다양한 유형의 서지 보호 장치(SPD)

1. 소개

전력 서지는 현대 전기 시스템의 조용한 살인자입니다. 주거용 전자 제품부터 산업 자동화 및 태양열 발전소에 이르기까지 단 한 번의 일시적인 과전압이라도 가동 중지 시간, 비용이 많이 드는 수리 또는 장비 고장을 유발할 수 있습니다. 해결책? 서지 보호 장치(SPD).

이 가이드에서는 다양한 유형의 서지 보호 장치를 분석하고, 작동 방식을 설명하고, 애플리케이션을 비교해 보겠습니다. 결국에는 가정, 데이터 센터, PV 설치 등 시스템에 어떤 SPD 유형이 적합한지 정확히 알게 될 것입니다.

2. 서지 보호 장치란 무엇입니까?

A 서지 보호 장치(SPD) 낙뢰, 스위칭 이벤트 또는 유틸리티 방해로 인해 발생하는 일시적인 과전압을 제한하기 위해 전기 시스템에 설치된 안전 구성 요소입니다. 서지 에너지를 안전하게 접지로 전환하여 연결된 장비를 보호하는 방식으로 작동합니다.

SPD를 압력 방출 밸브로 생각하십시오. 서지 발생을 막지는 못하지만 과도한 에너지를 민감한 전자 장치에서 내보내는 역할을 합니다.

3. 서지 보호는 어떻게 작동합니까?

SPD는 MOV(금속 산화물 배리스터), GDT(가스 방전관) 및 스파크 갭과 같은 구성 요소에 의존합니다. 전압이 안전 임계값(Uc)을 초과하면 SPD는 전도 모드로 전환되어 서지를 더 낮은 잔류 전압(Up)으로 고정합니다.

이해해야 할 주요 매개변수:

• Uc(최대 연속 작동 전압): SPD가 처리할 수 있는 정상 전압입니다.

• 위로(전압 보호 수준): 다운스트림 장치가 “볼 수 있는” 클램핑 전압입니다.”

• In / Imax(공칭 및 최대 방전 전류): 장치가 흡수할 수 있는 서지 전류의 양.

• Iimp(임펄스 전류): 낙뢰 파형을 나타내는 유형 1에만 해당됩니다.

4. 서지 보호 장치의 유형

SPD 유형을 이해하는 것은 계층형 서지 보호 설계의 핵심입니다. 등의 국제표준 IEC 61643-11(AC), IEC 61643-31(DC/PV), 그리고 UL 1449(북미) 테스트 파형, 에너지 용량 및 설치 위치를 기반으로 다양한 클래스를 정의합니다.

아래에서는 기술적 역할 및 애플리케이션 지침을 통해 접하게 될 다양한 유형의 서지 보호 장치(SPD)를 분석합니다.

4.1 유형 1 SPD(IEC 61643-11, 클래스 I, 10/350μs)

• 정의: 부분적인 낙뢰 전류를 방전하도록 설계되었습니다. 직접적인 낙뢰를 나타내는 10/350 µs 임펄스 파형(Iimp)으로 테스트되었습니다.

• 설치 지점: 일반적으로 주 배전반의 상류에 있는 서비스 입구입니다. 외부 낙뢰 보호 시스템(LPS)이 장착된 건물에 자주 사용됩니다.

• 주요 매개변수:

  • Iimp(임펄스 전류): 정격 낙뢰 전류 용량.

  • Uc(최대 연속 작동 전압): 정상 작동 중에 손상이 발생하지 않도록 합니다.

  • Up(전압 보호 수준): 다운스트림 회로에 나타나는 잔류 전압입니다.

• 사용된 기술: 스파크 갭, 견고한 MOV 또는 하이브리드 설계.

• 사용 사례:

  • 산업시설, 통신탑, 병원.

  • 번개 밀도가 높은 지역의 고층 건물.

• 예: 옥상 피뢰침이 있는 공장에서는 주 유입 공급 장치에 Type 1 SPD가 필요합니다.

4.2 유형 2 SPD(IEC 61643-11, 클래스 II, 8/20μs)

• 정의: 스위칭 서지 및 간접 낙뢰 효과를 처리합니다. 8/20 µs 전류 파형(In, Imax)으로 테스트되었습니다.

• 설치 지점: 시설 내부의 메인 또는 하위 배전반.

• 주요 매개변수:

  • In(공칭 방전 전류): 다중 서지에서 내구성.

  • Imax(최대 방전 전류): 최대 서지 용량.

  • 위쪽: 업스트림 유형 1과 다운스트림 유형 3 모두와 조화를 이루어야 합니다.

• 사용된 기술: MOV 기반 모듈은 쉽게 교체할 수 있도록 플러그형인 경우가 많습니다.

