c iec 61643-12 2007 - ground

KS C IEC 61643－12KSKSKSKSSKSKSKS KSKSKS SKSKS KSKS SKS KS

저전압 서지 보호 장치－제12부：저전압 배전 계통에 접속한 서지

보호 장치－선정 및 적용 지침KS C IEC 61643－12：2007

산 업 자 원 부 기 술 표 준 원2007년 11월 30일 개정

http://www.kats.go.kr

2012-06-27, (주)그라운드에 라이센스를 부여하며 불법 복사 및 무단 배포를 금합니다.

KS C IEC 61643－12：2007

심의부회：전력기기부회

성 명 근 무 처 직 위

(위원장) 신 명 철 성균관대학교 교수

(위 원) 강 미 숙 영남대학교 화학과 교수

김 재 철 숭실대학교 교수

김 혜 림 한국전력연구원 책임연구원

박 현 숙 동아방송대 교수

홍 순 찬 단국대학교 교수

(당연직) 김 광 덕 대한전기협회 전기기술팀장

나 동 채 한국전력공사 표준품질팀장

임 승 학 한국전기공사협회 기술지원실장

전 기 중 한국전기안전공사 법정검사팀

부장

(간 사) 채 경 수 기술표준원 표준기술지원부 전기전자표준팀

표준열람 : 국가표준종합정보센터 (http://www.standard.go.kr)

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제정자：산업자원부 기술표준원장 제 정：2003년 8월 30일

개 정：2007년 11월 30일 기술표준원 고시 제2007-1125호

심 의 부 회：산업표준심의회 전력기기부회

원안작성협력자：산업표준심의회 전력기기부회

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이 표준에 대한 의견 또는 질문은 산업자원부 기술표준원 표준기술지원부 전기전

자표준팀(팀장 송양회 ☎ 02-509-7294)으로 연락하거나 웹사이트를 이용하여 주

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이 표준은 산업표준화법 제7조의 규정에 따라 5년마다 산업표준심의회에서 심의되

어 확인, 개정 또는 폐지됩니다.


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－i－

목 차 개요 ...............................................................................................................................................................1

1 적용범위 ....................................................................................................................................................1

2 인용규격 ....................................................................................................................................................1

3 용어와 정의...............................................................................................................................................2

4 시스템과 기기 보호 ................................................................................................................................11

4.1 저압 배전 시스템(low-voltage power distribution systems).............................................................11

4.2 보호 기기의 특성 .............................................................................................................................14

5 서지 보호 장치 ....................................................................................................................................... 14

5.1 SPD의 기본 기능..............................................................................................................................14

5.2 추가 요구사항 ..................................................................................................................................15

5.3 SPD의 등급 분류..............................................................................................................................15

5.4 SPD의 특성.......................................................................................................................................16

5.5 SPD 특성에 대한 부가 정보 ...........................................................................................................18

6 저압 배전 계통에서의 SPD 적용 .......................................................................................................... 22

6.1 SPD 설치와 보호 효과 ....................................................................................................................22

6.2 SPD 선정 ..........................................................................................................................................27

6.3 보조 장치의 특성 .............................................................................................................................33

7 위험성 분석............................................................................................................................................. 34

8 통신과 전력 단자의 양쪽 기기에 대한 협조 ........................................................................................ 34

부속서 A(참고) 조회 및 입찰에 대한 기본적인 정보와 시험 절차에 대한 설명 ................................... 35

부속서 B(참고) 일부 시스템에서 사용되는 Uc와 공칭 전압 간의 관계 및 ZnO 배리스터의

Up와 Uc 간의 관계에 대한 예 .........................................................................................39

부속서 C(참고) 환경－저압 계통의 서지 전압.......................................................................................... 41

부속서 D(참고) 부분적인 뇌전류의 계산................................................................................................... 46

부속서 E(참고) 고압 계통과 접지 사이의 고장으로 인한 저압 계통의 TOV......................................... 47

부속서 F(참고) 협조 규칙과 원칙 .............................................................................................................. 61

부속서 G(참고) 응용 예.............................................................................................................................. 70

부속서 H(참고) 위험성 분석의 응용 예 .................................................................................................... 75

부속서 I(참고) 시스템 스트레스 ................................................................................................................. 76


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－ii－

부속서 J(참고) SPD 선정에 관한 기준...................................................................................................... 80

부속서 K(참고) SPD의 응용 ....................................................................................................................... 82

부속서 L(참고) 위험성 분석 ....................................................................................................................... 97

참고문헌 .................................................................................................................................................... 100


한국산업규격

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저전압 서지 보호 장치－제12부： 저전압 배전 계통에 접속한 서지 보호 장치－선정 및 적용 지침

Low-voltage surge protective devices－Part 12：

Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems－Selection and application principles

개요 이 규격은 2002년 제1판으로 발행된 IEC 61643－12, Low-voltage surge protective devices－Part 12： Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems－Selection and application principles를 기초로, 기술적 내용 및 대응국제표준의 구성을 변경하지 않고 작성한 한국산업규격이다. 1 적용범위 이 규격에서는 50~60 Hz의 교류와 직류 전원 회로, 그리고 1 000 V r.m.s 또는 1 500 V d.c. 이하의 기기에 접속되는 SPD의 선정, 운전, 위치와 협조에 대한 원칙을 설명한다. 비고 1 전기를 이용한 견인 장치 등과 같은 특수한 용도에 적용하는 경우, 추가 시방이 필요할 수

도 있다. 비고 2 IEC 60364도 적용 가능하다. 비고 3 이 규격은 SPD에 한해서만 설명하며, 기기 내부를 구성하는 SPD 부품에 관한 내용은 설명

하지 않는다. 2 인용규격 다음에 나타내는 규격은 이 규격에 인용됨으로써 이 규격의 규정 일부를 구성한다. 이러한 인용규격 은 그 최신판을 적용한다. KS C IEC 60364－4－41, 건축 전기 설비－제4－41부：안전을 위한 보호－감전에 대한 보호 KS C IEC 60364－4－44, 건축 전기 설비－제4－44부：안전을 위한 보호－전압 및 전자파 장해에 대 한 보호 KS C IEC 60364－5－53, 건축 전기 설비－제5－53부：전기기기의 선정 및 시공－절연, 개폐 및 제어 KS C IEC 60529, 외곽의 폐 보호 등급 구분(IP 코드) KS C IEC 60664－1, 저압 기기의 절연 협조－제1부：원칙, 요구사항 및 시험 KS C IEC 60999－1, 접속 기구－동선용 나사형 및 꽂음형 전선 커넥터의 안전 요구사항－제1부：0.2 ~35 mm의 전선 커넥터 KS C IEC 61000－4－5, 전기 자기 적합성(EMC)－제4부：시험 및 측정 기술－제5절：서지 내성 시험


