SPD*

피뢰 이상전압(S)

피뢰기
피뢰기 저항 계산
폴리머 피뢰기
피뢰기의 단로장치
서지흡수기
SPD
서지 보호소자 특성
KEC150(피뢰)
과전압의 종류
이상전압 및 대책

목차(서지보호기)

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

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

피뢰 이상전압(S)

피뢰기
피뢰기 저항 계산
폴리머 피뢰기
피뢰기의 단로장치
서지흡수기
SPD
서지 보호소자 특성
KEC150(피뢰)
과전압의 종류
이상전압 및 대책

목차(서지보호기)

SPD

💯기출문제

○52.건축물에 설치하는 저압 SPD의 기본적인 요건과 전원장해에 대한 효과에 대하여 설명하시오

저압 배전선 및 전기설비 보호, 통신설비 등의 부근에 낙뢰에 의한 과전압과 설비 내의 기기에서 발생하는 개폐 과전압으로 부터 전기설비를 보호하는 것을 목적

●53.저압 SPD의 선정 및 설치시 고려사항

1. SPD의 종류 및 특성

• 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. 보호 대상 기기의 특성

• 임펄스 내전압: 보호 대상 기기가 견딜 수 있는 최대 임펄스 전압을 확인하여 이보다 낮은 보호 레벨을 가진 SPD를 선택
• 민감도: 정밀한 전자 기기일수록 낮은 보호 레벨의 SPD가 필요

4. 계통 조건

• 계통의 종류: AC, DC, 통신 등 계통의 종류에 맞는 SPD를 선택
• 접지 시스템: SPD의 효과적인 동작을 위해 적절한 접지 시스템이 필요

5. 기타 고려 사항

• SPD의 수명: SPD는 소모품이므로 주기적인 점검 및 교체가 필요
• 설치 기준: 관련 규정 및 표준을 준수하여 설치
• 제조사의 권장 사항: 제조사의 설치 매뉴얼을 참고하여 정확하게 설치

SPD 선정 시 유의사항

• 과보호 방지: 너무 낮은 보호 레벨의 SPD를 설치하면 과보호가 발생
• 부족 보호 방지: 너무 높은 보호 레벨의 SPD를 설치하면 부족 보호가 발생

○54.서지보호장치의 형식 설명

1. 모드에 따른 분류

• 선간 보호(Normal Mode): 상과 상 사이에 발생하는 과전압을 보호
• 선간-대지 간 보호(Common Mode): 상과 대지 사이에 발생하는 과전압을 보호

2. 기능에 따른 분류

• 클램핑형(Clamping Type): 과전압이 발생하면 임피던스가 급격히 낮아져 과전압을 제한하는 방식입니다. 일반적으로 배리스터나 억제 다이오드를 사용
• 스파크 갭형(Spark Gap Type): 과전압이 일정 값을 넘어서면 스파크 갭이 방전되어 과전압을 흘려보냅니다.
• 복합형(Combination Type): 클램핑형과 스파크 갭형의 장점을 결합한 형태

3. 구성 요소에 따른 분류

• 1포트 SPD: 1개 또는 2개의 단자를 가지며, 보호 대상 기기에 대해 서지를 분류하도록 접속
• 2포트 SPD: 복합형의 기능을 가지며, 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

SPD의 선택 시 고려 사항

• 보호 대상 기기의 종류: 민감한 전자 기기는 낮은 보호 레벨의 SPD가 필요합니다.
• 설치 환경: 낙뢰 발생 빈도, 접지 상태 등을 고려해야 합니다.
• 계통 조건: AC, DC, 통신 등 계통의 종류에 맞는 SPD를 선택해야 합니다.
• 보호 레벨: 보호 대상 기기의 임펄스 내전압을 고려하여 적절한 보호 레벨을 가진 SPD를 선택해야 합니다.
• 에너지 방출 능력: 흡수할 수 있는 에너지의 크기를 확인하여 충분한 보호가 가능하도록 해야 합니다.

