PV용 SPD(61643‑31)와 일반 DC 전력계통용 SPD(61643‑41)를 설계·인증 관점에서 나눌 때 핵심은 “어떤 DC 소스 특성을 기준으로 시험하고 정격을 줄 것인가” ​

PV용 SPD(61643‑31)와 일반 DC 전력계통용 SPD(61643‑41)를 설계·인증 관점에서 나눌 때 핵심은 “어떤 DC 소스 특성을 기준으로 시험하고 정격을 줄 것인가”

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1. IEC 61643‑31 (PV용) – 설계·시험 포인트

• 적용 범위·전압

PV 어레이와 인버터 DC 입력 전용, 최대 1 500 Vdc까지.

ESS가 포함된 PV 시스템, 두‑포트 SPD(직렬 임피던스 포함)는 제외.

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• 소스 특성 반영

PV는 전류원 특성, 단락전류가 동작전류보다 약간 큰 수준이라는 가정으로 시험 조건을 설정.

일사량·온도에 따라 출력이 변하고, 단락전류는 거의 일정하다는 점을 시험 철학에 반영.

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• 시험 클래스·파라미터

IEC 61643‑01에 따른 T1/T2/T3 SPD를 PV DC에 맞게 적용, T1은 Iimp, T2는 In 기반으로 시험.

Ucpv, Up, In, Imax, Iimp, Iscpv(허용 단락전류), 보호모드(L+/L−‑PE, L+‑L−) 등을 제품 라벨·데이터시트에 명시.

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• 구체 설계 포인트

PV 스트링의 Uoc,max 기준으로 Ucpv 설정, 통상 Uoc,max의 1.1~1.2배 정도 여유 확보.

역전류, 폴라리티 반전, 지락 등 PV 특유의 이상상태를 고려한 내부 분리장치(열 차단, 폴‑별 퓨즈 등) 설계.

진동·충격(옥외 구조물 설치에 따른) 추가 요구사항도 반영하도록 Annex 시험 참고.

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• TOV·과전압 측면

PV 어레이 지락, 절연파괴로 DC 버스 전압이 비정상 상승하는 경우의 TOV 내량을 시험에 포함.

PV가 전류원이라 “장시간 과전류”보다는 “지속적인 과전압 + 제한된 전류” 스트레스에 주목.

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2. IEC 61643‑41 (일반 DC 전력계통) – 설계·시험 포인트

• 적용 범위·전압

일반 DC 저압 전력계통(선형 전압‑전류 특성을 가진 전원: 예 DC 변압기/정류기·SMPS 등), 최대 1 500 Vdc.

PV와 같이 비선형 전류원은 범위 밖, 그런 경우에는 별도 고려 필요.

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• 소스 특성 가정

선형 V‑I 특성을 가진 DC 소스를 기본 가정, 예상 단락전류와 TOV‑stress를 명확히 정의해서 시험 조건 설정.

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• 시험 포인트

서지 내성: 8/20 μs, 10/350 μs 등 파형으로 In, Imax, Iimp 시험.

단락 전류 내량: 계통에서 제공 가능한 단락전류를 기준으로 SPD+분리장치 조합이 안전하게 동작하는지 시험.

TOV 시험: DC 전원에서 발생 가능한 장시간 과전압(예: 비정상 조정, 피드백 고장)에 대한 SPD 거동 평가.

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• 구체 설계 포인트

배터리/정류기/SMPS의 최대 출력전압, 최대 단락전류 기반으로 SPD 정격 Udc, Iscc, 보호기기(퓨즈/MCB) 선정.

DC 소스가 강한 경우(대용량 정류기, ESS DC 버스)는 내부 소자 쇼트 시 매우 큰 단락전류가 흐르므로, SCCR·단락 내량을 고려한 구조 필요.

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3. IEC 61643‑31/41 ↔ UL 1449 매핑을 설계·인증

• PV DC SPD

IEC 61643‑31: PV DC 스트링용 SPD 성능·안전 규격.

UL: UL 1449에서 PV 및 DC 응용을 별도의 Supplement로 다룸 – PV SPDs(SUPPLEMENT SA), DC SPDs(SUPPLEMENT SB).

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• 실무 팁:

한 제품으로 글로벌 커버하려면 “IEC 61643‑31 + UL 1449 PV/DC (SA/SB)” 조합 인증을 목표.

Raycap Protec 같이 UL 1449 5th Ed + IEC 61643‑31 양쪽을 만족하는 PV SPD 예시 참고 가능.

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• 일반 DC 전력 SPD

IEC 61643‑41: DC 전력계통(선형 V‑I)의 SPD 요구사항 및 시험방법.

UL: UL 1449 SUPPLEMENT SB – “일반 DC 응용” SPD 요구사항 (1500 Vdc 이하, 가용 단락전류 2.5A 초과).

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• 설계 전략:

IEC 61643‑41의 시험 조건(단락전류, TOV) 설계 시, 동시에 UL 1449 SB의 DC SPD 범위, SCCR, 마킹 요구를 만족하도록 초기 스펙에 반영.

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4. TOV 시험을 설계에 어떻게 반영할지

• TOV 시험 개념

UREF(참조 전압) 및 U_T(TOV 시험 전압)를 정하고, U_T를 수 초~수십 초 인가하여 SPD의 전류·온도·파괴 모드를 평가.

시험 동안 단자전압이 U_T의 95% 이상 유지되고, SPD가 안정 모드(온도·전류 제한) 또는 의도된 분리 모드로 전이해야 합격.

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• 설계 시 고려해야 할 항목

MOV 기반 SPD라면, U_T 조건에서 열 차단장치가 어느 시점에 동작할지(트립 곡선)를 설계해서, 과열 전에 회로에서 분리되도록 해야 함.

GDT/스파크갭 기반이라도, TOV 전압에서 지속 아크 또는 부분방전이 발생하지 않도록 전극 설계·갭 거리 최적화 필요.

PV DC에서는 TOV 전압은 높지만 전류는 제한적, 일반 DC 전력(정류기/ESS)에서는 TOV와 동시에 상당한 전류가 흐를 수 있으므로, 61643‑31과 41에서 요구하는 TOV 시나리오가 서로 다르게 설계에 들어가야 함.

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• 왜 “현장 사고”와 직접 연결되는지

PV: 지락·역극성 접속·절연 파괴로 특정 스트링에 비정상 고전압이 오래 걸리면, SPD가 서서히 과열되어 옥외에서 화재가 발생할 수 있음.

DC 전력계통: DC‑DC 컨버터 피드백 고장, 전압 조정부 오작동으로 수 분간 1.4 pu 수준 전압이 계속되면 SPD가 누설전류 증가 → 열폭주 → 패널·배전반 화재로 이어질 수 있음.

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