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KS C IEC 61312－1, 뇌 전자파 임펄스 보호－제1부：일반 원칙 KS C IEC 61643－1, 저전압 배전 계통의 서지 보호 장치－제1부：성능 및 시험 방법 IEC 60038, IEC 표준 전압 IEC 60364－4－443, 건축 전기 설비－제4부：안전 보호－제443절：대기 현상 또는 개폐에 기인한 과전압 보호 IEC 61008－1, 과전류 보호기가 없는 가정용 및 이와 유사한 설비용 누전 차단기(RCCBs)－제1부： 일반 규정 IEC 61009(모든 부), 가정용 및 이와 유사한 설비의 과전류 보호용 누전 차단기(RCBOs) IEC 61024－1, 건축물 등의 뇌 보호 시스템－제1부：일반 원칙 IEC/TS 61312－4, 뇌 전자파 임펄스 보호－제4부：기존 구조물의 기기 보호 IEC/TR 61662, 뇌로 인한 피해 위험 분석 3 용어와 정의 이 규격에서 사용되는 용어는 다음과 같이 정의한다. 비고 용어와 정의의 대부분은 KS C IEC 61643－1에서 인용하였다(대괄호 안에 번호가 표시되어 있

음). SPD를 적용하는 데 이해를 돕기 위해 필요한 부분에는 비고를 추가하였다. 3.1 서지 보호 장치(SPD) (surge protective device) 일시적 과전압을 제한하고 서지 전류를 분산시키기 위한 장치. 이 장치는 최소한 하나의 비선형 부 품을 포함하고 있다[KS C IEC 61643－1의 정의 3.1]. 3.2 연속 동작 전류(Ic) (continuous operating current) 각 모드에 최대 연속 동작 전압(Uc)을 가하였을 때, SPD의 각 보호 모드를 통해 흐르는 전류[KS C IEC 61643－1의 정의 3.12] 3.3 최대 연속 동작 전압(Uc) (maximum continuous operating voltage) SPD의 보호 모드에 지속적으로 적용되는 최대 실효값 또는 직류 전압. 정격 전압과 동일함[KS C IEC 61643－1의 정의 3.11]. 3.4 전압 보호 레벨(Up ) (voltage protection level) SPD의 성능적 특성을 나타내는 파라미터로써 단자 사이에 걸리는 전압을 제한하는 것이며, 우선값 (preferred values) 리스트에서 선정된다. 이 값은 측정된 제한 전압(measured limiting voltage)의 최 고값보다 크다[KS C IEC 61643－1의 정의 3.15]. 3.5 제한 전압 (measured limiting voltage) 규정된 파형과 진폭의 임펄스 적용시 SPD의 단자에서 측정한 전압의 최대 크기[KS C IEC 61643－1 의 정의 3.16] 3.6 잔류 전압(Ures) (residual voltage) 방전 전류의 통과로 인해 SPD의 단자 간에 나타나는 전압의 피크값 [KS C IEC 61643－1의 정의 3.17]


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3.7 일시적 과전압(UT) (temporary overvoltage) 보호 장치가 견딜 수 있으며, 특정 지속 시간 동안 최대 연속 동작 전압(Uc)을 초과하는 최대 실효값 또는 직류 전압 비고 1 다음 비고를 추가하여 KS C IEC 61643－1의 정의 3.18을 인용하였다. 비고 2 UT는 규정된 시간 동안 SPD가 정의된 특성을 가진다고 제조자에 의해 선언된 전압이다(정

의된 특성을 가진다는 것은 일시 과전압을 인가한 다음에도 성능에 변화가 없거나, 고장나더 라도 사람이나 장비에 아무런 해도 입히지 않는다는 것을 뜻한다).

3.8 네트워크의 일시적 과전압(UTOV) (temporary overvoltage of the network) 상대적으로 오랫동안 일정 위치에서 네트워크에 발생하는 전원 주파수 과전압. TOV는 LV 시스템 (UTOV, LV) 또는 HV 시스템(UTOV, HV) 내부 결함으로 인해 발생한다. 비고 일시적 과전압은 통상적으로 몇 초 동안 지속되며, 일반적으로 스위칭 동작 또는 사고[예를 들

면 급작스런 부하(load) 차단, 단상 사고 등], 그리고/또는 비선형성(철공진 효과, 고조파 등)으 로 인해 발생한다.

3.9 공칭 방전 전류(In) (nominal discharge current) 8/20의 전류 파형을 갖는 SPD를 통한 전류의 파고값(crest value). SPD를 II등급으로 분류하거나 I등 급 및 II등급 시험을 하기 위해 SPD를 사전 조절하는 데 사용된다[KS C IEC 61643－1 정의 3.8]. 3.10 임펄스 전류(Iimp) (impulse current) 동작 책무 시험의 시험 시퀀스에 따라 시험된 전류 피크값(Ipeak)과 전하(Q). I급 SPD 분류를 위해 사 용된다[KS C IEC 61643－1 정의 3.9, 수정]. 3.11 조합파 (combination wave) 개방 회로(open circuit) 양 끝의 1.2/50 전압 임펄스와 단락 회로(short circuit)에서의 8/20 전류 임펄 스를 인가하는 발생 장치에서 결정된다. SPD에 인가되는 전압, 전류 진폭과 파형은 발생 장치, 그리 고 전압이 인가되는 SPD의 임피던스에 의해 결정된다. 개방 회로 피크 전압에 대한 단락 회로 피크 전류의 비는 2 Ω이며, 가상(fictive) 임피던스(Zf)에 의해 정의된다. 단락 회로 전류는 (Isc)로 표시되며, 개방 회로 전압은 (Uoc)로 표시된다[KS C IEC 61643－1 정의 3.24]. 3.12 8/20 전류 임펄스 (current impulse) 8 μs의 가상 파두 상승 시간(front time)과 20 μs의 반값(half-value) 도달 시간을 갖는 전류 임펄스[KS C IEC 61643－1의 정의 3.23] 3.13 1.2/50 전압 임펄스 (voltage impulse) 1.2 μs의 가상 파두 상승 시간(피크값의 10~90 %의 상승 시간)과 50 μs의 반값(half-value) 도달 시간 을 갖는 전압 임펄스[KS C IEC 61643－1의 정의 3.22]


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3.14 열 폭주 (thermal runaway) SPD의 내부에서 소모되는 전력이 케이스(housing)와 접속 단자의 열방산 용량을 초과하여 내부 소자 의 온도가 상승하고 결국 SPD가 고장 나게 되는 운전 조건[KS C IEC 61643－1의 정의 3.25] 3.15 열적 안정성 (thermal stability) 온도 상승을 일으키는 동작 책무 시험 이후, 규정된 주위 온도 조건에서 규정된 최대 연속 동작 전 압을 SPD에 인가할 때 시간이 흐름에 따라 SPD의 온도가 감소하면 SPD는 열적으로 안정적이다 [KS C IEC 61643－1의 정의 3.26]. 3.16 SPD 차단기 (SPD disconnector) SPD가 고장날 때, 시스템에서 SPD를 차단(disconnect)하는 장치. 시스템에 발생하는 지속적인 오동 작을 방지하고 SPD 오동작을 가시적으로 지시한다. 비고 1 다음과 같은 비고를 추가하여 KS C IEC 61643－1의 정의 3.29를 인용하였다. 비고 2 SPD 차단기에는 최소한 세 가지 기능이 요구된다(배리스터에서의 열 폭주 등과 같은). 열과

관련된 문제로부터의 보호 기능, 내부 단락에 대한 보호와 간접 접촉에 대한 보호. 이러한 기능은 하나 또는 그 이상의 차단기에서 얻을 수 있다. 각 차단기는 SPD에 내장되어 있거나 외부에 장착되어 있다. SPD 회로 또는 전원 선에 사용할 수 있다.