●55.SPD의 선정을 위한 공정도를 작성하고 설명하시오

●56.SPD의 설계시 주요 검토사항

1. 시스템 분석

• 보호 대상: 어떤 전기 설비를 보호해야 하는가? (예: 전력 시스템, 통신 시스템, 산업 자동화 시스템 등)
• 위험 요소: 어떤 종류의 과전압이 발생할 가능성이 높은가? (예: 낙뢰, 스위칭 서지, 전자기 노이즈 등)
• 설치 환경: 설치 장소의 특성 (예: 옥외, 실내, 산업 시설 등)과 주변 환경 (예: 낙뢰 빈도, 전자기 노이즈 발생원 등)을 고려해야 합니다.

2. SPD 선정

• 보호 레벨: 보호 대상 기기의 임펄스 내전압을 고려하여 적절한 보호 레벨을 가진 SPD를 선택해야 합니다. 너무 낮은 보호 레벨은 과보호, 너무 높은 보호 레벨은 부족 보호를 야기할 수 있습
• 에너지 방출 능력: 예상되는 서지 에너지를 흡수할 수 있는 충분한 에너지 방출 능력을 가진 SPD를 선택
• 응답 속도: 빠른 응답 속도를 가진 SPD를 선택하여 서지를 효과적으로 제한
• 모드: 선간 보호, 선간-대지 간 보호 등 보호 대상에 맞는 모드를 선택

3. 설치 위치 및 방법

• 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
• 접지: SPD의 효과적인 동작을 위해서는 안정적인 접지 시스템이 필요합니다. 접지 저항은 관련 규정을 준수

4. 시스템 보호 조정

• 선택성: 다단계 보호 시스템에서 각 SPD의 보호 레벨을 조정하여 선택성을 확보해야 합니다.
• 조정: 시스템 구성 및 운전 조건에 따라 SPD의 설정 값을 조정해야 합니다.

5. 시험 및 유지보수

• 정기적인 검사: SPD의 상태를 주기적으로 점검하고, 필요한 경우 교체해야 합니다.
• 성능 시험: 설치 후 성능 시험을 실시하여 정상 작동 여부를 확인해야 합니다.

6. 표준 및 규정 준수

• IEC 61643: SPD에 대한 국제 표준으로, SPD의 성능, 시험 방법 등에 대한 요구 사항을 규정하고 있습니다.
• 국내 관련 법규: 전기설비기술기준 등 관련 법규를 준수해야 합니다.

7. 기타 고려 사항

• 비용: SPD의 종류, 성능, 설치 규모 등에 따라 비용이 달라질 수 있습니다.
• 제조사의 기술 지원: 제조사의 기술 지원을 받아 SPD를 선정하고 설치하는 것이 좋습니다.

SPD 설계 시 주의해야 할 점

• 과보호 방지: 너무 낮은 보호 레벨의 SPD를 설치하면 과보호가 발생할 수 있습니다.
• 부족 보호 방지: 너무 높은 보호 레벨의 SPD를 설치하면 부족 보호가 발생할 수 있습니다.
• 선택성: 다단계 보호 시스템에서 각 SPD의 보호 레벨을 조정하여 선택성을 확보해야 합니다.
• 접지: 불안정한 접지는 SPD의 효과를 저하시킬 수 있습니다.

●57.SPD의 단자형태와 기능 분류

1. 단자 형태에 따른 분류

SPD는 설치 환경과 보호 대상에 따라 다양한 단자 형태를 가집니다. 일반적으로 다음과 같은 형태가 많이 사용됩니다.

• DIN 레일형: DIN 레일이 설치된 분전반에 쉽게 설치할 수 있는 형태입니다.
• 판넬형: 판넬에 직접 부착하여 설치하는 형태로, 다양한 크기와 형태가 있습니다.
• 플러그형: 콘센트에 직접 연결하여 사용하는 형태로, 휴대성이 좋습니다.
• 모듈형: 여러 개의 모듈을 조합하여 다양한 구성이 가능한 형태입니다.

2. 기능 분류에 따른 분류

SPD는 보호하는 대상과 설치 위치에 따라 다양한 기능을 수행합니다. 일반적으로 다음과 같이 분류됩니다.

