태양광 발전설비 검사기법 및 부적합설비
개선사례 분석
박병하*,고석일**,안선주**,최준호**
*한국전기안전공사([email protected]),
**전남대학교 전기공학과([email protected],[email protected],[email protected])
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Park,Byeong-Ha*,Go,Seok-Il**,Ahn,Seon-Ju**,Choi,Joon-Ho**
*KoreaElectricalSafetyCorporation([email protected]),
**Dept.ofElectricalEngineering,Chonnam University([email protected],[email protected], [email protected])
Abstract
Photovoltaic energy is regarded as the key solution to the instability of energy supply and environmentalpollution,and itisspreading from thedeveloped countriestoworld wide.Thispaperlooks intoguidelinesof KESCO (KoreaelectricalSafety Corporation)on Photovoltaicsystem andanalyzedcase ofinconsistenciesofpre-serviceinspection.Through theseanalysesitwillbepossibletopreventpossible accidentsin theprocessofinstalling Photovoltaicsystem and thusensureelectricalsafety ofPhotovoltaic system.
Keywords:태양광발전 시스템(PV system),태양광 발전설비 검사기법(SolarPowerPlantInspectionTechnique) 전기안전(ElectricalSafety) 1.서 론 신‧재생에너지 중에서도 태양광 발전설 비는 청정에너지,무한에너지라는 인식이 지배적인 가운데 단연 각광받고 있으며, 정부의 저탄소 녹색성장 시책에 따라 관심
한국태양에너지학회
VOL. 32, NO.1, 2012.3.29~30 대구EXCO
과 투자가 날로 증가하고 있다.그러나,현 재 태양광 발전설비와 관련된 국내의 연구 동향을 살펴보면,태양광 발전설비의 양적 인 팽창 속에서 소재기술인 태양광 셀의 효율 향상과 관련된 연구와 응용기술이라 고 할 수 있는 태양광 발전설비에 대한 진 단기술,연계기술 등이 주를 이루고 있으 나,이에 비해 기반기술 이라 할 수 있는 제반 기술규정들 및 이에 대한 연구는 현 재 다소 간단하고 개념적인 내용만을 다루 고 있는 관계로 민원 내용 중 “사용전 검사 및 기준 지침”과 관련된 내용이 61%를 점 유하고 있다.이는 태양광 발전설비의 시공 ‧유지관리‧점검‧검사 시에 실무적인 제반 애로사항이 발생하고 이것을 해결할만한 명확한 기술지침 등이 아직은 미흡하기 때 문으로 판단되며,운용상의 안전은 물론 계 통 전체적으로도 부정적인 영향을 미칠 수 있다.이 같은 부정적 영향의 일례로서 전 력계통에 영향을 미칠 수 있는 신‧재생에 너지 전원의 출력 변동,태양광 직류회로의 부적절한 배선방법,차단기,축전지 등에 대한 규정,신‧재생 발전원의 출력에 포함 된 고조파 성분이 과도하여 계통에 접속된 타 설비의 동작에 미치는 부정적 영향 등 을 들 수 있으며,이를 해결하기 위한 구체 적 기술 지침이 조속히 마련되어 실무 적 용상의 혼동을 최소한으로 줄여나가야 할 것이다. 본 논문에서는 태양광발전설비에 대한 계획,설계,시공,감리의 최종단계에서 안 전성을 확보하기 위해 실시하는 태양광 발 전설비 검사 기법을 알아보고,태양광 설 비 부적합 사례를 분석하였다. 2.태양광 발전설비 검사 태양광 발전설비의 개략적 구성을 그림 1에 나타내었다. 그림 1.태양광 발전설비의 개략적 구성 그림1에 보인바와 같이,태양광 발전설비는 기본적으로 태양광을 전기로 생산하는 태양 광어레이,태양광 어레이에서 생산된 직류를 교류로 변환시키는 인버팅회로,HMI를 위한 데이터취득 및 표시장치,그 밖의 부속장치 등으로 구성되어 있다. 본 절에서는 태양광 발전설비에 대한 검사 항목과 주요핵심 기술을 정리하여 설명하였다. 우선,국내 태양광 발전설비의 계통연계에 있어,분산전원 배전계통 연계 기술기준을 표 1에 나타 내었다. 연계구분 연계용량 공급방식 저압 배전선로 일반 20kW이하 1Ø 220V 3Ø 380V 전용 100kW미만 특고압 배전선로 일반 3,000kW 이하 3Ø 22.9kV 전용 10,000kW 이하 단,10,000kW-20,000kW 대용량 방식 가능 송전선로 10,000kW 초과 3Ø 154kV 표 1.태양광 발전설비의 계통연계 그 밖에도 전압변동 기준의 경우,저압 배 전선로는 상시 3%,순,시 4% 이하,특고압 배전선로는 상시,순시 모두 2% 이하로 규정 되어 있으며,플리커의 경우에는 단시간(10 분)은 0.35이하,장시간(2시간)은 0.25이하로 규정되어 있다. 표 2는 태양광 발전 설비 항목별 검사기법을 정리하여 나타내었다.