3.17 형식 시험 (type tests) 새로운 SPD를 개발 완료할 때 실시하는 시험. 대표적 성능을 입증하고 관련 표준 규격에 대한 적합 성을 입증하기 위해 사용된다. 이 시험은 설계 자체가 변경되어 성능이 바뀌는 경우, 관련 항목만 다 시 시험한다. 이러한 경우를 제외하고 일반적으로 한 번의 시험을 거치면 더 이상 시험을 반복할 필 요가 없다[KS C IEC 61643－1의 정의 3.31]. 3.18 일반적인 시험 (routine tests) 각각의 SPD 또는 부품이 설계 시방과 일치하는지를 확인하기 위한 시험[KS C IEC 61643－1의 정의 3.32] 3.19 검수 시험 (acceptance tests) SPD 전체 또는 대표적인 시료에 대해 실시하기로 제조자와 구매자가 동의한 시험[KS C IEC 61643－ 1의 정의 3.33] 3.20 수납 보호도(IP 코드) (degrees of protection provided by enclosure) 위험한 부품, 외부의 고형 물질 그리고(또는) 물 등의 유입으로부터 수납하여 보호하는 범위(KS C IEC 60529 참조)[KS C IEC 61643－1의 정의 3.30] 3.21 전압 강하(퍼센트) (voltage drop)

ΔU = [ (Uin－Uout) / Uin]×100 %

Uin과 Uout는 정격 저항 부하가 연결된 상태에서 동시에 측정한 입력 전압과 출력 전압. 이 파라미터 는 2포트 SPD에만 사용된다[KS C IEC 61643－1의 정의 3.20].


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3.22 삽입 손실 (insertion loss) 일정 주파수에서 전력 시스템에 연결된 SPD의 삽입 손실은 시험 중에 있는 SPD의 삽입 이전과 이 후의 삽입 지점에서 전원 양 끝에 나타나는 전압의 비율로 정의된다. 결과는 dB로 표시된다[KS C IEC 61643－1의 정의 3.21]. 비고 시방과 시험은 고려 중에 있음. 3.23 2포트 SPD의 부하측 서지 내력 (load-side surge withstand capability for a two-port SPD) 부하측에서 발생한 서지에 대한 2포트 SPD의 내력[KS C IEC 61643－1의 정의 3.19] 3.24 단락 강도 (short-circuit withstand) SPD가 견딜 수 있는 최대 예상 단락 전류 비고 1 다음 비고를 추가하여 KS C IEC 61643－1의 정의 3.28을 인용하였다. 비고 2 이 용어의 정의는 직류와 교류 50/60 Hz 모두에 적용된다. 2개의 단락 강도는 입출력 단자가

분리된 2포트 SPD 또는 입출력 단자가 분리되어 있는 1포트 SPD에 대해 정의된다. 하나는 [내부 능동 부품(active parts)을 통과하는] 내부 단락에 대응하며, 다른 하나는 (부하 오동작 시) 출력 단자에서 직접 외부 단락에 대응한다. KS C IEC 61643－1에서 단락 강도 시험은 내 부 단락의 경우에만 해당된다. 외부 단락 시험은 현재 검토 중이다.

3.25 1포트 SPD (one-port SPD) 보호할 회로에 분기되어 연결된 SPD. 1포트 장치는 입출력 단자가 양 단자 간 특정 직렬(series) 임 피던스 없이 분리되어 있을 수 있다. 비고 1 다음 비고를 추가하여 KS C IEC 61643－1의 정의 3.2를 인용하였다. 비고 2 그림 1은 대표적인 1포트 SPD와 1포트 SPD[그림 1(c)]의 일반적 구성도를 나타낸다. 1포트

SPD는 병렬 연결[그림 1(a)] 또는 전원 선로에 직렬[그림 1(b)]로 연결된다. 병렬 연결의 경 우 부하 전류는 SPD를 통해 흐르지 않는다. 직렬 연결의 경우 부하 전류는 SPD를 통해 흐 르며 부하 전류에 의해 온도가 상승하고, 2포트 SPD처럼 최대 허용 부하 전류가 정해져야 한다. 그림 3 b)~3 d)는 조합파 발생 장치를 통해 8/20 임펄스가 적용된 1포트 SPD의 다양 한 반응을 나타낸다.

3.26 2포트 SPD 입출력 단자가 2포트로 구성된 SPD이다. 양 단자 간에 특정 직렬 임피던스가 삽입되었다. 비고 1 다음 비고를 추가하여 KS C IEC 61643－1의 정의 3.3을 인용하였다. 비고 2 제한 전압은 출력 단자에서보다 입력 단자에서 더 높다. 따라서 보호 기기는 출력 단자에 연

결되어야 한다. 그림 2는 대표적인 2포트 SPD를 나타낸다. 그림 3 e)와 3 f)는 2포트 SPD가 조합파 발생 장치를 통해 적용된 8/20 임펄스에 응답하는 과정을 나타낸다.

3.27 전압 스위칭형 SPD (voltage switching type SPD) SPD는 서지가 없을 때에는 고임피던스를 나타내지만, 전압 서지에 대해서는 임피던스가 급격하게 낮아진다. 일반적으로 전압 스위칭 장치로 사용되는 부품으로는 방전 갭, 가스 방전관(GDT), 사이리


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스터(실리콘 제어 정류기), 트라이액(triacs) 등이 있다. 이런 SPD는 “크로바형”(“crowbar type”)이라고 도 한다. 비고 1 다음 비고를 추가하여 KS C IEC 61643－1의 정의 3.4를 인용하였다. 비고 2 전압 스위칭 장치는 U에 대한 I가 불연속적인 특징이 있다. 그림 3 c)는 대표적인 전압 스위

칭 SPD가 조합파 발생 장치를 통해 적용된 임펄스에 응답하는 과정을 나타낸다.

a 1포트 SPD b 입출력 단자가 분리된 1포트 SPD c 1포트 SPD의 일반적 표시

그림 1 ― 1포트 SPD 예


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a 3－단자 2포트 SPD b 4－단자 2포트 SPD c 2포트 SPD의 일반적 표시 Z 입출력 단자 사이의 직렬 임피던스

그림 2 ― 2포트 SPD 예


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a 적용된 전류 파형 b 전압 제한형 SPD 응답 c 전압 스위칭형 SPD 응답 d 1포트 조합형 SPD 응답 e 2포트 조합형 SPD 응답 f 필터링 기능이 있는 2포트 전압 제한형 SPD 응답 비고 전압 레벨은 실제값을 표시한 것이 아니며, 예를 들어 설명한 것임.

