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서지보호기(SPD)란? 역할, 원리, LA, SA 차이점 총정리!
바른전기맨 ・ 2023. 5. 9. 10:30
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안녕하세요, 바른전기맨입니다.
서지 보호기 또는 서지 프로텍터 많이 들어보셨죠?
특히 지난번 접지 종류 포스팅에서도 언급된 적이 있는데요. (자세한 내용은 아래 포스팅 링크 참고)
서지 보호기란 무엇일까요? 오늘 자세히 살펴 보도록 하겠습니다!!
서지(Serge)란?
'서지'란 AC 교류 전압이 평상시 공급 전압 범위보다 5~6% 정도 상승한 상태로, 잠깐 반짝!하고 나타나는 고전압 대전류 현상을 일컫습니다.
아래 그림처럼 순간적으로 고전압이 발생하는 것인데요.
크게는 1000V 이상에 도달할 수 있다고 합니다.
일시적이지만 이렇게 급격하게 전력이 흘러들고 나서 제때 감소되지 못했을 경우, 과도한 파형으로 인해 전기가 끊어지는 현상이 발생합니다.
또 이런 현상이 지속되면 전선 회로의 과도 파형을 넘어서 기기 자체에도 이상을 줄 수 있습니다.
심한 경우 절연이 파괴되고 화재가 발생하기도 하죠!
번개가 치는 날 전기가 끊어지고
전화가 안 되거나 예민한 반도체가 파괴되는
주요 원인은 이 '서지' 때문입니다.
출처: 기상청 기상레이더센터 [2021 낙뢰연보]
기상청 발표에 따르면, 한국에서는 1년에 평균 약 11만 건 이상의 낙뢰가 발생하는데요.
보통 6~8월 장마기간에 주로 발생합니다.
낙뢰가 칠 때마다 서지가 유입된다면 매번 기기가 망가지고 난리가 나겠죠 ㅠㅠ
가정에서 사용하지 않는 전자 기기의 콘센트를 뽑아 두라는 이유중 하나가 바로 번개가 칠 때 서지가 유입되어 사고로 이어질 수 있기 때문입니다.
서지의 종류
크게는 자연에 의한 서지와 개폐 및 기동에 의한 서지로 구분되는데요.
직격뢰(벼락가 구조물, 장비, 전력선 등에 직접 뇌격하는 서지), 간접뢰(전원선, 통신선을 통하여 전달되는 서지), 유도뢰(매설된 전원선, 통신선을 통하여 유도되는 서지) 등이 전자에 해당되고요.
유동성 부하, 전기 기기의 개폐로 발생하는 서지와 인버터 등 전원 기동시 발생하는 서지가 후자에 해당됩니다.
서지로 인한 피해는 전자 기기 고장이 가장 많고, 화재, 절연 열화, 정전 등이 있습니다.
고가의 첨단 전기, 전자, 통신 기기를 안전하게 보호하기 위해서는 서지 보호기(SPD) 설치가 꼭 필요하겠죠?
서지 보호기(SPD : Serge Protective Device)란?
서지 보호기는 과도 전압이 첨단 기기나 전자기기에 도달하기 전에 전류를 차단하여 기기를 보호하는 장치입니다.
낙뢰, 지락으로부터 전력설비를 보호하고 화재, 오작동으로부터 회로를 보호할 수 있죠.
이해하기 쉽게 그림으로 설명해 드리겠습니다.
출처: https://lsp.global
노란색으로 표시된 부분이 전류의 흐름입니다.
서지 보호기가 없다면, 첫 번째 그림처럼 서지가 그대로 전자기기에 유입되어 기기의 손상, 오작동, 발열, 화재를 일으킬 수 있습니다.
서지 보호기를 설치하면, 서지가 전자기기에 도달하기 전에 서지 보호기를 통과하게 하여 기기를 보호할 수 있습니다.
서지 보호기 후단 회로는 서지로부터 안전한 것을 보실 수 있죠.
어떤 원리로 이렇게 작동하는 것일까요?
작동 원리
서지 보호기의 핵심소재인 MOV(산화아연)는 정상 상태에서 높은 저항을 가지고 있습니다.
따라서 정상 상태의 전압을 가진 전류는 SPD를 통과하지 못하게 되죠.
