Surge Protector의 기본원리와 종류

Surge의 기본원리

서지를 제어하는 데는 2가지 방법을 쓸 수 있다. 하나는 서지를 빛이나 열로 변환시켜 완전히 소멸시키는 방법이다. 그러나 극히 짧은 순간에 높고 강한 서지를 열이나 빛으로 변환하는 것도 어렵거니와 그로 인한 주변의 피해 또한 서지를 그냥 두었을 때에 비하여 적다고 할 수 없을 것이다. 그 다음의 방법은 서지가 전원선으로 들어올 때는 서지를 접지선으로 흘려 주고, 서지가 접지로 유입될 때는 반대로 전원선의 전압을 보상해 줘서 억제전압 이하로 유지시키는 방법으로 서지방지기는 이 방식을 사용하고 있다.

단상 220V 전원선의 Hot Line으로 5000V의 서지가 유입된 경우

전원선의 Hot Line으로 서지가 유입되어 서지방지기의 동작 개시 전압 이상이 되면 서지 방지기는 유입된 서지를 중성선과 접지선으로 분기 시킴으로서 전원선의 전압을 서지억제 전압 이하로 안정시켜 출력한다.

단상 220V 전원선의 접지선으로 5000V의 서지가 유입된 경우

인근에 낙뢰가 있으면 대지전압이 상승하고 상승된 대지전압 (서지)은 접지선으로 유입된다. 유입된 서지로 인하여 전원선과 접지선간의 전압이 서지방지기의 동작개시 전압이상이 되면 서지방지기는 접지선으로 유입된 서지를 Hot line과 Neutral Line으로 분기시켜 전원선에 전압을 보상해줘서 전원선의 전압을 서지억제 전압 이하로 안정시켜 출력시킨다.

Surge Protector의 종류

가.Protector 방법에 따른 분류

전원용의 경우는 아래의 분류가 상당 부분 적용되지만, 통신용의 경우는 소자의 발전이 급속히 진행되어 아래의 구분이 거의 모호하다.

① 방전형 Surge Protector

1. 동작원리
   방전 개시전압 이하에서는 개방상태에 있다가 방전개시전압을 초과하는 Surge가 유입되면 순간적으로 도통상태가 되어 전류가 Surge Protector로 흘러 전압이 강하되며, Surge가 제거되면 다시 원래의 개방상태로 돌아간다.
2. 소자의 구성
   방전소자인 GAS Tube, Air Gap 등이 사용된다.
3. 특징
   방전형 Surge Protector는 일반적으로 상전개시전압이 사용전압에 비해 훨씬 느려 근래에는 거의 이 방식을 사용하지 않으며, 정밀장비 보호용에는 이 방식의 제품을 사용하지 않는 것이 좋다.

②억제형 Surge Protector

1. 동작원리
   전압이 동작전압 (Operating Voltage. 사용전압보다 15~25% 정도 높은 전압) 이하일 때는 매우 높은 Impedance를 갖고 있다가, 동작 전압을 초과하는 Surge에 대해서는 매우 낮은 Impedance를 갖는다. 선로 Impedance와 Surge Protector Impedance의 상관관계에 의해 Surge가 억제된다.
   억제형은 방전형과 달리 전압을 특정 level까지만 제한 하는 것으로 제한전압을 Clamping Voltage 또는 Suppressor Voltage라고 부르며 선로 Impedance와 Surge Protector Impedance의 상관관계에 의해 Clamping Voltage가 결정된다.
2. 소자의 구성
   전압 억제형 Surge Protector에는 비선형 전압 전류 특성을 갖고 있는 MOV, 반도체, Diode 등의 소자들이 사용된다.
3. 특징
   전압억제형 Surge Protector는 반응속도가 빠르고, Surge 흡수능력도 우수해 정밀장비 보호용으로 적합하며, 일반적으로 가장 많이 사용되고 있다. 특히 50KA 이상의 Surge Protector에는 거의 이 방식을 사용하고 있다.

③ 조합형 Surge Protector

방전형과 억제형을 조합하여 사용하는 방식으로 통신용으로 극히 일부 제품에 사용하고 있다.

나. 설치방법에 따른 분류

① 직렬형 (Serial Type) Surge Protector
주로 소용량에 안정된 전원을 요하는 System 이나 기기에 사용하며, Noise Filtering 기능을 갖고 있는 제품을 사용하므로서 비선형 부하에서 발생하는 Harmonic (비정현파)가 전류가 System이나 기기로 흐르는 것을 방지한다.
중·대용량 전원에 직렬형을 사용할 경우 전원의 연속성에 문제를 발생시킬 수 있으며 설치 및 유지보수가 어렵다.

② 병렬형 (Parallel Type) Surge Protector
수전반, 배전반 등의 중. 대용량 전원에 사용한다. 중·대용량 전원의 경우 전원의 연속성을 기할 수 있고 설치 및 유지보수가 쉬워 대부분 병렬형을 사용하며, 가장 바람직한 방식이다.