그림 3 ― 1포트와 2포트 SPD의 조합과 임펄스 응답


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3.28 전압 제한형 SPD (voltage limiting type SPD) SPD는 서지가 없는 경우 고임피던스를 나타내지만, 서지 전류와 전압이 상승하면 임피던스가 연속 적으로 감소한다. 일반적으로 비선형 장치로 사용되는 부품으로는 배리스터와 억제 다이오드 등이 있다. 이러한 SPD는 “클램핑형”(“clamping type”)으로 불리기도 한다. 비고 1 다음 비고를 추가하여 KS C IEC 61643－1의 정의 3.5를 인용하였다. 비고 2 전압 제한 장치는 U에 대한 I가 연속적인 특성이 있다. 그림 3 b)는 대표적인 전압 제한

SPD가 조합파 발생 장치를 통해 적용된 임펄스에 응답하는 과정을 나타낸다. 3.29 조합형 SPD (combination type SPD) 전압 스위칭형 부품과 전압 제한형 부품 모두를 포함하는 SPD는 적용된 전압의 특성에 따라 전압 스위칭, 전압 제한 또는 전압 스위칭과 전압 제한의 행동 형태 모두를 나타낸다. 비고 1 다음 비고를 추가하여 KS C IEC 61643－1의 정의 3.6을 인용하였다. 비고 2 그림 3 d)와 3 e)는 다양한 전형적 조합형의 SPDs가 조합파 임펄스에 응답하는 과정을 나타

낸다. 3.30 보호 모드 (modes of protection) SPD 보호 부품은 상과 상, 상과 접지, 상과 중성선 또는 중성선과 접지, 그리고 이들의 조합에 연결 된다. 이러한 경로를 보호 모드라고 한다[KS C IEC 61643－1의 정의 3.7]. 3.31 속류(If ) (follow current) 전원 시스템에 의해 공급되어 방전 전류 임펄스에 이어서 SPD를 통해 흐르는 전류. 속류는 연속 동 작 전류(Ic)와 확연하게 다른 차이점이 있다[KS C IEC 61643－1의 정의 3.13]. 3.32 II 등급 시험의 최대 방전 전류(Imax) II등급 동작 책무 시험의 시험 시퀀스에 따라 8/20 파형과 진폭으로 SPD를 통해 흐르는 전류의 파 고값(crest value). Imax는 In값보다 크다[KS C IEC 61643－1의 정의 3.10]. 3.33 성능 감소 (degradation) SPD를 서지, 전기 설비 또는 부적합한 외부 환경에 노출시킨 결과 발생하는 고유 성능 파라미터의 변화 비고 1 다음 비고를 추가하여 KS C IEC 61643－1의 정의 3.27을 인용하였다. 비고 2 성능 감소는 유효 수명을 통해 지정된 조건에 대해 SPD가 견딜 수 있는 능력을 나타내는

척도이다. 성능 감소 확인을 위한 시험에는 동작 책무 시험과 열화(aging) 시험의 두 가지 형태가 있으며, 두 방식 모두를 혼용하여 사용할 수도 있다. 동작 책무 시험은 정의된 전류 파형을 규정된 횟수만큼 SPD에 인가하여 시험을 수행한다. SPD 특성의 허용 변경과 관련된 내용은 KS C IEC 61643－1에 명시되어 있다. 열화 시험은 SPD에 규정된 전압을 규정된 시간 동안 인가한 상태로 규정된 온도에서 진행 한다. SPD 특성의 허용 변경과 관련된 내용은 이 규격에 명시되어 있다(이 시험은 현재 검 토 중). 이것은 SPD의 기대 수명을 결정하는 데 사용되는데, 다음과 같은 사항을 고려해야 한다.


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－ 교체 정책 － 위치 및 접근 가능성 － 허용 고장률 － 동작 실행

3.34 누전 차단기(RCD) (residual current device) 누설 전류 또는 불균형 전류가 특정 조건하에서 주어진 값에 도달할 때, 접점을 개방하기 위한 기 계적 스위칭 장치나 장치의 결합[KS C IEC 61643－1의 정의 3.37] 3.35 시스템의 공칭 전압 (nominal voltage of the system) 시스템 또는 기기를 설계하고 특정 동작 특성이 나타나도록 적용되는 전압(예를 들면 230/400 V) 공칭 시스템 조건하에서 공급 단자의 전압은 공급 시스템의 허용 오차만큼 공칭 전압과 다를 수 있다. 비고 1 이 규격에서 허용 오차는 ±10 %를 적용한다. 접지에서 시스템 상의 공칭 공칭 전압은 Un이라 한다(IEC 60038 참조) 비고 2 시스템의 상 대 중성선 전압은 U0라 한다. 3.36 임펄스 시험 분류 (impulse test classification) 3.36.1 I 등급 시험 3.9에서 정의된 공칭 방전 전류(In), 3.13에서 정의된 1.2/50의 전압 임펄스 3.10에서 정의된 I등급 시 험용 최대 임펄스 전류 Iimp 등으로 수행되는 시험 3.36.2 II 등급 시험 3.9에서 정의된 공칭 방전 전류(In), 3.13에서 정의된 1.2/50의 전압 임펄스 3.32에서 정의된 II등급 시 험용 최대 방전 전류 Imax 등으로 진행되는 시험 3.36.3 III 등급 시험 3.11에서 정의된 조합파(1.2/50, 8/20)로 수행되는 시험 비고 KS C IEC 61643－1의 정의 3.35.3 인용 3.37 정격 부하 전류(I L) (rated load current) SPD의 보호 출력에 연결된 부하에 공급될 수 있는 최대 연속 정격 실효값 또는 직류 전류 비고 1 다음 비고를 추가하여 KS C IEC 61643－1의 정의 3.14를 인용하였다. 비고 2 분리된 입출력 단자의 SPD에 한해서만 적용된다.


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3.38 백업 과전류 보호 (backup overcurrent protection) SPD가 상용 주파 단락 전류를 차단하지 못하는 경우 발생할 수 있는 과열과 파괴 등을 방지하기 위 해 SPD의 상부 쪽(upstream) 외부에 설치된 전기 설비의 한 부분인 과전류 장치(예를 들면 퓨즈 또 는 회로 차단기 등)[KS C IEC 61643－1의 정의 3.36] 3.39 SPD 위치(Ucs)에 있는 전력 계통의 최대 연속 동작 전압 (maximum continuous operating voltage of the power system at the SPD location) SPD 설치 지점에서 SPD에 인가되는 최대 실효값 또는 직류 전압. 이는 전압 변동률 그리고/또는 전압 강하와 상승만을 감안하며, U0에 직접적으로 연관되어 있다. 또한 실제 최대 시스템 전압(actual maximum system voltage)(그림 6 참조)이라고도 한다. 비고 이 전압은 고조파(harmonic), 고장, TOV, 과도 현상(transient) 등을 포함하지 않는다. 3.40 전압 스위칭 SPD의 스파크오버 전압 (sparkover voltage of a voltage-switching SPD) SPD 갭의 전극 사이에 파괴적인 방전이 발생하기 이전의 최대 전압값 비고 1 다음 비고를 추가하여 KS C IEC 61643－1의 정의 3.38을 인용하였다. 비고 2 전압 스위칭 SPD는 갭(예를 들면 실리콘 기반의 부품)보다는 부품에 기반을 두고 있다. 3.41 뇌 보호 시스템(LPS) 뇌의 영향으로부터 구조물과 부가 설비를 보호하는 데 사용되는 시스템 4 시스템과 기기 보호 SPD의 설치를 검토하는 경우, 다음 두 가지 요인을 고려해야 한다. ㆍ예상되는 과전압, 전류 형태와 레벨을 포함하여 사용 장소의 저압 전력 배전 특성 ㆍ보호 대상 기기에 대한 특성 4.1 저압 배전 시스템(low-voltage power distribution systems) 저압 배전 계통은 기본적으로 계통의 접지(TNC, TNS, TNC－S, TT, IT) 형태와 공칭 전압(정의 3.35 참조)에 의해 특징지을 수 있다. 과전압과 전류는 다양한 형태로 나타난다. 이 규격에서 과전압은 다 음과 같이 3그룹으로 분류된다. ㆍ뇌 ㆍ스위칭 ㆍ일시적 과전압 4.1.1 뇌 과전압과 전류(lightning overvoltages and currents) 대부분의 경우 뇌의 스트레스는 SPD의 등급 시험, 그리고 관련된 전류 또는 전압값(KS C IEC 61643 －1에 따른 Iimp, Imax 또는 Uoc) 등을 선정하는 주요 요소(factor)이다.


