UL 1741 강의 7 — 성능 시험 II: 이상 시험·접지 임피던스·과전류 보정·감소 이격·서지(50~57절)

정상 상태 시험 다음은 고장 조건의 시험이다. 부하를 과하게 걸고, 출력을 단락하고, 직류를 거꾸로 꽂고, 팬을 세우고, 부품 하나를 태워도 제품이 불을 내거나 활선부를 드러내지 않는지 확인하는 50절과, 접지 경로의 저항, 제어회로 퓨즈의 동작 시간, 기판의 좁은 패턴 간격, 본딩 도체의 내량, 그리고 지락 검출기가 낙뢰 서지와 온도·습도 조건에서 제대로 동작하는지를 확인하는 51~57절을 읽는다.

2026년 9월 9일 · 대상 판본: UL 1741 제3판(2021년 9월 28일), 2026년 8월 14일 개정 반영

안전 표준의 시험은 정상 동작이 아니라 고장을 확인한다

앞 강의의 46~48절은 제품이 정격대로 동작하는지를 보았다. 그러나 안전 표준이 실제로 관심을 두는 것은 제품이 잘못될 때다. 사용자가 부하를 과하게 걸거나, 설치자가 극성을 바꿔 꽂거나, 먼지가 흡기구를 막거나, 커패시터 하나가 단락되는 일은 제품 수명 안에 일어나며, 그때 제품이 불을 내지 않아야 안전하다고 부를 수 있다. 50절 이상 시험(Abnormal Tests)은 이 조건들을 하나씩 만들어 본다. 51~57절은 앞 강의들에서 구조 요건이 "시험으로 확인한다"고 미뤄 두었던 자리들, 곧 22절 본딩, 31절 제어회로 퓨즈, 26절 예외 6의 기판 이격, 18절 리드선, 34절 GFDI의 시험 절차다.

50.1 이상 시험의 공통 조건과 판정

50.1.1은 50.1.2~50.7.3의 시험에서 제품이 불꽃이나 용융 금속을 내거나 화재·감전·상해 위험이 되어서는 안 된다고 정하고, 시험마다 별도 시료를 써도 된다고 한다. 50.1.2는 각 시험 뒤에 47절 절연내력 시험을 표 50.1의 지점(교류 전력 회로와 직류 전력 회로 사이, 교류·직류 전력 회로와 접근 가능한 죽은 금속 사이, 절연 변압기 1차와 2차 사이로 후자는 단락 시험 뒤에만)에 적용하게 하며, 중전압은 중전압과 저전압 사이, 중전압과 접지 사이에 건다. 여러 이상 시험을 한 시료에 잇달아 한 뒤 절연내력 시험을 한 번에 해도 되고(예외 1), 직류 입력 역접속 시험 뒤에는 면제된다(예외 2).

50.1.3은 위험이 존재하는 다섯 가지 상태를 정한다. 기존 또는 시험으로 생긴 개구를 통한 불꽃·용융 금속·달아오르거나 타는 입자의 방출, 받침면·화장지·치즈클로스의 탄화·달아오름·발화, 외함의 발화, 11절 기준으로 활선부에 접근하게 되는 개구의 생성, 그리고 접지에 연결한 3 A 퓨즈의 개방이다. 50.1.4는 제품을 흰 화장지를 깐 연질 목재 위에 놓고 외함 전체에 치즈클로스 한 겹을 느슨하게 덮게 한다. 치즈클로스는 28~30 m²/kg, 제곱인치당 한 방향 32올·다른 방향 28올의 미처리 면직물로 규정된다. 바닥 개구가 없는 제품은 목재·화장지가 필요 없고, 전체를 덮기 부적절하면 환기 개구만 덮을 수 있다. 50.1.5는 입출력 포트를 44.2~44.5대로 연결하고 과전류 보호를 설명서·표시대로 붙이게 하며, 50.1.6은 외함을 3 A 속동 퓨즈를 거쳐 접지한다. 이 퓨즈가 끊어지면 외함으로 고장 전류가 흘렀다는 뜻이므로 감전 위험으로 판정된다.

50.1.7은 각 시험을 최종 결과에 이르러 더 변화가 없을 때까지 계속하게 한다. 자동 복귀 보호기가 동작하면 7시간, 수동 복귀 보호기가 동작하면 최소 복귀 시간으로 분당 10회 이하의 속도로 10사이클 조작한다. 커패시터·다이오드·저항·반도체·기판 패턴의 개방이나 단락, 또는 내부 퓨즈의 개방이 시험의 종료를 정의한다. UL 489 적합 차단기는 3사이클, 열린 상태로 고장난 수동 복귀 보호기는 3사이클 이상 10사이클 미만으로 한다.

