2025-07-22
전기 서지가 발생하면 허용된 최대 전압 수준을 훨씬 초과하는 전압이 건물 회로를 통해 전기 장비로 전달될 수 있습니다. 적절한 보호 장치가 없으면 이 장비는 전압 서지로 인해 손상되거나 고장날 수 있습니다. 이러한 스파이크를 상쇄하는 데 필요한 보호 유형은 서지 보호 장치(SPD)를 통해 제공될 수 있습니다.
올바른 SPD를 지정하려면 해당 애플리케이션과 관련된 정격을 식별하고 이해해야 합니다. 최대 연속 작동 전압(MCOV), 전압 보호 정격(VPR), 공칭 방전 전류(In), 단락 전류 정격(SCCR) 등 SPD와 관련된 많은 성능 값과 정격이 있습니다. 가장 오해를 받는 정격은 일반적으로 킬로암페어(kA)로 정량화되는 서지 전류 정격입니다.
서지 보호 장치(SPD)의 유형은 무엇입니까?
서지 보호 장치(SPD)의 유형은 보호 기능, 설치 위치 및 다양한 서지 전류를 견딜 수 있는 능력을 기반으로 전기 시스템을 전압 서지로부터 보호하는 장치를 분류하는 데 사용되는 분류 방법입니다. SPD는 IEC(International Electrotechnical Commission) 및 UL(Underwriters Laboratories)의 두 가지 주요 표준에 따라 분류됩니다. 각 표준에는 장치가 서지 관련 사고로부터 전기 시스템을 보호하도록 보장하기 위한 자체 분류 및 요구 사항이 있습니다.
IEC 표준에 따른 서지 보호 장치 유형
IEC 61643-11 표준은 AC 전원 시스템에 사용되는 SPD의 성능 요구 사항 및 테스트 방법을 지정합니다. 이 표준에 따르면 SPD는 다음과 같은 특성을 가진 세 가지 주요 유형으로 분류됩니다.
Type 1 SPD (Class I):
- 기능: 직접적인 낙뢰로부터 전기 시스템을 보호합니다.
- 설치 위치: 주 배전반 근처의 시스템 입구에 설치됩니다.
- 서지 파형: 10/350 µs. 이 파형은 10 µs에서 피크까지 상승하고 350 µs에서 50%로 감소하는 직접적인 낙뢰를 시뮬레이션합니다.
- 서지 전류 내성(Iimp): 높음, 일반적으로 10 kA 이상.
- 공칭 방전 전류(In): IEC 61643-11, Class I에 따라 10 kA 이상. 이것은 SPD가 손상 없이 여러 번 견딜 수 있는 전류입니다.
- 전압 보호 레벨(Up): 1.5kV ~ 2kV. Up은 SPD가 방전 중에 통과하도록 허용하는 최대 전압입니다.
- 적용 분야: 상업, 주거 지역 및 낙뢰 위험이 중간인 지역에 적합합니다.
Type 2 SPD (Class II):
- 기능: 간접적인 낙뢰 또는 스위칭 작업으로 인해 발생하는 서지 전압으로부터 전기 시스템을 보호합니다.
- 설치 위치: 서브 배전반 또는 Type 1 SPD 뒤에 설치됩니다.
- 서지 파형: 8/20 µs. 이 파형은 8 µs에서 피크까지 상승하고 20 µs에서 50%로 감소하는 전기 시스템 내에서 전파되는 서지 전압을 시뮬레이션합니다.
- 공칭 방전 전류(In): 중간, 일반적으로 5 kA ~ 20 kA. 이것은 SPD가 손상 없이 여러 번 견딜 수 있는 전류입니다.
- 전압 보호 레벨(Up): 1.5kV ~ 2kV. Up은 SPD가 방전 중에 통과하도록 허용하는 최대 전압입니다.
- 적용 분야: 상업, 주거 지역 및 낙뢰 위험이 중간인 지역에 적합합니다.
Type 3 SPD (Class III):
- 기능: Type 1 및 Type 2 SPD에 의해 감쇠된 후 잔류 서지 전압으로부터 민감한 전자 장비를 보호합니다.
- 설치 위치: 소켓, 소형 배전반 또는 터미널 장치와 같은 민감한 전자 장비 근처에 설치됩니다.
