서지 보호기 선택의 핵심 사항 및 관련 문제 분석

서지 보호기는 고효율 회로 보호 장치로, 순간적인 고전압, 고에너지 펄스에 노출될 때 빠른 속도(10⁻⁹초)로 원래의 고임피던스에서 저임피던스로 변환하고, 순간적인 고전압 간섭 펄스를 미리 정해진 전압으로 낮춰 장비 및 민감한 기기를 손상으로부터 효과적으로 보호하고 회로가 간섭 없이 작동하도록 합니다.

(1) 서지 보호 장치는 3단계로 나뉜다
1단계 보호는 송전선로에 직접 낙뢰가 발생했을 때 전달되는 직류 낙뢰 전류 또는 막대한 에너지를 방출하는 역할을 합니다. 1단계 보호 장치는 3상 전압 스위칭 전원 공급 장치용 피뢰기여야 하며, 피뢰 용량은 60kA 이상이어야 합니다. 일반적으로 일반 배전 설비에 사용됩니다.
2단계의 목적은 1단계 피뢰기를 통과하는 잔류 서지 전압 값을 1500~2000V로 더욱 제한하고 lpz1-lpz2의 등전위 연결을 구현하는 것입니다. 배전반 라인의 전력 피뢰기 출력을 2단계 보호 장치로 사용하는 경우, 전압 제한형 전력 피뢰기를 사용해야 하며, 해당 피뢰기의 피뢰 전류 용량은 20kA 이상이어야 합니다.

3단계 보호의 목적은 장비를 최종적으로 보호하고 잔류 서지 전압 값을 1000V 미만으로 낮추는 것입니다. 3단계 보호 장치로는 직렬 전압 제한형 피뢰기를 사용해야 하며, 피뢰 용량은 10kA 이상이어야 합니다. 일반적으로 단말 배전 설비에 사용됩니다.
서로 다른 배전 시스템에는 그에 맞는 서지 보호 장치를 선택해야 하며, 이는 TN(TN-S, NC, TN-CS), it 및 TT로 나눌 수 있습니다.

1) 기본 보호
목적은 서지 전압이 lpz0 영역에서 lpz1 영역으로 직접 흐르는 것을 방지하고, 수만에서 수십만 볼트에 달하는 서지 전압을 2500~3000V로 제한하는 것입니다.
가정용 변압기의 저전압 측에 설치하는 피뢰기를 1차 보호 장치로 사용할 경우, 3상 전압 스위칭 피뢰기를 사용해야 하며, 피뢰 용량은 60kA 이상이어야 합니다. 이 1차 피뢰기는 사용자의 전원 공급 시스템 입구의 각 상과 접지 사이에 연결되는 고용량 피뢰기입니다. 일반적으로 온라인 전기 설계 강의를 진행하는 Di 강사는 이 1차 피뢰기의 최대 피뢰 용량이 상당 100kA 이상이고 요구 제한 전압이 1500V 미만이어야 한다고 요구하며, 이를 클래스(Classi) 등급 피뢰기라고 합니다. 이러한 전자기 피뢰기는 낙뢰 및 유도 낙뢰의 큰 전류를 견디고 고에너지 서지를 끌어당겨 대량의 서지 전류를 접지로 우회시키도록 설계되었습니다. 중급 보호 장치는 주로 큰 서지 전류를 흡수하는 역할을 하기 때문에, 전력 피뢰기를 통해 임펄스 전류가 흐를 때 선로의 최대 전압을 제한 전압이라고 하며, 이러한 장치만으로는 전력 공급 시스템 내부의 민감한 전기 장비를 완벽하게 보호할 수 없습니다.

