Surge Protective Device

SPD Surge Protective Device 서지 보호기는 교류, 직류 전원시스템에 적용하며 전기계통의 서지과전압에 대해 보호합니다. Contents BK series (AC / DIN type) 제품설명/제품정격 4 외형치수/설치 결선방식 5 BK series (DC / DIN type) 제품설명/제품정격 8 외형치수/설치 결선방식 9 형명체계 10 기술자료 11

BK series (AC / DIN type) 제품설명 BK Series AC/DIN type 서지보호기는교류 50/60Hz 전기계통의서지전압에대해보호합니다. 또한보호소자 (MOV) 교체형으로편리성과경제성을추구한제품입니다. 하지만보호모듈만제공되므로별도의구성품은설치시현장여건에맞게조합해야합니다. 보호기기동작후 ( 비정상, 사고후 ) 상태표시기의붉은레버가앞으로나옵니다. 제품정격 구분 AC Type BK05S-T3 BK10S-T2 BK20S-T2 BK30S-T2 BK40S-T2 BK12S-T1 주 5) 극수 [Pole] 2, 4P 1, 1+N*, 2, 3, 3+N*, 4P 정격전압 Un [V] 230/440V 최대연속동작전압 전압보호수준 Uc [V] Up [kv] Up [kv] L/N- 385 385 385 385 385 385 L-N (N-) 385/255 385/255 385/255 385/255 385/255 L/N- 0.8 1.5 1.8 2.0 2.5 2.5 L-N (N-) - 1.5 ( 1.0) 1.8 ( 1.2) 2.0 ( 1.5) 2.5 ( 2.0) 2.5 ( 2.5) L/N- 2.0 1.5 1.8-2.5 - L-N (N-) - 1.5 ( 2.5) 1.8 ( 2.5) - 2.5 ( 3.5) - 공칭방전전류 In [ka] 5 10 20 30 40 - 최대방전전류 Imax [ka] - 20 40 60 80 50(8/20) 임펄스전류 Iimp [ka] - - - - - 12.5(10/350) 개방회로전압 Uoc [kv] 10 - - - - - 등급 Test Class Class III Class II Class I ( 일체형 ) 반응시간 상태표시주 3) < 25ns 상태표시有 사용온도범위 -40 ~80 연결전선단면적 size(mm²) 6~16mm² 6~32mm² 16~32mm² 액세서리 AL 주 4) - 규격 IEC 61643-11 / KS C IEC 61643-11 / UL1449 인증취득 CE, UL, KS, S CE, UL, KS, S CE, UL, KS, S CE, UL CE, UL, KS, S CE SPD 외부분리기 MCCB ABN100c 20A TD160 16A MCB BK63H C16/20 ABN100c/ ABS100c 20A TD160/TS250 16A BK63H C20, BKN-b C20 ABN100c/ ABS100c 40A TD160/TS250 32A BK63H C40, BKN-b C40 ABN100c/ ABS100c 75A TD160/TS250 80A ABN100c/ ABS100c 100A TD160/TS250 100A ABS100c, TD160 100A ( 단락성능 25kA 이상 ) BKH C80 BKH C100 - 주 ) 1. 1+N, 3+N 제품의 UL 인증은현재진행중이며추후공지됩니다. 2. Class II, III, 상태표시기능이있는제품은보호기기동작후 ( 비정상, 사고후 ) 표시기붉은레버가앞으로나옵니다. 3. Class I 상태표시기능이있는제품은보호기기가정상일때표시기에녹색불이들어오고동작후 ( 비정상, 사고후 ) 표시기의녹색불이꺼집니다. 4. AL 접점액세서리는단독판매되지않으며, 제품주문시액세서리를선택하셔야합니다. 주문의유의하여주시기바랍니다. 5. Class I 제품은 MOV 분리형이아닌일체형제품입니다. MOV 본체를교체할수있음 전선체결단자부 DIN Rail 취부대 MOV 본체 Common Bar 4

외형치수 BK05S-T3 18 36 [ 단위 : mm] 90 45 36 90 45 36 69.5 51.5 2 극 69.5 51.5 4 극 설치결선방식 회로도 L N L(A) L(B) L(C) N L N L(A) L(B) L(C) N 2극 4극 2극 4극 5

BK series (AC/DIN type) 외형치수 BK10S/20S/30S/40S-T2 [ 단위 : mm] 18 36 54 72 45 36 90 69.5 51.5 1 극 2 극 3 극 4 극 설치결선방식 L L N L(A) L(B) L(C) L(A) L(B) L(C) N L N L(A) L(B) L(C) N 1 극 2 극 3 극 4 극 1 극 +N 3 극 +N 회로도 L L N L(A) L(B) L(C) L(A) L(B) L(C) N L L(A) L(B) L(C) N N 1 극 2 극 3 극 4 극 1 극 +N 3 극 +N 6

외형치수 BK12S-T1 [ 단위 : mm] 45 36 90 설치결선방식 69.5 51.5 18(1P) 36(2P/1P+N) 54(3P) 72(4P/3P+N) L L N L(A) L(B) L(C) L(A) L(B) L(C) N L N L(A) L(B) L(C) N 1 극 2 극 3 극 4 극 1 극 +N 3 극 +N 회로도 L L N L(A) L(B) L(C) L(A) L(B) L(C) N L L(A) L(B) L(C) N N 1 극 2 극 3 극 4 극 1 극 +N 3 극 +N 7

