Superior Surge Protective Device 2007. 07. 한 국 서 지 연 구 소
1. 회사소개 회사명 연구소장 소재지 SuregLab Korea ( ) 김선호대전광역시중구부사동 234-5 [Tel] 042-256-7200 [Fax] 042-256-3200 주요사업 1) 전기안전토털 - 솔루션ㅇ낙뢰및서지보호기 - 초고속인터넷 - 네트워크및통신용 - 전력, 산업용, 군용 (MIL 규격 ) - 공장, 건물, 주택용안전자재ㅇ전기안전기기및생체보호솔루션ㅇ EMI-ESD 솔루선ㅇ접지공법및시공ㅇ전원품질보호및안정화시스템ㅇ전력전자시스템ㅇ낙뢰서지관련부품및소자 2) 네트워크및전송분야ㅇ초고속인터넷, 이더넷솔루션ㅇ ITS, 위치정보시스템ㅇ네트워크장비ㅇ홈오토시스템및주변기기 Since 1997 3) 시스템자동화ㅇ역률개선및제어시스템ㅇ Noise Clear 및안정화시스템ㅇ자동화검사시스템ㅇ전기안전 + 네트워킹토털솔루션
ㅇ SurgeLab Korea History 특허취득 : 가스방전관속류방지장치 1997.07 1998.08 1999.1 2002.05 2002.06 2002.08 사설낙뢰 / 서지연구소개소 PCM, HDSL 낙뢰보호기개발개발완료 : 전용회선및 ISDN ADSL 가입자보호기 효친기술 ( 기술지원 ) 초고속데이터통신보호기 KT 인증, HFC보호기하나로통신 BMT통과개발완료 : 데이터통신용제품 (8개 Model) 2005. 1 2006. 06 2006.07 2006 11 xdsl 모뎀의낙뢰, 서지방지장치 특허취득 : 통신기기의낙뢰및서지보호장치 사업자등록및공장등록 자체양산제품첫출시 (SL200 시리즈 ) 보호기공인시험필 ( 통신용 series 8 개모델 ) 두레옵트로닉스 CCTV 용보호기총판계약체결 성진테크윈방산분야서지보기술협력 MOU 협약 사업자등록및공장등록 낙뢰보호기공인시험필 ( 계장, 전원용 series 24 개모델 ) 2003.11 초고속데이터통신보호기 SH-100 양산제품출시 ~2007.2 발명특허출원 - 누전차단기오동작방지기술개발 ( 관련기술 7 건 ) 2003.12 낙뢰보호원천기술 ( 데이터통신 ) - 전력품질보호낙뢰서지기술개발 ( 관련기술 9 건 ) 특허출원 2 건 - 전력품질개선기술 (3 건 ) ADSL 보호기 KT-BMT 실시 - 전기안전기술 (2 건 ) 2004. 4 2004. 6 2004. 7 초고속데이터통신보호기 (SH-100) KTL 인증시험필초고속데이터통신보호기 (SH-100) 정보통신부형식승인취득중소기업기술혁신전략과제선정 ( 정밀기기용전원보호기 ) 2006.12 2007. 03 2007. 04 한전납품 : 무인변전소낙뢰방지장치 (16 개소 ) 한국가스공사, 수자원공사, 한국석유공사, 법무부납품 해군사령부, 제주돌문화공원납품 품질경영시스템 ISO9001:2000, KSA9001:2001 인증획득 - KT 납품 : 전자교환기 GSLB ALM Controller - 2007 년도대한전기학회전기설비전문위원회춘계학술대회논문발표 KT 초고속통신데이터보호기 BMT 최초통과 2007.05 티엠월드와서지보호기술협력 MOU 협약 2004.12 특허출원 : 낙뢰방지장치및가스방전관의속류방지 한전납품 : 무인변전소낙뢰방지장치 (6 개소 ) 2007.07 특허출원 2 건 - 부품개발 ( 관련기술 ( 11 건 ) - 낙뢰보호기술특허출원 ( 관련기술 3 건 )
2. 서지의종류 발생원인별분류 자연현상에의한 Surge => Impulse, 낙뢰서지 개폐및기동에의한 Surge => Noise, 고에너지동반 정전기에의한 Surge => Noise, ESD 차원 전위과정별분류 성분에따른분류 유도성에의한 Surge 전류성 Surge 전도성에의한 Surge 전압성 Surge 전파성에의한 Surge 복합성 Surge 복합성에의한 Surge 낙뢰피해원인별 ㅇ종전류피해 : 두선로의불평형에기인한유도서지피해 (L1-L2 간통상 60dB 이상 ) ㅇ횡전류피해 : 선로와다른선로또는지점과다른지점간의전위차에기인한피해로낙뢰피해의 95% 이상을차지함.