• Mode에 따른 분류:
  • 선간 보호(Normal Mode): 상과 상 사이에 발생하는 과전압을 보호합니다.
  • 선간-대지 간 보호(Common Mode): 상과 대지 사이에 발생하는 과전압을 보호합니다.
• 기능에 따른 분류:
  • 클램핑형(Clamping Type): 과전압이 발생하면 임피던스가 급격히 낮아져 과전압을 제한하는 방식입니다.
  • 스파크 갭형(Spark Gap Type): 과전압이 일정 값을 넘어서면 스파크 갭이 방전되어 과전압을 흘려보냅니다.
  • 복합형(Combination Type): 클램핑형과 스파크 갭형의 장점을 결합한 형태입니다.
• 구성 요소에 따른 분류:
  • 1포트 SPD: 1개 또는 2개의 단자를 가지며, 보호 대상 기기에 대해 서지를 분류하도록 접속합니다.
  • 2포트 SPD: 복합형의 기능을 가지며, 선간과 선간-대지 간 보호를 동시에 수행합니다.

3. 기타 분류

• 반도체 SPD: 배리스터, TVS 다이오드 등 반도체 소자를 이용한 SPD입니다. 빠른 응답 속도와 높은 에너지 흡수 능력을 가지고 있습니다.
• 비반도체 SPD: 스파크 갭 등 비반도체 소자를 이용한 SPD입니다. 반도체 SPD에 비해 가격이 저렴하지만 응답 속도가 느리고 에너지 흡수 능력이 낮습니다.

SPD 선택 시 고려 사항

• 보호 대상 기기의 종류: 민감한 전자 기기는 낮은 보호 레벨의 SPD가 필요합니다.
• 설치 환경: 낙뢰 발생 빈도, 접지 상태 등을 고려해야 합니다.
• 계통 조건: AC, DC, 통신 등 계통의 종류에 맞는 SPD를 선택해야 합니다.
• 보호 레벨: 보호 대상 기기의 임펄스 내전압을 고려하여 적절한 보호 레벨을 가진 SPD를 선택해야 합니다.
• 에너지 방출 능력: 흡수할 수 있는 에너지의 크기를 확인하여 충분한 보호가 가능하도록 해야 합니다.

○58.서지 보호기의 에너지 협조에 대하여 설명하시오

서지 보호기의 에너지 협조란 무엇인가?

서지 보호기(SPD, Surge Protective Device)는 낙뢰 등 외부 요인으로 인해 발생하는 과전압으로부터 전기 설비를 보호하는 장치입니다. 에너지 협조란 여러 개의 SPD가 함께 설치된 시스템에서, 각 SPD가 서지 에너지를 분담하여 효율적으로 보호하는 것을 의미합니다. 마치 여러 사람이 무거운 짐을 함께 나누어 드는 것과 같습니다.

왜 에너지 협조가 필요한가?

• 단일 SPD의 한계: 하나의 SPD가 모든 서지 에너지를 흡수하기에는 무리가 있을 수 있습니다. 특히 대규모 시스템이나 고에너지 서지 발생 시 단일 SPD로는 보호가 어려울 수 있습니다.
• 시스템 안정성 향상: 여러 개의 SPD가 서지 에너지를 분담함으로써 개별 SPD의 부담을 줄이고, 시스템 전체의 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
• 보호 범위 확대: 다양한 위치에 SPD를 설치하여 보호 범위를 확대하고, 보호 대상 기기를 더욱 안전하게 보호할 수 있습니다.

에너지 협조를 위한 조건

• SPD의 종류 및 특성: 각 SPD의 클램핑 전압, 에너지 흡수 능력, 응답 시간 등이 서로 조화를 이루어야 합니다.
• 설치 위치: SPD를 적절한 위치에 설치하여 서지가 효율적으로 분산되도록 해야 합니다.
• 접지 시스템: 안정적인 접지 시스템은 서지 에너지를 땅으로 안전하게 방출하는 데 필수적입니다.
• 시스템 구성: 시스템의 전력 계통 구성, 보호 대상 기기의 특성 등을 고려하여 SPD를 설계해야 합니다.