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뇌 서지의 파형과 전류(또는 전압)의 진폭에 대한 평가는 적합한 SPD를 선정하는 데 필요한 요소가 된다. 또한 SPD의 전압 보호 레벨이 이러한 상황에서 기기를 보호하는 데 적합할지를 결정하는 것도 중요하다. 비고 예를 들어 뇌격이 빈번하게 발생하는 지역은 I등급 또는 II등급 시험을 견딜 수 있는 SPD가

필요하다. 일반적으로(예를 들면 전기 선로에 직격뢰가 떨어지거나 선로에 서지가 유도되는 경우) 구조물의 외 부에 설치된 전기 설비에서는 높은 스트레스가 발생한다. 구조물 내부에서의 스트레스는 전기 시설 의 인입구에서 내부 회로로 이동하면서 감소하게 된다. 스트레스 감소의 원인은 회로 구성과 임피 던스의 변화에 기인한다. 뇌 서지에 대한 보호의 필요성은 다음 사항에 따라 좌우된다. ㆍ국부 대지 뇌방전 도(local ground flash density) Ng(구조물이 위치한 지역을 고려한 연평균 대지

뇌방전 도, 연평균 km2당 뇌방전). 최근의 뇌 위치 시스템은 합리적인 정확도로 Ng에 대한 정보 를 제공한다.

ㆍ인입되는 관로 설비를 포함한 전기 설비의 노출 정도. 지중 시스템은 일반적으로 가공(overhead) 시설에 비해 노출 정도가 덜하다.

지하 매설 케이블을 통해 전원이 공급된다 하더라도 SPD는 설비 보호를 위해 설치해야 할 필요가 있다. 서지 보호의 필요성 여부를 결정하기 위해 다음과 같은 사항을 고려해야 한다. － 전기 설비 주변에 뇌 보호 계통이 설치되어 있다. － 케이블 길이가 네트워크의 가공선 부분에서 전기 설비를 적합하게 분리[감쇠(attenuation)]하기에

충분하지 않다. － 전기 설비와 연결된 변압기의 MV(중전압)에 연결된 가공선에 대기 중에서 발생한(atmospheric

origin) 높은 서지가 나타날 수도 있다. － 토양의 저항이 큰 곳에서는 지중 케이블이 직격뢰로 인한 영향을 받을 수 있다. － 케이블을 통해 연결된 건물의 크기 또는 높이가 건물에 가해지는 직격뢰의 위험으로 상당한 타격

을 받기에 충분하다. 인입(인출)되는 설비(전화선, 안테나 시스템 등)에 떨어진 직격뢰가 전원 시스템과 기기에 영향을 줄 수 있다.

－ 이 밖에 다른 가공선 설비가 있다. 많은 건물이 단일 전력 시스템에 연결되어 있으며, SPD가 설치되지 않은 이러한 건물은 전기 시스템 에 심한 스트레스를 받을 수 있다. 외부 뇌 보호 시스템이 설치된 구조물의 SPD 설비는 일반적으로(구조물에 대한 직격뢰의 경우) SPD 를 통해 전류 배분을 설정하기 위해 직류 접지 저항값(resistance readings)(예를 들면 건물의 접지와 전원 배분, 파이프 등)만 이용해도 충분히 산출해 낼 수 있다. 부속서 C와 I는 뇌 스트레스에 대한 보다 자세한 정보를 명시하고 있다. 4.1.2 스위칭 과전압(switching overvoltages) 피크 전류와 전압으로 표시되는 이러한 스트레스는 일반적으로 뇌 스트레스에 비해 낮지만, 지속 시 간은 훨씬 길다. 그러나 일부의 경우, 특히 구조물 내부 또는 스위칭 전압 소스와 인접한 곳의 스 위칭 스트레스는 뇌로 인해 발생된 스트레스보다 더 높을 수 있다. 적합한 SPD를 선정하기 위해 서는 이러한 스위칭 서지와 관련된 에너지를 알 필요가 있다. 사고 및 퓨즈 동작으로 인한 일시적


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과도 현상을 포함한 스위칭 서지의 지속 시간은 뇌 서지의 지속 시간보다 훨씬 더 길 수 있다. 부속서 C는 낙뢰 스트레스에 대한 자세한 정보를 제공한다. 4.1.3 일시적 과전압 UTOV(temporary overvoltages) 4.1.3.1 일반사항 모든 SPD는 그 수명 동안 전력 계통의 최대 연속 동작 전압을 초과하는 일시적 과전압 UTOV에 노 출될 수 있다. 일시적 과전압의 범위는 진폭과 시간 2변수(dimension)로 나타난다. 과전압의 지속 시간은 일차적으 로 전원 시스템(고압 시스템과 SPD가 연결된 저압 시스템이 포함된다.)의 접지에 의해 좌우된다. 일 시적 과전압을 정의하기 위해서는 전력 시스템의 최대 연속 동작 전압(Ucs)을 감안해야 한다. 부속서 I는 일시적 과전압에 대한 보다 상세한 정보를 제공한다. 4.1.3.2 규격값(standardized values) KS C IEC 60364－4－44는 저압 네트워크에서 예상되는 UTOV의 최대값을 제시하고 있다(이 값에 대 한 보다 상세한 산출 내용은 부속서 E 참조). 낮은 값은 SPD의 설치 위치, 네트워크 형태 등과 같은 다양한 요인에 의해 좌우될 수 있다. 표 1에 제시된 최대값(그림 4 참조)은 변압기(transformer)가 설치된 곳(표 1과 비고 2 참조)에서의 값 을 나타낸다.

표 1 ― KS C IEC 60634－4－44에 명시된 최대 TOV 값

UTOV 발생 시스템 UTOV, HV 최대값

U0＋250 V 지속 시간 > 5 s 상(phase)과 접지(earth) 사이 TT, IT

U0＋1 200 V 지속 시간 5 s까지 250 V 지속 시간 > 5 s

중성(neutral)선과 접지 사이 TT, IT 1 200 V 지속 시간 5 s까지

위의 값은 고압에서의 고장와 연관된 극한(extreme)값이며, 부속서 E에 명시된 네트워크 형태에

의해 산출된 것이다. UTOV 발생 시스템 UTOV 최대값

상과 중성선 사이 TT와 TN ×3 U0 위의 값은 저압 계통에서의 중성선이 없어졌을 때(끊어졌을 때) 나타나는 값이다.