3. 낙뢰의경로및피해원인 유도뢰 방식과무관하게접지간의전위차발생 서지유입 접지가완벽하더라도한구조물내에경로가서로다른전원선로, 통신선로, 접지선로등, 여러경로로유입되는서지는서로다른선로간필연적인전위차유발. 내력이가장약한곳에서뇌방전과함께장비가손상됨
전위4. 낙뢰의침투경로및보호원리 (1) 침투경로 통신선 L 1472 P 전원선 SG FG FG 고전압뇌서지 수천 Volt 통신선의전위 (L) 전원선전위 (P) 0V 지표의전위 SG. 침투경로 : 낙뢰가유입되면선로와접지 (L-SG, P-FG) 및선로와선로 (L-P) 간에전위차가발생한다. SG 는기기의회로기판의전원 (-) 에정전결합, FG 는기기의외함에접속되어있는바, 선로의뇌서지는회로기판을경유하여외함 ( 접지 ) 으로방전하여피해가발생하는것이다
전위4. 낙뢰의침투경로및보호원리 (2) 보호원리 1472 통신선 L P 전원선 보호기 통신선의전위 (L) SG SG FG 전원선전위 (P) 수천 Volt 고전압뇌서지 0V 지표의전위 FG 전위차를해소 뇌서지로부터기기를안전하게보호ㅇ통신선로 (L1-L2) ㅇ전원선로 (P-N) ㅇ통신선로 - 통신접지ㅇ전원선로 - 전원접지ㅇ통신선로 - 전원선로ㅇ통신접지 - 전원접지
5. 낙뢰및서지의보호대책과현상 (1) 피뢰침 설치목적 : 피뢰침은뇌운과대지사이에서, 선구방전이시설물에도달하기전에도전성이우수한도체 ( 피뢰침 ) 를이용하여전류를피뢰침으로유도하여사전에방전시키므로건물이나구조물에대하여직격뢰를방지한다. 건물또는구조물을직격뢰로부터보호하기위해서는피뢰침의설치가필수적이지만, 기기보호의측면에서보면피뢰침이있으므로인하여훨씬많은 Surge가유입되며, 피뢰침의성능이우수할수록 Surge의유입은많아진다. 그이유는피뢰침이구름에형성된전하를지면으로유도하게되고, 유도된전하는접지를통하여전기전자기기의 Ground 전위를높이기때문이다. 높아진 Ground의전위는선로로접속된다른지점과의전위차를발생하게되고, 그전위차는접지단자로부터역류하여전자회로를경유하여선로를통하여타지역으로전파되며, 이때, 부품의파손을일으키는것이다.
5. 낙뢰및서지의보호대책과현상 (2) 접지 ㅇ통신접지 - A 지점과원격지인 B 지점을연결하는통신의목적에있어당연한전위차가발생하며, 이는잡음의원인이된다. 즉, 잡음방지를위해양호한접지는필수적인것이다. ㅇ전원접지 - 높은전압을사용하는전력선의특성상누전에의한감전은매우위험한일이며, 따라서인체의안전을위한접지는필수적인것이다. ㅇ기기의함체에접지선을접속한다고선로의뇌서지에대한피해를줄일수는없다. => 기기의외함에접지선을접속함으로서도리어선로의높은뇌서지가방전루트가 구성됨으로서회로를경유하여외함으로방전함으로서피해가발생한다. ㅇ접지가뇌보호의목적이될수있는경우는, 적절한낙뢰보호장치를구비하였을경우에 한정하는것이다.