에너지 협조의 중요성

• 시스템 신뢰성 향상: 에너지 협조를 통해 시스템의 신뢰성을 높이고, 장애 발생 가능성을 줄일 수 있습니다.
• 보호 대상 기기의 수명 연장: 과전압으로 인한 기기 손상을 방지하여 기기의 수명을 연장할 수 있습니다.
• 시스템 유지보수 비용 절감: 시스템 고장으로 인한 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.

○59.저압계통 전기설비 및 기기 임펄스 내압 레벨기준을 설명하시오

저압계통 전기설비 및 기기 임펄스 내압 레벨 기준 설명

임펄스 내압 레벨이란?

임펄스 내압 레벨(BIL, Basic Impulse Level)은 전기 기기나 설비가 견딜 수 있는 최대 낙뢰 임펄스 전압을 의미합니다. 즉, 낙뢰와 같은 짧은 시간 동안 발생하는 고전압을 얼마나 잘 견딜 수 있는지를 나타내는 지표입니다.

저압계통에서의 임펄스 내압 레벨 기준

저압계통은 일반적으로 600V 이하의 전압을 사용하는 계통을 말하며, 가정이나 사무실 등에서 흔히 사용됩니다. 저압계통의 경우, 고압계통에 비해 낙뢰의 직접적인 영향을 덜 받지만, 낙뢰 유도 전압이나 개폐 서지 등에 의한 간접적인 영향을 받을 수 있습니다.

저압계통 전기설비 및 기기의 임펄스 내압 레벨은 다음과 같은 요인에 따라 결정됩니다.

• 설치 환경: 옥외, 실내, 낙뢰 빈도 등 설치 환경에 따라 임펄스 내압 레벨이 달라질 수 있습니다.
• 기기의 종류: 전동기, 변압기, 제어반 등 기기의 종류에 따라 요구되는 임펄스 내압 레벨이 다릅니다.
• 보호 방식: 서지 보호기 설치 여부, 접지 시스템 등 보호 방식에 따라 임펄스 내압 레벨을 조정할 수 있습니다.

일반적으로 저압계통 전기설비 및 기기의 임펄스 내압 레벨은 다음과 같은 기준을 참고합니다.

• IEC 60364: 전기 설비 설치 기준으로, 각종 전기 기기의 임펄스 내압 레벨에 대한 기준을 제시하고 있습니다.
• 각국의 국가 표준: 각 국가별로 전기 설비에 대한 규정이 있으며, 임펄스 내압 레벨에 대한 기준도 포함되어 있습니다.
• 제조사의 규격: 각 기기 제조사에서 제시하는 임펄스 내압 레벨을 참고할 수 있습니다.

저압계통에서 주로 사용되는 임펄스 내압 레벨은 다음과 같습니다.

• IV 범주: 매우 높은 임펄스 내전압 장비 (예: 배전반, 개폐기)
• III 범주: 높은 임펄스 내전압 장비 (예: 가전용 배전 전기기기)
• II 범주: 통상적인 임펄스 내전압 장비 (예: 계기, 원격제어 시스템)
• I 범주: 낮은 임펄스 내전압 장비 (예: 민감한 전자 장비)

저압계통 전기설비 및 기기의 임펄스 내압 레벨을 결정하는 이유

• 안전성 확보: 낙뢰 등 외부 충격으로부터 전기 설비를 보호하고, 인명 및 재산 피해를 방지합니다.
• 설비 수명 연장: 과전압으로 인한 기기 손상을 방지하여 설비의 수명을 연장합니다.
• 시스템 안정성 확보: 전기 시스템의 안정적인 운영을 보장합니다.

○60.SPD고장 시 전원공급 연속성과 보호의 연속성 보장을 위한 SPD분리 위한 개폐장치의 설치방식

SPD(Surge Protective Device, 서지 보호 장치)는 낙뢰 등 외부 요인으로 인해 발생하는 과전압으로부터 전기 설비를 보호하는 중요한 장치입니다. 하지만 SPD 자체가 고장 날 경우, 오히려 보호 대상 기기에 손상을 입힐 수 있으므로, SPD 고장 시 안전하게 분리할 수 있는 시스템이 필요합니다. 이러한 역할을 수행하는 것이 바로 SPD 분리 개폐장치입니다.

