서지 보호 장치(서지 피뢰기)(SPD)

서지 보호 장치(SPD)는 전기 설비 보호 시스템의 구성 요소입니다.

이 장치는 보호해야 하는 부하의 전원 공급 회로에 병렬로 연결됩니다(그림 J17 참조). 또한 전원 공급 네트워크의 모든 수준에서 사용할 수도 있습니다.

이는 가장 일반적으로 사용되며 가장 효율적인 과전압 보호 유형입니다.

과학자들은 수년간 낙뢰의 특성과 영향에 대한 중요한 연구를 수행해 왔으며 그에 따른 기술 제품을 개발해 왔습니다. 오늘날 이러한 맥락에서 낙뢰를 시뮬레이션하여 이러한 제품에 대한 테스트를 수행할 수도 있습니다.

번개 파동 유형:

번개는 두 가지 다른 파장으로 연구될 수 있습니다.

1. 직접 번개 타격 10 / 350μs:

10/350μs 파형의 임펄스 전류는 직접적인 낙뢰에서 발생합니다. 이러한 펄스 급속한 전압 증가는 큰 전류 펄스로 큰 전력을 방출합니다.

오늘날 외부 낙뢰 보호 시스템 재료 및 Type 1/Class I 유형 서지 피뢰기 회로 요소는 표준에 따라 이러한 기준에 따라 테스트됩니다.

2. 원격 지역의 낙뢰 및 스위칭 전압 8/20μs:

먼 곳에서 낙뢰가 발생하여 스위칭 전압 8/20μs 파형의 임펄스 전류가 발생합니다.

이 펄스의 에너지 함량은 낙뢰 테스트 전류의 펄스 전류 파동인 10/350μs보다 상당히 낮습니다. Type 2/Class II 및 Type 3/Class III 유형 서지 보호기(Surge Arrester) 회로 요소는 표준에 따라 이러한 기준에 따라 테스트됩니다.

표준

자주 나열된 표준 중 일부는 다음과 같습니다.

• IEC 61643-11 저전압 서지 보호 장치 – 파트 11: 저전압 전원 시스템에 연결된 서지 보호 장치 – 요구 사항 및 테스트 방법(IEC 61643-1 대체)
• IEC 61643-21 저전압 서지 보호 장치 – 파트 21: 통신 및 신호 네트워크에 연결된 서지 보호 장치 – 성능 요구 사항 및 테스트 방법
• IEC 61643-22 저전압 서지 보호 장치 – 파트 22: 통신 및 신호 네트워크에 연결된 서지 보호 장치 – 선택 및 적용 원리
• EN 61643-11, 61643-21 및 61643-22
• Telcordia Technologies 기술 참조 TR-NWT-001011
• ANSI/IEEE C62.xx
• UL(Underwriters Laboratories) 1449.
• AS/NZS 1768

각 표준은 다양한 보호기 특성, 테스트 벡터 또는 작동 목적을 정의합니다.

EN 62305 및 ANSI/IEEE C62.xx는 보호 장치가 전환할 것으로 예상되는 스파이크를 정의합니다. EN 61643-11 및 61643-21은 제품의 성능과 안전 요구 사항을 모두 지정합니다. 이와 대조적으로 IEC는 표준을 작성하기만 하고 특정 제품이 해당 표준을 충족한다고 인증하지는 않습니다. IEC 표준은 국제 협약의 CB 제도 회원이 제품의 안전 준수 여부를 테스트하고 인증하는 데 사용됩니다.

또한 다음 표준은 독립형 서지 보호기에 대한 표준이 아니라 전기 및 전자 장비 전체의 서지 내성을 테스트하기 위한 것입니다. 따라서 서지 보호 회로의 설계 및 테스트에 자주 사용됩니다.

• IEC 61000-4-2 정전기 방전 내성 테스트
• IEC 61000-4-4 전기적 빠른 과도/버스트 내성 테스트
• IEC 61000-4-5 서지 내성 테스트

원칙

SPD는 대기에서 발생하는 일시적인 과전압을 제한하고 전류 파동을 접지로 전환하여 이 과전압의 진폭을 전기 설비, 전기 개폐 장치 및 제어 장치에 위험하지 않은 값으로 제한하도록 설계되었습니다.