상과 접지 사이 IT 시스템(TT 시스템：

비고 1 참조)×3 U0

위의 값은 저압 계통에서 상도체의 우발적 접지에 관련된 것이다. 상과 중성선 사이 TT, IT와 TN 1.45×U0 5 s까지의 지속 시간

위의 값은 상도체와 중성선 도체 사이의 단락(short circuit)과 관련된 것이다. 비고 1 이 정도로 높은 TOV가 TT 시스템에서도 역시 5 s 동안 발생할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

부속서 E 참조. KS C IEC 60364－4－44에 언급되어 있지 않음. 비고 2 변압기 위치에서의 최대 TOV 값은 위의 표와 다를 수 있다(높거나 낮음). 자세한 사항은

부속서 E 참조 비고 3 중선선이 끊어지는 것은 SPD를 선정할 때 반영되지 않는다.


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상세한 정보는 부속서 E 참조

a LV 설비의 고장(단락)에 대한 TT, TN 그리고 IT 시스템에서의 상과 중성선 사이의 UTOV, LV 영역 b LV 설비의 고장(상도체의 우발적인 접지)에 대한 IT(TT는 비고 1 참조) 계통에서의 상과 접지 사

이의 UTOV, LV 영역, 그리고 LV 설비의 고장(중성선 단선)에 대한 TT와 TN 시스템에서의 상과 중 성선 사이의 UTOV, LV 영역

c HV 시스템에서 고장이 발생한 경우, TT와 IT 시스템의 상과 접지 사이에 위치한 고객측 전기 설비에서의 UTOV, HV 최대값

d 정의되지 않은 영역

그림 4 ― KS C IEC 60634－4－44에 의한 UTOV의 최대값 4.2 보호 기기의 특성 검토 중인 사항 현재는 기기의 임펄스 내력(withstand)과 관련해서는 KS C IEC 60664－1을 참조하고, 기기의 임펄스 내성(immunity)에 관한 사항은 KS C IEC 61000－4－5를 참조 5 서지 보호 장치 5.1 SPD의 기본 기능 이 규격에서 SPD는 기기의 외부에 설치된 보호 장치의 경우에 한한다. 기능은 다음과 같다. ㆍ서지가 없는 전력 시스템에서：SPD는 시스템의 동작 특성에 별다른 영향을 주지 않아야 한다. ㆍ서지 발생 시간 동안의 전력 시스템에서：SPD는 자신의 임피던스를 낮추어서, 서지 전류가 자신

을 통해 흐르게 하여 서지 전압을 보호 수준(protective level) 이하로 제한하는 방법으로 서지에 반 응한다. 서지는 SPD에 전력이 실린 속류(power follow current)가 흐르게 할 수도 있다.

ㆍ서지 발생 이후의 전원 시스템에서：SPD는 서지 발생 이후 높은 임피던스 상태로 회복되며, 속류 가 흐르지 못하게 한다.

SPD의 특성은 정상적인 운전 조건하에서 위의 기능을 발휘한다. 정상 운전 조건은 전력 계통 전압 의 주파수, 부하(load) 전류, 고도(예를 들면 기압), 습도 및 주위 온도 등으로 규정된다.

시간


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5.2 추가 요구사항 SPD의 적용 환경에 따라 다음과 같은 사항이 추가로 필요하다. － 직접 접촉(direct contact)(KS C IEC 60364－4－41에 의거)에 대한 SPD 보호 － SPD 고장시 안전성 SPD는 서지가 설계된 최대 에너지와 방전 전류 용량보다 클 경우 고장이 발생하거나 파손될 수 있 다. 이 규격에 따라 SPD의 고장 모드는 개방 회로(open-circuit)와 단락(short-circuit) 모드로 구분된다. 개방 회로 모드에서 보호 시스템은 더 이상 보호되지 않는다. 이러한 경우, 일반적으로 시스템에 거 의 영향을 끼치지 않으므로 SPD의 고장을 감지하기 어렵다. 다음 서지 발생 이전에 고장난 SPD가 교체되도록 하기 위해서 표시 기능이 필요하다. 단락 모드에서 시스템은 고장난 SPD로 인해 심각한 영향을 받게 된다. 단락 전류는 전원에서 고장 난 SPD를 통해 흐르게 된다. 단락 전류가 흐르는 동안 에너지는 과도하게 소모되어 화재 발생의 원 인이 될 수 있다. KS C IEC 61643－1의 단락 내력 시험은 이 문제를 다룬다. 보호 대상 시스템에 고 장난 SPD에 대한 분리(disconnect) 장치가 없는 경우, 단락 고장 모드가 있는 SPD와 연계하여 이에 적합한 분리 장치를 사용할 수도 있다. 5.3 SPD의 등급 분류 5.3.1 SPD：등급 분류 서지 보호 장치는 KS C IEC 61643－1에 따라 다음과 같이 분류된다. 포트 수：1개 또는 2개 설계 기술：전압 스위칭, 전압 제한 또는 혼용 I, II 그리고/또는 III등급 시험 위치：옥내 또는 옥외 접근성：접근 가능, 접근 불가능 부착 방식：고정식 또는 이동식 차단기：위치(외부, 내부, 외부와 내부 모두, 없음) 및 기능(열, 누설 전류, 과전류) 백업 과전류 보호：명시되었거나 없음. SPD 수납 보호 등급(IP 코드) 온도 범위 비고 정의에서 실외라 함은 폐된 저장소의 외부를 의미하므로 SPD는 외부 조건에서 적용되어야

한다. 내부라 함은 폐된 저장소의 내부를 의미하므로 SPD는 내부 환경 조건에서 적용되어 야 한다.

상기 사항의 일부는 적용된 기술과 연계되어 있으며, 제조자에 의해 정의되어 있다. 5.3.2 대표적 설계 방식과 구성 형태 SPD에서 사용되는 주요 보호 부품은 다음과 같이 두 가지 형태로 분류된다. － 전압 제한 부품：배리스터, 애벌란치(avalanche) 또는 서프레서 다이오드 등 － 전압 스위칭 부품：에어 갭(air gaps), 가스 방전관, 사이리스터(실리콘 제어 정류기), 트라이액(triacs)

등


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이러한 부품을 기반으로 한 대표적인 SPD의 설계는 다음과 같다(그림 5 참조). － 단일 전압 제한 부품[그림 5(a) 참조]：제한형 SPD － 단일 전압 스위칭 부품[그림 5(b) 참조]：스위칭형 SPD － 전압 제한과 스위칭 부품 조합[그림 5(c)와 5(d) 참조]：조합형 SPD

a 전압 제한 부품 b 전압 스위칭 부품 c 전압 스위칭 직렬 연결된 전압 제한 부품 d 전압 스위칭 부품과 병렬 연결된 전압 제한 부품

그림 5 ― 부품과 부품 조합의 예 모든 SPD가 기본 부품으로 간단하게 구성된 것은 아니며, 표시기, 차단기, 퓨즈, 인덕터(inductor), 커 패시터 또는 다른 부품이 추가로 결합된다. 또 SPD는 다음과 같이 구성된다. 1포트 SPD(3.25 참조) 또는 2포트 SPD(3.26 참조) 5.4 SPD의 특성 5.4.1 KS C IEC 61643－1에 명시된 운전 조건 표준 운전 조건 － 전원 주파수가 48 Hz와 62 Hz 사이의 교류 또는 직류 － 고도(altitude) 2 000 m 이하 － 동작 온도 및 보관 온도：표준 범위 －5 ℃에서 ＋40 ℃, 확장 범위 ―40 ℃에서 ＋70 ℃ － 실내 습도 조건은 30 %와 90 % 사이를 유지해야 한다. 비고 1 사용자는 SPD를 적용(실외, 실내 등)하는 위치를 설정하며, 주변 온도 조건이 표준 또는 확

장 허용 범위 이내에 있는지 결정해야 한다.