SPD 분리 개폐장치의 필요성

• SPD 고장 시 보호 대상 기기 보호: 고장난 SPD가 계속 연결되어 있으면, 정상적인 전력 공급을 방해하고 다른 기기에 손상을 줄 수 있습니다.
• 시스템 안정성 유지: SPD 고장으로 인한 시스템 불안정을 방지하고, 시스템 전체의 안정성을 확보합니다.
• 유지보수 편의성 향상: 고장난 SPD를 신속하게 교체하고, 시스템을 정상 상태로 복구할 수 있습니다.

SPD 분리 개폐장치의 설치 방식

SPD 분리 개폐장치는 일반적으로 다음과 같은 방식으로 설치됩니다.

1. 수동 개폐 방식:
   • 장점: 구조가 간단하고, 비용이 저렴합니다.
   • 단점: 고장 발생 시 현장에서 수동으로 개폐해야 하므로 시간이 오래 걸리고, 작업자의 안전이 확보되지 않을 수 있습니다.
   • 설치 위치: SPD와 가까운 곳에 설치하여 고장 발생 시 신속하게 개폐할 수 있도록 합니다.
2. 자동 개폐 방식:
   • 장점: 고장 발생 시 자동으로 개폐되어 시스템을 보호하고, 유지보수 시간을 단축할 수 있습니다.
   • 단점: 수동 개폐 방식에 비해 설치 비용이 높습니다.
   • 설치 위치: SPD와 함께 설치하거나, 분전반 내부에 설치할 수 있습니다.
   • 종류:
     • 과전류 차단 방식: SPD에 과전류가 흐르면 차단되는 방식입니다.
     • 온도 상승 차단 방식: SPD 내부 온도가 상승하면 차단되는 방식입니다.
     • 전압 감지 차단 방식: SPD 양단의 전압이 비정상적으로 높아지면 차단되는 방식입니다.

SPD 분리 개폐장치 설치 시 고려 사항

• SPD의 종류 및 용량: SPD의 종류와 용량에 맞는 적절한 개폐장치를 선택해야 합니다.
• 설치 환경: 설치 환경에 따라 방수형, 내진형 등 다양한 종류의 개폐장치를 선택할 수 있습니다.
• 시스템 구성: 시스템의 구성에 따라 개폐장치의 위치와 연결 방식을 결정해야 합니다.
• 법규 및 규정: 관련 법규 및 규정을 준수하여 설치해야 합니다.

○61.피뢰시스템 구성요소(피뢰침, 인하도선, 접지극, 서지보호장치)

1. 외부 피뢰시스템

외부 피뢰시스템은 낙뢰를 직접 유도하여 안전하게 땅으로 흘려보내는 시스템으로, 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다.

• 수뢰부: 낙뢰를 가장 먼저 유도하는 부분으로, 뾰족한 금속 막대(피뢰침) 또는 수평 도체, 메시 도체 등으로 구성됩니다.
• 인하도선: 수뢰부에서 유도된 낙뢰 전류를 접지극까지 안전하게 흘려보내는 도체입니다. 굵고 짧은 직선 형태로 설치하는 것이 좋습니다.
• 접지극: 낙뢰 전류를 땅속으로 분산시키는 역할을 합니다. 땅속 깊이 매설하고, 면적이 넓을수록 좋습니다.

2. 내부 피뢰시스템

내부 피뢰시스템은 낙뢰로 인해 발생하는 유도 전압으로부터 전기 설비를 보호하는 시스템으로, 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다.

• 서지 보호 장치(SPD): 낙뢰 유도 전압을 흡수하여 전기 설비를 보호하는 장치입니다. 전압 서지 보호기, 전류 서지 보호기 등 다양한 종류가 있습니다.
• 등전위 본딩: 전기 설비의 금속 부분을 모두 연결하여 전위차를 없애고, 서지 전류가 한 곳으로 집중되는 것을 방지합니다.