BK series (DC/DIN type) 제품설명 BK Series DC/DIN Type 서지보호기는직류계통서지전압에대해보호합니다. 또한보호소자 (MOV) 교체형으로편리성과경제성을추구한제품입니다. 하지만보호모듈만제공되므로별도의구성품은설치시현장여건에맞게조합해야합니다. 보호기기가정상일때상태표시창은초록색이며, 보호기기동작후 ( 비정상, 사고후 ) 상내표시창은무색 ( 검정색 ) 을나타냅니다. 제품정격 구분 DC Type BK20S-DC110 BK20S-DC600 BK20S-DC1000 BK20S-DC1500 극수 [Pole] 2P 3P 정격전압 Un [V] DC110 DC600 DC1000 DC1500 최대연속동작전압 Uc [V] DC220 DC700 DC1200 DC1800 전압보호수준 Up [kv] 1.0 2.5 3.9 4.5 공칭방전전류 In [ka] 20 20 20 20 최대방전전류 Imax [ka] 40 40 40 40 임펄스전류 Iimp [ka] - - - - 등급 Test Class Class II 반응시간 상태표시 < 25ns 상태표시有 사용온도범위 -40 ~80 연결전선단면적 size(mm²) 6mm² 이상 액세서리 AL 주 1) 규격 IEC 61643-11 / UL1449 인증취득 CE CE, UL CE, UL CE 주 ) 1. AL 접점액세서리는단독판매되지않으며, 제품주문시액세서리를선택하셔야합니다. 주문의유의하여주시기바랍니다. 전선체결단자부 MOV 본체를교체할수있음 DIN Rail 취부대 MOV 본체 Common Bar 8

외형치수 BK20S-DC [ 단위 : mm] 45 35 90 45 35 90 51.5-36(2P) + 51.5-54(3P) + 70 70 2 극 3 극 설치결선방식 회로도 + - + - + - + - 14 12 14 12 + - + - 11 11 2극 3극 2극 3극 9

형명체계 Din type (AC) BK 20 S T2 2P 385V 40kA AL 기본형식 In/Iimp (ka) Type Class level Poles Uc Imax Option BK 05 1) S Din-rail T1 Class I 1P 385V 10kV 3) - 없음 10 T2 Class II 2P 20kA AL AL 접점 20 T3 Class III 3P 40kA 30 4P 60kA 40 1P+N 80kA 12.5 2) 3P+N 50kA 4) * 주 1) Class III 제품으로 Imax 5kA 표시함. 2) Class I 제품으로 Iimp 12.5kA 표시함. 3) Class III 제품으로 Uoc 10kV 표시함. 4) Class I 제품임. Din type (DC) BK 20 S DC 2P 220V 40kA AL 기본형식 In (ka) Type Class level Poles Uc Imax Option BK 20 S Din-rail DC110 2P 220V 40kA - 없음 DC600 3P 700V AL AL 접점 DC1000 1200V DC1500 1800V 10

서지보호기기술자료 (BK series) 서지 (Surge) 의개념 IEC 의정의에의하면, 서지 (Surge) 란 Line 또는회로를따라서전달되며, 급속히증가하고서서히감소하는특성을지닌전기적전류, 전압, 또는전력의과도파형이다. (IEC IEV 161-02-01) 비가내리고번개가치는날이면정전이되거나인터넷과전화가불통되는사고가종종발생한다. 또한전등이나전기기계스위치를켤때오디오음이찌그러들거나 TV 화면이떨리는데이는서지 (Surge) 때문이다. Power Problem 의주요유형 Surges, Swells, Short-term Over Voltages 낙뢰시, 계통전력선의 On/Off 시, 부하의 On/Off 및운전시등에의하여발생 정격전압의 150% 가초과되는전압을 Surge 라고한다. 전자부품 ( 장비 ) 의파손또는열화 Transients Transient 는 Surge 와유사하나순간적으로 1~2 Sine 파형에서만발생된다. 대용량데이터처리불가및장비파손 Positive impulse Transient 를 Spike 라하기도한다. 서지 (Surge) 의발생원인 1. 자연현상에의한 Surge 직격뢰 (Direct Strike) 낙뢰가구조물, 장비, 전력선등에직접뇌격하는것으로약 20kV 이상의전압과수 ka~300ka 이상의과전류가발생한다. 간접뢰 (Indirect Lightning) 송전, 통신선로에뇌격하여선로를통하여 Surge 가전도되는것으로발생빈도가가장많으며, 6,000V 이상의매우큰에너지를갖고있어이에의한피해가가장많고크다. 유도뢰 (Inducement Lightning) 낙뢰지점인근대지에매설된전원선, 통신선, 금속파이프등도체를통하여유도되는고전압고전류의유입으로인하여접지전위의급상승으로 Surge 가발생한다. 방전 (Bound Change) 지상과구름, 구름내, 구름과구름사이의방전으로유도된전하가전력선, 금속체또는지표로흘러장비를손상시킨다. 11

