기준 문서: KS C IEC 60364-7-712:2017, KS C IEC 62548:2016 6.4–6.5. 「IEC 62548·60364-7-712 파헤치기」 2편 — 직류 보호. 1편은 전압과 온도. · Part 2 of the deep dive.
① 한 장 요약 One-page summary
태양광 어레이의 과전류는 스스로의 전류가 아니라 병렬로 연결된 다른 스트링이 고장 스트링으로 거꾸로 밀어 넣는 전류입니다. 그래서 퓨즈가 필요한지는 병렬 스트링 수와 모듈의 역전류 내량으로 정해집니다(KS C IEC 62548 6.5, KS C IEC 60364-7-712 712.433).
Overcurrent in a PV array is the reverse current driven by the other parallel strings into a faulted one, so the need for fuses depends on the number of parallel strings and the module reverse-current rating.
② 구조 지도 Structure map
③ 핵심 조항 Key clauses
역전류가 생기는 원리 How reverse current arises
PV 셀은 단락돼도 I_SC보다 크게 흐르지 않는 전류 제한 전원입니다. 그런데 한 스트링에서 모듈이나 배선이 단락되면 그 스트링의 전압이 떨어지고, 병렬로 연결된 나머지 스트링들이 그 스트링으로 전류를 밀어 넣습니다. 그 크기는 대략 (N_S − 1) · I_SC MOD입니다. 모듈은 데이터시트의 최대 직렬 퓨즈 정격(I_MOD_MAX_OCPR)까지의 역전류를 2시간 시험(KS C IEC 61730)으로 견디도록 확인되어 있습니다.
스트링 보호가 필요한 조건 When string protection is required
62548 6.5.3: (N_S − 1) · I_SC MOD > I_MOD_MAX_OCPR이면 스트링마다 과전류 보호장치가 필요합니다. N_S는 가장 가까운 보호장치가 보호하는 병렬 스트링 수입니다. 예시 모듈(I_SC 14 A, OCPR 25 A):
| 병렬 스트링 N_S | 역전류 (N_S − 1)·I_SC | 판정 |
|---|---|---|
| 1 | 0.0 A | 불필요 · not required |
| 2 | 14.0 A | 불필요 · not required |
| 3 | 28.0 A | 필요 · required |
| 4 | 42.0 A | 필요 · required |
| 6 | 70.0 A | 필요 · required |
| 10 | 126.0 A | 필요 · required |
그래서 실무에서는 "2 스트링까지는 퓨즈 없이, 3 스트링부터 퓨즈"가 흔합니다. 다만 인버터가 고장 시 어레이 쪽으로 전류를 보낼 수 있으면(역송전 전류) 그 값도 더해 판단합니다(712.3.17, 표 712.2 아래 문단).
퓨즈 정격의 범위 The fuse rating window
- 스트링별 (6.5.5.1 a):
1.5·I_SC MOD < In < 2.4·I_SC MOD, 그리고In ≤ I_MOD_MAX_OCPR. 예시는 21.0 A < In ≤ 25 A → 25 A. - 여러 스트링을 한 퓨즈로 (6.5.5.1 b):
I_ng > 1.5·N_G·I_SC,I_ng < I_MOD_MAX_OCPR − (N_G − 1)·I_SC. OCPR이 I_SC의 4배보다 클 때만 현실적으로 가능합니다. 예: I_SC 5 A, OCPR 30 A, N_G 2 → 15 A < I_ng < 25 A (16, 20 A). - 서브어레이·어레이 (6.5.5.2·6.5.5.3):
1.25·I_SC < In ≤ 2.4·I_SC. 예: 4 스트링 서브어레이 I_SC 56 A → 70 A < In ≤ 134.4 A → 80 A. 서브어레이가 둘 이상이면 서브어레이 보호는 필수(6.5.4)이고, 어레이 보호는 배터리 등 다른 전원이 있을 때만 필요합니다.
하한 1.5는 일사가 STC보다 강할 때 정상 전류로 끊어지지 않게 하는 여유이고, 상한 2.4·I_SC와 OCPR은 고장 때 확실히 끊어 모듈을 지키는 조건입니다. 모듈 OCPR이 작으면 범위가 없어질 수 있습니다. 예시 모듈의 OCPR이 20 A라면 21 A < In ≤ 20 A라서 맞는 정격이 없습니다. 이런 경우 모듈 선정이나 병렬 구성을 다시 봐야 합니다.
퓨즈는 직류용 gPV(IEC 60269-6) 또는 직류·역전류에 맞는 차단기(KS C IEC 60947, 60898)를 쓰고(712.432.102), 원칙적으로 각 충전 도체(양극 모두)에 둡니다(6.5.7, 기능 접지되지 않은 소규모 시스템 등 예외 있음). 블로킹 다이오드는 과전류 보호를 대신할 수 없습니다(712.432.101).