1단계 전력 피뢰기는 10/350us 및 100kA의 낙뢰파를 차단할 수 있어 IEC에서 규정한 최고 수준의 보호 기준을 충족합니다.
기술적 기준은 다음과 같습니다. 낙뢰 전류는 100kA(10/350us) 이상이어야 하고, 잔류 전압은 2.5kV 이하이어야 하며, 응답 시간은 100ns 이하이어야 합니다.
2) 2차 보호
목적은 1차 피뢰기를 통과하는 잔류 서지 전압 값을 1500~2000V로 더욱 제한하고, lpz1-lpz2의 등전위 연결을 구현하는 것입니다.
배전반 라인의 피뢰기 출력을 2차 보호 장치로 사용할 경우, 중요 또는 민감한 전기 장비에 전원을 공급하는 분기 배전소에 전압 제한형 피뢰기를 설치해야 하며, 해당 피뢰기의 피뢰 전류 용량은 20kJ 이상이어야 합니다. (전기 설계 온라인 강의 담당 디 선생님) 이러한 피뢰기는 사용자의 전원 공급 입력단에서 서지 보호기를 통과하는 잔류 서지 에너지를 더 효과적으로 흡수하고 과도 과전압에 대한 탁월한 억제 효과를 제공합니다.

여기에 사용되는 전력 피뢰기의 최대 임펄스 용량은 상당 45kA 이상이어야 하며, 요구되는 제한 전압은 1200V 미만이어야 합니다. 이러한 피뢰기를 2급 전력 피뢰기라고 합니다. 일반적으로 사용자의 전원 공급 시스템이 2급 보호 수준을 충족하면 전기 장비의 작동 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
C급 보호기는 2급 전원 공급 장치의 1상, 2상, 3상에 대한 완전 모드 보호에 사용되며, 주요 기술 매개변수는 다음과 같습니다. 낙뢰 전류 용량은 40ka(8/20us) 이상이어야 하고, 잔류 전압의 최대값은 1000V를 초과해서는 안 되며, 응답 시간은 25ns를 초과해서는 안 됩니다.

3) 3단계 보호
궁극적인 목적은 잔류 서지 전압을 1000V 미만으로 낮춰 장비를 보호하는 것이며, 이를 통해 서지 에너지가 장비를 손상시키는 것을 방지하는 것입니다.
전자정보기기의 교류 전원 입력단에 설치된 피뢰기를 3차 보호 장치로 사용할 경우, 직렬 전압 제한형 피뢰기를 사용해야 하며, 피뢰 용량은 10kA 이상이어야 합니다.
마지막으로, 내장형 피뢰기를 전기 장비의 내부 전원 공급 장치에 사용하면 작은 과도 과전압을 완전히 제거할 수 있습니다. 온라인 전기 설계 강의를 진행하는 디 선생님에 따르면, 여기에 사용되는 피뢰기의 최대 충격 용량은 상당 20kcal 이하이어야 하며, 요구되는 제한 전압은 1000V 미만이어야 합니다. 특히 중요하거나 민감한 전자 장비의 경우 3차 보호가 필요하며, 이는 시스템 내부에서 발생하는 과도 과전압으로부터 전기 장비를 보호할 수 있습니다. 마이크로파 통신 장비, 이동 기지국 통신 장비 및 레이더 장비에 사용되는 정류 전원 공급 장치의 경우, 작동 전압의 보호 요구 사항에 따라 적절한 작동 전압을 가진 직류 전원 공급 피뢰기를 선택하여 3차 보호 장치를 구성해야 합니다.

4) 보호 장비의 내전압 등급에 따라
2단계 낙뢰 보호 장치가 장비의 내전압 수준 이하로 전압을 제한할 수 있다면 2단계 보호 장치만으로도 충분합니다. 장비의 내전압 수준이 낮을 경우에는 4단계 이상의 보호 장치가 필요할 수 있습니다. 4단계 보호 장치의 낙뢰 전류 용량은 5kA 이상이어야 합니다.
(2) 서지 보호기 앞에 퓨즈와 회로 차단기를 설치해야 하는 이유는 무엇입니까?
서지 보호기를 통과하는 돌입 전류가 최대 허용 전류(IMAX)를 초과하면 서지 보호기가 고장나 작동을 멈추고 회로 단락 사고를 일으킵니다. 이러한 단락 사고를 차단하기 위해서는 회로 차단기나 퓨즈를 설치해야 합니다. 온라인 전기 설계 강의를 진행하는 디 선생님에 따르면, 모든 낙뢰는 서지 보호기의 노화를 유발합니다. 예를 들어, 전류가 장시간 흐르면 서지 보호기가 과열되어 노화가 가속화됩니다. 이때 회로 차단기나 퓨즈의 열 보호 시스템이 작동하여 서지 보호기가 허용 최대 온도에 도달하기 전에 서지 보호기를 차단해야 합니다.