50.2~50.8 일곱 가지 이상 조건

출력 과부하(50.2). 46절 온도 시험 조건에서 열 안정에 이른 뒤, 독립형 인버터는 조정 가능한 저항 부하로 정격 최대 출력을 내면서 50.2.3의 과부하 시험을, 계통 연동 인버터는 50.2.4의 시험을 받는다(50.2.1). 50.2.2는 온도 한계를 제어하는 펌웨어를 시험 중 비활성화하거나 UL 1998로 신뢰성을 평가하게 한다. 소프트웨어가 출력을 줄여 시험을 통과하는 것을 막으려는 조항이다. 50.2.3은 배터리를 충전하는 제품의 직류 출력을 75절의 모의 배터리 부하에 연결하고 최대 출력 정격의 10 %씩 부하를 올려 각 단계에서 30분 유지하며, 더 변화가 없거나 제품이 정지할 때까지 계속한다. 과전류 장치가 동작하지 않는 최대 출력에서 열 안정을 얻은 뒤 단계 증가를 시작해도 된다. 50.2.4는 계통 연동 인버터의 입력을 정격 입력 전류의 2배 이상을 내는 전원에 연결하고 계통 전압을 최대 출력 전류가 나오도록(계통 트립 전압 정격 아래로는 내리지 않고) 조정한 뒤, 정지하거나 열 안정에 이르거나 7시간이 지날 때까지 유지한다.

단락(50.3). 직류 배터리 회로와 교류 출력 회로를 따로 단락하되 선-중성선(해당 시)과 선-선으로 한다(50.3.1). 단락 시 전원(입력 또는 출력·계통)은 계전기 등으로 분리한다(50.3.2). 표 65.1 (m) 항목의 최대 인버터 출력 고장 전류(피크와 실효값)와 지속 시간을 단락 직후 측정하고(50.3.3), 단락이 선로 주기의 서로 다른 부분에서 일어나도록 총 4회 수행하며(50.3.4), 3상은 상-상과 상-중성선 또는 접지에서(50.3.5), 외부 절연 변압기용 제품은 변압기 앞뒤에서(50.3.6) 단락한다. 단락 전류가 3 A 접지 퓨즈를 지나지 않는 위치에 단락을 건다(50.3.7). 여기서 측정한 고장 전류가 명판의 정격이 되고, 설치자가 보호 협조를 계산하는 근거가 된다. 인버터의 고장 전류는 정격 전류의 1.1~1.5배 정도로 회전기의 6~10배보다 훨씬 작아, 기존 배전 보호 계전기가 인버터 고장을 검출하지 못하는 문제의 출발점이 이 값이다.

직류 입력 역접속(50.4). 표 50.2대로 입력 단자의 양극을 전원의 음극에, 음극을 양극에 연결한다. 50.1.3의 위험이 없어야 한다.

환기 시험(50.5). 구속 회전자 조건이 조사된 팬 전동기를 쓰는 강제 환기 제품은 팬 전원을 끊고 전부하로 운전하고(50.5.1), 조사되지 않은 팬이거나 구속된 팬의 발열이 외함 가열에 더해지면 팬 회전자를 하나씩(동시 구속도 허용) 구속한 채 운전한다(50.5.2). 막힐 수 있는 필터·가드·스크린이 흡기구에 있으면 흡기구를 50 % 막고, 다시 완전히 막은 채 운전하며, 흡기구가 여럿이면 모든 흡기구를 50 %, 이어 100 % 막는다(50.5.3).

부품 단락·개방(50.6). 커패시터·다이오드·반도체 같은 부품의 임의 두 단자를 한 쌍씩 단락하거나 개방한다(저항 단락 제외). 회로 분석으로 다른 부품이 과부하될 수 없음이 확인되거나 LVLE 회로 등 조사 대상이 아닌 회로의 부품이면 면제된다(50.6.1). 계통 연동 인버터에서는 부품 고장의 결과로 모의 계통에서 입력원으로 흘러 들어가는 최대 역급전 전류가 표시된 최대 입력원 역급전 전류(표 65.1 (e))를 넘지 않아야 한다(50.6.2). 태양광 어레이 쪽으로 계통 전류가 흘러 들어가면 모듈과 배선이 그 전류를 감당해야 하므로, NEC 690.9가 이 값을 근거로 어레이 과전류 보호 필요 여부를 정한다.