서지보호기기술자료 (BK series) 서지 (Surge) 의발생원인 2. 개폐및기동에의한 Surge 변전소에서고압전력공급선을스위칭할때최고 6,000V, 분전함주전원스위치를작동할때는최고 3,000V 의개폐서지가유입될수있다. 그리고중장비시동때도최고 3,000V 의전압임펄스가발생된다. 이외에주위에서아크용접기, 컴프레셔, 진공청소기, 사무기기등을사용할때도 400~1,000V 의임펄스와노이즈가발생한다. 서지 (Surge) 에의한피해 Surge 에의한피해는최근들어건물의인텔리전트화, 각종제어시스템도입의증대, 유비쿼터스도입등으로급속히늘어나는추세이다. 국내의경우아직 Surge 로인한피해에관하여정확한연구가없지만, 미국의경우고압과과전류로인하여전자화한 System 의장애가발생하여시간과경비의피해규모가산업계에서만매년 260 억달러에이르는것으로추정하고있다. 아래표에서보는바와같이전자장비의경우원인불명의고장중 88.3% 는 Surge 에의한것이다. Power Disturbance 월평균발생횟수백분율 (%) Oscillatory transients 62.2 48.8 Voltage spike 50.7 39.5 Under voltage 14.4 11.2 Over voltage 00.0 0.00 Blackout 0.06 0.05 Total 127.9 100 * Transaction on Power Apparatus and system July-August. 1974 issue 1974 IEEE ( 국제전기전자기술자협회 ) 서지 (Surge) 테스트파형 (IEC 규격 ) Surge 전압파형 1.2/50 μs Surge Voltage Wave form 전압파형의경우유도된 Impulse 가상승하기시작부터그당시유도된최고치의 10~90% 까지올라가는데 1.2 μs (IEC 60-1) * 시간이걸리고, 하강할때 50%(IEC 469-1) * 까지도달되는시간 50 μs가소요된다. 전압파형은전류파형에비해상승시간은짧은편이나지속되는시간은전류에비해두배이상지속된다. * IEC 60-1 : High Voltage Test Techniques part1 : general definition and test requirements * IEC 469-1 : Pulse Techniques and Apparatus part 1 : pulse terms and definitions Surge 전류파형 8/20μs Surge Current Wave form 전류파형은상승곡선 10% 에서최대전류치 (1pk) 의 90% 까지소요시간은 8 μs, 하강곡선의 50% 까지떨어지기까지는 20 μs가소요된다. 12

낙뢰의개요 서지의주요발생원인낙뇌현상은첨단장비와인명에게까지피해를주는발생원입니다. 직격뇌가전산장비에유입될경우에는장비와인명의보호를기약할수가없다, 따라서우선직격뢰에의한피해의대책은, 적정한보호지역을선정한피뢰침을시설하여 1 차보호를해야하며, 계통에서는 SPD 를사용하여설비피해를대비해야합니다. 낙뢰의형성원리 뇌운은수직으로긴구름으로여름철에는높이가 12,000[m] 이상이나됩니다. 뇌운안에서이루어지는전하의분리와축적메카니즘에대한설명으로대표적인것은다음과같습니다. 뇌운안에는강한상승기류가있으며, 이안에서큰싸라기눈과작은얼음입자가충돌합니다. 이때큰싸라기에는플러스 (+) 전하가대전해상승기류작용에의해위쪽으로운반됩니다. 이처럼뇌운안에서위쪽에정 (+) 전하, 아래쪽에부 (-) 전하가축적됩니다. 또한아래쪽에는다른메카니즘에의해발생하는 포켓전하 라고부르는정전하도부분적으로축적되어있습니다. 낙뢰의진행매커니즘 부 (-) 극성하향리더에의해서진전하는낙뢰는부전하운과뇌운의맨하부에존재하는포켓정전하에의해서예비절연파괴가발생하며, 이로인하여뇌운의하단에서계단상리더 (step leader) 가생성되어진전과중지를반복하면서대지를향해서이동하게됩니다. 계단상의리더가대지가까이에접근하였을때대지로부터상향의스트리머방전이발생하게되어하향리더와만나는순간대지로부터다량의전하가계단상리더의도전통로의전하를중화시키도록귀환뇌격 (return stroke) 이뇌운을향하여진행하게됩니다. 13