5. 낙뢰및서지의보호대책과현상 접지와 Surge 의관계 기기의입장에서접지는또다른서지유입경로가됨으로, 낙뢰방지를위한접지는낙뢰보호기가설치되었을경우에제기능을한다. 이유는, 통상적인평형선로 ( 통신선로 ) 의평형도는 60dB 이상이라고가정했을때, 선로간의불평형에기인한횡전류의유기전압이 6V라면, 선로와대지간의전위차에기인한종전류에유기전압은 6,000V라는이론이며, 이는기기의함체에접속된접지가잘되어있을수록큰전류로방전할수밖에없는것으로서방전의경로는선로로부터외함의접지방향으로내부회로를경유하는방전한다. 따라서, 접지가없는통신기기는 6V의뇌서지에노출되어안전하지만, 접지가있는통신기기는 6,000V의뇌서지에노출되어피해를입게되는원리이다.
5. 낙뢰및서지의보호대책과현상 접지로서낙뢰서지대응의한계 시험조건 -A 시험 A 접지간의저항차이가 5Ω일때, 통신용및전원용보호기정상적으로설치 통신및전원의각한단자에4KV 인가시 접지간전위차에의해통신 - 전원양단간에 3.02KV 전위차발생 시험조건 - B 시험 B 비접지상태에서당사의제품으로 통신용및전원용보호기정상적으로설치 통신및전원의각한단자에4KV 인가시 접지간전위차에의해통신 - 전원양단간에 770V의잔류전압으로억제함을보여줌
5. 낙뢰및서지의보호대책과현상 [ 비접지상태에서의공인시험기관시험성적서 ]
5. 낙뢰및서지의보호대책과현상 낙뢰보호기의설치 인명의감전보호와기기를잡음으로부터보호하기위해접지는필수적이지만, Surge의측면에서보면접지가있음으로인하여훨씬많은 Surge가유입되며, 접지의성능이우수할수록 Surge의유입은많아짐을확인하였다. 그렇다면낙뢰 / 서지보호를위하여필요한것은무엇인가? 낙뢰 / 서지보호에는선로-선로간 (L1-L2), 선로-접지간 (L-G) 의전위차를해소하고, 전원선로-통신선로, 통신전지-전원접지등전방위에걸친전위차를해소하여야만, 그효과를기대할수있다. 따라서어느한선로에대하여낙뢰보호기를설치하였다고하여도다른선로를통하여유입되는뇌 / 서지는막을수없기에접지선로를포함하여모든선로에대하여서지보호기를설치하여야만그효과를기대할수있는것이다. * 피뢰침과접지로서기기의낙뢰피해를막는다는것은극히제한적이다.
6. 낙뢰보호기적용의필요성 내전압약화 소형화, 첨단화로반도체소자의발전, 내력약화 (100V 이하 ) 시스템의공용화 Networking 위주의설비 ( MODEM, SCADE, CCTV, RTU etc ) Surge 및 Noise 발생기기급증 유도부하의증가 스위칭전력변화기기증가 DC 부하의충전및방전현상 자연낙뢰증가 ( 지난 20 년평균횟수에비해최근 4 년 3 배증가 ) - 장해현상 : 화재, 오작동, 파손, 무인설비리셋, 기기불량률증가등
6. 낙뢰보호기적용의필요성 사용자의안전보장요구기기및시스템의생존성보장요구데이터처리의고도의신뢰성요구 21C 정보화시대 미디어기기대량보급 정보통신망광역화 반도체기기화 소형경량 / 다기능화 시스템통합 기상이변속출 낙뢰및서지발생대내외적요인증가시스템간결합및통합으로일거불능사태기기및시스템장애손실비용규모증가 정보통신혁명과더불어첨단정보기기가보편화되고특히이러한첨단장비들이옥외에설치되고있음. 이러한첨단기기들은적절한낙뢰보호대책이요구됨과거기계식장비와다른첨단장비에대한인식절실 피뢰침, 접지 : 기계식시설에서구조물과인체안전확보목적 낙뢰보호기 : 첨단전자기기를직접낙뢰로부터보호하는목적