부하 절환(50.7). 14.9의 예외에 따라 바이패스 스위치는 50.7.2~50.7.3 뒤에도 정상 동작해야 한다(50.7.1). 바이패스 교류 전원을 인버터 출력에 대해 3상은 120도, 단상은 180도 어긋나게 하고, 최대 정격 교류 전력을 끌어내는 부하를 인버터 출력에서 바이패스로 한 번 절환한다(50.7.2). 동기되지 않은 두 전원 사이의 절환을 막는 제어가 있으면, 50.6.1의 부품 고장이 위상 어긋난 절환을 낳는 조건에서 시험한다(50.7.3). 위상이 어긋난 두 전원을 잇는 순간의 전류가 스위치를 견디는지 보는 시험이다.

제어회로 상실(50.8). 계통 연동 인버터와 ISE는 제어회로 전원이 끊기면 EPS로의 전력 수출을 멈춰야 한다(50.8.1). 정격 입력과 모의 계통에 연결한 뒤 제어회로 전원을 끊는 단일 고장을 만든다(50.8.2). 어떤 단일 고장으로도 제어회로가 끊기지 않으면 시험하지 않고(예외 1), 그 단일 고장을 둔 채로 43.1을 계속 만족하면 수출을 계속해도 된다(예외 2). 제어기가 죽으면 연계 보호도 죽으므로, 그 상태에서 전력을 내보내는 것은 보호 없는 발전기를 계통에 붙이는 것과 같다.

51절 접지 임피던스 시험

51.1은 장비 접지 수단의 접속점과 접지가 요구되는 다른 금속 부품(22.10) 사이의 60 Hz 임피던스가 0.1 Ω 이하여야 한다고 정하고, 51.2는 무부하 전압 6 V 이하의 60 Hz 전원에서 25 A를 흘려 전압을 재어 판정한다. 6 V라는 낮은 전압을 쓰는 것은 페인트나 산화막을 뚫는 절연 파괴로 접촉이 생기는 것을 막기 위해서다. 22.7의 스타 와셔 연결, 22.10의 본딩 도체 크기 판정, 55.3의 본딩 도체 시험 후 확인이 모두 이 시험으로 돌아온다.

52절 과전류 보호 보정 시험

31.9에 따라 변압기 1차에 두어 2차 회로를 보호하는 퓨즈·보호 장치는 변압기가 표 52.1의 2차 전류를 낼 때 표의 시간 안에 회로를 열어야 한다(52.1). 변압기 무부하 2차 전압이 20 V 이하이면 10 A에서 2분 안, 6.75 A에서 60분 안이고, 20 V를 넘으면 200/Vmax A에서 2분 안, 135/Vmax A에서 60분 안이다. 이 값은 표 31.1의 2차 퓨즈 정격(5 A, 100/V A)의 200 %와 135 %에 해당한다. 52.2는 1차를 44.1의 회로에 연결하고 저항 부하에 시험 전류를 흘리되, 2분 시험은 부하를 계속 조정하고 60분 시험은 15분 뒤 한 번만 조정하게 한다. 52.3은 퓨즈 하나가 여러 2차 권선이나 탭을 보호하면 나머지 권선에 정격 부하를 건 채 권선마다 시험하게 한다.

53절 스트레인 릴리프 시험

18.3.1과 18.3.3의 현장 배선 리드는 녹아웃 등을 통해 외함 밖으로 나온 리드에 89 N, 배선 구획 안의 리드에 44.5 N을 1분 동안 곧게 당겨도 손상이나 이동이 없어야 한다(53.1). 입력·출력 코드는 가장 가혹한 방향으로 155.7 N을 1분 당겨도 손상·이동이 없어야 하며 시험 중 모든 내부 접속을 끊어 둔다(53.2). 접속을 끊어 두면 당김 힘이 단자를 거치지 않고 스트레인 릴리프에만 걸린다.

