태양광기사 필기 #8 (어레이 전압강하, 전압온도계수, 전력품질계수)

목차
3. 태양광발전 어레이 전압강하 계산
 3.1 전압강하 및 전선 선정
  (1) 전송선로(송전 및 배전 등)의 전압강하
    2) 정상 전압강하 계산식(교류회로)
    3) 간이 전압강하 계산식
  (2) 전압강하율
  (3) 전선 케이블
    2) 전선의 공칭단면적
    3) 전선의 구비조건
    4) 전선의 굵기 선정시 고려사항
 3.2 어레이 출력전압 특성 등
  (1) 전압 온도계수
    1) 태양광전지의 출력전압
    2) 전압온도계수 [%/℃]로 주어질 때, 개방전압과 최대전압 계산식
    3) 전압온도계수 [V/℃]로 주어질 때, 개방전압과 최대전압 계산식
3.3 직류측 구성기기 선정
 (1) 접속함 선정시 고려사항
    1) 접속함의 분류 및 보호 등급
    2) 직류용 퓨즈
    3) DC 개폐기(또는 차단기)
    4) 서지보호장치(SPD)
4장. 태양광발전 연계장치 설계
1. 태양광발전 수배전반 설계
 (2) 인입케이블
 (3) 부하개폐기(LBS)
 (4) 과전류강도
 (5) 차단기의 용량 선정
    1) 단락용량의 산출 방법
    2) 정격차단용량의 선정
1.2 분산형전원 배전계통연계 기술기준 등
 (2) 단독운전 검토
    1) 정의
    2) 단독운전의 문제점
    3) 전력품질 계수 (Qf : Quality factor)

3. 태양광발전 어레이 전압강하 계산

3.1 전압강하 및 전선 선정

(1) 전송선로(송전 및 배전 등)의 전압강하

  2) 정상 전압강하 계산식(교류회로)

   ① 단상 2선식

   ② 단상 3선식, 3상 4선식

   ③ 3상 3선식

 

  3) 간이 전압강하 계산식

   ⑤ 전기방식에 따른 계수를 사용한 전압강하 

전기방식	Kw	전압강하 [V]
* 단상 2선식 * 직류 2선식	2	e = 35.6LI / 1000A
* 3상 3선식	√3	e = 30.8LI / 1000A
* 단상 3선식 * 직류 3선식 * 3상 4선식	1	e = 17.8LI / 1000A

 

(2) 전압강하율

전송선로(송전 및 배전 등)에서 송전단과 수전단 간의 전압의 차이를 선로의 전압강하라 하고, 전압강하율은 선로전압 강하를 수전단 전압으로 나누어 [%]로 나타낸 것이다.

배선설비별 전압강하율 한도는 아래와 같다.

 

구  분	전압강하율 [%]
특고압 선로	10
변압기	2
저압 선로	6
인입선	2

 

(3) 전선 케이블

  2) 전선의 공칭단면적 : 1.5 / 2.5 / 4 / 6 / 10 / 16 / 25 / 35 / 50 / 70 / 95 / 120 / 150 / 185 / 240 / 300

  3) 전선의 구비조건

   ① 도전율이 클 것

   ② 비중이 작을 것

   ③ 가요성이 클 것

   ④ 기계적 강도가 클 것

   ⑤ 부식성이 작을 것

   ⑥ 내구성이 클 것

   ⑦ 경제적일 것

 

  4) 전선의 굵기 선정시 고려사항

   ① 허용전류

   ② 기계적 강도

   ③ 전압강하

   ④ 전압규격

   ⑤ 고조파

   ⑥ 손실

 

3.2 어레이 출력전압 특성 등

(1) 전압 온도계수

  1) 태양광전지의 출력전압

    ① 태양광전지의 출력전압은 일조강도의 변화에 대하여 민감하지 않으며, 온도의 변화에 민감하게 변화한다.

    ② 표준시험조건(STC)인 25 [℃] 보다 낮으면 태양전지의 출력전압은 상승하고, 높으면 태양전지의 출력전압은 감소한다.

    ③ 태양전지의 출력전압인 개방전압(Voc)과 최대출력 시 최대전압(Vmpp)도 동일한 특성을 지닌다.