서지보호기기술자료 (BK series) 서지 (Surge) 의유입경로 뇌방전현상에의해뇌서지가최종적으로전기및전자장비에유입되는경로는크게세가지로구분됩니다. 직격뢰 (Direct Lightning) 낙뢰가지상의피뢰침, 건축구조물, 전력선, 안테나, 배관등에직접떨어지는현상으로서뇌방전에너지전체가유입되므로서극심한파괴력을동반합니다. 일반적으로뇌격전류의진행경로주변의전기기기나전자장비등은손상을입게되며, 화재발생의위험성도높습니다. 피뢰침등외부피뢰설비가있는건축물의내부설비에직격뢰가직접떨어질가능성은희박하나, 직격뢰의일부 ( 약 15% 정도 IEC 61643-12) 가전력선또는접지선으로분류될수있습니다. 이처럼, 직격뢰의일부가흐를수있는전력설비의기점 ( 주접지단자와본딩된수배전반, 주전원반 ) 에는 1 등급 (Class Ⅰ) SPD 가설치되어야합니다. 간접뢰 (Indirect Lightning) 건축물로부터어느정도거리에떨어진지역에서직격뢰가발생한경우로서, 뇌방전에너지일부가외부인입선과접지계통을경유하여간접적으로설비로유입됩니다. 따라서, 피뢰침등과같은외부피뢰설비가필요없는차폐된환경일지라도외부로부터유입되는간접뢰서지에대비해 2 등급 (Class Ⅱ) 또는 3 등급 (Class Ⅲ) SPD 가설치되어야합니다. 유도뢰 (Induced Lightning) 낙뢰가건물의피뢰침에낙뢰시또는지상건축물주변의나무나지표에떨어지거나근거리에서뇌운간의방전시강한전자파유도로나타나는현상으로서, 건물내의전력선간선이나통신, 신호선로의중간지점에서도발생할수있습니다. ClassⅠ 등급 SPD 가설치된건물내기점으로부터수직배선거리로 20m 이상떨어진선로의분기점에는유도뢰서지를방지하기위한 Class Ⅱ 등급 ( 예, 분전반 ) 또는 Class Ⅲ 등급 ( 예, 단독부하제어반, 세대분전반 ) 의 SPD 가설치되어야합니다. 14

서지 (Surge) 로인한피해양상 내전압의약화소형, 경량화, 다기능화반도체소자 (IC) 의적용 : 100 V 이하의다양한정보통신기기의증가로인하여서지로인한피해기기들은점점늘어가고있는추세입니다. 설비시스템의네트워크화로인한피해증가대부분의건물에서네트워크설비의증가로인하여건물내에서지 (Surge) 발생시네트워크로연결된모든장비에피해를줍니다. Surge/Noise 발생기기의증가 - 스위칭전력변화기기급증 - 유도부하의증가 - DC 부하의충전및방전현상 낙뢰발생의증가최근기상이변으로뇌우일수증가추세에있으며 (20 년평균 IKL=11 일, 최근 4 년간 31 일 ) 우리나라가아열대기후화됨에따라앞으로낙뢰는더증가할것으로보이며, 뇌격전류의크기도커질것으로예상되어집니다. 피해증가화재, 파손, 오동작, 무인설비의리셋, 제품제작불량률증가 ( 반도체부품 ) 의피해가증가합니다. 서지로인한전자기기의소손 15

서지보호기기술자료 (BK series) SPD(Surge Protective Device, 서지보호기 ) 란? SPD 란말그대로 Surge 로부터각종장비들을보호하는장치입니다. SPD 는과도전압과노이즈를감쇄시키는장치로써 SPD 또는 TVSS (Transient Voltage Surge Suppressor) 라고불리는데, 업계의전문가들은 SPD 라고부르고있습니다. 용어 SPD 와 TVSS 는상호호환되어사용됩니다. SPD 는전력선이나전화선, 데이터네트웍, CCTV 회로, 케이블 TV 회로및전자장비에연결된전력선과제어선에나타나는매우짧은순간의위험한과도전압을감쇄시키도록설계된장비입니다. Tek stop: Single Seq 10kS/s Tek stop: Single Seq 10kS/s 1 1 Ch1 500mV~ B W M 5ms ch1 490mV Ch1 500mV~ B W M 5ms ch1 490mV 서지발생파형 Wave form of Surge formation 서지차단파형 Wave form of Surge isolation 예 ) SPD 의일반적서지차단 서지보호기의동작원리 SPD( 서지보호기 ) 를설치하는목적은어떠한이유로해서계통에서지전류가들어올때, 그전류가부하를통해흐르지않고서지보호기자신을통해흐르도록하여부하에서발생하는전압강하가과다하게상승하는것을막아서부하를보호하려는것이다. 이는계통에서지가들어올경우에, 임피던스가낮은통로 ( 즉 SPD) 를통해서지전류를흘려줌으로써달성할수있다. MOV 는정상상태에서매우큰임피던스를가지는부품이다. 여기에전압서지가걸리면 MOV 의임피던스가급격히낮아지면서서지를부하가아닌다른통로로흘려보내는저임피던스통로가된다. 서지보호기에는막대한전류가흘러도전압이크게상승하지않는다. SPD 의서지억제개념도 16

MOV 는서지전압을감쇄시키는기술가운데가장믿을만한기술이다. MOV 의클램핑특성이믿을만하기때문에전원용으로는 95% 이상의 SPD 가 MOV 를채택하고있다. SAD(Silicon Avalanche Diode) 는데이터선이나통신선용 SPD 로자주쓰인다. MOV 의대표적인특성은다음과같다. 정상전압에서는전류를거의흘리지않는다. 전압이올라가면전류를많이흘린다. 전류가많이흘러도전압강하가높아지지않는다. SPD 의전압 전류특성곡선 * 인가전압이상간 380V 이지만, 서지보호기는접지를시키기때문에대지전위차에의해 220V 가됨. 서지보호기는최대연속동작전압 (MCOV) 와전압보호수준 (Up) 를고려하여선정 / 설치해야함. 17