54절 저전압 인쇄회로기판의 감소 이격 시험

26.1.1 예외 6(a)에 따라 이격을 줄인 다른 전위의 기판 패턴은 54.2 절연내력 시험 또는 54.3 단락 패턴 시험을 통과해야 한다(54.1.1). 54.2는 감소 이격 패턴 사이에 47.1의 해당 전압을 1분 걸어 절연 파괴가 없어야 하고, 그 사이에 연결된 발열 부품·전자 소자·커패시터는 떼어 내어 이격과 절연 자체가 전압을 받게 한다. 54.3은 감소 이격 패턴을 한 곳씩 단락하고 50.1.1~50.1.7의 조건으로 시험해, 제품 분기회로의 과전류 보호가 열리지 않고 전선이나 기판 패턴이 개방되지 않아야 한다. 부품 개방으로 회로가 끊기면 새 부품으로 두 번 더 반복하며, 내부 과전류 보호 장치의 개방은 합격이고 반복하지 않는다.

55절 본딩 도체 시험

22.10의 예외에 따라 표 20.1보다 작은 본딩 도체를 쓰려면 도체·종단·본딩 대상 부분을 포함한 본딩 회로에 두 시험을 각각 별도 회로로 적용한다(55.1). (a) 의도된 분기회로 과전류 장치의 정격·설정의 135 %와 200 %의 전류를 표 55.1의 시간 동안 흘린다. (b) 시료 셋에 표 55.2의 시험 전류로 제한 단락 시험을 하되, 그 과전류 장치와 같은 정격의 비갱신형 퓨즈를 직렬로 넣는다. 제품 안에 더 작은 퓨즈가 있으면 그 정격을 기준으로 한다.

55.2는 단락 시험 회로의 역률을 0.9~1.0, 폐로 전압을 표 44.1, 개로 전압을 폐로 전압의 100~105 %로 하고 세 시료 각각에 수행한다. 55.3은 시험 뒤 본딩 회로가 51절 접지 임피던스 시험을 만족해야 한다고 한다. 본딩 도체의 목적은 고장 전류를 과전류 장치가 끊을 때까지 녹지 않고 흘려보내는 것이므로, 과전류 장치보다 오래 견디는지를 135·200 %의 장시간 전류와 수천 암페어의 단락 전류 양쪽에서 확인하는 것이다.

56~59절 GFDI의 네 가지 시험

5강의 34.1은 GFDI에 56~59절을 요구했다. 네 시험은 서지, 보정, 과전압, 전류 내량이고, 보정 시험이 다른 시험 뒤에 반복 요구되는 구조다.

전압 서지 시험(56). GFDI가 있는 제품을 상대습도 93±2 %, 32±2 °C에서 전처리하되, 시험조에 넣기 전에 30 °C 이상의 공기에서 열 평형에 이르게 하고, 옥외 정격은 168시간, 그 밖은 48시간 두어 습기를 먹인 뒤 서지를 건다(56.1). 56.2는 6 kV 서지 임펄스를 60초 간격으로 10회(차단기가 트립해도 화재·감전 위험이 없으면 합격), 이어 3 kV 임펄스를 10회(지락 검출기가 트립해서는 안 된다) 가한다. 6 kV는 견디면 되고 3 kV에서는 오동작하지 않아야 한다는 이중 요건이다. UL 943(누전차단기)에 대표적인 서지 발생기와 직류 제어 계전기가 나온다. 56.3은 제품을 정격 전압에 연결하고(연동 인버터는 모의 계통도 연결), 접지 리드·단자를 중성선 역할의 공급 도체에 연결하며, 부하 없이 켠 상태에서 초기 피크 6 kV 또는 3 kV의 서지를 교류 회로에는 60 Hz 위상에 대해 무작위로, 직류 회로에는 피크 전압에서 가한다. 교류에 세 번의 제어된 인가를 쓰면 영점, 양의 피크, 음의 피크에서 한 번씩 한다. 56.4는 서지 발생기의 서지 임피던스를 50 Ω으로, 무부하 파형을 10~90 % 상승 시간 0.5 μs, 이어지는 진동파 주기 10 μs, 각 후속 피크는 앞 피크의 60 %로 정한다. 이것은 0.5 μs/100 kHz 링 웨이브라 불리는 IEEE C62.41의 표준 서지 파형이다. 56.5는 서지 뒤에 57.1(a) 조건의 보정 시험을 다시 통과하게 한다.