검사항목 세부검사내용 태양광 전지검사 -외관검사 -구조물지지 및 전지 시설상태 확인 -전기적 특성확인 -어레이 접지상태확인 전력변환장치 검사 (전력변환장치, 보호장치, 축전지포함) ○ 전력변환장치 -외관검사·절연저항·절연내력 -제어회로 및 경보장치·역방향운전 제어시험 -단독 운전 방지 시험 인버터 자동·수동절제 시험 -전력조절부/Static스위치 자동·수동 절체시험 충전 기능시험 ○ 보호장치 -외관검사·절연저항·보호장치시험 ○ 축전지 -시설상태확인·전해액 확인·환기시설 상태 변압기검사 (본체, 보호장치, 제어·경보장치, 부대설비) -외관검사-조작용 전원 및 회로점검 -상회전 및 Loop시험 – 충전시험 -보호계전기 정정상태 및 시험 -절연저항-절연내력 -Tap절환장치 -절연유 내압시험 – 제어회로 및 경보장치 -부대설비 외관검사 – 절연유 유츌방지 시설 차단기검사 (본체, 보호장치, 제어·경보장치, 부대설비) -외관검사-조작용 전원 및 회로점검 -상 회전 및 Loop시험 – 개폐기 인터록시험 -절연저항측정 -절연내력시험 -충전시험 -개폐표시상태 확인 – 제어회로 및 경보장치 -가스절연장치 시험 – 부대설비 외관검사 -공기(oil)압축장치 안전밸브 및 자동기동 전선로(모선설 비)검사 -외관검사 –조작용 전원 및 회로점검 -절연저항측정 -절연내력시험 -부대설비 외관검사 – 충전시험 -보호계전기 정정상태 및 시험 접지설비 검사(접지선 규격·접지망) -태양전지(어레이)-전력변환기 -변압기 등 부하운전시험 검사 전력변환장치 운전상태(30분이상) 종합 연동시험 검사 표 2.태양광 발전설비 항목별 검사기법 3.현장 점검 및 부적합설비 개선사례 태양광 발전 설비시스템에 대한 설계제작 원천기술의 부재로 일부 현장에서는 상이하게 설계,시공되고 있어 향후 표준화 시공절차 마련이 시급하다.특히,배전반 설계ㆍ제작 시 기존의 일반 수변전설비의 사양을 그대로 적용함으로서 모선충전부 이격거리 부족 등 문제점사례가 발생 하였으며,현장에 적합한 개선 및 현장 요건에 부합된 설계가 요구된다. 3.1부적합설비 사례 1 □ 광주시 △△△회관 [3kW], 영암 △△△태양광 [33kW] ○ 부적합사례 인버터외관 태양광발전 상태 디스플레이 창에 태양광 발전신호 및 발전량 상태 표시 되지 않음. ○ 사례 분석 ⅰ) 통신상태 확인 및 상시전원 주차단기 개방[DC(입력)/AC(출력)]하여 태양광 발전(인버터)정지 ⅱ)태양광 모듈의 각 접속단자에서 발전 전압 측정 결과 정상 ⅲ)접속 단자 내 휴즈 용단상태 확인 및 출력 전압 측정 결과 정상 ⅳ)인버터내 DC입력전압 측정 결과 정상 ⅴ)인버터 재 가동 후 인버터 AC 출력전압 및 계통연결 확인 결과 출력전압 0V로 인버터 소손으로 판정함. ○ 개 선 인버터 자체 결함으로 교체 후 사용. 3.2부적합설비 사례 2 □ 경북 영천 △△△학교 [5kW] ○ 부적합사례 :인버터 정지 ○ 사례 분석 ⅰ)타이머 조작전압 ②⑦ 및 b접점 =a 접점 동작상태 확인(정상작동)