각 구성 요소의 역할

• 수뢰부: 낙뢰를 가장 먼저 유도하여 건물에 직접적인 피해를 줄이는 역할을 합니다.
• 인하도선: 수뢰부에서 유도된 낙뢰 전류를 접지극까지 안전하게 흘려보내는 역할을 합니다.
• 접지극: 낙뢰 전류를 땅속으로 분산시켜 지면의 전위 상승을 억제하고, 전기 설비를 보호하는 역할을 합니다.
• 서지 보호 장치: 낙뢰 유도 전압을 흡수하여 전기 설비를 보호하고, 과전압으로 인한 기기 고장을 방지하는 역할을 합니다.
• 등전위 본딩: 전기 설비의 금속 부분을 모두 연결하여 서지 전류가 한 곳으로 집중되는 것을 방지하고, 전위차에 의한 스파크 발생을 억제하는 역할을 합니다.

피뢰시스템 설계 시 고려 사항

• 건물의 구조 및 높이: 건물의 높이, 형태, 주변 환경 등을 고려하여 피뢰시스템을 설계해야 합니다.
• 낙뢰 빈도: 지역의 낙뢰 빈도를 고려하여 피뢰시스템의 보호 등급을 결정해야 합니다.
• 보호 대상 시설: 보호 대상 시설의 중요도와 가치에 따라 피뢰시스템의 규모와 성능을 결정해야 합니다.
• 관련 법규: 관련 법규 및 규정을 준수하여 피뢰시스템을 설계하고 시공해야 합니다.

●62.저압 배전계통에서 SPD의 접속형식과 I등급, II등급 SPD의 보호모드별 공칭방전전류와 임펄스 전류

SPD의 접속 형식

저압 배전계통에서 SPD는 일반적으로 다음과 같은 형태로 접속됩니다.

• 선간-대지 간 접속: 상과 대지 사이에 발생하는 과전압을 보호하기 위해 사용됩니다.
• 선간 접속: 상과 상 사이에 발생하는 과전압을 보호하기 위해 사용됩니다.
• 중성선 접속: 중성선에 발생하는 과전압을 보호하기 위해 사용됩니다.

I등급과 II등급 SPD

SPD는 보호 등급에 따라 I등급과 II등급으로 나눌 수 있습니다.

• I등급 SPD: 직격뢰에 의한 직접적인 영향을 받는 지역에 설치되며, 높은 에너지의 서지를 흡수할 수 있어야 합니다.
• II등급 SPD: 유도뢰에 의한 영향을 받는 지역에 설치되며, I등급 SPD에 비해 상대적으로 낮은 에너지의 서지를 흡수할 수 있어야 합니다.

보호 모드별 공칭 방전 전류와 임펄스 전류

SPD의 보호 모드는 크게 선간 보호와 선간-대지 간 보호로 나눌 수 있으며, 각 보호 모드에 따라 공칭 방전 전류와 임펄스 전류가 다릅니다.

• 공칭 방전 전류 (In): SPD가 견딜 수 있는 최대 방전 전류를 의미합니다.
• 임펄스 전류: 낙뢰와 같은 짧은 시간 동안 흐르는 큰 전류를 의미하며, 일반적으로 8/20μs 파형을 사용합니다.

표 1. I등급과 II등급 SPD의 보호 모드별 공칭 방전 전류와 임펄스 전류

등급	보호 모드	공칭 방전 전류 (In)	임펄스 전류
I	선간	높음	10/350μs 파형
I	선간-대지 간	높음	10/350μs 파형
II	선간	낮음	8/20μs 파형
II	선간-대지 간	낮음	8/20μs 파형

※ 위 표는 일반적인 예시이며, 실제 값은 제조사의 규격에 따라 달라질 수 있습니다.

결론

저압 배전계통에서 SPD를 선정할 때는 다음 사항을 고려해야 합니다.

• 설치 위치: 직격뢰의 위험성이 높은 곳에는 I등급 SPD를, 유도뢰의 위험성이 높은 곳에는 II등급 SPD를 설치합니다.
• 보호 대상: 보호 대상 기기의 중요도와 민감도에 따라 적절한 SPD를 선정해야 합니다.
• 접속 형식: 선간, 선간-대지 간, 중성선 등 보호하고자 하는 부분에 맞는 접속 형식을 선택해야 합니다.
• 공칭 방전 전류와 임펄스 전류: SPD의 성능을 평가하는 중요한 지표이므로, 설치 환경과 보호 대상에 맞는 적절한 값을 선택해야 합니다.

