Surge Protector의 선정과 설치

Surge Protector의 선정과 설치

가. Surge Protector 선정의 검토사항

① 용도
 ㉠ 전원용

AC	단상, 3상 확인 / 인가전압 / 부하전류
DC	인가전압 / 부하전류

㉡ 통신용
통신기기의 종류 - 사용전압 - 연결단자를 확인

② 서지내량 (Surge Current Capacity)
설치장소의 환경과 전류량에 따라 Protector의 용량을 결정한다. 용량을 결정하는데는 먼저 환경, 즉 자연 발생적인 낙뢰의 위험성, 기동 및 개폐 Surge의 크기와 빈도등을 고려하고 그 다음으로 사용 전류의 양을 고려해야 한다.

㉠ 환경적 요인에 의한 용량 (Mode 당)

위험도	환          경	용    량
특고	낙뢰의 위험이 큰 산악, 해변, 평야 등에 철 구조물이 있는 곳	260KA 이상
고	낙뢰의 위험이 큰 산악, 해변, 평야 등	160KA이상
중	낙뢰의 위험이 크지 않은 곳	80KA 이상
저	낙뢰의 위험이 극히 적은 곳	80KA 미만

㉡ 사용전력에 의한 용량 (용량은 Mode 당 용량)
최소용량 = VA / 220 (예) 220V 50A의 경우 220×50÷220=50KA
적정용량 = VA / 150

• 낙뢰서지를 막기 위해서는 수전반에 최소 80KA 이상을 적용하는 것이 바람직하다.
• 수전반의 전류가 100KVA가 넘을 경우는 배전반으로 분산 설치하는 것이 비용대 효율면에서 유리하다.
• 대부분의 Protector는 Surge Current Capacity / Mode를 단위로 표기하지만 일부 업체의 경우 Peak Surge Current (Total Surge Current Capacity)를 사용하고 있는데 이는 각 Mode당 용량을 Phase로 곱한 수치를 단위를 사용한 것이므로 주의를 요한다.

③ 억제전압 (Clamping Voltage or let Through Voltage, Suppressed Voltage Rating)
Surge Protector를 선택함에 있어서 중요한 사항으로 Clamping Voltage는 낮을수록 좋다.
그러나 이러한 상식을 역이용하여 무리하게 Clamping Voltage를 낮출 경우 보호소자에 과다한 부하를 가하여 열화가 급격히 이루어져 수명을 단축시키므로 주의를 요한다. Clamping Voltage를 낮추기 위해서는High Clamping Voltage와 Low Clamping Voltage를 조합하여 단계적으로 낮추는 것이 바람직하다.

④ 보호수명 (Perpetual Protector)
Protector의 수명은 설계 방법 및 Clamping Voltage와 밀접한 관련이 있다.

나. 전원용 서지 방지기
낙뢰의 우험성이 높은지역은 전원 계통의 서지 방지기를 주전원, 패널, 장비로 구분해 3단으로 설치하여 단계적으로 보호 협조를 이루어야 한다. 서지 방지기의 용량은 지형적인 조건, 부하전류 등을 고려하여 너무 적지 않도록 적정한 용량을 결정하여야 한다.

① 주 전원용 서지 방지기
주 전원용 Surge Protector는 외부로부터 침투하는 전원선로의 Surge로부터 기기를 보호할 목적으로 설치하며 사용전압, 유입되는 서지의 크기 등을 고려하여 병렬형 서지 방지기를 수전반에 설치해야 한다. <*> ANSI/IEEE Cat. C1, C3

② 분전반 전원장치 보호용 서지 방지기
분전반용 서지 방지기는 분전반 또는 UPS, AVR등과 같은 전원 공급장치에 병렬형 서지 방지기를 설치해야 한다. <*> ANSI/IEEE Cat. C1, C2

③ 기기 보호용 서지 방지기
SCADA. DCS. RCS. RTU. PLC 등의 정밀 제어 장비나 유량계, 수위계, 온도계와 같은 계기는 Surge에 매우 예민하여 쉽게 손상되므로 이들 기기를 Surge로부터 보호하기 위해서는 기기의 전원 입력단에 설치하며 신호보호용 서지 방지기와 조합하여 System을 보호해야 한다. 이때 전원용 및 신호용 서지 방지기의 접지는 동일 접지를 사용하여 전원과 신호접지 사이에 접지 전위차가 발생하지 않도록 설치 해야 한다. 특히 정밀 제어 장비 보호용 서지 방지기는 Surge 뿐만 아니라 Noise 도 동시에 제거할 수 있는 직렬형의 서지방지기를 사용해야 한다. <*> ANSI/IEEE Cat. C1

