토목 작업을 수행하는 모든 사람과의 계약서에 이를 기록하십시오.
게시 시간: 2020년 8월 10일