목차(서지보호기 BSS)
SPD
1️⃣SPD(서지보호기)란
(Surge Protective Device)
- 저압 배전선 및 전기설비 보호, 통신설비 등의 부근에 낙뢰에 의한 과전압과 설비 내의 기기에서 발생하는 개폐 과전압으로 부터 전기설비를 보호하는 것을 목적
\[\]
2️⃣서지(Surge)
1)서지의 정의
- 급속히 증가 후 서서히 감소하는 전기적 전류, 전압의 과도특성
2)서지의 종류
- 자연서지 : 직접뢰, 간접뢰, 유도뢰 등의 이상서지
- 개폐서지 : 유도부하 차단시 발생하는 이상서지
- 기동서지 : 발전기, 전동기 등의 기동 시 돌입 서지
3)서지의 영향
- 전류형 서지
- 부품의 과열파괴
- 전압형 서지
- 부품의 절연파괴
3️⃣서지환경의 분류
1)기기에 필요한 정격 및 임펄스 내전압
| 구분 | 설비 인입구 | 간선 및 분기회로기기 | 부하기기 | 특별보호기기 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 카테고리 | IV | III | II | I | ||||
| 110[V] | 4[kV] | 2.5[kV] | 1.5[kV] | 0.8[kV] | ||||
| 220/380[V] | 6[kV] | 4[kV] | 2.5[kV] | 1.5[kV] | ||||
| SPD등급 | class I | class II | class III | |||||
2)SPD설치등급
- 서지로 부터 기기를 보호하기 위해서는 정격 임펄스 내전압보다 작은 사양의 SPD설치가 필요
4️⃣서지대책
5️⃣SPD의 분류
1)모드별
- 선간 보호(Normal Mode)
- 상과 상 사이에 발생하는 과전압을 보호
- 선간-대지 간 보호(Common Mode)
- 상과 대지 사이에 발생하는 과전압을 보호
4)SPD기능별
- 스파크 갭형(SparkGapType 전압 스위치형):
- 과전압이 일정 값을 넘어서면 스파크 갭이 방전되어 과전압을 흘려보냅
- 클램핑형(ClampingType 전압 제한형):
- 과전압이 발생하면 임피던스가 급격히 낮아져 과전압을 제한하는 방식
- 일반적으로 배리스터나 억제 다이오드를 사용합
- 복합형(CombinationType):
- 클램핑형과 스파크 갭형의 장점을 결합한 형태
1)사용 용도별
- 직격뢰용SPD : 전원용, 통신용
- 유도뢰용SPD : 전원용, 통신용
2)구조별(포트 수)
- 1포트 SPD:
- 1단자대 (또는 2단자)를 갖는 SPD
- 보호 대상 기기에 대해 서지를 분류하도록 접속
- 2포트 SPD:
- 2단자대(또는 4단자)를 갖는 SPD
- 복합형의 기능을 가지며(통신,신호계통에 적용)
- 선간과 선간-대지 간 보호를 동시에 수행
4)기타 분류
- 반도체 SPD: 배리스터, TVS 다이오드 등 반도체 소자를 이용한 SPD입니다. 빠른 응답 속도와 높은 에너지 흡수 능력을 가지고 있습
- 비반도체 SPD: 스파크 갭 등 비반도체 소자를 이용한 SPD입니다. 반도체 SPD에 비해 가격이 저렴하지만 응답 속도가 느리고 에너지 흡수 능력이 낮습
3)SPD형 식별
| SPD형식 | 시험종류 | 시험항목 | 비고 |
|---|---|---|---|
| Class I | 등급 I 시험 | \[I_{imp}I_n\] | 고피뢰 장소, 직격뢰 보호 |
| Class II | 등급 II 시험 | \[I_{max}I_n\] | 저피뢰 장소, 유도뢰 보호 |
| Class III | 등급 III 시험 | \[U_{OX}\] | 저피뢰 장소, 유도뢰 보호 |
\[I_{imp} : 임펄스전류시험(10/350[μs]임팩트전류)\]
\[I_{max} : 최대 방전시험(8/20[μs]임펄스전류)\]
\[I_n : 공칭방전시험(8/20[μs]임펄스전류)\]
\[U_{ox} : 개회로시험(III등급시험에 대한 저항회로 전압)\]
6️⃣SPD의 선정
1)선정 Flow
2)SPD선정시 고려사항