SPD는 과전압을 제거합니다.

• 공통 모드에서는 위상과 중성 또는 접지 사이;
• 차동 모드에서는 위상과 중립 사이.

작동 임계값을 초과하는 과전압이 발생하는 경우 SPD

• 공통 모드에서 에너지를 지구로 전도합니다.;
• 차동 모드에서 다른 활성 도체에 에너지를 분배합니다.

SPD의 세 가지 유형

유형 1 SPD

유형 1 SPD는 낙뢰 보호 시스템 또는 메쉬 케이지로 보호되는 서비스 부문 및 산업용 건물의 특정 경우에 권장됩니다.

직접적인 낙뢰로부터 전기 설비를 보호합니다. 접지 도체에서 네트워크 도체로 확산되는 낙뢰의 역전류를 방전할 수 있습니다.

유형 1 SPD는 10/350μs 전류파가 특징입니다.

유형 2 SPD

Type 2 SPD는 모든 저전압 전기 설비의 주요 보호 시스템입니다. 각 배전반에 설치되어 전기설비의 과전압 확산을 방지하고 부하를 보호합니다.

유형 2 SPD는 8/20μs 전류파가 특징입니다.

유형 3 SPD

이러한 SPD는 방전 용량이 낮습니다. 따라서 Type 2 SPD의 보완 장치로 민감한 부하 근처에 의무적으로 설치해야 합니다.

Type 3 SPD는 전압파(1.2/50μs)와 전류파(8/20μs)의 조합이 특징입니다.

SPD 규범적 정의

그림 J18 - SPD 표준 정의

• 참고 1: 직간접 낙뢰에 대한 부하 보호를 결합한 SPD(또는 Type 1 + 2 SPD)가 있습니다.
• 참고 2: 일부 SPD는 다음과 같이 선언될 수도 있습니다. .

이에 따르면;

1단계: Type 1/Class 1/Class B 낙뢰 보호 서지 어레스터는 시설/구조물의 전면 보호 장치입니다. 전력선에서 발생할 수 있는 직접적인 낙뢰를 흡수하고 감쇠할 수 있는 회로 요소입니다.

건물 내부 및/또는 외부의 주배전반/변압기 판넬에 설치해야 합니다.

10/350 µSec 파형에서 테스트했어야 합니다. 위상-중립 사이에서 최소 50kA, 위상, 중립-접지 사이에서 최소 100kA의 부하를 방전할 수 있어야 합니다.

2단계: 유형 2/클래스 2/C 클래스 서지 보호 장치(서지 피뢰기)는 시설/건물의 2차 및/또는 하부 2차 패널에 사용되는 회로 요소입니다. Type 1/Class II 서지 어레스터에 비해 강도는 낮지만 감도는 더 좋습니다.

8/20 µSec 파형으로 테스트했어야 합니다. 위상-중성 사이에 최소 10kA, 위상, 중립-접지 사이에 최소 25kA의 부하를 방전할 수 있어야 합니다.

Type 1 + 2 / Class 1 + 2 / B + C Class 소형 보호 요소는 최근 몇 년 동안 두 번째 수준 보호 요소로 사용되었습니다.

10/350 µSec 파형에서 테스트했어야 합니다. 위상-중립 사이에서 최소 40kA, 위상, 중립-접지 사이에서 최소 100kA의 부하를 방전할 수 있어야 합니다.

무정전 전원 공급 장치의 전기 패널 및/또는 메인 패널과 같은 위치에 있는 보조 패널에 사용됩니다.

3단계: 유형 3/등급 3/D 등급 갑작스러운 과전압 보호 서지 어레스터는 민감한 전자 장치를 보호하기 위해 해당 라인에 사용되는 회로 요소입니다.

다양한 연결 프로토콜/소켓/포트를 사용하여 다양한 장치에 연결할 수 있으므로 제품 범위가 상당히 넓습니다.

다음은 다양한 회로/장치용 Type 3/Class 3/D Class 서지 어레스터 중 일부입니다.