서지 보호기의 퓨즈 및 회로 차단기 요구 사항: 정격 전류에서 8/20 마이크로초 및 1.2/50 마이크로초의 표준 테스트 펄스를 20회 인가했을 때 회로 차단기 또는 퓨즈가 트립되지 않아야 합니다. 서지 보호기가 고장 나 단락될 경우 회로 차단기 또는 퓨즈가 작동해야 합니다. 서지 보호기가 스위칭 모듈인 경우, 손상 모드가 개방 회로이므로 소형 회로 차단기 및 퓨즈 없이 보호할 수 있습니다.
퓨즈와 회로 차단기는 모두 서지 보호기의 우수한 보호 장치로 사용될 수 있습니다. 퓨즈의 특징은 과부하 및 단락 보호에 각각 사용되는 긴 지연 시간과 순간 전류 보호 기능입니다. 즉, 고장 발생 후에는 퓨즈를 교체해야 합니다. 회로 차단기의 특징은 순간 전류 보호 및 과부하 열 보호 기능을 갖추고 있다는 점입니다. 고장 발생 후 회로를 수동으로 재설정할 수 있으며, 부품 교체는 필요하지 않습니다.
입력 라인의 차이점을 확인하십시오. 3상 280V 5선식 또는 3상 380V 4선식 시스템에는 440V 서지 보호기를 선택해야 합니다. 단상 220V 2선식 또는 단상 220V 3선식 시스템에는 220V 서지 보호기를 선택해야 합니다. 또한, 선택한 서지 보호기의 보호 등급은 3상 280V의 경우 주거용 건물 입력 라인에서 2등급, 단상 220V의 경우 3등급이어야 합니다.
TN-CS 시스템 라인이 건물 전체 배전반에 들어가면, 펜 라인은 N 라인과 PE 라인으로 나뉩니다. 1상 라인과 펜 라인 사이에만 서지 보호기를 설치하면 됩니다.
서지 보호기 앞의 스위치로 퓨즈와 회로 차단기를 선택할 수 있습니다. 일반적으로 IMAX가 40kΩ 초과인 경우 40~63A를, IMAX가 40kΩ 미만인 경우 20~32A를 선택해야 합니다.

(3) 서지 보호기와 피뢰기는 같은 것입니까?
서지 보호기와 피뢰기는 모두 과전압, 특히 낙뢰로 인한 과전압을 방지하는 기능을 하지만, 적용 방식에는 많은 차이점이 있습니다.
1) 피뢰기는 0.38kV의 저전압부터 500kV의 초고전압까지 다양한 전압 레벨을 제공하는 반면, 서지 보호 장치는 일반적으로 저전압 제품만 제공합니다.

2) 피뢰기는 주로 1차 시스템에 설치되어 낙뢰파의 직접적인 침입을 방지하는 반면, 서지 보호기는 주로 2차 시스템에 설치되며, 피뢰기가 낙뢰파의 직접적인 침입을 차단한 후 또는 피뢰기가 낙뢰파를 차단하지 못하는 경우에 대한 보조적인 조치입니다.

3) 피뢰기는 전기 장비를 보호하는 데 사용되며, 서지 보호기는 주로 전자 기기나 계량기를 보호하는 데 사용됩니다.
4) 피뢰기는 주 전기 시스템에 연결되므로 충분한 외부 절연 성능과 큰 외관 크기를 가져야 합니다. 그러나 서지 보호기는 저전압에 연결되므로 크기를 매우 작게 만들 수 있습니다.