1. SPD의 종류 및 특성(뇌 예방여부 결정)
- Mode: 선간 보호(Normal Mode)와 선간-대지 간 보호(Common Mode)로 나뉩니다. 설치 환경에 따라 적절한 Mode를 선택
- 반응 시간: 낙뢰가 발생했을 때 빠르게 반응하여 과전압을 제한해야합
- 보호 레벨: 보호 대상 기기의 임펄스 내전압을 고려하여 적절한 보호 레벨을 가진 SPD를 선택해야합
- 에너지 방출 능력: 흡수할 수 있는 에너지의 크기를 확인하여 충분한 보호가 가능하도록 해야합
2. 설치 위치
- 주배전반: 건물의 주요 전원 공급 지점에 설치하여 광범위한 보호를 제공
- 분전반: 개별 기기 또는 회로에 대한 선택적인 보호를 제공
- 기기 내부: 민감한 전자 기기 내부에 설치하여 직접적인 보호를 제공
3. 설치환경의 확인
- SPD는 설치환경의 전압을 고려하여 최대 연속동작전압(V₀=저압계통의 상전압)결정
- SPD는 사고로 인한 순간 과전압(Vtov)에 견딜 것(Vtov<V₀)
4. 고장모드의 추정
- 종류 : 단락회로 개방회로
- 서지와 과전압의 형태에 따라 좌우
- SPD의 최대 방전전류(Imax)고려, 보조장치의 필요성 검토
- Imax > In(공칭방전전류 5[kA],8/20[μs],3상(20[kA]), 단상(20[kA]))
5. SPD와 다른 기기와의 상호관계
- 보호대상 기기의 서지 내력과 계통의 공칭전압 고려, 전압보호수준(Vp)결정
- 정상시 위험 상태, 타 기기에 영향 없도록 연속동작전류(Ic)결정
6. 선정된 SPD와 다른 SPD 간의 협조
- 에너지 내력에 따라 두 개의 SPD간에 허용 스트레스를 분담하기 위해 협조 필요
- 2개의 SPD간 임피던스 고려 i₂값을 허용 레벨까지 감소하기 위해 SPD 선정
- SPD₂의 과도설계를 피할것
- SPD 간 에너지 협조 확인
7. SPD규격선정
| SPD의형식 | Class I: 임펄스전류가 부분적으로 전파되는 고피뢰 장소 Class II, III: 일반적인 저피뢰 장소 |
| SPD의정격 | SPD형식에 따른 임펄스전류, 공칭방전전류, 개회로전압, 최대 연속사용전압, 저압보호 수준 등 결정 |
7️⃣SPD 시설
1)설치장소
- SPD는 설비 인입구 또는 건축물 인입구와 가까운 장소에 설치할것
- 건축물 내에 LPZ(뇌보호 영역)가 변화되는 경계점에 SPD를 설치할 것
- 설비 인입구 또는 그 부근에서 중성선이 보호도체에 접속되어 있는 경우 또는 중성선이 없는 경우에는 SPD를 선도체와 주접지 단자 간 또는 보호도체 간에 설치할것
2)SPD설치
- 설치방법 일반적으로 선간-대지간 보호노이즈(Common mode)가 선간보호 노이즈(Normal Mode)보다 크므로 선간-대지 간 보호(Common mode)가 주로 적용
- 계통구성에 따른 SPD 설치
- 진동현상 억제
- 가능한 기기에 근접 설치
- 보호기기와 SPD의 거리가 먼 경우 Vp의 2배 이상 전압 유도 가능
- 일반적으로 진동은 10[m]이내 거리에서 발생하지 않는다
- SPD연결전선
- 연결전선의 길이는 가능한 짧아야 한다 (a+b<0.5[m])
- 어떠한 접속도 없어야 한다
- 접지선의 단면적
- 설비의 인입선 부근에서SPD접지선은 4[㎟]이상
- 낙뢰에대한보호계통이 있다면 16[㎟]이상
- 누전차단기의 추가 보호
- 내전압이 상당히 낮은 기기
- 인입구에 설치된 SPD와 피보호기가 상당히 떨어졌을때
- 뇌 방전과 내부교란의 원인에 의해 구조물 내부에 자계 생성시
- SPD와 누전차단기(RCD)의 시설최소 3[kV] 8/20[μs]에 견디는 RDC적용 (SPD가 잔류장치의 부하측에 위치시)
8️⃣SPD의 보호장치 설치
1)보호장치 설치
2)SPD 보호장치 설치 기준
- 뇌전류가 통과 시 용단, 용착, 오동작하지 말아야 함
- SPD가 고장시 신속히 회로로부터 분리
- 퓨즈 사용시 뇌전류에 대한 용단특성을 검토하여 선정