※ Harmonic
계통 전원선에서 공급되는 전원은 정상적인 상태에서 60Hz의 정현파 (Sine-wave) 전류, 전압을 공급하고 있다. 그러나 이 60Hz의 정현파를 변조시키는 Harmonic Distortion (60Hz 기본파의 정수배. 주로 홀수 정수배로 정현파 전류 또는 전압의 여러 크기의 합)이 발생하여 전력 공급선과 System에 문제를 일으키는 경우가 많다. Harmonic을 발생시키는 Electrical Device 또는 Equipment로는 Power Switching으로 전력 변환을 하는 비선형 부하, Inverters, Variable Frequency Drivers, UPS, SMPS, DC Power Supply, Ballast 등) 이며, 이는 일반 선형부하와는 달리 부하 전류가 전압에 의하여 비례하지 않으므로 전원측으로 비정현파 전류 (Harmonic)가 흐르고, 회전 Impedence에 의하여 비정현파 전압 강하가 발생하여 그 결과 전원 전압의 파형을 찌그러지게 한다. 이런 비선형부하는 Switching시 Surge/Transients를 발생시키므로 Power Conditioner의 기능을 갖고 있는 Sine-Wave Tracking Filter 회로를 내장한 Surge Protector를 사용하여야 한다.

※ Power Conditioner
Impuse Transient, Oscillatory Transient, Harmonic 등으로 Sine-wave가 이상 파형으로 되었을 때 원래의 Sine-wave에 가깝게 해주는 Filtering 장치

④ 전원용 서지방지기의 설치

㉠ 전압
설치전에 실제 사용 전압과 서지 방지기의 전압 규격을 확인한다. 일반 강압트랜스를 사용하는 경우 중성선과 접지선 사이에 강압되기 이전 전압이 뜨는 경우가 있다. 이것은 Hot과 Neutral이 바뀌면 생길 수 있으며 이것을 바로 잡으면 해소될 수도 있다.

㉡ 접속 형태별 설치

직렬	전원용의 경우는 허용 전류를 확인하여야 한다. 용량 이상의 전류를 사용할 때는 과전류로 인한 문제가 발생한다. 직렬접속의 경우 보호 대상 장비에 최대한 가까이 설치하고, 접지선의 길이를 최소화한다. (전원 : 60cm 이내, 통신 : 30cm 이내) 접속이 완전하게 이루어졌는지 필히 확인한다.
병렬	선의 길이는 짧으면 짧을수록 좋다. 길이가 길어지면 그만큼 반응 속도가 느려진다. (40~60cm 이내)

다. 통신용 서지 방지기
신호용 및 통신용의 경우 동일 건물이 아닌 경우, 즉 옥외로 선로가 나갔다가 들어오는 곳에는 모두 서지방지기를 달아 주어야 한다. 지중선이든 공중선이든 옥외에 노출될 경우 유도서지가 유입될 수 있기 때문에 옥외 통신의 경우 선로 양단에 서지방지기를 부착해야 한다. 신호용 및 통신용 서지방지기의 경우 송수신기기가 예민하므로 송수신 전압을 꼭 확인하여 그에 적합한 제품을 선택하여야 한다. 저전압의 송수신기에 높은 억제 전압의 서지 방지기를 사용하면 신호 및 통신의 에러를 발생시킨다.

① 통신용 서지방지기
교환대에는 1차 보호용 서지 방지기, Model, Fax 등의 기기를 보호하기 위해서는 2차 보호용 서지 방지기를 사용하여야 한다. 통신용 서지방지기는 전원용 서지방지기와 조합하여 사용하여야 하며, 두 종류의 서지 방지기는 공통 접지를 사용하는 것이 좋다.

② 신호용 서지 방지기
신호용 서지 방지기는 신호 선로의 양단에 설치되어야 하며, 일반적으로 전원용과 조합하여 보호해야 한다.

㉠ Analogue 신호용 서지 방지기
Analogue 신호는 24Vdc, 1~10Vdc 4~20mA 등이 있다.

㉡ Digital 신호용 서지 방지기
디지털 신호는 접점방식, Pulse형 신호 등이 있으며, 대부분이 고속 통신을 하게 되므로 서지방지기에 의해 신호의 감쇄가 되지 않는 고속통신용 서지방지기를 설치하여야 한다.

※ 종류별 전압

신 호 명	사 용 전 압	비 고
RS-422, RS-485, LAN	5Vdc
RS-232C, LAN	12Vdc
24V I/O Line	24Vdc
Modern (Leased Line)	48Vdc	전 화
Transmitter	1~50Vdc/ac
4~20mA Current Loop	1~170Vdc/ac

도표의 전압은 경우에 따라 달라질 수 있으므로 서지 방지기를 설치하기 위해서는 필히 확인을 하여야 한다.
전용회선 고속통신(T1,E1)은 통신이 고속으로 이루어지므로 사소한 트러블에도 다량의 Data가 손상되므로 이를 충분히 감안하여 선택하여야 한다.