결론부터 씁니다. 접속반 직류 아크 대응의 핵심은 검출 감도가 아니라 검출 후 어떤 순서로 무엇을 여는가입니다. 직렬 아크는 인버터가 전류를 끊으면 꺼지지만, 도체 사이나 대지로 생긴 병렬 아크는 태양광 모듈이 빛을 받는 한 계속 전류를 공급받습니다. 따라서 인터락은 “인버터 게이트 블록 → 전류 소멸 확인 → 직류 개폐기 개방 → 전류가 남는 스트링 격리”의 순서로 짜야 하고, 전류 소멸 확인 단계가 병렬 아크를 가려내는 판별점이 됩니다.
안전 인터락: 차단 순서가 먼저입니다
직류는 교류처럼 전류 영점이 없어서 개폐기가 부하 전류를 끊을 때 아크가 쉽게 유지됩니다. 아크 검출 로직보다 먼저 확인할 것은 개방 순서와 개폐기 정격입니다.
- □ 비상정지(EMO)는 인버터 외부 정지 단자와 접속반 개폐기 전압 트립 코일을 하드와이어로 직접 동작시키는지 확인합니다. PLC는 EMO 루프 상태를 감시 입력으로만 받습니다.
- □ 접속반 출력 개폐기가 직류 부하개폐 정격(DC 부하 차단 가능)인지 명판으로 확인합니다. 단로기 정격만 있는 기기는 무부하 상태에서만 조작합니다.
- □ 개폐기 개방 명령은 인버터 게이트 블록 이후, 직류 전류가 설정값 이하로 떨어진 것을 확인한 뒤에만 나가도록 인터락을 겁니다.
- □ 스트링 퓨즈 또는 스트링 단로 수단이 접속반 안에 있는지 확인합니다. 병렬 아크 스트링을 격리하는 마지막 수단입니다.
- □ 아크 트립 후 자동 재기동을 막고, 재기동 조건(수동 리셋 여부)은 적용 규격판과 인버터 사양으로 확인합니다.
아크 종류별로 차단 수단이 다릅니다
현장에서 “아크 검출”이라고 부르는 것은 최소 세 가지 현상을 묶은 말입니다. 원인 위치에 따라 인버터 정지만으로 꺼지는지가 갈립니다.
| 구분 | 주 발생 위치 | 인버터 정지로 소호 | 필요 차단 수단 |
|---|---|---|---|
| 직렬 아크 | 커넥터 이완, 단자 체결 불량, 도체 단선 | 대부분 소호 | 인버터 게이트 블록 |
| 병렬 아크 | +/- 도체 간 절연 파괴 | 소호 안 됨 | 해당 스트링 격리, 모듈 측 차단 수단 |
| 지락 아크 | 도체와 프레임·대지 사이 | 소호 안 될 수 있음 | 지락 검출과 스트링 격리 |
표가 말하는 것은 하나입니다. 인버터를 세우는 것은 첫 조치일 뿐이고, 병렬·지락 아크에는 효과가 없습니다. 그래서 인버터 정지 이후 전류가 실제로 0으로 가는지 측정하는 단계가 인터락 안에 들어가야 하며, 이 측정값이 아크 종류를 판별하는 근거가 됩니다.
차단 순서도
- 아크 검출기(AFD) 동작 시그널 입력. 검출 시간과 에너지 기준은 적용 규격(NEC 690.11, UL 1699B, IEC 63027)과 제품 인증 조건으로 확인합니다.
- 인버터 게이트 블록 지령 출력. 인버터 외부 정지 단자를 통한 하드와이어 신호를 우선하고, 통신 지령은 보조로 둡니다.
- 접속반 출력 전류 감시. 설정 시간 안에 전류가 임계값 이하로 떨어지면 직렬 아크로 판단하고 출력 개폐기를 개방합니다.
- 설정 시간이 지나도 전류가 남으면 병렬·지락 아크 의심으로 판단합니다. 이때는 출력 개폐기 조작보다 스트링별 전류를 확인해 전류가 역방향이거나 0이 아닌 스트링을 특정합니다.
- 해당 스트링을 격리하고, 현장 확인 전까지 재투입을 금지합니다. 야간이 되어 발전이 멈추기 전에는 병렬 아크 경로에 전원이 계속 살아 있다는 전제로 작업 절차를 세웁니다.