- 서지 파형: 8/20 µs 및 1.2/50 µs. 이러한 파형은 더 빠른 상승 시간(1.2 µs)과 더 느린 감소 시간(50 µs)으로 잔류 서지를 시뮬레이션합니다.
- 공칭 방전 전류(In): 낮음, 일반적으로 5 kA 미만.
- 전압 보호 레벨(Up): 1kV ~ 1.5kV. Up은 SPD가 방전 중에 통과하도록 허용하는 최대 전압입니다.
- 적용 분야: 컴퓨터, 통신 장치 및 의료 장비와 같은 민감한 전자 장치에 적합합니다.
UL 표준에 따른 서지 보호 장치 유형
UL 1449 표준은 북미의 전기 시스템에 사용되는 SPD에 대한 요구 사항을 지정합니다. 이 표준에 따르면 SPD는 다음과 같은 네 가지 유형으로 분류됩니다.
Type 1 SPD:
- 기능: 전기 그리드 외부에서 발생하는 직접 또는 근접 낙뢰로 인한 서지 전압으로부터 보호합니다.
- 설치 위치: 주 회로 차단기 전후에 전기 계량기 앞에 설치됩니다.
- 서지 전류 내성: 높은 서지 전류를 견딜 수 있도록 설계되었습니다.
- 적용 분야: 대형 산업 및 상업 건물에 적합합니다.
Type 2 SPD:
- 기능: 시스템 내에서 또는 전기 그리드에서 전파되는 서지 전압으로부터 보호합니다.
- 설치 위치: 주 회로 차단기 뒤 또는 서브 배전반에 설치됩니다.
- 서지 전류 내성: 전력망 또는 내부 시스템 결함으로부터의 서지 전류를 견딜 수 있도록 설계되었습니다.
- 적용 분야: 주거 및 상업 지역에 적합합니다.
Type 3 SPD:
- 기능: 잔류 서지 전압으로부터 민감한 전자 장치를 보호합니다.
- 설치 위치: 전기 콘센트 또는 민감한 장치 근처에 설치됩니다.
- 서지 전류 내성: Type 1 및 Type 2 SPD를 통과한 후 잔류 서지 전류를 견딜 수 있도록 설계되었습니다.
- 적용 분야: 가정 및 사무실 전자 장치에 적합합니다.
Type 4 SPD:
- 기능: 전기 장비에 통합된 모듈식 또는 조립 SPD.
- 설치 위치: 일반적으로 장치 또는 배전반 내에 통합됩니다.
- 서지 전류 내성: 통합된 전기 장비의 요구 사항을 충족하도록 설계되었습니다.
- 적용 분야: 내장된 SPD가 있는 전기 장치에 적합합니다.
SPD: 작동 원리
SPD의 작동은 간단하지만 효과적입니다. 전원 서지가 발생하면 MOV는 저항을 빠르게 줄여 전도성을 높입니다. 이를 통해 연결된 장치에 도달하여 손상되기 전에 대부분의 서지 전류를 안전하게 접지로 전환할 수 있습니다. 그렇게 함으로써 서지가 중화되어 다운스트림 장비를 고전압 또는 전류 스파이크로부터 보호합니다.
과도 과전압이란 무엇입니까?
과도 과전압은 짧은 기간 동안 발생하는 짧고 높은 진폭의 전압 서지입니다. 이러한 서지는 저장된 에너지의 갑작스러운 방출로 인해 발생하거나 외부 요인에 의해 유도됩니다. 낙뢰와 같은 자연 발생적인 것과 전기 시스템의 스위칭 작업과 같은 인위적인 것으로 분류할 수 있습니다.
과도 과전압은 어떻게 발생합니까?
인간 활동으로 인한 과도 과전압은 종종 모터, 변압기 및 특정 조명 시스템의 작동으로 인해 발생합니다. 과거에는 이러한 이벤트가 주거 환경에서 드물었습니다. 그러나 전기 자동차 충전기, 공기 및 지열 히트 펌프, 가변 속도 세탁기와 같은 최신 기술의 증가는 가정용 전기 시스템에서 과도 현상이 발생할 가능성을 크게 증가시켰습니다.
자연적인 과도 과전압은 일반적으로 간접적인 낙뢰에 의해 유발됩니다. 예를 들어, 근처의 가공 전력선 또는 전화선에 직접적인 낙뢰가 발생하면 서지가 선을 따라 전달될 수 있습니다. 이로 인해 전기 설비 및 연결된 장비가 심각하게 손상될 수 있습니다.
