결론부터 씁니다. 수상태양광 전기설비에서 가장 먼저 무너지는 것은 절연이 아니라 등전위 본딩의 연속성입니다. 부유체가 절연성 수지인 경우가 많아 모듈 프레임이 물에 직접 닿지 않고, 접지극은 육상에 있습니다. 결국 프레임과 접지극을 잇는 본딩 도체가 긴 거리를 수면 위로 건너가며 수위 변동과 파랑에 따라 반복해서 굽혀지고, 이 도체가 끊기면 지락 시 프레임 전위가 올라가도 아무 보호도 동작하지 않을 수 있습니다. 따라서 수상 설비의 누전 대응은 절연 감시와 함께 본딩 연속성 감시를 인터락 입력으로 넣는 것에서 시작합니다.
안전 인터락: 사람이 부유체에 오르는 순간이 기준입니다
육상 설비에서는 점검자가 땅을 딛고 서지만, 수상 설비에서는 점검자가 부유체 위, 물 한가운데에 섭니다. 감전 시 접촉 전압이 걸리는 경로와 추락 후 물속 전위 노출까지 고려해야 하므로, 인터락 조건은 작업자 진입을 기준으로 씁니다.
- □ 비상정지(EMO)가 해당 블록의 교류 차단기와 인버터 외부 정지 단자를 하드와이어로 개방하는지 확인합니다. 육상 제어실뿐 아니라 부유체 진입 통로 입구에도 EMO 버튼을 둡니다. PLC는 EMO 루프를 감시만 합니다.
- □ 부유체 진입 게이트 개방 시 해당 블록 인버터 게이트 블록과 직류 개폐기 개방이 선행되는지 확인합니다. 단, 모듈은 빛을 받는 한 전압을 내므로 개폐기 상류는 계속 충전부로 취급합니다.
- □ 본딩 도체 연속성 감시가 이상이면 해당 블록 작업자 진입을 금지합니다.
- □ 절연 감시 장치(IMD) 경보가 있는 블록은 진입 금지와 함께 원인 확인 전 재기동을 막습니다. IMD 성능 요건은 IEC 61557-8을 기준으로 확인합니다.
- □ 저압 설비 요건은 IEC 60364-7-712(태양광 전원 설비)를 기준으로 하되, 수상 설치에 대한 추가 요건은 적용 국가 기준과 발주처 기준으로 확인합니다.
육상과 수상의 전기적 조건 차이
| 항목 | 육상 태양광 | 수상태양광 |
|---|---|---|
| 구조물 접지 | 가대가 대지에 직접 매설 | 부유체 절연, 본딩 도체로 육상 접지극 연결 |
| 본딩 도체 스트레스 | 정적 | 수위 변동·파랑에 의한 반복 굽힘 |
| 습도·결로 | 계절 변동 | 상시 고습, 일교차 결로 |
| 케이블 경로 | 트렌치·트레이 고정 | 부유 케이블, 수면 접촉 가능 |
| 작업자 위치 | 대지 위 | 부유체 위, 물에 둘러싸임 |
| 누설 경로 | 대지로 확산 | 수중 경로, 접지극까지 저항 불확정 |
표에서 수상 설비의 고유 항목은 본딩 도체 스트레스와 작업자 위치 두 줄입니다. 나머지는 육상 설비에서도 정도의 차이로 존재하지만, 이 두 가지는 수상 설비에서만 인터락 입력이 됩니다. 절연 감시만 갖추고 본딩 연속성을 감시하지 않으면, 지락이 발생했는데 프레임이 접지극에서 떨어져 있어 보호가 판단할 근거가 사라지는 상태가 생깁니다.
시공·점검 체크리스트
- □ 본딩 도체는 부유체 사이 이음부마다 수위 변동 범위를 흡수할 여장을 두고, 가요성 도체와 압착 단자를 사용합니다.
- □ 본딩 도체를 루프로 구성하고 양 끝을 육상 접지극 측에서 인출해, 연속성 감시 장치가 루프 저항을 상시 측정하도록 합니다.
- □ 접속함과 커넥터는 수면 접촉이 없는 높이에 고정하고, 보호 등급은 제조사 사양과 설치 조건을 대조해 선정합니다.