AFS1.저압설비에서 서지보호장치(SPD)에 대하여 다음사항을 설명하시오

1)서지보호장치 동작 기능에 따른 분류
2)외부분리기
3)서지보호장치의 개별접지와 1점 접지방식의 차이점

1. 서지보호장치(SPD)란 무엇인가?

SPD(Surge Protective Device)는 낙뢰, 스위칭 작용, 정전기 방전 등 외부 요인으로 인해 발생하는 과도한 전압(서지)으로부터 전기 설비를 보호하는 장치입니다. 서지는 짧은 시간 동안 발생하는 고전압으로, 전자기기의 고장이나 화재를 유발할 수 있습니다. SPD는 이러한 서지를 흡수하거나 분산시켜 보호 대상 기기를 안전하게 보호합니다.

2. 저압설비에서 SPD가 필요한 이유

• 낙뢰 유도 전압: 낙뢰가 직접 건물에 맞지 않더라도, 인근에서 발생한 낙뢰로 인해 전력선을 통해 유도 전압이 발생할 수 있습니다.
• 스위칭 서지: 전력기기의 개폐 시 발생하는 스파크로 인해 과도한 전압이 발생할 수 있습니다.
• 정전기 방전: 마찰 등으로 인해 발생하는 정전기 방전은 민감한 전자기기를 손상시킬 수 있습니다.
• 전자기 노이즈: 주변의 전자기기에서 발생하는 노이즈가 전력선을 통해 유입되어 전자기기에 영향을 미칠 수 있습니다.

3. SPD의 구성 및 작동 원리

• 비선형 저항 소자: 서지가 발생하면 저항값이 급격히 낮아져 과전류를 흘려보내고, 서지 에너지를 열에너지로 변환시킵니다.
• 방전 간격: 서지 전압이 일정 값을 넘어서면 방전이 발생하여 서지 전류를 지면으로 흘려보냅니다.

4. SPD의 종류 및 특징

• 유형:
  • 클램핑형: 서지 전압을 일정 값으로 제한하는 방식
  • 스파크 갭형: 서지 전압이 일정 값을 넘어서면 방전이 발생하는 방식
  • 복합형: 클램핑형과 스파크 갭형의 장점을 결합한 방식
• 보호 모드:
  • 선간 보호: 상과 상 사이의 과전압을 보호
  • 선간-대지 간 보호: 상과 대지 사이의 과전압을 보호
• 등급:
  • I등급: 직격뢰에 의한 직접적인 영향을 받는 지역에 설치
  • II등급: 유도뢰에 의한 영향을 받는 지역에 설치

5. SPD의 설치 위치 및 주의사항

• 주요 분전반: 주택, 건물의 주요 분전반에 설치하여 전체 시스템을 보호합니다.
• 개별 기기: 컴퓨터, 서버 등 민감한 전자기기에 직접 연결하여 보호합니다.
• 통신 시스템: 통신 장비에 연결하여 낙뢰 유도 전압으로부터 보호합니다.

주의사항:

• SPD는 소모품이므로 주기적으로 점검하고 교체해야 합니다.
• SPD를 설치할 때는 전문가의 도움을 받아야 합니다.
• SPD의 종류와 용량은 보호 대상 기기와 설치 환경에 따라 달라질 수 있습니다.

6. SPD의 중요성

• 전자기기 보호: 낙뢰, 스위칭 서지 등으로 인한 전자기기 고장을 방지합니다.
• 시스템 안정성 향상: 전력 시스템의 안정적인 운영을 보장합니다.
• 화재 예방: 과전류로 인한 화재 발생 위험을 줄입니다.

피뢰 이상전압(S)

피뢰기
피뢰기 저항 계산
폴리머 피뢰기
피뢰기의 단로장치
서지흡수기
SPD
서지 보호소자 특성
KEC150(피뢰)
과전압의 종류
이상전압 및 대책

목차(서지보호기)

SPD

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