SPD를 적절하게 크기 조정하는 방법
다양한 위치에서 어떤 수준의 서지 전류(kA) 정격을 사용해야 하는지에 대한 게시된 데이터나 권장 사항이 거의 없습니다. IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)는 서지 정격이 무엇이며 이를 해석하는 방법에 대한 몇 가지 입력을 제공했지만 권장 사항을 게시하지는 않습니다. 불행히도 시스템 요구 사항을 입력하고 솔루션을 받을 수 있는 입증된 방정식이나 계산기가 없습니다. 제조업체가 계산기 또는 기타 수단을 통해 제공하는 모든 정보는 단순히 권장 사항입니다.
패널이 클수록 보호에 필요한 kA 장치 정격이 더 커야 한다는 경향이 있습니다. 또 다른 오해는 200 kA가 좋으면 400 kA가 두 배 더 좋아야 한다는 것입니다. 이 백서에서 보시다시피 항상 그런 것은 아닙니다. 전기 산업에 대한 수년간의 지식, 경험 및 전문 지식을 바탕으로 Emerson은 서지 전류 정격을 적용하는 방법에 대한 몇 가지 지침을 생성했습니다. (그림 1, 다음 페이지 참조)
IEC 및 UL 표준에 따라 올바른 유형의 서지 보호 장치를 선택하고 해당 분류를 이해하는 것은 전기 시스템 및 전자 장치가 전압 서지로부터 적절하게 보호되도록 하는 데 중요합니다. 각 표준은 애플리케이션 및 위치의 특정 요구 사항에 따라 전기 시스템을 보호하는 다른 접근 방식을 제공합니다.
서지 보호 장치의 주요 목적은 외부 또는 내부 소스에서 전기 배전 시스템에 도입되는 과도 전압을 션트하고 억제하는 것입니다. 전기 배전 시스템 전체에서 적절한 서지 전류(kA) 정격 SPD를 선택하면 장비의 최상의 성능 수명을 제공합니다. 시설에 적합한 SPD를 선택할 때 다음 주요 사항을 염두에 두십시오.
1. 시설과 그 내부 장비에 적절한 서지 억제를 제공하려면 서비스 입구에 있는 단일 SPD 이상이 필요합니다. 각 위치에 적절한 서지 전류 정격이 있는 캐스케이드 SPD를 권장합니다. 이렇게 하면 서비스 패널 또는 중요한 부하에 대한 우수한 억제가 제공됩니다. 아무리 크고 비싸더라도 단일 SPD는 동일한 수준의 시스템 보호를 제공하지 않습니다.
2. 애플리케이션에 대해 SPD를 과도하게 크기 조정하는 것은 시스템에 해를 끼칠 수 없지만 SPD를 작게 크기 조정하면 SPD가 조기에 고장나 시스템이 과도 현상과 그 영향에 노출될 수 있습니다.
3. 직접적인 낙뢰의 경우 SPD만으로는 포괄적인 낙뢰 보호 시스템을 대체할 수 없습니다(UL96A Master Lightning Certification 참조).
SPD 설치 시 주의 사항
서지 보호 장치(SPD)가 효과적으로 작동하려면 신중한 설치가 필수적입니다. 주요 예방 조치는 다음과 같습니다.
- 민감한 장비에서 서지 전류를 우회하기 위해 회로 또는 장치 바로 앞에 병렬로 SPD를 설치합니다.
- 스위치보드 내의 연결 와이어는 가능한 짧게 유지하고 최대 길이는 0.5미터로 합니다.
- Type 1 서지 보호기만 사용하는 것은 고에너지 서지를 관리하고 과전압을 줄이는 데 적합하지 않을 수 있습니다. Type 2 또는 Type 3 서지 보호기로 보완하는 것이 좋습니다.
- 모든 설치는 적절한 접지 및 장치의 안전한 장착을 보장하기 위해 지역 전기 규정에 따라 자격을 갖춘 전기 기술자가 수행해야 합니다.
결론
결론적으로, 서지 보호 장치는 산업 및 상업 환경 모두에서 전자 장치를 보호하는 데 필수적입니다. 올바르게 정격 및 인증된 SPD를 설치하면 표준 회로 차단기의 기능을 초과하는 전원 서지에 대해 안정적인 보호를 제공합니다.