- □ 부유 케이블은 수면에 늘어지지 않도록 부력재나 트레이로 지지하고, 계류 구조와의 마찰 지점을 표시합니다.
- □ 분기별로 본딩 루프 저항과 절연저항 추세를 비교합니다. 루프 저항이 계단식으로 오르면 이음부 단선 전조로 봅니다.
PLC 로직 예시
(* IEC 61131-3 ST 의사코드 - 수상태양광 블록 A 누전·본딩·진입 인터락 *)
(* %I0.0 DI_EMO_LOOP_HEALTHY : EMO 하드와이어 루프 정상(1) - 감시 전용, 부유체 입구 EMO 포함 *)
(* %I3.0 DI_IMD_A_ALARM : 블록 A 절연 감시 장치 경보(1) *)
(* %I3.1 DI_ACCESS_GATE_A_OPEN : 블록 A 부유체 진입 게이트 개방(1) *)
(* %I3.2 DI_DCSW_A_OPEN : 블록 A 직류 개폐기 개방(1) *)
(* %IW300 AI_BOND_LOOP_MOHM : 블록 A 본딩 루프 저항(mΩ) *)
(* %IW302 AI_A_DC_CURRENT_A : 블록 A 직류 전류(A) *)
(* %M3.0 ACCESS_REQUEST_A : HMI 진입 요청(1) *)
(* %Q3.0 DO_INV_A_GATE_BLOCK : 블록 A 인버터 정지 *)
(* %Q3.1 DO_DCSW_A_TRIP : 블록 A 직류 개폐기 트립(전류 소멸 확인 후) *)
(* %Q3.2 DO_ACCESS_PERMIT_LAMP_A : 블록 A 진입 허가 표시등 *)
(* %Q3.3 DO_BOND_ALARM_A : 본딩 연속성 이상 경보 *)
VAR CONSTANT R_BOND_MAX : INT := 500; END_VAR (* 예시값 - 준공 시 측정값 기준으로 설정 *)
BOND_FAIL := (AI_BOND_LOOP_MOHM > R_BOND_MAX);
DO_BOND_ALARM_A := BOND_FAIL;
(* 진입 요청 또는 게이트 개방 시 블록 정지 선행 *)
STOP_REQ_A := DI_ACCESS_GATE_A_OPEN OR ACCESS_REQUEST_A OR DI_IMD_A_ALARM;
DO_INV_A_GATE_BLOCK := STOP_REQ_A;
TON_ZERO(IN := DO_INV_A_GATE_BLOCK AND (AI_A_DC_CURRENT_A < 1.0), PT := T#500MS);
DO_DCSW_A_TRIP := TON_ZERO.Q; (* 전류 소멸 500 ms 지속 후 개방 *)
(* 진입 허가: EMO 정상 + 인버터 정지 + 직류 개폐기 개방 + 본딩 정상 + IMD 경보 없음 *)
DO_ACCESS_PERMIT_LAMP_A := DI_EMO_LOOP_HEALTHY AND DO_INV_A_GATE_BLOCK AND DI_DCSW_A_OPEN
AND NOT BOND_FAIL AND NOT DI_IMD_A_ALARM;
(* 주의: 개폐기 상류 모듈·스트링은 주간에 계속 충전부 - 허가 표시등은 무전압 표시가 아님 *)본딩 루프 저항 기준 500 mΩ은 예시입니다. 루프 길이와 도체 단면적에 따라 정상값 자체가 달라지므로 준공 시 측정값을 기준으로 상승률 기준을 두는 것이 현실적입니다.
경계 조건
이 설계가 과한 경우가 있습니다. 부유체 구조물 자체가 금속이고 물에 직접 잠겨 있으며 수중 접지 성능이 설계 단계에서 검증된 구성이라면, 본딩 도체 한 가닥의 단선이 곧 접지 상실로 이어지지 않습니다. 반대로 담수와 해수, 수질에 따라 수중 누설 경로의 저항이 크게 달라지므로 수중 전위 분포는 설비마다 파형 분석 및 실측 요망입니다.
판단 기준은 하나입니다. 프레임과 접지극 사이 경로가 움직이는 도체 하나에 의존한다면, 그 도체의 연속성을 절연저항과 같은 등급의 인터락 입력으로 감시합니다.