보정 시험(57). GFDI의 동작 시간은 57.2~57.8의 지락 전류에서 다음 다섯 조건을 순서대로 거치며 표 57.1의 시간을 넘지 않아야 한다(57.1). 수령 상태의 25±3 °C, 상대습도 85±5 %·32±2 °C에서 48시간 전처리 직후, 40±2 °C에서 4시간 뒤, 열충격 5사이클(일반용은 40 °C 4시간 뒤 0 °C 4시간, 옥외용은 66 °C 4시간 뒤 −35 °C 4시간) 뒤, 그리고 다시 25±3 °C다. 표 57.1은 픽업(설정) 전류의 115 %에서는 결국 트립해야 하고, 150 %에서는 2.0초, 250 %에서는 1.0초 안에 동작해야 한다고 정한다. 57.2와 57.3은 고정 또는 조정 가능한 의도적 지연이 있으면 각 조건에서 그 지연을 평가하되 제조사 허용 범위(온도 의존이면 해당 온도의 범위) 안이어야 하고, 지연 범위가 있으면 최대·중간·최소 설정에서 확인하며, 사이클로 표시된 지연은 60 Hz로 환산한다. 57.4는 환경 조건의 노출 시간이 끝난 시점에 시험 환경 안에서 측정하게 하고, 57.5는 각 조건에서 3회 시험하되 시험 회로를 요구 지락 전류로 미리 맞추고 센서에 전류를 가한 뒤 계전 장치가 동작하기까지의 시간을 관찰하며 별도 제어 전원이 있으면 정격 전압으로 맞춘다. 57.6은 현장 픽업 전류 조정을 최대로 두게 하고, 57.7은 제어 전원이 필요한 장치를 교류 정격의 55 %, 직류 정격의 80 %에서 반복 시험하게 하며, 57.8은 픽업 트립 한계의 85 % 미만 지락 전류에서 차단기가 트립하지 않아야 한다고 한다.

과전압 시험(58). 제어 전압원에 계속 연결되는 GFDI는 정격 제어 전압의 110 %를 연속으로 견뎌야 하고(58.1), 그 뒤 47절 절연내력 시험을 만족해야 한다(58.2). 전류 내량 시험(59). GFDI를 59.2에 따라 내량 정격(전류와 시간)의 고장 전류 조건에 노출한 뒤 57.1(a) 조건의 보정 시험을 만족해야 한다(59.1). 고장 전류 조건은 센서 창을 지나는 권수를 조정해 필요한 암페어-턴을 만들어 낸다(59.2). 실제 수천 암페어를 흘리는 대신 도체를 여러 번 감아 같은 자기 효과를 내는 방법이다.

결론 — 고장 조건에서의 합격 기준은 "불이 나지 않고 활선부가 드러나지 않는다"이며, 보호 장치는 견디는 것과 오동작하지 않는 것을 함께 증명해야 한다

50절의 일곱 시험은 조건이 다를 뿐 판정 기준이 같다. 불꽃·용융 금속이 나오지 않고, 화장지와 치즈클로스가 타지 않으며, 외함이 발화하거나 뚫리지 않고, 3 A 접지 퓨즈가 끊어지지 않으면 합격이다. 부품이 타서 회로가 끊어지는 것 자체는 실패가 아니다. 안전 표준이 요구하는 것은 고장이 밖으로 번지지 않는 제품이다. 51~55절은 앞 절들의 구조 요건이 미뤄 둔 확인 절차로, 접지 경로 0.1 Ω, 제어회로 퓨즈의 2분·60분 개방, 기판 감소 이격의 내전압·단락, 리드선의 당김, 본딩 도체의 135·200 % 전류와 수천 암페어 단락을 각각 숫자로 정한다.

56~59절의 GFDI 시험은 보호 장치의 두 얼굴을 함께 요구한다. 6 kV 서지와 110 % 과전압과 고장 전류를 견뎌야 하고(견딤), 3 kV 서지와 85 % 미만 지락 전류에서는 트립하지 않아야 하며(부동작), 온도·습도·열충격을 거친 뒤에도 150 %에서 2초, 250 %에서 1초 안에 동작해야 한다(동작). 이 세 요구의 균형이 보호 장치 표준의 공통 구조이고, 보충 SA·SB의 라이드스루 시험도 같은 구조를 갖는다. 전압이 떨어지면 버티되(견딤), 정해진 한계를 넘으면 정해진 시간 안에 끊고(동작), 그 아래에서는 끊지 않는다(부동작). 다음 강의는 나머지 성능 시험(58~64C절)과 정격·표시·설명서·제조 시험(65~71절)을 읽는다. 남는 물음은 50.3에서 측정한 인버터 출력 고장 전류가 명판에 어떻게 적히고 설치자가 그것을 어떻게 쓰는가인데, 표 65.1 (m) 항목이 그 답이다.