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비고 2 KS C IEC 61643－1은 SPD의 최고 연속 동작 전압에 관한 기준을 제시하고 있다. 이 규격의 6.2.1 참조

비정상 운전 조건：SPD를 비정상 운전 조건에 노출시키는 경우, 제반 설계와 적용 상황 등에 특히 주의해야 하며 제조자에게 주의하도록 알려야 한다. 태양광(solar radiation)：대부분의 SPD는 태양광에 노출되지 않는다. 일반적으로 형식 시험이 진행되 는 동안은 태양 광선은 고려하지 않는다. SPD가 태양광에 노출되는 곳에서는 해당 사안을 고려하여 이에 따라 시험해야 한다. 비고 3 일반적으로 SPD 수납 등급은 IP2X보다 높다. 일부 경우, 이외 다른 값이 사용될 수 있다(예

를 들면 실외 SPD의 경우). 5.4.2 SPD 선정시 파라미터 목록 다음 사항은 사용자의 적합한 SPD 선정에 반드시 필요한 파라미터의 목록이다. 비고 파라미터의 일부는 보호 모드별로 정의되었다. a) UC와 IC：최고 연속 동작 전압과 연속 운전 전류 b) UT：(일시적 과전압) (검토 중) c) In：공칭 방전 전류(I등급과 II등급 시험에 한해서 적용) d) II등급 시험의 Imax, I등급 시험의 Iimp, III등급 시험의 UOC e) Up 전압 보호 레벨 f) 성능 감소(degradation) (검토 중) g) 고장 모드 h) 단락 내력 i) 최대 연속 부하 전류(입출력 단자가 분리된 2포트 SPD 또는 1포트 SPD) j) 전압 강하(입출력 단자가 분리된 2포트 SPD 또는 1포트 SPD) 그림 6은 Up, U0, Uc, Ucs 간의 관계를 나타낸다.


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그림 6 ― Up, U0, Uc, Ucs 사이의 관계

5.5 SPD 특성에 대한 부가 정보 5.5.1 상용 주파수 전압과 관련된 정보 5.5.1.1 Uc 와 Ic：최대 연속 동작 전압과 연속 동작 전류 표준 조건에서 SPD의 특성(노화, 열 폭주 등)에 대한 변화를 최소화하도록 Uc를 선정해야 한다. Ic는 Uc가 인가될 때 SPD를 통해 흐르는 전류의 값이다. 접지(PE)를 통해 흐르는 전류가 있다면, 이 것을 누설 전류라 한다. 이 전류는 과전류 장치 또는 이 밖의 다른 보호 장치(예를 들면 RCDs)(KS C IEC 60364－5－53의 5.3.1.212 참조)의 불필요한 동작을 방지하기 위해 SPD를 선정하는 데 사용 된다. 과전류 또는 이 밖의 다른 보호 장치의 동작 영향이 계통 구성에 따라 어떻게 좌우되는지에 관한 상 세한 정보는 부속서 J를 참조한다. 5.5.1.2 UT：일시적 과전압 UT는 일시적 과전압 상태에서의 SPD 특성을 정의하는 데 적용된다. 이는 이상적으로는 곡선에 의해 정의된다. 실제로는 상용 주파 과전압 또는 직류 과전압 대 시간(몇 초까지)의 몇몇 쌍이면 UT와 관련된 SPD의 특성을 결정하기에 충분하다. 다양한 규격에 의해 정의 되는 TOVs에 대한 일반적 지속 시간은 200 ms와 5 s이다. 이와 관련된 곡선의 예는 그림 J.1에 제시되어 있다.


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UT 특성은 제조자가 제시해야 한다. UT 곡선을 얻기 위한 시험 규격화는 현재 검토 중에 있다. 일반 적으로 이는 시험(어떤 전압 U를 일정 시간 동안 인가한 후에도 SPD의 성능에 눈에 띄는 변화가 일어나지 않고, 인명, 기기 또는 설비 등에 위험이 발생하지 않아야 한다.) 또는 계산에 의해 결정될 수 있다. 이러한 특성을 알 수 없는 경우, 사용자는 UT를 Uc로 간주해야 한다(이는 계통에서 발생할 것으로 예상되는 모든 일시적 과전압보다 큰 값인 Uc를 사용해야 하는 것을 의미함) . 비고 1 현재 KS C IEC 61643－1만이 일시적 과전압 고장 모드, 즉 SPD가 충분한 시간 동안 일시적

과전압값에 견디지 못하는 경우에 관해 다루고 있다. 비고 2 높은 일시적 과전압에 견디고 보호 수준이 낮은 SPD를 선정하기는 쉽지 않다. 사용자는 UT와 UTOV의 시간적 특성을 고려하여 SPD의 일시적 과전압 UT와 현장에서 실제로 발생 하는 일시적 과전압(UTOV)을 비교함으로써 가장 적합한 SPD를 선정할 수 있다. 5.5.2 서지 전류, 전압 보호 레벨과 이 밖의 다른 특성에 대한 정보 다음은 서지 파형의 전압, 전류와 시간적 특성과 관련된 사항이다. SPD가 노출될 것으로 예상되는 스트레스에 따라 다양한 서지 파형과 레벨이 시험에 사용된다. SPD에 적합한 시험 등급(test class)을 선정하는 지침은 KS C IEC 61643－1의 개요에 명시되어 있 으며, 다음과 같다. － I등급 시험은 부분적으로 흐르는 뇌전류에 대한 시뮬레이션을 목적으로 한다. I등급 시험을 받는

SPD는 일반적으로 뇌 보호 시스템으로 보호된 건물의 인입 선로 등과 같이 노출 정도가 높은 지 점에 설치할 것을 권장한다.

－ II등급 또는 III등급 시험을 받는 SPD는 지속 시간이 짧은 임펄스에 적용한다. 이러한 SPD는 일 반적으로 직격뢰에 노출이 덜한 장소에 배치할 것을 권장한다.