7. 낙뢰보호기의요구성능 제한전압 ( 잔류전압 ) 특성이낮을것 반응속도가빠를것 주파수대역이넓고, 자체 Capacitor 용량이낮을것 ( 통신용 ) 열폭주방지성능이우수할것 ( 전원용 ) 접지의존도가낮을것 ( 비접지방식 ) 서지보호기작동시에도누전차단기가 Trip 되지않을것 ( 전원용 )
8. 해외의서지규정 접지시스템규정 : IEC62305 SPD 의적용국제규정 : ANSI / IEEE C62.41 Code SPD적용 : 건축물에인입되는 Surge의크기에따른분류 전력계통및낙뢰등에서발생되는이상전압 (surge) 의인입량에따라 1. Category A (A1, A2, A3) : 시스템인입부, 장비의인입부, 최종분 2. Category B (B1, B2, B3) : 대용량장비의인입분전반, 건축물의중간분기분전반 3. Category C (C1, C2, C3) : 건축물의주분전반 / 수배전반 2차측 ( 저압부 ) 신국제규정 : IEC62305-4 (2005 년 11 월제정 ) Electrical and electronic system within structures -구조물혹은구조물주변에뇌방전시생기는전자기현상으로인해발생되는전기, 전자시스템의피해대책기술을제시
9. 현실적인낙뢰보호대책? IEC 62305 의기준에적합한접지시스템과등전위본딩 ( 접속 ) 개개의존경계면을통과하는금속체는본딩과환경에적합한 SPD 설치 Zone A: 직격뢰가가해질수있는지역 ( 건물외부 ) Zone B: 직격뢰보다는작지만전도성전류나뇌전자계임펄스 (LEMP) 의피해우려지역 ( 건물내부 ) Zone C ( 시설물 ) SPD C SPD B SPD A 보호장비
10. 당사서지보호기의특징 제한전압 ( 잔류전압 ) 특성이낮다 ( 통신용, 영상용 50V/6KV 이하 ) 반응속도가빠르다 (Pico Second 급 ) 자체케패시터용량이낮다 ( 수 ~ PF) 전류퓨즈를사용하지않는다 ( 반영구적수명 ) [ 휴즈사용 일회성 ] 열폭주방지성능이우수하다 (200% 억압 ) 접지가없는곳에서도사용가능하다 ( 접지와비접지혼용모드지원 ) 낙뢰가유입되어도누전차단기가 Trip 되지않는다
11. 제품소개 - 낙뢰보호기 [ 제품특성비교 ]
11. 제품소개 - 낙뢰보호기 나 ) 통신용 [ 제품특성비교 ]
11. 제품소개 - 낙뢰보호기 라 ) CCTV 용일체형보호기 1. 제품개요 - 일체형보호기 : 전원 + 신호 + 영상 + 전원접지 + 통신접지다섯가지보호기가 ' 하나 ' 로통합구성 - 용도 : 동축케이블을이용한전송방식에서제어반및카메라, 장비보호용 - 특징 : 높은서지내량, 낮은잔류전압, 신호손실없음, 데이터선로잡음제거기능 ( 옵션 ) - 기기가작동상태인활선상태에서 6KV/3KA 낙뢰유입시험을통과한고성능낙뢰보호기 2. 제품의차별성 1) 멀티모드보호기술채용 ( 특허기술 ) 낙뢰유입이가능한전구간에대한완벽한낙뢰보호 2) 접지방식에따른잡음문제완전해결!! - 비접지또는접지가불량한상태에서도완벽한기기보호 기존접지가있으면활용, 없는곳에서도별도의접지공사불필요 => 공사비대폭절감 3. 설치의편리성 - 기존제품 : 전원용, 통신용, 영상용의 3 종류별도설치 - 당사제품 : 하나의제품내에모든배선을포함하여일체형으로구성 4. 보다완벽한제품성능 - Non Fuse Type : 전류형직렬 Fuse 미사용 => 반영구적수명 - 대용량 : 전원 -40KA, 통신 -20KA, 영상 -20KA 특히, 기존보호기로서피해예방에실패한경우적극권장합니다.