서지보호기기술자료 (BK series) 전원용설비보호 1 차보호저압배전반의 ACB 2 차측에 Surge Protector 를설치하여외부로부터침투하는 Surge 를억제한다. 2 차보호각건물의분전반또는 UPS, AVR 입력단에 Surge Protector 를설치하여잔여 Surge 및내부발생 Surge 를억제한다. 3 차보호정밀제어장비의전원입력단에 Surge Protector 를설치하여부하의손상을최소화시키도록한다. 설비구성에따른서지보호기적용 *BKS-A/C/E 제품은전원용에해당 18

서지보호기의종류 서지 (Surge) 보호기는특성에따라전압스위칭형과전압억제형으로구분되어집니다. 전압스위칭형 SPD 1) 방전형 SPD 의특성 SPD 의방전개시전압을초과하는서지 (Surge) 가유입되면순간적으로 1 ~ 2 cycle 동안방전이이루어지며방전시단락상태가되어급격한전류가 SPD 를통하여흐르게되어순간전압강하를동반하게됩니다. 2) 소자의구성방전형 SPD 에는방전소자인 Gas Tube, Air Gap 소자들이사용됩니다. 3) 동작원리방전개시전압이하에는개방상태로있으며방전개시전압을초과한전압에대해서는순간단락의도통상태가됩니다. 도통상태는최대약 2 cycle 동안지속되며서지 (Surge) 가제거되면자동적으로개방상태로복귀합니다. 전압억제형 SPD 1) 전압억제형 SPD 의특성전압억제형 SPD 는방전형과는달리전압을특정 level 까지만제한하는방식으로제한전압을 clamping voltage 또는 suppression voltage 라고부르며선로임피던스와피뢰기임피던스의상관관계에의하여억제전압이결정됩니다. 2) 소자의구성소자는비선형전압 / 전류특성을갖고있는 MOV(Metal Oxide Varistor), 반도체 Diode, Sidactor 등의소자들이사용됩니다. 3) 동작원리동작전압을초과하는전압에대하여매우낮은임피던스를갖게되며동작전압이하에서는매우높은임피던스를갖게되어선로임피던스와서지보호기 (SPD) 임피던스의상관관계에의하여전압이억제되도록작동됩니다. 19

서지보호기기술자료 (BK series) Din-Rail Type SPD Din-Rail Type SPD 는난연성수지케이스에보호소자를넣어플러그인타입으로제작한보호소자교체형제품입니다. 개별적인보호모듈조합으로이루어져있습니다. Plug-in Type 으로보호소자별교체가가능합니다. 기계식접점을제공하여편리한유지보수환경을제공합니다. 보호소자교체형으로편리하고, 기본사양 ( 보호모듈 ) 만제공되므로, 별도의구성품은설치시현장여건에맞게조합해야합니다. MOV 의수명이다하면아래와같이붉은레버가앞으로나옵니다. 전선체결단자부 상태표시레버 MOV 본체를교체할수있음 DIN Rail 취부대 MOV 본체 Common Bar AL Accessory 사고발생시알람액세서리를통해사고신호를확인할수있습니다. 정상상태 서지발생시 No C Nc No C Nc * 정상상태 (Nc 접점상태 ) 에서는정상작동하다가서지발생에따라제품열화발생으로내부분리기가동작되면 AL 접점이 No 접점으로전환됩니다. 20

서지보호기의적용소자별특성 산화아연바리스터 (MOV: Metal Oxide Varistor Varistor) MOV 는전압에따라현저하게저항값이변화하는성질이있습니다. 정상상태에서설정된절연파괴전압까지는절연상태 ( 고임피던스 ) 를유지하나최대허용전압을넘는서지 (surge) 전압이유입되면급격히임피던스가저하되어서지 (surge) 전류가흐르는경로를제공하게됩니다. 산화아연바리스터 (MOV) 의 V-I 특성 MOV 의동작특성 MOV 등가회로 21

서지보호기기술자료 (BK series) 서지보호기의적용소자별특성 가스방전갭 (Gas gap) 1,000V 까지다양하며방전전류내량높아서 300,000A 까지서지전류를흘릴수있는소지도있습니다. 응답속도가느리고속류를유발하는특성이있기때문에근래에는특수한경우에만사용하고있습니다. 방전전압이인가되어야동작하고, 평상시에는누설전류가거의없다는장점때문에통신계통에서고속의정보처리를원하는경우에다른소자와결합하여사용합니다. 방전관의 V-I 특성 방전관의동작특성 22

실리콘억제소자 제너다이오드 (Zener diode)=> 터널효과 (tunnel effect) 다이오드 (avalanche diode)=> 전자항복효과 응답속도 : 다른소자에비해아주 0.001~0.01 빠름. ( μs ) 특징 : 동작전압이낮고수 V 의전압을억제할수있습니다. 적용 : 제너다이오드의일종으로서지에대한내량을증대시킨 TVS(Transient Voltage Suppressor) 소자를주로사용하는추세입니다. 실리콘억제소자의 V-I 특성 실리콘억제소자의동작특성 23

서지보호기기술자료 (BK series) 서지보호기의적용소자별응답특성 서지전류파형파형 전압제한형식 SPD 의응답 전압스위칭형식 SPD 의응답 1 포트복합형식 SPD 의응답 2 포트복합형식 SPD 의응답 터기능내장 2 포트전압스위칭형식 SPD 의응답 24

