SPD의 시설이 필요한 경우

SPD의 시설이 필요한 경우

 

 

1. 서지보호장치(SPD : Surge Protective Divice)의 시설이 필요한 경우

① 저압 배전선 및 전기설비 부근의 낙뢰에 의해 공급 배전계통에서 전파되는 과도 과전압 및 통신계통, 접지계통 등을 통하여 위험한 과전압이 유입될 수 있으므로 전기설비 등을 보호하기 위해서는 SPD를 필요로 한다.

② SPD의 시설이 필요한 경우는 그림(Fig01)과 같다.

< Fig01. SPD의 시설이 필요한 경우에 대한 흐름도 >

 

< Fig02. 연간 뇌우일수도(IKL Map : 1996~2004, 한국전력연구원 제공) >

 

< 표01. 기기에 필요한 정격 임펄스 내전압 >

 

설비의 공칭전압* (V)		필요한 임펄스 내전압 (㎸)
3상 계통	단상3선	설비 인입구의 기기 (뇌임펄스 카테고리Ⅳ)	간선 및 분기 회로의 기기 (뇌임펄스 카테고리Ⅲ)	부하 기기 (뇌임펄스 카테고리Ⅱ)	특별히 보호된 기기 (뇌임펄스 카테고리Ⅰ)
-	120-240	4	2.5	1.5	0.8
(220/380) 230/400** 277/480**	-	6	4	2.5	1.5
400/690	-	8	6	4	2.5
1,000	-	시스템 기술자가 지정한 값
주 * IEC 60038(표준전압)에서 인용 ** 캐나다와 미국에서 대지 전압이 300 V를 초과하는 경우에 동일 카테고리 단의 높은 전압에 해당하는 임펄스 내전압을 적용한다. ( )안은 현재 국내에서 사용하는 전압으로 장래에 IEC 60038 표의 전압을 사용하기를 권장한다.
카테고리Ⅰ은 특별한 기기의 설계와 관련이 있다. 카테고리Ⅱ는 주 전원에 접속하는 기기의 제품 위원회와 관련이 있다. 카테고리Ⅲ는 설비 재료의 제품 위원회 및 특별 제품 위원회와 관련이 있다. 카테고리Ⅳ는 전기 사업자와 시스템 기술자와 관련이 있다.

 

* 단상3선식의 220 V에서는 단상3선 란을 적용하며, 3상3선식의 220 V는 (220/380)란을 적용한다.

* 과전압을 방지하기 위해서는 SPD의 사양을 이러한 임펄스 내전압보다 작게 설치하여야 한다. 이러한 예를 나타내면 그림(Fig03)와 같다. IEC 60364-4-44(2001)에서 규정하고 있는 건축물에서의 뇌임펄스 카테고리를 그림(Fig04)에 나타내었다. 4개의 카테고리로 분류되어 있으며 대상은 그림에 나타낸 장소 및 설비기기이다.

< Fig03. 과전압 카테고리에 있어서 바람직한 분류 >

 

< Fig04. 뇌임펄스 카테고리의 SPD 사양 사례(단상 220V) >

 

 

2. SPD의 규격, 형식 및 사양 등

1) SPD 관련 규격

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< 표02. SPD 규격 >

규격명칭	규격번호(제정년도)
	IEC	KS
저압배전계통의 서지보호장치
제1부 : 성능 및 시험방법	61643-1(2002)	KSC IEC 61643-1(2003)
제12부 : 선정 및 지침	61643-12(2002)	KSC IEC 61643-12(2005)
제 311부 : 가스방전관 규정	61643-311(2001)	KSC IEC 61643-311(2003)
[기본정보(General basic information)]	(TR 62066)
통신 및 신호망에 연결된 서지보호장치
제21부 : 성능요건과 시험방법	61643-21(2002)	KSC IEC 61643-21(2005)
제22부 : 성능 및 적용방법	61643-22(2002)

 

2) SPD의 형식

㈎ 저압배전시스템에 이용되는 SPD의 형식은 3종류의 클래스(등급)시험에 의해 분류되며, 각각의 타입 SPD는 표 3의 시험에 합격한 것이어야 한다.

