전기 시스템에서 가장 일반적으로 듣는 용어는 회로 차단기입니다. 이름에서 알 수 있듯이 회로를 차단하는 장치입니다. 회로의 전류가 매우 높은 한계를 초과할 때 수행됩니다.
회로 차단기로 매우 유용한 장치로 서지 보호 장치(SPD - Surge Protection Device)가 있습니다.
서지 보호 장치의 종류와 동작방식에대해 알아보겠습니다.
1. 서지 보호 장치
SPD는 서지 보호 장치를 의미합니다. 서지는 전압의 갑작스런 급증입니다. 장마철에 볼 수 있는 번개와 비슷하며 사람을 태울 수 있을 정도로 높은 전압입니다. 따라서 서지는 매우 짧은 시간에 전기 회로를 손상시킬 수 있습니다. 이 고전압이 장치를 통과하는 것을 방지하기 위해 SPD가 사용됩니다. 최대 10KV까지 대용량으로 제공될 수 있습니다.
서지 보호기 또는 스파이크 억제기, 서지 억제기, 서지 전환기, 서지 보호 장치(SPD) 또는 과도 전압 서지 억제기(TVSS)는 교류(AC) 회로의 전압 스파이크로부터 전기 장치를 보호하기 위한 기기 또는 장치입니다.
외부 간섭으로 인해 전기 회로 또는 통신 라인에서 서지 전류 또는 전압이 갑자기 발생하는 경우 서지 보호기는 매우 짧은 시간에 전류를 전도 및 차단할 수 있으므로 서지로 인한 회로의 다른 장비가 손상되는 것을 방지할 수 있습니다.
AC 50/60Hz, 정격 전압 220V/380V 전원 공급 시스템에 적합한 서지 보호기는 간접 낙뢰 및 직접 낙뢰 효과 또는 기타 일시적인 과전압 서지를 보호하며 가정, 3차 산업 및 산업 필드 서지 보호 요구 사항에 적합합니다.
동시에 서지 보호기는 1500VDC 이하의 DC 태양광 시스템에도 널리 사용됩니다.
2. 동작방식
서지 보호 장치(SPD)는 부하와 병렬로 연결됩니다. 입력 공급은 회로 차단기를 통해 부하에 제공되며 SPD에도 병렬로 제공됩니다.
서지 보호 장치는 고전력 부하의 경우 접지에 전력을 공급하고 저전력 부하의 경우 기기 접지에 전력을 공급하기 위해 특별히 접지됩니다.
서지 보호 장치는 임피던스가 매우 높아 정상적인 흐름 전압을 통과하지 않습니다. 스파이크가 갑자기 오면 라인에서 매우 높은 전압이 발생되고 이로 인해 서지 보호 장치의 임피던스가 감소하고 이 전압이 접지로 통과할 수 있습니다.
이런 일이 발생하면 부하가 이 전압을 전도하지 않게 되고 안전하게 유지됩니다. 전압이 정상으로 재개되면 부하는 입력 공급을 통해 다시 전류를 전도하기 시작합니다. 따라서 회로는 접지로 전달될 때 갑작스러운 스파이크로부터 보호됩니다.
서지 보호는 선택 사항입니다. 이는 회로 차단기가 대부분 회로를 보호하여 작업을 수행하기 때문입니다. 그러나 전압의 갑작스러운 스파이크를 막을 수는 없습니다. 이 경우 서지 보호 장치가 유용합니다.
전력 서지의 몇 가지 일반적인 원인은 번개 폭풍, 잘못된 배선, 발전소 유지 보수, 잘못된 전기 구성 요소, 다운된 전력선 및 정전입니다.
서지 보호 장치의 작동 방식은 다음과 같습니다.
- 콘센트의 전류는 기존 서지 보호기를 통해 멀티탭에 연결된 여러 전기 및 전자 장치로 이동합니다. 서지 보호기는 콘센트의 전압이 서지, 스파이크 또는 허용 수준 이상으로 증가하는 경우 초과 전력을 콘센트의 접지선으로 보냅니다.
- 추가 전압은 가장 일반적인 형태의 서지 보호기에서 금속 산화물 배리스터(MOV)로 알려진 부분에 의해 전환됩니다. 압력 감지 밸브와 유사하게 MOV는 작동합니다. MOV는 높은 전압 레벨을 감지하면 저항을 줄입니다. 전압 레벨이 너무 낮으면 저항이 증가합니다. 추가 전압 경로 변경에 자동으로 참여합니다. MOV를 구성하는 세 가지 구성 요소는 접지선과 전력선을 금속 산화물 재료의 중앙 부분에 연결하는 두 개의 반도체입니다.