서지보호기적용용어 서지보호장치 (SPD) (surge protective device) 일시적과전압과서지전류의스위칭을제한하기위한장치. 이장치는최소한하나의비선형부품을포함하고있습니다. 정격전압 (Un, rated voltage) SPD 를적용할계통의정격전압전력계통용 : 110V, 220V, 380V 통신계통용 : 6V, 12V, 24V 연속동작전류 (Ic) (continuous operating current) 각모드에최대연속동작전압 (Uc) 을가하였을때, SPD 의각보호모드를통해흐르는전류를말합니다. 최대연속동작전압 (Uc, MCOV) (maximum continuous operating voltage) SPD 가연속적으로운전될수있는전압의최고치일반적으로공칭전압의 120% 임. SPD 가이전압을초과하는전압에노출되면, 과열되면서수초안에고장난다. 전압보호수준 (Up) (voltage protection level) SPD 의특성을나타내는값이며, 제한전압보다큰값을 IEC 규격의우선값리스트에서선택한다. 제한전압 (Measured limiting voltage) SPD 에공칭방전전류 (In) 을흘릴때, SPD 단자양단에나타나는전압 잔류전압 (Ures) (Residual voltage) 방전전류의통과로인해 SPD 의단자간에나타나는전압의피크값. 일시적과전압 (Ut) (Temporary overvoltage) 보호장치가내전압 (withstand) 가능하며특정지속시간동안최대연속동작전압 (Uc) 을초과하는최대실효값또는직류전압. 네트워크의일시적과전압 (Utov) (Temporary overvoltage of the network) 상대적으로오랫동안일정위치에서네트워크에발생하는전원주파수과전압 TOV 는 LV 시스템 (Utov) 또는 HV 시스템 (Utov) 내부결함으로인해발생합니다. 공칭방전전류 (In) (nominal discharge current) SPD 를통해 8/20 파형전류를흘렸을때, SPD 가 15 회를버틸수있는전류값. 임펄스전류 (Iimp) (impulse current) 동작시험의시험시퀀스에따라시험된전류피크값 (I peak) 과전하 (Q). Ⅰ 종 SPD 분류를위해사용됩니다. 조합파 (combination wave) 개회로 (open circuit) 횡단 1.25/50 전압임펄스와단락 (short circuit) 에서의 8/20 전류임펄스를적용하는발생장치에서생성됩니다. SPD 로전달되는전압, 전류진폭과파형은발생장치, 그리고서지를채택한 SPD 의임피던스에의해정의됩니다. 8/20 전류임펄스 (current impulse) 8 μs의가상파두상승시간 (front time) 과 20 μs의반치 (half-value) 도달시간을갖는전류임펄스 1.2/50 전압임펄스 (voltage impulse) 1.2 μs의가상파두상승시간 ( 피크값의 10% 에서 90% 까지의상승시간 ) 과 50 μs의반치 (half-value) 도달시간을갖는전압임펄스 열폭주 (thermal runaway) SPD 의공급전원소모 (dissipation) 가내부소자의오동작으로이어지는온도에서누적상승을유도하며용기와접속의소모용량을초과하는동작조건 열적안정성 (thermal stability) SPD 는온도상승을일으키는동작시험이후 SPD 의온도가 SPD 의특정최대연속동작전압과특정온도조건에서가압되는시간으로하강하면열에안정적입니다. SPD 차단기 (SPD disconnector) SPD 오동작시, 시스템에서 SPD 를차단하는장치. 시스템에발생하는지속적인오동작을방지하고 SPD 오동작에대해가시적으로지시하기위한목적으로설치함. 반응시간 (response time) SPD 최대연속동작전압 (Imax) 보다높은서지전압이인가될때, 스위칭이시작될때까지의시간 보호모드 (protection mode) SPD 의서지억제소자는선과선 (line to line), 선과접지 (line to earth), 선과중선선 (line to neutral), 또는중선선과접지 (neutral to earth) 사이에접속되어, 두점사이에걸리는서지를억제하게되는데, 이러한접속경로를보호모드라한다. 최대방전전류 SPD 를통해 8/20 파형전류를흘렸을때, SPD 가 1 회에한해버틸수있는전류값. 25

서지보호기기술자료 (BK series) 서지보호기의선정 전원선, 뇌방전및대지전원상승에의한과전압과과전류에대한위험도를분석하여경제적인조건을고려하여 SPD 를선정한다. 아래표에나타낸선정절차에대한흐름도에따라순차적으로검토하여적절한성능을가지는 SPD 를선정한다. 선정절차 서지보호기의최대연속동작전압일시적과전압정격전류최대전류 서지보호기의최대연속동작전압과일시적과전압은전원계통의최대동작전압과일시적과전압보다높아야한다. 보호거리 ( 서지보호기의설치장소 ) 고장모드의예측수명 서지보호기와다른장치사이의관계 전압보호레벨의선정 정상상태 고장상태 서지보호기와과전류보호장치사이의서지보호협조 피보호기의서지내량 계통의공칭전압 회선에서사용된서지보호기사이의협조특성 누설전류가인체에영향을미치는가? 다른장치에장해를미치는가? 서지보호기가회로차단장치등다른소자에영향을미치는가? 정격전류에서과전압보호장치가동작하는가? 최대전류에서고장없이과전류보호장치의동작이허용되는가? SPD 선정시고려사항 SPD 를선정적용시에는하기의내용을고려해야합니다. 정상상태 1. 피보호설비로부터가능한한근접한위치에설치장치또는차단기로부터최대한근접시켜설치 SPD 접속도체의길이는가능한짧을것 2. 설비의입구에 SPD 또는장치에근접시킬것 SPD 의설치장소에따른등급선정 SPD 종별선택 Class Ⅰ: 뇌충격전류가부분적으로전파되는낙뢰피해가큰장소 Class Ⅱ: 낙뢰피해가적은저압배전반, 산업용분전반등설치 Class Ⅲ: 낙뢰비해가적은옥내콘센트, 가정용분전반등설치 보호대상기기의특성및유지보수조건을고려하여 Box-type SPD 또는 Din-rail SPD 를선택할것. Box-type SPD : 보호소자, 서지퓨즈, 수용함체, 부가기능등이일체형임. 유지보수비용이크나, 상대적으로안전함. Din-rail SPD : 설치시보호소자, 서지퓨즈, 수용함체, 부가기능등을조합해야함. 보호소자의선별교체가가능함. 26