 

  2) 전압온도계수 [%/℃]로 주어질 때, 개방전압과 최대전압 계산식

  3) 전압온도계수 [V/℃]로 주어질 때, 개방전압과 최대전압 계산식

 

3.3 직류측 구성기기 선정

(1) 접속함 선정시 고려사항

독립형 또는 계통연계형 태양광발전 시스템에 사용되는 개폐장치 및 제어장치 부속품을 포함하는, 직류 1500 [V]를 초과하지 않는 태양광발전용 접속함은 KS C 8567(2019)에 의한 인증제품을 사용하여야한다.

 

  1) 접속함의 분류 및 보호 등급

병렬 스트링 수에 의한 분류	설치장소에 의한 분류
소형 (3회로 이하)	실내형 : IP54 이상
	실외형 : IP54 이상
중대형 (4회로 이상)	실내형 : IP20 이상
	실외형 : IP54 이상

  2) 직류용 퓨즈

개별 스트링 회로의 양극 및 음극에 각각 전류용 퓨즈를 설치하여야 하며, 사용되는 퓨즈는 다음의 요건을 준수하여야한다.

   ① 퓨즈는 IEC 60296 - 6 ("gPV" 형)의 규격품을 사용하여야한다.

   ② 퓨즈는 회로 정격전류에 대하여 135 [%]의 과부하 내량을 가져야한다.

   ③ 퓨즈의 과전류 보호 정격은 회로 정격전류의 1.5배 이상 2.4배 이하이어야 한다.

   ④ 퓨즈가 소손되는 경우 경고음 또는 램프 등을 통해 확인할 수 있어야 한다.

 

  3) DC 개폐기(또는 차단기)

   ① 개폐기(또는 차단기)는 IEC 60947 - 3의 규격품, 차단기는 KS C IEC 60947 - 2의 규격품을 사용하여야한다.

   ② 접속함 출력회로의 정격전압보다 1.2배 이상의 전압정격을 갖는다.

   ③ 차단기의 정격전류는 접속함 출력회로의 정격전류보다 1.25배 초과, 2.4배 이하의 전류정격을 갖는다.

   ④ 개폐기의 정격전류는 접속함 출력 회로의 정격전류보다 1.25배 초과의 전류정격을 갖는다.

 

  4) 서지보호장치(SPD)

중대형 접속함(스트링 4회로 이상)의 경우 출력회로에 근접하여 SPD 장치를 설치하여야 하며, SPD 최대 연속 운전전압은 600 VDC, 공칭 방전 전류(8/20μs)는 10 [kA] 이상이어야 한다.

 

 

4장. 태양광발전 연계장치 설계

1. 태양광발전 수배전반 설계

(2) 인입케이블

  ① 가공 인입 : ACSR-OC

  ② 지중 인입 : CNCV-W

(3) 부하개폐기(LBS)

  ① 한류퓨즈가 있는 것과 한류퓨즈가 없는 것이 있다. 

  ② 한류퓨즈가 부착된 부하개폐기는 단락전류, 과전류를 보호하며, 부하전류를 개폐하는 장치이다.

  ③ 한류퓨즈가 부착된 부하개폐기는 스트라이커 핀 트립방식이 적용되어 1개의 퓨즈가 용단될 때, 한류퓨즈 동작표시장치의 돌출에너지에 의해 부하개폐기의 래치를 동작시켜 3상을 동시에 개로하여 결상을 방지한다.

(4) 과전류강도

  1) 계기용변성기(MOF)의 과전류강도

   ① 계기용변성기의 과전류강도는 기기 설치점에서 단락전류에 의하여 계산하여 적용하되, 22.9 [kV]급으로 60 [A] 이하 계기용변압기의 최소 과전류강도는 전기사업자에 의한 75배로 하고, 계산란 값이 75배 이상인 경우에는 150배를 적용하며, 60 [A]를 초과 시 계기용변성기의 과전류강도는 40배를 적용한다.

  ② 계기용변성기 전단에 한류형 전력퓨즈를 설치하였을 때는 그 퓨즈로 제한되는 단락전류를 기준으로 과전류강도를 계산하여 상기 ①과 같이 적용한다.