케이블 최소 전류: 표 5 Cable minimum current: Table 5
케이블은 가장 가까운 보호장치를 거쳐 오는 최악의 고장 전류를 견뎌야 합니다. 62548 표 5(712 표 712.2)를 요약하면:
| 회로 | 보호장치 있음 | 보호장치 없음 |
|---|---|---|
| 스트링 | 스트링 보호장치 정격 In | 단일 스트링 1.25·I_SC, 그 외 In(하류) + 1.25·I_SC·(N_PO − 1) |
| 서브어레이 | 서브어레이 보호장치 정격 In | In(어레이) + 1.25·Σ 다른 서브어레이 I_SC 와 1.25·I_SC S-ARRAY 중 큰 값 |
| 어레이 | 어레이 보호장치 정격 In | 1.25·I_SC ARRAY |
예시 모듈로 계산하면:
- 10 스트링, 스트링 퓨즈 25 A → 스트링 케이블 25 A, 어레이 케이블 175.0 A
- 2 스트링, 퓨즈 없음 → 스트링 케이블 17.5 A (= 0 + 1.25 × 14 × 1), 어레이 케이블 35.0 A
- 4 스트링 × 서브어레이 3, 스트링 25 A·서브어레이 80 A → 스트링 25 A, 서브어레이 80 A, 어레이 210 A
이 전류에 대해 KS C IEC 60364-5-52로 허용전류를 확인하는데, 모듈 밑면에 닿아 가열되는 케이블은 주위온도를 최소 70 °C로 봅니다(712.523.101). XLPE 케이블의 70 °C 보정계수는 0.58이라, 같은 굵기라도 허용전류가 크게 줄어듭니다.
절연 감시와 누설 감시 Insulation and residual-current monitoring
직류 측 지락은 전류가 작아 퓨즈로 끊기지 않으므로, 별도로 감시합니다(62548 6.4.2).
- 절연저항 측정: 운전 시작 전과 최소 24시간마다 어레이–대지 절연저항을 재고, 표 2의 임계치 미만이면 고장을 표시합니다. 임계치는 어레이 용량에 따라 ≤20 kW 30 kΩ, ≤30 kW 20 kΩ, ≤50 kW 15 kΩ, ≤100 kW 10 kΩ, ≤200 kW 7 kΩ, ≤400 kW 4 kΩ, ≤500 kW 2 kΩ, >500 kW 1 kΩ입니다.
- 잔여전류 감시: 접지 기준과 연결된 상태로 운전하는 경우, 지속 잔여전류가 30 kVA 이하 인버터는 300 mA, 그보다 크면 kVA당 10 mA(예: 100 kVA → 1000 mA)를 넘으면 0.3초 안에 분리합니다(6.4.2.3).
- 교류 측 누전차단기: 원칙적으로 B형(712.530.3.101). 인버터가 교류·직류 사이에 최소 단순 분리를 제공하거나, 제조사가 B형이 필요 없다고 명시하면 예외입니다.
④ 숫자 모음 The numbers in one table
| 항목 | 값 | 조항 |
|---|---|---|
| 스트링 보호 필요 | (N_S − 1)·I_SC MOD > I_MOD_MAX_OCPR | 62548 6.5.3 |
| 스트링 퓨즈 | 1.5·I_SC < In < 2.4·I_SC, In ≤ OCPR | 62548 6.5.5.1, 712.433.1.101 |
| 그룹 퓨즈 | I_ng > 1.5·N_G·I_SC, I_ng < OCPR − (N_G − 1)·I_SC | 62548 6.5.5.1 b) |
| 서브어레이·어레이 | 1.25·I_SC < In ≤ 2.4·I_SC | 62548 6.5.5.2–3 |
| 케이블 최소 전류 (보호 없음) | In(하류) + 1.25·I_SC·(N_PO − 1), 어레이 1.25·I_SC ARRAY | 표 5, 표 712.2 |
| 모듈 뒤 케이블 주위온도 | ≥ 70 °C | 712.523.101 |
| 절연저항 임계치 | ≤ 20 kW 30 kΩ … > 500 kW 1 kΩ | 62548 표 2 |
| 잔여전류 감시 | ≤ 30 kVA 300 mA, 초과 10 mA/kVA, 0.3 s | 62548 6.4.2.3 |
| 교류 설계전류 | 제조사 최대값, 없으면 1.1 × 정격 | 712.433.102 |
| 블로킹 다이오드 | 2·U_OC MAX, 1.4·I_SC | 712.55.102 |
⑤ 계산기로 확인 Check it with the calculator
태양광 어레이 설계 계산기에서 병렬 수와 서브어레이 구성을 바꿔 퓨즈·케이블·감시 한도가 어떻게 바뀌는지 확인하세요.
⑥ 함정과 원문 확인 Traps and source notes
- 표 5 비고 번역: 국문판 62548 표 5의 서브어레이 비고는 "어레이 보호가 없으면 In을 0으로 대체하지 않는다", 712 표 712.2는 "0으로 대체한다"로 반대입니다. 식의 뜻에 맞춰 0으로 계산합니다.
- 블로킹 다이오드 ≠ 과전류 보호: 다이오드는 역전류를 막지만 과전류 보호장치를 대신할 수 없습니다(712.432.101).
- 원문 목차: 712 국문판 목차의 머리말·개요 쪽 번호가 "오류! 책갈피가 정의되어 있지 않습니다."로 인쇄되어 있습니다.
- 모듈 데이터시트의 최대 직렬 퓨즈 정격을 먼저 확인합니다. 이 값이 퓨즈 상한이자 보호 필요 여부의 기준입니다.
- 일부 모듈 기술은 운전 초기 몇 주~몇 달 동안 I_SC가 정격보다 높거나 시간이 지나며 커집니다. 보호와 케이블 정격에 반영합니다(6.5.5.1).
- 교류 측 케이블의 설계전류는 인버터 최대 교류 전류, 없으면 정격의 1.1배입니다(712.433.102).