뇌보호영역분류에따른적용 뇌보호영역분류 뇌보호영역 (LPZ : Lightning Protection Zone) 을공간적으로구분하고개개의공간내의장비내력에상응하는대책을세워야함. KSC IEC 62305-1 에정의된구조물의뇌에대한위협의정도를외부영역인 LPZ 0 과내부영역인 LPZ 1, 2,..n 로구분하여나타냄. * KSC IEC62305-4 LPZ 0A 영역 : 직격뢰에의한뇌격과전반적인뇌전자계의위협이있는지역. 내부시스템은뇌서지전류의전체또는일부분이흐르기쉽습니다. LPZ 0B 영역 : 피뢰침에의한직격뢰에의한뇌격은보호되나전반적인뇌전자계의위협이있는지역. 내부시스템은뇌서지전류의일부분이흐르기쉽습니다. LPZ 1 영역 : 경계지역의전류의분류나 Ⅰ 등급 SPD 에의해서지전류가제한된지역. 뇌격에의한전자계를약화시키기위해서는공간차폐가이용됩니다. LPZ 2,...,n 영역 : 전류의분류나경계지역의 Ⅱ 등급또는 Ⅲ 등급 SPD 에의해서지전류가더욱제한된지역. 뇌전자계의형성을더욱약하게하기위해추가적인공간차폐가이용됩니다. 27

서지보호기기술자료 (BK series) 뇌보호영역분류에따른적용 LEMP 에의해서발생하는전자계에의해서건축물내부의설비나전기 / 전자기기에장해가발생하지않도록 LEMP 의세기가다른영역즉, 피뢰구역을정하며, 피뢰구역내부에이상전압이발생하지않도록금속물이나전력선, 통신선, 수도관등을피뢰영역의경계부분에서확실하게공통접지로연결하여등전위화가이루어지도록합니다. 외부구역 (LPZ 0) 와내부구역 (LPZ 1) 의구분은명확하지만그외의피뢰구역의구분은명확하게규정되어있지않습니다. 피뢰구역내의설비에대한구체적인예는다음의표와같습니다. 피뢰영역 LPZ 0A LPZ 0B LPZ 1 LPZ 2 구체적인대상설비의예외등 ( 가로등, 보안등 ) 외피뢰침보호범위밖의설비옥상수전 ( 큐비클 ) 설비, 공조옥외기, 항공장해등, 안테나등옥외설비로서피뢰침보호범위안의설비건물내인입부분의설비 : 수변전설비, MDF, 약전단자함등간선분전반, 공용설비제어반, 전산실, 방재실등옥내단독차폐구역 주 ) LEMP : 뇌전자펄스, 전자펄스 (EMP) 중번개에의한것을 LEMP, 핵폭발에의한것을 NEMP 라한다. 28

SPD 를사용한단계별보호협조 1) 서지로부터내부시스템을보호대책전원과신호선로모두에대해협조된 SPD 설치 ( 시스템의고장을최소화할수있도록보호전압, 위치, 용량이잘선정된 SPD) 2) 다수의 LPZ 으로으로이루어진뇌보호영역각각의 LPZ 에상응하는 SPD ( 예 : LPZ 1 에는 SPD I, LPZ 2 에는 SPD II) 를로인입구에설치 전원시스템의 SPD 적용예 공간차폐물과협조된 SPD 보호를이용한 LPMS - 전도성서지와방사자계에대해잘보호된장치장치 - 1. SPD는다음지점에설치할수있습니다. - LPZ 1의경계 ( 예 : 주배전반 MB / ACB-Panel) ----> Class Ⅰ SPD - LPZ 2의경계 ( 예 : 2차배전반 SB / P-Panel) ----> Class Ⅱ SPD - 장비또는장비의근접지역 ( 예 : 콘센트 SA) ----> Class Ⅲ SPD 주 ) LPMS 는 LEMP 에대한보호시스템을의미합니다. * LEMP protection measures system 29