- 이 반도체는 전압 종속 가변 저항을 나타냅니다. 반도체의 전자는 전압이 특정 임계값 아래로 떨어질 때 매우 높은 저항을 제공하는 방식으로 흐릅니다. 전압이 높을 때 전자의 거동이 변하여 저항이 상당히 감소합니다. MOV는 적절한 전압에서 비활성 상태입니다. MOV는 전압이 너무 높을 때 초과 전압을 제거하기 위해 많은 전류를 전도할 수 있습니다.
- MOV의 저항은 초과 전류가 MOV와 접지로 전환되자마자 한 번 더 증가하여 핫라인의 전압이 정상으로 되돌아갑니다. 이를 통해 서지 보호기는 MOV가 서지 전류를 리디렉션하는 동안 연결된 모든 시스템에 계속 전원을 공급할 수 있습니다.
3. 서지 보호 장치의 장점
- 전압 스파이크로부터 전기 장치를 보호합니다.
- 전자 장비의 수명을 연장합니다.
- 비용이 많이 드는 가동 중지 시간 및 수리를 줄입니다.
- 시스템 신뢰성과 성능을 향상시킵니다.
- 민감한 장치의 데이터 무결성을 보호합니다.
- 전기 서지로 인한 화재 위험을 최소화합니다.
- 설치가 쉽고 기존 시스템과 통합할 수 있습니다.
- 예기치 않은 유지 보수를 방지하여 비용을 절감할 수 있습니다.
- 사용자 및 연결된 장치의 전반적인 안전성을 개선합니다.
4. 서지 보호 장치의 종류
서지 보호 장치는 부하의 위치에 따라 간단히 분류됩니다.
1) 타입1
낙뢰 보호 시스템 또는 메쉬 케이지로 보호되는 서비스 부문 및 산업 건물의 특정 경우에 권장됩니다. 직접적인 낙뢰로부터 전기 설비를 보호합니다. 접지 도체에서 네트워크 도체로 퍼지는 번개로 인한 역류를 방전할 수 있습니다.
10/350μs 전류파가 특징입니다.
낙뢰 또는 유틸리티 커패시터 뱅크의 스위칭으로 인한 외부 전력 서지로부터 보호합니다. 집이나 사무실의 첫 번째 보호선으로 간주됩니다.
2) 타입2
모든 저전압 전기 설비의 주요 보호 시스템입니다. 각 전기 배전반에 설치되어 전기 설비에서 과전압의 확산을 방지하고 부하를 보호합니다. 8/20μs 전류파가 특징입니다.
주요 역할은 과도 전압을 제한하여 Mp/Mc 기반 보드와 섬세한 장치를 보호하는 것입니다. 비즈니스 및 산업의 응용 프로그램에서 사용합니다.
3) 타입3
타입3 SPD는 방전 용량이 낮습니다. 따라서 Type 2 SPD를 보완하기 위해 민감한 부하 근처에 의무적으로 설치해야 합니다. 전압파(1.2/50μs)와 전류파(8/20μs)의 조합이 특징입니다.
주요 목적은 TV, 컴퓨터 및 기타 전기 제품의 섬세한 전자 회로에 해를 끼칠 수 있는 낮은 수준의 서지를 제한하는 것입니다. 멀티탭 서지 보호기는 서지로부터 보호하는 네트워크의 마지막 방어선으로 간주됩니다.
서지 보호 장치는 일반적으로 클램핑 전압과 에너지 흡수의 두 가지 주요 기준에 의해 선택됩니다.
클램핑 전압은 서지 보호 장치가 흡수하여 접지로 전달할 수 있는 최대 정격 전압입니다. 전압 서지가 이 전압을 초과하면 SPD가 작동하지 않습니다. 에너지 흡수는 이 서지 보호 장치가 흡수하여 지면으로 전달할 수 있는 에너지의 양을 의미합니다.
5. 서지 보호 회로
다양한 유형의 서지 보호 회로가 있습니다. 다음 그림은 가스 방전관으로 구성된 회로를 보여주는 서지 보호 회로도입니다. 과전압 발생 시 리디렉션을 구현하여 전기 장비를 보호하도록 설계되었습니다.
이와 같은 회로는 과도 전압, 전력 서지 및 단락으로부터 전자 부품 및 장비를 보호하는 데 사용됩니다. 다양한 응용 분야와 환경에서 사용할 수 있습니다.
6. 서지 보호 장치 배선도
아래 배선도는 내장 서지 보호가 어떻게 작동하여 과도 전압을 클램핑하여 과전압을 흡수하는지 보여줍니다. 서지 보호기 1은 일반적으로 표준 서지 요구 사항을 통과하기에 충분해야 하지만 더 높은 서지 전압 요구 사항에는 서지 보호기 2와 3이 필요합니다.
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