• 사용 사례:

  • 주거용 주택, 사무실 건물, 소매점.

  • 서지 위험이 중간 정도인 지역의 표준 보호입니다.

• 예: 외부 LPS가 없는 소규모 사무실에서는 일반적으로 메인 보드에 Type 2 SPD를 사용합니다.

자세한 분석을 원하시나요? 전체 가이드를 읽어보세요: 유형 2 서지 보호 장치란 무엇입니까?

4.3 유형 3 SPD(IEC 61643-11, 클래스 III, 콤보 파)

• 정의: 단말 장비를 정밀하게 보호합니다. 조합파(1.2/50μs 전압 + 8/20μs 전류)로 테스트되었습니다.

• 설치 지점: 보호되는 장치(콘센트, 장치 입력)에 최대한 가깝습니다.

• 주요 매개변수:

  • 위: 민감한 하중을 보호하기 위한 매우 낮은 클램핑 수준.

  • 업스트림 유형 2와 협력하여 사용해야 합니다.

• 사용된 기술: 추가 감쇠를 위해 필터와 결합된 MOV입니다.

• 사용 사례:

  • 컴퓨터, LED 드라이버, 의료 전자 장치 및 제어 시스템.

• 예: 병원 MRI 기계에는 장치 근처에 Type 3 SPD가 필요하며 업스트림 Type 2와 함께 작동합니다.

관련 기사에서 자세히 알아보세요. 유형 3 서지 보호기란 무엇입니까?

4.4 T1+T2 조합 SPD

• 정의: 클래스 I(10/350 µs) 및 클래스 II(8/20 µs) 파형 모두에 대해 테스트된 단일 SPD 장치입니다.

• 혜택: 하나의 장치에서 직격뢰 및 스위칭 서지로부터 보호합니다.

• 설치 지점: 공간이나 예산이 여러 장치를 제한하는 경우 서비스 진입.

• 사용 사례:

  • 중간 규모의 상업용 또는 주거용 건물에는 컴팩트한 솔루션이 필요합니다.

  • Type 1과 Type 2를 분리하여 조율이 어려운 현장.

• 예: 쇼핑몰의 주 배전반에는 보호를 단순화하기 위해 T1+T2 SPD를 설치할 수 있습니다.

4.5 T2+T3 조합 SPD

• 정의: 하이브리드 장치는 클래스 II 및 클래스 III 성능에 대해 테스트되었습니다.

• 혜택: 배포 수준 및 터미널 보호를 모두 제공합니다.

• 설치 지점: 특히 케이블 길이가 10m를 초과하는 경우 민감한 부하에 가까운 하위 패널.

• 사용 사례:

  • 데이터 센터, 서버실, 산업용 제어 캐비닛.

• 예: PLC까지 연결되는 긴 케이블이 있는 공장 자동화 라인은 PLC 패널 근처에서 T2+T3 SPD를 사용할 수 있습니다.

4.6 유형 4 SPD(UL 1449, 북미에만 해당)

• 정의(UL 1449): 독립 실행형 장치가 아닌 OEM 장비에 통합된 구성 요소 어셈블리입니다.

• 하위 카테고리:

  • 유형 4 구성 요소 어셈블리(CA): 제조업체를 위해 사전 패키지된 SPD 부품입니다.

  • 유형 5 구성요소: 원시 MOV 또는 GDT.

• 설치 지점: 가전제품, 전원 공급 장치 또는 맞춤형 패널 내부.

• 사용 사례:

  • 서지 보호 장비를 설계하는 OEM.

  • 북미 시장에 특화된 산업용 장비입니다.

• 예: UPS 제조업체는 제품 내부에 유형 4 SPD 어셈블리를 통합합니다.

4.7 PV/DC SPD(IEC 61643-31, 최대 1500VDC)

• 정의: 광전지 및 DC 회로용으로 설계된 서지 보호 장치입니다.

• 테스트 표준: IEC 61643-31은 DC 애플리케이션에 대한 요구 사항을 지정합니다.

• 설치 지점: PV 어레이 결합기 박스, 인버터 및 DC 배전반.

• 주요 매개변수:

  • Ucpv: 정격 연속 PV 전압(600V, 1000V, 1500V).

  • In / Imax: DC 측의 서지 전류 처리.

  • 응답 시간: 반도체 기반 인버터의 경우 충분히 빨라야 합니다.

• 사용 사례:

  • 유틸리티 규모의 태양광 발전소, 옥상 PV 시스템, 배터리 저장 시설.

• 예: 1500VDC 태양광 발전소에는 다음이 필요합니다. T1+T2 PV SPD 결합기 박스 및 인버터 입력에서.