서지보호기기술자료 (BK series) 뇌보호영역분류에따른적용 Class Ⅰ SPD Class Ⅱ SPD Class Ⅱ SPD Class Ⅲ SPD Class Ⅲ SPD 주 ) 중부하기기또는경부하기기가 SPD 설치위치로부터차폐되지않은수직배선거리로 20m 이상떨어진경우에는추가적인보호를고려해야함. LPZ 별 SPD 선택기준 LPZ 1-10/350μs파형기준의임펄스전류 Iimp 15kA ~ 60kA 의 Class I SPD를적용합니다. LPZ 2-8/20μs파형기준의최대방전전류 Imax 40kA ~ 160kA의 Class II SPD를적용합니다. LPZ 3-1.2/50μs, 8/20μs조합파기준의 Class III SPD를적용합니다. 30

설치시고려사항 서지보호기는그설치방법에따라성능차이를나타냅니다. 따라서, 하기의사항을고려하여서지보호기의설치를합니다. 1) 보호와설치방법보호하고자하는기기또는설비가충분한과전압내량을가지는경우여러가지배전계통에대하여분전반입구에근접한위치에충분한서지내량을가지는 SPD 를설치하면거의대부분의설비는보호할수있습니다. 2) 왕복진동현상보호하고자하는기기또는설비와 SPD 사이의거리가먼경우입사하는서지의왕복진동에의해서 SPD 제한전압의약 2 배정도의전압이보호하고자하는설비에발생합니다. 서지의왕복진동은배선길이가 10m 미만의경우는무시할수있지만, 10m 이내의경우에도 2 배이상의전압이발생될수있으므로보호하고자하는기기또는설비내의보호소자와 SPD 의협조가잘이루어지도록하여야합니다. 3) 접속선의길이가장효과적인과전압보호를위해서는 SPD 배선용접속선의길이를짧게하고접속선의인덕턴스에의한유도전압을억제하는배선방법을적용하는것이필수적입니다. 4) 추가보호의필요성보호하고자하는기기또는설비에입사하는뇌서지전압이비교적낮은경우는건물의입구에설치하는 SPD 로도보호효과가충분하지만뇌방전에의해서건물내부에전자장이발생하는경우, 컴퓨터와같이매우정밀하고민감한설비또는, 보호하고자하는설비가입구에설치한 SPD 로부터먼경우추가보호장치를설치할필요가있습니다. 5) 등급시험에기초한 SPD 설치장소의선정뇌서지전압또는저전압배전계통에서발생하는과전압을고려하여적정한규격의 SPD 를선정하는것이매우중요합니다. 6) 보호영역의개념적절한서지보호의설계또는적용과관련하여 IEC 에규정되어있는보호영역의개념에기초하여보호영역을계층으로분류하고, 배전계통을세분하여 SPD 를설치하는경우보호영역의경계에 SPD 를설치하는것이가장바람직합니다. 31

서지보호기기술자료 (BK series) 설치시주의사항 제품사용전반드시사용설명서및안전상의주의를읽은후사용하여주십시오. 제품의사용설명서는최종사용자또는보수책임자에게전달하십시오. 안전상의주의 취급, 배선공사, 조작, 보수, 점검을행하기전에안전상의주의, 위험등을잘읽은후올바르게사용하여주십시오. 안전에관한중대한내용이기때문에반드시지켜주십시오. 위험 : 지시시항을위반한경우에사망또는중상을입게됩니다. 주의 : 지시사항을위반한경우에가벼운상해를입거나물적손상을입게됩니다. 위험 1. 제품의설치전반드시상위차단기를 OFF 시키십시오. 설치중감전사고의위험이있습니다. 2. 단자노출부에접촉하지않도록주의하여주십시오. 감전또는단락사고의원인이됩니다. 3. 2 개의노출된활선에절대로신체의일부가동시에닿지않게하여주십시오. 감전의우려가있습니다. 주의 1. 제품을설치하기전주의사항을반드시읽고설명에따라설치하여주십시오. 2. 잘못된설치로인한오동작또는사고가발생할위험이있습니다. 서지보호기의설치및보수는유자격자 ( 전기기술자 ) 가행해주십시오. 3. 빗물, 기름, 분진, 직사광선등의사용환경에는설치를피하여주십시오. 감전, 누전, 단락, 화재, 오동작이발생할위험이있습니다. 1) 사용온도 : -40~70 2) 상대습도 : 45~85% 3) 표고 : 2000m 이하 4) 이상한진동및충격, 과도한수증기, 기름, 연기, 먼지, 부식성 Gas, 가연성 Gas 등이없을것. 4. 제품의정격에맞는전원에접속하여주십시오. 정격이맞지않으면부동작또는고장의원인이됩니다. 5. 단자의체결토크가부족하면과열또는화재의원인이되므로제품별사용설명서에기재된체결토크를참조하여단자를확실히고정하여주십시오. * 상세내용은기종별취부방법참조. 6. 단자취부시접속도체와각상이평행하도록설치하십시오. 상간단락사고가발생할위험이있습니다. 7. 상간의절연저항측정및내전압시험은할수없습니다. 회로의선간에서상기의시험을할경우회로로부터본제품을떼어낸후행하여주십시오. 고장의우려가있습니다. 8. 전기기기의어스단자는반드시접지시켜주십시오. 9. 감전또는화재가발생할수있습니다. 10. 허가되지않은개조는행하지말아주십시오. 11. 제품폐기시폐기물관리법에따라처리하여주십시오. 32

MEMO 33

MEMO 34

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