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PV 시스템의 DC 접지 결함이 너무 늦기 전에 감지해야 하는 숨겨진 위험인 이유에 대해 알아보십시오. PV 시스템에서 사각 지대를 찾으십시오. 태양광 접지 결함 문제를 해결하십시오.

DC 접지 결함은 PV 시스템에서 가장 일반적인 결함 유형이며 이중 절반은 감지되지 않습니다. 

DC 접지 결함은 DC 전원을 전달하는 회로(인버터 이전)에서 장비의 접지 도체를 통해 전류가 흐르는 바람직하지 않은 상태입니다. 

접지 결함은 아크 결함, 전압이 높은 경우 아크 섬광으로 이어지는 등 심각한 안전 상의 문제를 일으킬 수 있습니다. 

안전 위험 외에도 접지 결함이 있으면 단락 회로 전류에 의해 나금속(bare metal)이 가열되기 때문에 화재로 이어질 위험이 있습니다.

DC 접지 결함을 더 잘 이해하기 위해 몇 가지 용어를 검토하고 PV 시스템을 살펴 보겠습니다.

미국 전기 규범에서는 접지를 다음과 같이 정의합니다.

장비 접지 도체(EGC) = "지락 전류 경로를 제공하고 장비의 일반적으로 전류가 흐르지 않는 금속 부분을 시스템 접지 도체 또는 접지 전극 도체 또는 둘 다에 연결하는 전도성 경로.”

접지 전극 도체(GEC) = "시스템 접지 도체 또는 장비를 접지 전극 또는 접지 전극 시스템의 한 지점에 연결하는 데 사용되는 도체."

접지 도체 = "의도적으로 접지된 시스템 또는 회로 도체."

그림 1: 음극으로 접지된 PV시스템(DC 측)

EGC 는 모든 전도성 부품 (모듈, 랙) 을 함께 결합하고 GEC로 가는 경로를 제공하는 데 사용됩니다. GEC는 EGC, 그리고 전체 시스템을 접지 전극에 연결합니다. 

접지 전극은 최소 8피트 깊이의 지면으로 유도된 큰 금속 막대입니다. 일반적으로 구리, 알루미늄 또는 구리를 입힌 알루미늄 소재입니다. 

DC 접지 결함이 있으면 EGC 또는 접지 도체와의 의도치 않은 접촉으로 인해 접지된 금속 조각을 통해 전류가 흐릅니다. 이러한 접촉은 일반적으로

도체 절연 손상, 부적절한 설치, 전선 끼임, 그리고 도체와 EGC 사이에 전기 연결 경로를 만들 수 있는 물 (수분) 의 존재로 인해 발생합니다. 

▶ DC 접지 결합은 왜 위험할까요? 

DC 접지 결함은 대규모 PV 시스템에서 감지하지 못하는 경우가 많기 때문에 특히 위험합니다. 접지 결함 보호(GFP) 장치는 접지 결함에서 소량 (<1A) 의 전류 누출을 감지하지 못하여,

이를 '사각지대' 라고도 합니다. 

더 큰 전류로 인해, 두 번째 결함이 발생하면 (이때 GFP 가 회로를 트립함) 초기 DC 접지 결함이 대규모 전류를 전달하는 병렬 경로가 됩니다. 

2009년 캘리포니아, 베이커즈필드 화재 사고에서도 이와 같은 일이 벌어졌습니다. 383 kW PV 어레이에서 화재가 시작되었는데 12AWG 도체의 초기 2.5A 접지 결함으로 인하여 

대형 500  MCM (7.7 AWG) 출력 케이블에서 확장 조인트가 분리되면서 두 번째 311 A 접지 결함이 발생했습니다. 

GFP 가 두 번째 결함을 해결하는 동안 감지되지 않은 첫 번째 접지 결함 지점을 통해 고전류가 되돌아가 도체의 절연체가 빠르게 녹으면서 화재가 발생했습니다. 

▶ DC 접지 결합을 감지, 진단, 완화하는 방법

앞서 언급한 바와 같이, 특히 대규모 PV 시스템에서는 DC 접지 결함을 감지하기 어렵습니다. DC 접지 결함이 GFP 장치의 최소 감도보다 낮은 경우가 많기 때문입니다. 

DC 접지 결함을 감지하는 기법으로는 절연 저항 모니터링 및 잔류 전류 감지기(RCD) 가 있습니다. 

매일 아침 절연 저항 모니터를 통해 접지 저항을 측정하는 접지 테스트를 수행하는 것이 좋습니다. 

이 작업은 어레이가 개방 회로 상태일 때 수행해야 합니다. 

이 테스트에서는 절연 저항이 최소 저항보다 높고 시스템을 시작할 수 있는 상태 또는 절연 저항이 최소 정하보다 낮은 상태 (이 경우 절연이 손상되어 접지 결함 가능성이 있음) 를

확인할 수 있습니다. RCD 를 어레이 도체에 배치하여 접지 결함을 나타내는 비정상적인 전류를 측정할 수도 있습니다. 

[진단 기법]

인버터의 접지 결함 감지 인터럽터(GFDI)가 회로를 트립하더라도 접지 결함 원인을 찾기 어려울 수 있습니다. 

따라서, 기술자는 먼저 연속성 테스트를 통해 GFDI 가 끊어지는지 확인해야 합니다.