PLC 로직 예시
(* IEC 61131-3 ST 의사코드 - 접속반 직류 아크 차단 인터락 *)
(* %I0.0 DI_EMO_LOOP_HEALTHY : EMO 하드와이어 루프 정상(1) - 감시 전용 *)
(* %I0.4 DI_AFD_ARC_DETECTED : 아크 검출기 동작(1) *)
(* %I0.5 DI_DCSW_CB01_OPEN : 접속반 CB01 출력 개폐기 개방(1) *)
(* %IW100 AI_CB01_DC_CURRENT_A : 접속반 출력 전류(A, 스케일 0.1 A) *)
(* %IW110~%IW121 AI_STR_CURRENT_A[1..12] : 스트링별 전류(A) *)
(* %Q0.0 DO_INV_GATE_BLOCK : 인버터 외부 정지 단자 출력 *)
(* %Q0.1 DO_DCSW_CB01_TRIP : CB01 개폐기 전압 트립 코일 *)
(* %Q0.2 DO_ARC_ALARM : 아크 경보 램프·상위 보고 *)
VAR CONSTANT I_ZERO_A : REAL := 2.0; T_DECAY : TIME := T#300MS; END_VAR
IF DI_AFD_ARC_DETECTED THEN
ARC_LATCH := TRUE; (* 수동 리셋 전까지 유지 *)
END_IF;
DO_INV_GATE_BLOCK := ARC_LATCH; (* 1단계: 인버터 전류 차단 *)
DO_ARC_ALARM := ARC_LATCH;
TON_DECAY(IN := ARC_LATCH, PT := T_DECAY);
(* 2단계: 전류 소멸 확인 후에만 개폐기 개방 - 부하 차단 아크 방지 *)
IF ARC_LATCH AND (AI_CB01_DC_CURRENT_A < I_ZERO_A) THEN
DO_DCSW_CB01_TRIP := TRUE;
ARC_TYPE := 1; (* 1 = 직렬 아크 추정 *)
ELSIF TON_DECAY.Q AND (AI_CB01_DC_CURRENT_A >= I_ZERO_A) THEN
ARC_TYPE := 2; (* 2 = 병렬/지락 아크 의심, 개폐기 조작 보류 *)
FOR K := 1 TO 12 DO
STR_SUSPECT[K] := (AI_STR_CURRENT_A[K] < -0.5) OR (AI_STR_CURRENT_A[K] > I_ZERO_A);
END_FOR; (* 역전류 또는 잔류 전류 스트링 표시 *)
END_IF;
(* 리셋: 현장 확인 후 수동 리셋 버튼 %I0.7 DI_ARC_RESET_PB, 아크 검출 해제 상태에서만 *)
IF DI_ARC_RESET_PB AND NOT DI_AFD_ARC_DETECTED AND DI_DCSW_CB01_OPEN THEN
ARC_LATCH := FALSE; ARC_TYPE := 0;
END_IF;전류 임계값 2.0 A와 판정 시간 300 ms는 예시입니다. 인버터 직류 링크 커패시터 방전 특성과 전류 센서 응답에 따라 실제 전류 감쇠 곡선이 달라지므로, 시운전 때 게이트 블록 후 전류 파형을 기록해 값을 정해야 합니다.
오검출과 확인 필요 항목
아크 검출기는 전류의 고주파 성분을 보고 판정합니다. 인버터 스위칭 성분, 장거리 직류 케이블의 공진, 인접 설비의 전자기 간섭이 아크 신호와 비슷하게 보일 수 있습니다. 오검출이 반복되면 감도를 낮추기 전에 발생 시각의 일사량 변화와 인버터 운전 상태를 함께 기록해 상관을 봐야 합니다. 원인 단정은 파형 분석 및 실측 요망입니다.
확인 필요 항목은 다음과 같습니다. 적용 규격판의 검출 시간·에너지 기준, 아크 트립 후 재기동 방식(수동·자동) 요건, 접속반 개폐기의 직류 부하 차단 정격 전압과 전류, 스트링 전류 센서의 역방향 측정 가능 여부입니다.
경계 조건
이 순서가 틀리게 되는 경우는 두 가지입니다. 첫째, 모듈 단위 차단 장치(MLPE)가 설치된 설비에서는 아크 검출 시 모듈 출력 자체를 끊을 수 있으므로 병렬 아크도 소스에서 소멸됩니다. 이때는 스트링 격리보다 모듈 측 차단 확인이 먼저입니다. 둘째, 접속반이 없고 스트링이 인버터에 직접 들어가는 구성에서는 전류 소멸 판정을 인버터 내부 측정값에 의존해야 하므로 외부 PLC 인터락의 의미가 약해집니다.
판단 기준은 하나로 정리됩니다. 인버터를 세운 뒤에도 전류가 흐를 수 있는 경로가 남아 있다면, 그 경로를 끊는 수단과 그 수단을 조작해도 되는 조건을 인터락에 명시해야 합니다.
