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[칼럼] 태양광발전 화재의 90%를 차지하는 접속함의 안전설계 방안
접속함 화재, 전소 태양광발전소 화재의 90% 이상 차지

[인더스트리뉴스 이상열 편집인] 태양광발전소의 접속함(접속반, MJB)은 스트링의 분리나 결집을 위하여 태양광 모듈 어레이와 인버터 사이에 설치되는 전력중계장치이다. 과거, 정부가 태양광발전 지원정책으로 FIT를 적용하던 시대에만 하더라도 접속함의 역저지 다이오드는 스크루 방식으로 방열판에 부착되고 접속함 내부의 연결부도 금속 부스바를 사용해서 접속함의 화재는 거의 발생하지 않았다.

2012년, RPS 도입 이후에는 역저지 다이오드를 평판형을 사용하거나, 접속함 내부의 연결부를 전선으로 사용하고, 경우에 따라서는 +-접속을 인접하여 결선함으로써 연면 섬락의 원인 등이 발생해서 최근에는 접속함 화재가 발행하고 있고, 또 이 화재는 전소 태양광발전소 화재의 90% 이상을 점유하고 있는 심각한 상황을 야기하고 있다.

뿐만 아니라, 접속함의 내부 발열을 줄이기 위한 환풍구 부착형의 경우에는 오히려 접속함 내부에 분진 부착을 유발하여 연면 섬락에 의한 아크 발생빈도가 높아질 수 있는 위험성이 항상 도사리고 있는 실정이다.

접속함 화재의 4대 요소로는 산소, 전선피복 등의 가연물, 점화원인(전선의 접촉불량과 블록킹 다이오드의 발열과 +-양극 사이의 연면 섬락에 의한 아크 등), 점화된 이후의 화학적 연쇄반응 등을 들 수 있다.

사진 1. 접속함 내부의 전선 결선부

전선의 접촉 불량

<사진 1>은 접속함 내부의 전선 결선부을 나타낸 것으로 접촉부는 볼트로 단단히 체결되어 있다. 하지만 이렇게 단단히 체결된 볼트가 진동 등의 원인에 의해 헐거워지게 되면 접촉저항이 발생하게 되고 이로 인하여 발열이 생길 수 있으며 이것이 곧바로 화재의 원인이 될 수도 있다. 그러므로, 접속함 점검 시에는 각 체결부위를 점검하고 단단하게 재조임하여야 한다.

사진 2. 블로킹 다이오드가 방열판에 취부된 사례

블로킹 다이오드의 발열

<사진 2>는 접속함의 블로킹 다이오드가 방열판에 취부되어 있는 사례를 나타낸 것이다. 평판형을 사용하지 않아 방열효과가 뛰어난 것으로 이 경우에는 다이오드 발열로 인한 사고는 다이오드 소손으로 끝나고 화재가 거의 전이되지 않는다.

그러나 평판형인 경우에는 전압강하가 1V에 8A의 전류가 흘러 8W의 전력손실이 열로 전환되고 그 열량은 6kcal/h에 달하여 방열판 부착이 헐거워질 경우에는 다이오드 소손에 이어 화재로 이어질 수가 있다. 그러므로, 평판형 다이오드를 채택한 접속함을 순시할 경우에는 다이오드가 방열판에 밀착되어 있는지를 점검하고, 헐거워졌으면 반드시 조여주어야 한다.

사진 3. 블로킹 다이오드 소손에 의한 화재 사례

블로킹 다이오드 소손에 의한 화재

<사진 3>은 블록킹 다이오드 과열에 의한 소손으로 그 불꽃이 케이블로 옮겨 붙어 접속함 대부분이 소손된 사례를 보여준 것이다. 특히, MJB(접속함)에 사용되는 다이오드 중 브릿지 다이오드를 사용하는 경우는 일반 다이오드를 사용한 경우보다 발열량이 2배 많아 소손에 이르는 경우가 종종 관찰되고 있다(사진 4). 그러므로, 접속함에 사용하는 다이오드는 브릿지 다이오드나 평판형 다이오드가 아닌 방열판 취부형 다이오드를 사용하여 화재 안전을 도모할 필요가 있다.

사진 4. 브릿지 다이오드의 소손 사례
사진 5. 연면 섬락이 원인이 되어 발생한 화재

+-양극 사이의 연면 섬락에 의한 아크

+-양극의 거리가 너무 가까우면 이격거리 면에 도전성 분진이 부착되면 연면 섬락이 일어나 불꽃이 발생되고, 한 번 불꽃이 발생하게 되면 4~5kW의 전력이 공급되어 화재로 바로 발전하기가 쉽다. 따라서 접속함을 연결할 시에는 +선은 +끼리 -선은 -끼리 연접하도록 설계되어야 한다.

<사진 5>는 +선과 -선을 연접해서 설치함으로써 연면 섬락이 일어나 화재가 발생한 경우를 보여준 것이다. 하지만, 같은 극끼리 모아서 결선했다고 하더라도 접속함에 전류 감시장치 등과 같은 PCB 기판이 있는 경우에는 연면 섬락을 피해갈 수가 없다. 또한 전선 등의 가연물은 내화성이 있는 재질을 사용하여야 하며, 어떤 경우에는 접속함 내부 전선으로 솔라 케이블을 사용하였으나 착화 실험결과 솔라 케이블은 화기를 분리한 이후에도 불꽃이 남아 있기 때문에 점화된 이후 화학적 연쇄반응을 막을 수 없으며 이는 화기를 분리하면 불꽃이 소멸되는 TFR-CV(F-CV) 케이블이나 금속 막대로 교체할 필요가 있다.

 

 

[정한교 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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