ⅱ)MC S/W의 여자코일 상태 확인하여 여자코일의 소손으로 인한 MC S/W 부동작 확인.타이머 세팅 시간 조정을 하고 MCS/W 동작 확인 결과 불량 확인. 그림 2.타이머 작동확인 그림 3.MC동작 확인[불량] ○ 개 선 :MC S/W교체 3.3부적합설비 사례 3 □ 경기도 부천 가정집 [3kW] ○ 부적합사례 배전함내 화재로 인한 계량기 작동불량 ○ 사례 분석 배전함 빗물 누수로 인한 선간단락에 의한 차단기 폭발 확인 ○ 개 선 차단기 및 배전함(방수처리 병행)교체 그림 4.배전함 빗물 누수로 인하 차단기 화재 3.4부적합설비 사례 4 □ 전남 영암군 삼호읍 대불산업공단내 △△하수처리장 태양광발전 ○ 부적합사례 태양광발전 시험가동 중 인버터 2차 출력 전선접속점 T상(690V-TFR-CV 300SQ)에서 연기와 함께 탄화되기 시작하여 시험가동 중단 그림 5.현장 케이블 시공 사진
그림 6.현장 케이블 접속불량 사진 그림 7.사고 후 탄화한 흔적이 있어 피복을 벗겨보 니 터미널과 반도체부분이 제거되지 않은 상태로터미널과 연결함으로써 접속불량및 열화가 발생한 것으로 사료되는 사진 그림 8.CV 케이블 실물 및 내부 평면도면 ○ 사례분석 1)계통(부스바)에서 전선분리 후 절연저항 (1,000V급 절연저항 측정계)측정 (측정치 :1,000㏁(정상) 2)전선의 절연내력 시험실시(비파괴 절연 내력 시험기)결과 2kV(10kV급 전선) 인가시 누설전류 측정치가 300㎂/km 이고(기준 :10㎂/km),시험기기(비파괴 절연내력 시험기)자체 차단됨. 3)위2)의 결과에 의해 전선의 절연내력에 문제가 있을 것으로 사료되어 다른 상의 수축튜브도 절개함. 4)수축튜브 절개 결과 터미널과 심선사이에 CV전선의 내부 반도전층이 작업자의 실수(일반 저압케이블 전선)로 제거되지 않아 이로 인한 접속불량 및 열화에 의한 사고임.
○ 개선사항 전선 접속개소(12개소)터미널 재접속 하여 전선의 절연내력 시험결과 10kV (10kV급 전선)인가시 누설전류 측정치가 3㎂/km (기준 :10㎂/km)으로 절연내력이 적합하여 전원투입 후 정상 가동함 5.결 론 본 논문에서는 태양광 발전설비에 대한 검사기법 및 부적합설비 개선사례에 대해 고찰하였다. 올바른 검사기술의 적용만이 최근 양적으로 폭증하고 있는 태양광 설비의 질적 안전성을 보장 할 것이며,궁극적으로 설비의 수명 연장에도 기여할 것으로 사료 되므로,검사기술에 대한 지속적인 연구 개발이 기대되는 바이다. 후 기 본 연구는 지식경제부 ,한국산업기술진흥 원 ,호남광역경제권 선도산업지원단 의 광 역경제권 선도산업 육성사업 으로 수행된 연 구결과입니다. 참 고 문 헌 1.정종욱,김선구,“태양광 발전설비 검사 기술”,대한전기학회 하계학술대회 논문 집,2009.7. 2.김선구 외 4,태양광 발전설비의 점검‧검 사를 위한 전 기설비 시설 지침 개발,1 차년도 3.평가보고서 2008T100100343,한국전기안 전공사,pp25-31,2009.10
4.Johnny Weiss,PhotovoltaicsDesignand InstallationManual,New SocietyPublishers, pp.52-54,2007.4.
5.Ingrid Weiss외,European BestPractice Report,PV PolicyGroup,2006.5.
6.분산전원 배전계통 연계 기술 기준,한전 배전처,2005.
7.RanaBiswas,“Sunproofing"SolarCells, INSIDER,April2003
8.John Wiles,The15-minutePV System Inspection,Can You?ShouldYou?,IAEI NEWS,May/June2006,pp.85-90,May2006 9.Perspectives on PV, IAEI News,
September/October2004
10.한국전력기술인협회 태양광 A/S 사례 윤형익 자료