독자를 위한 전문가 팁: 항상 조정된 SPD 시스템. 1형은 입구에, 2형은 서브패널, 3형은 임계하중 부근에 위치합니다. PV의 경우 IEC 61643-31에 지정된 대로 유형 2 또는 T1+T2 DC SPD를 추가합니다.

5. 유형 1 대 유형 2 대 유형 3 SPD 장치

더 자세히 알아보려면 여기에서 이 주제에 대한 전용 블로그를 확인하세요.
유형 1, 유형 2, 유형 3 SPD의 차이점

올바른 SPD 유형을 선택하는 데 도움이 되는 간단한 비교는 다음과 같습니다.

개요

• 유형 1 SPD 고에너지, 직접 낙뢰(10/350 µs)를 처리합니다.

• 유형 2 SPD 스위칭 서지 및 간접 충격을 완화합니다(8/20 µs).

• 유형 3 SPD 라스트 마일(조합 파형)에서 민감한 장비를 보호합니다.

6. 서지 보호 장치(SPD) 설치 및 조정 방법

올바른 설치는 올바른 유형의 서지 보호 장치(SPD)를 선택하는 것만큼 중요합니다. SPD 자체가 IEC 또는 UL 표준을 충족하더라도 배선이 잘못되거나 조정이 불량하면 보호 수준이 저하될 수 있습니다. IEC 61643-11, IEC 61643-31, UL 1449 및 당사의 엔지니어링 지침을 기반으로 한 주요 모범 사례는 다음과 같습니다.

1. 최단 연결 규칙

• 모든 SPD 연결 리드를 최대한 짧고 직선으로 유지하십시오(기술 매뉴얼에서 권장하는 대로). 이상적으로는 0.5m 이하입니다.

• 리드가 길면 유도 전압 상승이 발생하여 보호 장비에서 나타나는 잔류 전압(Up)이 증가합니다.

2. 올바른 도체 크기

• SPD 유형에 따라 크기가 지정된 도체를 사용하십시오.

  • 유형 1 SPD: 최소 16 mm² 구리(고에너지 낙뢰 전류, Iimp).

  • 유형 2 SPD: 최소 6mm² 구리.

  • 유형 3 SPD: 제조업체의 데이터를 따르십시오. 일반적으로 전류가 낮기 때문에 단면적이 더 작습니다.

• 항상 임피던스가 낮은 구리 도체를 사용하고 날카로운 구부림을 피하십시오.

3. 등전위 본딩

• 모든 SPD는 동일한 기본 접지 막대 또는 등전위 본딩 시스템에 연결되어야 합니다.

• 본딩은 서지 에너지가 접지로 안전하게 방전되도록 보장하여 회로 간의 위험한 전위차를 방지합니다.

4. SPD 조정

• 전압 보호 수준(상향) 계층 구조: 업스트림 SPD(유형 1)는 다운스트림 SPD(유형 2/3)보다 항상 더 높은 Up을 가져야 합니다.

• 거리 규칙: SPD와 보호 부하 사이의 케이블이 10m보다 긴 경우 더 나은 보호를 위해 추가 다운스트림 SPD(예: 유형 3)를 설치합니다.

• 병렬 조정: 다단계 보호(유형 1 + 유형 2 + 유형 3)의 경우 단일 장치에 과도한 스트레스가 가해지지 않도록 적절한 에너지 분배를 보장합니다.

5. 백업 보호(OCPD)

• SPD 자체를 보호하려면 항상 전용 퓨즈나 회로 차단기를 사용하십시오.

• 당사 매뉴얼에는 SPD 모델 및 Imax/Iimp에 따른 백업 퓨즈 등급이 명시되어 있습니다.

• UL 1449는 또한 극한 상황 중에 SPD 과열이나 고장을 방지하기 위해 적절한 과전류 보호를 요구합니다.

전문가 팁: 항상 준수 여부를 확인하십시오. IEC 61643-11(AC SPD), IEC 61643-31(PV/DC SPD), 또는 지역에 따라 UL 1449(북미). 올바른 설치와 조정은 SPD 수명을 극대화하고 전체 전기 시스템의 안전을 보장합니다.

7. 결론

서지 보호 장치의 유형은 서로 바꿔 사용할 수 없습니다. 각각은 전기 시스템을 보호하는 데 고유한 역할을 합니다.

• 유형 1 직접적인 번개에 대한 보호막입니다.

• 유형 2 배전반의 주력입니다.

• 유형 3 가장 민감한 전자 제품을 보호합니다.

• 조합 및 PV/DC SPD 특수하고 재생 가능한 응용 분야를 다룹니다.

SPD 유형, 해당 표준 및 설치 규칙을 이해함으로써 안전을 보장하고 가동 중지 시간을 최소화하며 투자를 보호하는 계층화된 방어를 설계할 수 있습니다.