 

< 표03. SPD의 형식 및 클래스 시험 >

SPD 형식	SPD에 실시할 시험 종류	시험항목 (KS C IEC 61312-1에 의함)
타입 Ⅰ	클래스 Ⅰ 시험	Iimp, In
타입 Ⅱ	클래스 Ⅱ 시험	Imax, In
타입 Ⅲ	클래스 Ⅲ 시험	Uoc

 

㈏ 클래스 Ⅰ시험

⒜ 공칭방전전류 In 및 최대임펄스전류 Iimp로 실시하는 시험을 말한다.

⒝ Iimp는 피뢰설비로부터 부분적인 뇌임펄스 전류를 상정한 시험조건에서 표 3의 Iimp 변수로 나타내는 조건으로 시험한다.

⒞ 이 시험조건에 가까운 뇌임펄스 파형은 10/350 ㎲ 파형으로 큰 에너지를 갖는 직격뢰에 대응하기 위한 시험이다.

⒟ 속류차단성능이 필요하고 스파크 갭식의 SPD가 해당된다.

 

< 표04. Iimp 변수 >

Iimp 변수	기호	단위	규격 값
50 ㎲이내의 전류최대 값	Ipeak	㎄	1	2	5	10	20
10 ㎳이내의 전하량	Q	As	0.5	1	2.5	5	10
10 ㎳이내의 에너지양	W/R	kJ/Ω	0.25	1	6.25	25	100

 

㈐ 클래스 Ⅱ시험

⒜ 공칭방전전류In 및 최대방전전류 Imax로 실시하는 시험을 말한다.

⒝ Imax는 SPD의 최대전류내량에서 통상 Imax>In이다.

⒞ 유도뢰 서지에 대응하기 위한 것으로 파형은 8/20 ㎲이다.

⒟ 다이오드나 바리스터 등의 대부분 SPD가 해당된다.

㈑ 클래스 Ⅲ시험

⒜ 콤비네이션파형(1.2/50 ㎲ 전압임펄스, 8/20 ㎲ 전류임펄스)의 개회로전압(Uoc)으로 실시하는 시험을 말한다.

⒝ 다이오드나 바리스터 등의 대부분 SPD가 해당된다.

㈒ 클래스 Ⅰ시험에 적합한 타입 I의 SPD는 일반적으로 직격뢰가 배전선으로 분류했을 경우의 뇌임펄스에 의한 피해를 방지하는 것으로 피로;설비가 있는 건축물에서 건축물 또는 설비의 인입구 부근에 설치한다.

㈓ 클래스 Ⅱ시험 또는 클래스 Ⅲ시험에 적합한 타입 Ⅱ 또는 타입 Ⅲ의 SPD는 배전선 내로 유도된 뇌임펄스에 의한 피해를 방지하는 것이다. 건축물 또는 설비의 인입구 부근에는 타입 Ⅱ설비 또는 기기 부근에는 타입 Ⅱ 또는 타입 Ⅲ의 SPD를 설치한다.

 

3) SPD의 사양

㈎ SPD 사양은 각각의 타입별로 표 5와 같이 임펄스전류, 공칭방전전류, 개회로전압, 최대연속사용전압 및 전압보호수준의 규격 값을 규정하고 있다.

㈏ 일반적으로 타입 Ⅰ은 뇌임펄스 전류가 부분적으로 전파되는 고 피뢰장소(예를 들어 피뢰설비에 의해 보호되고 있는 건축물에 대한 공급선 인입구)에 설치할 수 있다.

㈐ 타입 Ⅱ, 타입 Ⅲ는 일반적으로 저 피뢰장소에 설치할 수 있다.

 

< 표05. SPD의 사양 >

SPD 형식	임펄스전류	공칭방전전류	개회로전압	최대연속사용전압	전압보호수준
	Iimp	8/20	콤비네이션	50/60 Hz	1.2/50 ㎲
	Ipeak [㎄]	In[㎄]	Uoc[㎸]	Uc[V]	Up[㎸]
타입 Ⅰ	5, 10, 20	5, 10, 20	-	110, 130, 230, 240, 420, 440	4, 2.5
타입 Ⅱ	-	1, 2, 5, 10, 20	-		2.5, 1.5
타입 Ⅲ	-	-	2, 4, 10, 20		1.5