서지 원인과 대책


서지의 원인과 대책

  • 최근 자연 발생으로 서지가 지속적으로 등가하여 서지 및 노이즈발생 비율이 높아지고 있다
  • 또한 부하 측에서는 자동설비에 따른 전력소자 사용으로 조그마한 서지 및 노이즈에도 많은 영향을 받을 수 밖에 없는 환경이 조성되어 있다
  • 한 번의 서지 및 노이즈가 부하측에 영향을 주어 그 파급효과가 경제적 손실이 크게 발생 하므로 이에 대한 대책을 세워나가야 할 것이다
  • 선로 이상 전압은 스위치 개폐 등에 의한 내부 Surge와 낙뢰등으로 인한 외부 Surge로 나누어질 수 있다.
    • 외부 Surge : 뇌 서지(유도뢰, 직격뢰)
    • 내부 Surge : 개폐 서지, 지락 서지, 상용주파 서지, 철심포화 서지

서지의 발생원인

1)자연 발생에 의한 Surge

자연 발생에 의한 Surge
  • 뇌운의 전위경도는 대략 100[]정도
    • +뇌운 크기 : 9~12[]
    • -뇌운 크기 : 500[]~10[]
  • 뇌운 발생은 선택접촉설, 수적분열설, 빙전대전설 등이 발표되고 있다
  • 뇌운의 종류- 여뢰(상승기류), 계뢰(한랭, 온랭전선), 우뢰(태풍, 저기압)
  • 낙뢰 발생과 뇌임펄스 전압의 표준파형(IEC)
  • 뇌서지 종류
    • 직격뢰
      직격뢰는 뇌운으로부터 직접 발생하여 대지로 방사한 대단히 강력한 전자력선으로 구조물 또는 피뢰침에 직접 뇌격하는 것으로써 약200[]이상의 뇌전류를 가지고 있다
    • 간접뢰
      송전선 및 통신선선로에 낙뢰가 뇌격하여 선로를 통하여 서지가 전도하는 것
    • 유도뢰
      낙뢰지점의 근접한곳에 매설된 전원선, 통신선, 접지 등의 도체를 통하여 서지가 전도되는 것

2)개폐Surge

  • 개폐기, 차단기 On/Off시 발생하는 Surge
  • 뇌 Surge에 비해 파고값은 높지 않지만, 지속시간 길어서 기기절연에 영향
  • 개폐 Surge의 종류
    • 무부하 선로 개폐 : 투입 Surge, 차단시 재점호Surge
    • 유도성 소전류 차단Surge : 전류절단, 반복재점호, 유발절단Surge
    • 고장전류 차단 Surge : 지락 단락 Surge
    • 3상 비동기 투입 Surge : 3상의 비동기 투입 Surge
  • 개폐 Surge중 무부하 개폐 서지와 유도성 소전류 차단 서지가 대표적임
    • 무부하 개폐 Surge
      무부하 선로 투입 시 교류전압 최댓값 Em 의 2Em Surge전압이 발생하며, 차단 시 절연 회복이 충분치 못하면 3Em서지 발생
    • 유도성 소전류 차단Surge
      무부하 여자전류, 지연 소전류 차단 시 발생
      • 전류 전달 서지 : 전류의 영점을 기다리지 않고 강제 차단할때
      • 반복 재점호 서지 : 극 간 절연 회복의 상태에 따라 점호, 소호가 반복될 때
      • 유발 절단 서지 : 3상 전류 차단 시 각상의 전류 절단 위상이 다를 때 발생

3)지락 서지

  • 선로의 1선지락, 2선지락사고 시 과도현상에 의한 중성점 전위 상승으로 이상전압이 발생(선로와 대지 간 전압 상승)

4)기동 서지

  • 전동기 인버터 등의 작동 중에 발생하는 서지

5)정전기에 의한 서지, 핵에 의한 서지

서지의 침입경로

서지는 전기기기의 입력선, 전원선, 출력선, 접지계통, 공중파 등으로 침입하는데, 다음 그림은 서지와 노이즈의 침입경로와 그 비율을 표시한 것이다

서지 및 노이즈의 대책

1)서지의 대책

  • 서지전압에 의해서 민감한 전자장비가 파손되는 것을 막기위해서는 등전위 접지보호장치를 적용시켜야 한다
  • 외뢰 서지 보호
    • 회전 구체법에 의한 피뢰침설비를 하여 뇌차폐
    • 피뢰기의 설치
    • 등전위화 접지
  • 내뢰 서지 보호
    • 내전압 성능(BIL)이 낮은 건식의 기기(Mold기기)등에는 서지 옵서버 설치
    • 보호장치의 적용 : 서지전압 보호장치는 지정된 동작범위 이내에서 동작하는 한 전자장비에 위험을 야기하지 않는 레벌까지 이상현상은 억제시키는 것이다.
    • 복합 보호회로의 적용 : 위 표에서 개별 보호소자의 장점을 활용하여 적용한 회로
  • 등전위화 : 뇌서지의 침입 시 전위가 상승하여도 기기 외함과 전원의 상대 전위차는 보호장치의 제한전압 정도의 낮은 전위를 유지할 수 있다
  • 보호장치와 절연트랜스의 조합
  • 접지설비의 서지임피던스 저감
    • 뇌서지에 의한 접지저항값이 높으면 그 점의 전위 상승이 높아지며, 특히 뇌 서지의 고조파 성분이 많으므로 접지저항보다도 접지 임피던스로 영향이 매우 크다
    • 대지전위 상승에 의한 기기의 손상방지와 인체의 보안상으로도 서지접지저항 값을 낮출 필요가 있다. 접자전극의 형상과 접지선의 굵기와 배선에 따라 서지접지저항값을 감소시킬 수 있다
서지및 노이즈
서지 원인과 대책
차단기 개폐 서지
차단기 개폐 저지(원인)
노이즈

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