  ③ 다만, 수요자 또는 설계자의 요구에 의하여 MOF 또는 CT의 과전류강도를 150배 이상 요구한 경우에는 그 값을 적용한다.

 

(5) 차단기의 용량 선정

  1) 단락용량의 산출 방법

   ① 기준용량 선정 : 기기들의 전압 및 용량이 다르므로 기준용량을 선정한다.

   → 특고압 기준으로 일반적으로 100 [MVA]를 선정

   ② 기기의 %Z를 기준용량에 대한 %Z' 환산

 

  2) 정격차단용량의 선정

차단기의 정격차단용량은 그 차단기를 적용할 수 있는 계통의 3상 단락용량 한도를 뜻한다.

※ 22.9 [kV]용 차단기의 정격전압

① 미국 ANSI 규격 (한국전력공사) : 25.8 [kV]

② 국제표준 IEC 규격 (전기안전공사) : 24 [kV]

 

1.2 분산형전원 배전계통연계 기술기준 등

(2) 단독운전 검토

  1) 정의

   ① 단독운전(Islanding) : 한전계통의 일부가 한전계통의 전원과 전기적으로 분리된 상태에서 분산형전원에 의해서만 가압되는 상태

   ② 자립운전 (Stand alone) : 분산형전원이 한전계통으로부터 분리된 상태에서 해당 구내계통 내의 부하에만 전력을 공급하고 있는 상태

 

  2) 단독운전의 문제점

   ① 부하, 기기에 대한 안전성 : 비정상적인 전압과 주파수로 인한 문제 발생가능

   ② 계통의 보호협조 문제 : 단독운전 후 계통과 동기가 맞지 않는 전원상태에서 재투입 시 위상의 불일치로 과전류가 발생되거나 재트립(Re-Trip)으로 인한 부하기기 손상 유발가능

   ③ 감전 위험 : 차단기가 개방된 상태에서 부하측 분산형전원이 연계된 상황을 인식하지 못한 작업자의 감전사고 발생위험

 

3) 전력품질계수 (Qf : Quality factor)

  ① 단독운전시 무효전력이 평형이 된 상태(Qpv = QL)에서 전압과 주파수 변동

   ⓐ 부하의 유효전력(PL) > PV 발전출력(Ppv) : 전압과 주파수 저하(UVR, UFR 동작)

   ⓑ 부하의 유효전력(PL) > PV 발전출력(Ppv) : 전압과 주파수 상승(OVR, OFR 동작)

 

  ② 단독운전시 유효전력이 평형이 된 상태(Ppv = PL)에서 주파수 변동

   ⓐ 부하의 역률이 PV발전 출력의 역률보다 앞서는 경우(진상) : 주파수 저하(UFR 동작)

      ˚ 지상무효전력 < 진상무효전력

      ˚ 단독운전시 주파수(f') : 주파수 저하

Qf 값	단독운전시 주파수(f') 계산식
Qf < 1	f' = 공칭주파수(f) * (Qf) [Hz]
Qf > 1	f' = 공칭주파수(f) / Qf [Hz]

   ⓑ 부하의 역률이 PV발전 출력의 역률보다 뒤지는 경우(지상) : 주파수 상승(OFR 동작)

      ˚ 지상무효전력 > 진상무효전력

      ˚ 단독운전시 주파수(f') : 주파수 상승

Qf 값	단독운전시 주파수(f') 계산식
Qf < 1	f' = 공칭주파수(f) / Qf [Hz]
Qf > 1	f' = 공칭주파수(f) * (Qf) [Hz]

  ③ 단독운전시 불검출 영역(NDZ : None Detection Zone)

   ⓐ 부하의 유효전력, 무효전력이 태양광 발전전력의 유효전력, 무효전력과 비슷하여 전압과 주파수의 일정 수준인 경우, 태양광발전시스템의 인버터는 단독운전을 검출할 수 없다. 이것을 불검출 영역(NDZ)이라고 한다.

   ⓑ 이러한 경우에 대비하여 태양광발전용 인버터(PCS)는 수동적 단독운전 검출방식과 능동적 단독운전 검출방식을 병용하여 대비한다.

   ⓒ 전력품질 계수값이 클수록 불검출영역이 넓어진다.