11. 제품소개 - 낙뢰보호기 5. 일반규격 1) 동작속도 : 1pico second 이내 2) 접지방식 : 단독접지 ( SG, G) or 비접지모드지원 3) 영상접속단자 : BNC 4) 서지내력 : 1,000 회이상 (IEEE C62.41 CAT C1 파형인가 ) 5) 열폭주보호회로내장 : 과열및과전류로인한화재위험예방 6) 전원 Burst Clear TM 내장 ( 전원 Burst 제거기능 ) : 펄스성노이즈제거기능 7) 통신접지 - 전원접지간등전위구성으로접지간전위차해소기능 8) 전원 - 영상 - 전원접지 - 통신접지간상호과도전위억제로최상의보호성능 9) 일체형구성으로설치의편리성과공간활용의극대화 10) 전제품에폭시몰딩 : 내열성, 내습성, 화재예방, 내진성, 방폭성증대 11) CASE : 난연성 ABS 12) 제품사이즈 : 72(W) x 82(H) x 44(D) (mm) 13) 설치환경 : -40 ~ 80 / 95% RH
11. 제품소개 - 전기안전 다 ) 오동작방지형고성능 ELB 산업사회의발달, 첨단옥외시설물급증 낙뢰에취약 - 고장반복 잦은 Trip 으로정전사고발생 ㅇ누전차단기자체의오류 : 현존하는 Chip 의뇌 / 서지특성 -> 현재기술로해결불가ㅇ부하기기의첨단화 : 첨단전자기기에낙뢰보호기기를설치하기되면, 낙뢰유입시보호기능이작동하여선로의뇌전류접지로흘리므로누전차단기가 Trip 됩니다. ㅇ시중의낙뢰보호기를설치하여도 ELB 의 Trip 은방지할수없습니다. 누전차단기의오동작과 Trip 문제는 2006.11 창원소재한국전기연구원의세미나발표. 2007.4 한국전기학회충남대, 한국폴리텍대, 호서대와함께당사논문발표 ( 첨부물참조 ) 당사의누전차단기는낙뢰에의한오동작을해결한당사만의특허기술입니다.
11. 제품소개 - 전력품질개선 가 ) Burst Clear 1) 특징 1 반복, 진동성과전압 ( Burst ) 에의한전원고주파장애및플리커방지 2 전자제어반이내장된정밀기기및제어반내 PLC 등보호에적합 3 개폐서지, 모터기동, 용접기등에의한고주파진동파형전파방지 ( 수용가외부 ) 4 소형, 경량, 대용량 Burst 제거 2) 용도 1 정밀산업, 전자기기 2 의료, 정밀화학 / 섬유공장등낙뢰 / 서지위험이취약한기기 3 측정기등 나 ) 개발중인기술 1) 배선망전류제어형차단기 2) 선로방전감시경보기 3) 고압피뢰기
참고자료 - 시중제품 낙뢰발생시보호기가자주고장나는이유 ㅇ낙뢰보호기에 1 회성 Fuse 사용 => 전류 Fuse 는 PTC, 폴리스위치등자동복구기능이있는소자를쓰지아니하고 1 회성유리관 Fuse 를적용 ㅇ작은용량의소자적용 => 다단계보호과정에서적용되어야할작은용량의보호기를최전단에배치하는문제 유리관 Fuse 1.5A ㅇ가격경쟁의심화에따른부작용 => 보호할대상에따라적합한보호기가적용되어야함. 보호기를설치해도보호하지못하는이유 ㅇ피뢰침, 접지가있으면기기피해는? => 기기측면에서는피해가증가합니다. => 따라서보다철저한낙뢰피해방지대책이요구됨. ㅇ보호대상에적합한보호기채택 => 첨단반도체장비는잔류전압 50V 에도피해발생. 서지 4KV 인가, 잔류전압약 1,800V => 보호소자인 GDT 는잔류전압이 1,000V 를상회. ㅇ가격경쟁의심화에따른부작용 => 보호할대상에따라적합한보호기가적용되어야함.
2006 년계룡대국방마트전시회