- SPD에 흐르는 단락전류를 신속 정확하게 차단
- 보호장치와 상위 차단기와의 협조
- 퓨즈, 차단기, 누전차단기, 전용장치 설치
3)SPD를 누전차단기 부하 측에 설치하는 경우
- SPD에 흐르는 전류에 의해 누전차단기가 동작할수 있으므로 임펄스 부동작형 누전차단기를 사용
- 방전갭을 사용하지 않고 SPD를 충전선과 접지단자 사이에 직접접속하면 SPD고장의 경우 노출 도전성 부분에 위험한 접촉전압이 나타나며 전원측 배선용 차단기가 동작하지 않는 경우도 있다
- SPD접속형식 CT₁
- 상도체와 주접지단자 또는 보호도체 사이
- 중성선과 주접지단자 또는 보호도체 사이
4)SPD를 누전차단기 전원 측에 설치할 경우
- SPD고장 시 계통으로부터 분리하는 상용주파수 전류의 차단능력이 있어야 함
- SPD전원 측의 전원회로에 배선용 차단기가 있는 경우 배선용차단기의 동작전류가 보호장치의 동작전류보다 적으면 배선용 차단기가 먼저 동작되므로 보호장치는 유지관리용으로 개폐기능만 있으면 가능함
- SPD접속형식 CT₂
- 상도체와 중성선 사이
- 중성선과 주접지단자 또는 보호도체 사이 : 방전갭용 SPD
9️⃣임펄스전류, 공칭방전전류
1)I등급 SPD의 보호모드별 임펄스전류(limp)
- 임펄스전류값은 각 보호모드에 대해 12.5[kA] 10/350[μs]이상
| 보호모드 | 단상CT₁ | 단상CT₂ | 3상CT₁ | 3상CT₂ |
|---|---|---|---|---|
| 각상전선과 중성선 사이 | – | 12.5[kA] | – | 12.5[kA] |
| 각상전선과 PE선 사이 | 12.5[kA] | – | 12.5[kA] | – |
| 중성선과 PE선 사이 | 12.5[kA] | 25[kA] | 12.5[kA] | 50[kA] |
CT₁은 누전차단기의 부하 측에 설치하는 경우
CT₂는 누전차단기의 전원 측에 설치하는 경우
2)II등급 SPD의 보호모드별 임펄스전류(ln)
- 공칭방전전류는 각 보호모드에 대해 5[kA] 8/20[μs]이상
| 보호모드 | 단상CT₁ | 단상CT₂ | 3상CT₁ | 3상CT₂ |
|---|---|---|---|---|
| 각상전선과 중성선 사이 | – | 5[kA] | – | 5[kA] |
| 각상전선과 PE선 사이 | 5[kA] | – | 5[kA] | – |
| 중성선과 PE선 사이 | 5[kA] | 10[kA] | 5[kA] | 20[kA] |
CT₁은 누전차단기의 부하 측에 설치하는 경우
CT₂는 누전차단기의 전원 측에 설치하는 경우
🔟SPD의 보호장치
- 고장 시 안전성 확보
- 개방모드 : 동작표시기
- 단락모드 : SPD분리기
목차(서지보호기 / BSS)
SPD
💯기출문제
○52.건축물에 설치하는 저압 SPD의 기본적인 요건과 전원장해에 대한 효과에 대하여 설명하시오
●53.저압 SPD의 선정 및 설치시 고려사항
○54.서지보호장치의 형식 설명
●55.SPD의 선정을 위한 공정도를 작성하고 설명하시오
●56.SPD의 설계시 주요 검토사항
●57.SPD의 단자형태와 기능 분류
○58.서지 보호기의 에너지 협조에 대하여 설명하시오
○59.저압계통 전기설비 및 기기 임펄스 내압 레벨기준을 설명하시오
○60.SPD고장 시 전원공급 연속성과 보호의 연속성 보장을 위한 SPD분리 위한 개폐장치의 설치방식
○61.피뢰시스템 구성요소(피뢰침, 인하도선, 접지극, 서지보호장치)
●62.저압 배전계통에서 SPD의 접속형식과 I등급, II등급 SPD의 보호모드별 공칭방전전류와 임펄스 전류
AFS1.저압설비에서 서지보호장치(SPD)에 대하여 다음사항을 설명하시오
1)서지보호장치 동작 기능에 따른 분류
2)외부분리기
3)서지보호장치의 개별접지와 1점 접지방식의 차이점
목차(서지보호기 BSS)
SPD
🌐V0929C244 / BSS
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