SPD
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SPD(Surge Protective Device)란 저압 배전선 및 전기설비 보호, 통신설비 등의 부근에 낙뢰에 의한 과전압과 설비 내의 기기에서 발생하는 개폐 과전압으로 부터 전기설비를 보호하는 것을 목적으로 하고 있다
최근 정보화 시대의 도래로 컴퓨터 등의 전자장비 증가가 불가피하다. 이들은 낙뢰 및 개페서지 등의 순간저인 과전압에 매우 취약하므로 이에 대한 기술은 매우 중요하다
서지의 정의 및 종류
1)서지의 정류
- 급속히 증가 후 서서히 감소하는 전기적 전류, 전압의 과도특성
2)서지의 종류
- 자연서지 : 직접뢰, 간접뢰, 유도뢰 등의 이상서지
- 개폐서지 : 유도부하 차단 시 발생하는 이상서지
- 기동서지 : 발전기, 전동기 등의 기동 시 돌입 서지
서지의 영향
1)전류형 서지
- 부품의 과열파괴
2)전압형 서지
- 부품의 절연파괴
서지환경의 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 필요하다
서지대책
SPD의 분류
1)사용 용도별
- 직격뢰용SPD : 전원용, 통신용
- 유도뢰용SPD : 전원용, 통신용
2)구조별(포트 수)
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 |
4)SPD기능별
- 전압 스위치형 SPD :
서지 인가시 급격히 임피던스값 변화 - 전압 제한형 SPD :
서지 인가 시 임피던스 연속적 변화 - 복합형 SPD :
스위치, 제한 기능 모두 가능
SPD의 선정
1)선정 Flow
2)SPD선정
- 뇌 예방여부 결정
- 설치 장소의 확인
- 설치환경의 확인
- SPD는 설치환경의 전압을 고려하여 최대 연속동작전압(V0=저압계통의 상전압)결정
- SPD는 사고로 인한 순간 과전압(Vtov)에 견딜 것(Vtov<V0)
- 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]))
- SPD와 다른 기기와의 상호관계
- 보호대상 기기의 서지 내력과 계통의 공칭전압 고려, 전압보호수준(Vp)결정
- 정상시 위험 상태, 타 기기에 영향 없도록 연속동작전류(Ic)결정
- 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
- SPD규격선정
SPD 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 커먼모드 노이즈가 노말모드 노이즈보다 크므로 선간-대지 간 보호가 주로 적용된다
- 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 시설
최소 3[kV] 8/20[μs]에 견디는 RDC적용 (SPD가 잔류장치의 부하측에 위치시)
SPD의 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 사용한다
- 방전캡을 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
배선용차잔기의 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
임펄스전류, 공칭방전전류
1)I등급 SPD의 보호모드별 임펄스전류(limp)
- 임펄스전류값은 각 보호모드에 대해 12.5[kA] 10/350[μs]이상
| 보호모드 | 단상 CT₁ | 단상 CT₂ | 3상 CT₁ | 3상 CT₂ |
|---|---|---|---|---|
| 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 | 단상 CT₁ | 단상 CT₂ | 3상 CT₁ | 3상 CT₂ |
|---|---|---|---|---|
| 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
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