서지가 없는 경우, SPD는 회로에 영향을 미치지 않으며, 개방 회로로 작동하고 활성 도체와 접지 사이의 절연을 유지합니다.
MOV 특성
하지만 서지가 유입되면, SPD는 몇 나노 초 내에 저항을 줄여 서지를 통과시켜서 접지선으로 방출시킵니다.
그 이후 SPD는 다시 정상 상태로 자동으로 돌아가게 되어 속류(서지 이후의 정상 전류)를 정상적으로 보낼 수 있게 됩니다.
설치 방법
서지 보호기는 흔히 분전반에서 부하와 병렬 연결하고 메인 MCCB 하부에 연결합니다.
서지 보호기의 후단은 접지와 연결시켜, 과전압 발생시 접지선을 통해 내보낼 수 있게끔 합니다.
서지 보호기의 각 목적에 따라 접속 방법이 달라지는데요.
보통은 병렬 접속이지만 소용량 전원기기인 ScaDa, DCS, PLC 등의 정밀 제어 장비나 유량계, 수위계와 같은 서지에 매우 예민한 장비 전단에는 직렬로 접속합니다.
설치 순서는 다음과 같습니다.
설치 전 차단기를 내려 전원을 차단한다.
접지저항을 측정한다. (10Ω 이하 권장)
서지 보호기를 부착한다.
접지선을 연결한다.
차단기에서 서지 보호기까지 배선 접속한다.
차단기 전원 투입 후 상태를 확인한다.
피뢰기만 설치해도 되지 않을까요? 꼭 서지 보호기가 필요할까요?
좋은 질문입니다! 피뢰기의 역할과 목적이 서지 보호기와 굉장히 유사하기 때문이죠.
우선, 피뢰기에 대해 간단히 살펴 볼까요?
피뢰기(LA : Lightening Arrester)란?
출처: https://wiki.testguy.net
피뢰기는 뇌서지 등을 대지에 방전시킴으로써 전기시설의 절연을 보호하고 원상태로 복귀시키기 위한 장치입니다.
직렬갭으로 정상 전압에 대해서는 절연을 유지하지만, 이상전압이 유입되면 갭이 방전을 개시해서 서지전류를 대지에 흘려주는 원리로 작동합니다.
또한 뇌전압의 전류가 피뢰기 설치점에 도달해서 직렬갭이 충격방전개시전압을 받으면, 직렬갭이 먼저 방전하게 되는데, 그렇게 되면 특성요소가 선로에 이어져서 뇌전류를 방류하여 전압을 제한전압까지 내리게 됩니다.
(피뢰기도 갭이 있는 형태와 갭이 없는 형태로 나뉘지만, 자세한 점은 다음에 다루도록 하겠습니다.)
서지흡수기(SA : Surge Absorber)란?
흔히 SA로 불리는 서지흡수기는 피뢰기와 유사한 구조를 가지고 있는데요.
LA는 낙뢰와 같은 이상전압을 잡아준다면, SA는 진공차단기(VCB)의 2차측에 설치하여 진공차단기 개폐시 발생하는 충격전압을 흡수해 주는 역할을 합니다.
서지 보호기 필요성
예전엔 LA, SA만 설치해도 큰 문제가 없었지만, 요즘은 많은 부분이 반도체로 대체되어 서지에 극히 민감하게 되었습니다.
기기의 오동작이나 파손 위험에 항상 노출되어 있기 때문에, LA나 SA만으로는 디지털 기기를 더이상 보호할 수 없게 되었죠.
특히 통합접지 시스템이 생기면서 통신설비, 피뢰설비까지 같은 접지극으로 접지하다보니, 문제 발생시 파급 영향이 매우 커졌습니다.
그래서 이제 서지 보호기(SPD) 설치가 의무화된 것입니다. (통합접지 채용할 경우 KEC 142.6.2에 따라 SPD 설치 의무)
이렇게 쭉 살펴보니 어렵지 않으시죠? ^^
항상 쉽게~ 쉽게~ 설명해 드리려고 노력하고 있는데, 그 마음이 잘 전달될지 모르겠습니다 ㅎㅎ
포스팅과 관련해 궁금하신 점이 있다면 댓글로 남겨주시고요!
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