SPD 분류

서지 보호 장치(SPD)는 과도 전압을 제한하고 서지 전류를 전환하여 서지 이벤트로부터 전기 시스템과 장비를 보호합니다.

SPD의 중요한 기술적 특성:

• 최대 연속 작동 전압 (UC)

• 번개 임펄스 전류(Iimp)

• 공칭 방전 전류(I)

• 전압 보호 수준(Up)

• 단락 내성 성능(Isccr)

• Uc(Ifi)에서의 프리휠링 중단 기능

• 과도 과전압(TOV)

이러한 매개변수는 다양한 오류 조건에서 SPD의 성능을 결정하며 시스템의 전압, 설치 지점 및 예상 서지 환경과 주의 깊게 일치해야 합니다.

SPD 카테고리 또는 유형

SPD는 일반적으로 내부 작동 원리와 표준 테스트 방법에 따라 분류됩니다.

구성요소 동작별

SPD의 두 가지 주요 유형은 다음과 같습니다.

• 전압 제한 구성 요소

• 전압 스위칭 부품

대부분의 최신 SPD는 두 가지 구성 요소 유형을 통합하여 각각의 장점을 결합하고 각각의 약점을 줄입니다.

전압 제한 구성요소는 다음과 같습니다.

• 금속 산화물 배리스터(MOV)

• 과도 전압 억제(TVS) 다이오드

전압 스위칭 구성요소는 다음과 같습니다.

• 가스 방전관(GDT)

• 스파크 갭

이러한 구성 요소는 응답 속도, 에너지 처리 용량 및 노화 특성이 다릅니다.

표준에 따른 SPD 분류

ANSI/IEEE C62.41, IEC 61643-11 및 VDE 분류에 따르면 테스트된 파형 및 애플리케이션 수준을 기준으로 세 가지 표준 SPD 유형이 있습니다.

유형 1 SPD

• 임펄스 방전 전류 Iimp(일반적으로 10/350 µs)로 테스트됨

• 8/20 µs 전류 임펄스로도 테스트됨

• 서비스 입구에 설치하도록 설계됨

• 직접적인 낙뢰 전류 및 고에너지 서지로부터 보호합니다.

유형 2 SPD

• (8/20 µs)의 공칭 방전 전류로 테스트됨

• 선택적으로 최대 방전 전류 Imax(8/20 µs)로 테스트됨

• 참고: Imax는 SPD 선택의 기준으로 권장되지 않습니다.

• 전압 스위칭 구성 요소가 있는 SPD의 경우 1.2/50μs 전압 임펄스로도 테스트되었습니다.

• 하위 분전반 또는 장비 입력에 설치됨

• 스위칭 서지 및 간접 번개로부터 보호합니다.

유형 3 SPD

• 조합 파동 발생기로 테스트:

  • 개방 회로 전압 Uoc(1.2/50μs)

  • 단락 전류 Icw(8/20μs)

  • 공칭 출력 임피던스: 2Ω

• 정밀한 보호를 위해 민감한 단말 장비 근처에 설치

전력 시스템의 SPD 애플리케이션

SPD는 광범위한 AC 및 DC 시스템에 사용되며 각각 특정 설계 및 선택 요구 사항이 있습니다.

1. AC 전원 시스템 응용

AC 배전 시스템에서 SPD는 낙뢰, 유틸리티 스위칭 및 오류 제거 이벤트로 인한 일시적인 과전압으로부터 장비 및 전력 네트워크를 보호하는 데 주로 사용됩니다.

• 유형 1 SPD: 주배전반에 설치되어 고에너지 서지를 처리합니다.

• 유형 2 SPD: 국부적인 보호를 위해 하류에 설치됨

AC용 SPD는 시스템의 공칭 전압 및 Uc와 일치하면서 충분한 단락 내량(Isccr)을 제공해야 합니다.

일반적인 내부 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 빠른 응답 및 전압 클램핑을 위한 MOV

• 높은 에너지 처리 및 누출 방지를 위한 GDT

이 두 가지를 결합하면 빠른 억제와 수명이 보장됩니다.

2. DC 전원 시스템 응용

다음과 같은 DC 시스템:

• 통신 기지국

• 산업용 제어 캐비닛

• 배터리 보관

• EV 충전

• 태양광 DC 버스

...제로 크로싱이 부족하고 아크를 유지할 수 있는 연속 직류 전압을 위해 특별히 설계된 SPD가 필요합니다.

DC SPD:

• 일반적으로 고전압 MOV를 사용합니다.

• 과열 없이 높은 정상 상태 DC 전압을 처리해야 합니다.

• DC 패널, 인버터 입력 또는 배터리 뱅크에 설치

• 서지 또는 스위칭 소음으로 인한 시스템 가동 중단 방지

3. 태양광(PV) 시스템 응용

PV 시스템은 높은 DC 전압(최대 1500VDC), 넓은 배열 표면, 옥상 또는 현장 설치로 인해 낙뢰 서지에 자주 노출되는 문제를 수반합니다.

PV 관련 SPD는 다음을 준수해야 합니다.

• IEC 61643-31

• EN 50539-11

다음 위치에 배포됩니다.

• DC측: PV 어레이와 인버터 사이

• 인버터 입력: 내부 DC 버스 보호용

• AC측: 인버터와 그리드 인터페이스 사이

요구사항은 다음과 같습니다.

• 높은 MCOV(Uc)

• 낮은 보호 수준(Up)

• 긴 서지 수명

• 내후성 및 UV 저항성(실외 DC 박스용)

잘 배치된 PV SPD는 장비 교체 비용을 줄이고 시스템 신뢰성과 ROI를 향상시킵니다.

SPD 등급의 Iimp 및 Imax 이해

임펄스 방전 전류(Iimp)

• Type 1 SPD의 특성

• 직접적인 낙뢰를 시뮬레이션합니다.

• 10/350 µs 파형으로 테스트됨

• 단일 극단적인 서지를 처리할 수 있는 SPD의 용량을 나타냅니다.

• 건물 진입점이나 피뢰기 하류에 적합

최대 방전 전류(Imax)

• Type 2 SPD의 특성

• 스위칭이나 간접 번개로 인한 여러 가지 저에너지 서지를 시뮬레이션합니다.

• 8/20 µs 파형으로 테스트됨

• 장기 서지 내구성을 반영합니다.

• 분전반 및 장비 수준 보호에 적합

요약하면:

• 임프 = 희귀한 고에너지 이벤트에 대한 최고 내구성

• 아이맥스 = 빈번한 저에너지 과도 현상에 대한 반복 내구성
  둘 다 다단계 SPD 보호 전략을 구축하는 데 필수적입니다.

결론

서지 보호 장치는 현대 전력 시스템에 필수적이며 장비 안전과 전력 연속성을 보장합니다. Uc, Up, Iimp 및 Imax와 같은 기술 매개변수에 대한 이해와 함께 유형 1, 2, 3으로 분류하는 것은 적절한 선택과 구현에 필수적입니다.

AC 시스템, DC 자동화 또는 태양광 PV를 보호하는 경우 적절한 정격을 갖춘 올바른 SPD를 선택하면 손상을 줄이고 O&M 비용을 낮추며 시스템 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다.

잘 설계된 SPD 계획은 돌이킬 수 없는 손상으로부터 대규모 인프라를 보호하는 소규모 투자입니다.