비고 II등급 시험은 SPD에 전류를 주입한다. III등급 시험은 전압을 인가하는데, 전류는 SPD의 특성

에 따라 좌우된다. SPD 선정시 시험 등급과 관련된(rated) 임펄스의 크기(magnitude) 모두를 고려할 필요가 있다. 5.5.2.1 In：공칭 방전 전류(8/20) (I등급과 II등급 시험 적용 SPD용) 이것은 I등급과 II등급 시험에 따라 시험한 SPD의 제한 전압을 결정하기 위한 하나의 시험 파라미터 로 사용되는 전류이다. 이 전류는 I등급과 II등급 시험의 동작 책무 시험을 위한 사전 조정 작업(15회 인가)을 할 때에도 사용된다. In은 Imax보다 값이 작으며, 전기 설비에서 상당히 자주 발생할 것으로 예상되는 전류에 해당한다. In의 우선값은 0.05；0.1；0.25；0.5；1.0；1.5；2.0；2.5；3.0；5.0；10；15 그리고 20 kA이다. 5.5.2.2 I imp와 Imax(I등급과 II등급 시험 적용 SPD용) Iimp와 Imax 그리고 이들의 약수는 각각 I등급과 II등급 시험의 동작 책무 시험에 사용되는 시험 파라미 터이다. 이는 SPD가 설치된 곳에서 계통에 매우 드물게 발생하게 될 것으로 예상되는 최대 방전 전 류와 연관된다. Imax는 II등급 시험과 Iimp는 I등급 시험과 연관되어 있다. KS C IEC 61643－1에 따른 Iimp(Ipeak, Q) 우선값은 표 2에 나타나 있다.


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표 2 ― I imp의 우선값

Ipeak(kA) 1 2 5 10 20

Q(AS) 0.5 1 2.5 5 10 비고 일반적으로 Iimp는 In보다 긴 파형과 연관되어 있다. 일반적으로 In < Ipeak이다. 5.5.2.3 SPD의 전압 보호 수준 5.5.2.3.1 측정된 제한 전압(measured limiting voltage) a) I등급과 II등급 시험 측정된 제한 전압의 정의는 2종류의 시험을 수행함으로써 결정된다.

－ 다양한 8/20파 전류에서의 잔류 전압의 측정 － 1.20/50에서의 스파크오버 전압의 측정 다음 전압 가운데 제일 큰 것을 제한 전압으로 한다. － 전류 범위에 대한 잔류 전압

I등급 시험에서는 0.1×In에서 Ipeak까지 또는 In 가운데 큰 값까지 II등급 시험에서는 0.1×In에서 1.0×In까지

－ 또는 스파크오버 전압 ㆍ전압 제한 부품의 SPD

그림 7은 ZnO 배리스터의 대표적인 I에 대한 Ures 곡선을 나타낸다. 이는 Imax에서도 SPD의 잔류 전 압을 고려해야 된다는 것을 나타내고 있다. 이 전압이 전압 보호 레벨보다 높고, 특히 보호 기기의 임펄스 내전압보다 높다면, 이러한 스트레스에서 SPD는 견뎌 내더라도 이런 경우 기기는 보호되지 않을 수 있다. 따라서 SPD 전압 보호 레벨과 견뎌 낼 수 있는 서지 전류는 이러한 사항을 고려하여 선정되어야 한다.

Um II등급 시험에 따라 시험된 SPD의 In에서 측정된 제한 전압 Ures, I = Imax > In이므로 U > Um V ZnO 배리스터 R 몇(several) kA의 범위

그림 7 ― ZnO 배리스터 Ures에 대한 I 의 일반적인 곡선

ㆍ전압 스위칭 부품의 SPD


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스파크 갭 장치(가스 방전관 등)의 임펄스 스파크오버 전압은 인가된 과도 전압의 상승률(dU/dt)에 따라 좌우된다. 일반적으로 과도 전압 상승률(dU/dt)이 증가하면 임펄스 스파크오버 전압이 상승한다. 임펄스 스파 크 오버 전압은 정의된 dU/dt에서의 통계적(statistical)인 값이므로 측정된 값에는 확산(spread)이 있 을 수 있다(그림 8 참조).

a 높은 상승률 －10 kV/μs b 낮은 상승률 －1 kV/μs δt 스파크오버 시간의 확산 δU 스파크오버 전압의 확산

그림 8 ― 스파크 갭의 전형적 곡선 b) III등급 시험 SPD의 III등급 시험에는 조합파 발생 장치가 사용된다. 시험 중 측정된 최대값이

측정된 제한 전압으로 사용된다. 5.5.2.3.2 전압 보호 레벨 Up Up는 제조자에 의해 명시된다. 정의에 따라서, 이는 측정된 제한 전압의 가장 높은 값과 같거나 더 크다. 제조자가 이 값을 선정할 때 제조 오차를 고려해야 한다. 우선(preferred) 전압 보호 수준은 0.08；0.09；0.10；0.12；0.15；0.22；0.33；0.4；0.5；0.6；0.7； 0.8：0.9；1.0；1.2；1.5；1.8；2.0；2.5；3.0；4.0；5.0；6.0；8.0；10 kV이다. 부속서 B는 시스템의 공칭 전압과 ZnO 배리스터에 대한 SPD의 전압 보호 레벨 간의 전형적인 관계 에 대해 설명하고 있다. 5.5.2.4 SPD 고장 모드 이 모드는 SPD와 연계하여 사용되는 장치와 이 밖의 다른 기기와의 적용시 SPD의 호환성을 결 정하는 데 사용된다. SPD의 고장 모드는 서지 전압과 전류의 진폭, 횟수와 파형, 전원 시스템의 단락 용량과 고장시 SPD 에 적용된 전압값 등에 의해 좌우된다. KS C IEC 61643－12는 2개의 SPD 고장 모드를 제시하고 있다.


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－ 단락 회로(short-circuit) － 개방 회로(open-circuit) 가끔 SPD는 일정 시간 동안 중간 상태(indeterminate)로 진입하기도 한다. 이러한 상태는 에너지 흡 수를 수반하며, 자체적으로 또는 차단기나 백업과 전류 보호와 연계하여 최종적으로 개방 회로 또는 단락 상태를 유도한다. 이 규격에서는 이러한 상태를 일시적인 것으로 간주하므로 다루지 않는다. 과전류 또는 이 밖의 다른 보호 장치가 계통 구성에 따라 어떠한 형태로 동작 효과가 좌우되는지에 관한 상세한 정보는 부속서 J를 참조한다. SPD의 특성에 대한 변화는 고장 모드로 간주하지 않지만, 이 규격 5.5.2.8에서 그 내용을 설명하고 있다. 5.5.2.5 내단락 전류(short-circuit withstand) SPD는 그 자체로 또는 차단기나 과전류 보호 백업 장치와 연계하여 제조자에 의해 명시되었고, 시험에 의해 확인된 내단락 전류(short-circuit withstand current)를 주변(특히 인접한 위치에 설치된 장 비)에 피해를 주지 않고 견딜 수 있다. SPD는 발생할 수 있는 단락 전류가 내단락 전류보다 큰 곳 에서 사용하지 않아야 한다. 또한 제조자가 제안한 적합한 차단기 또는 백업 보호 등이 구비되어 동 작되어야 한다. 5.5.2.6 정격 부하 전류 I L(2포트 SPD 또는 입출력 단자가 분리된 1포트 SPD) 전력선에 직렬 연결된 2포트 또는 1포트 SPD의 하부에 연결된 부하 전류가 정격 부하 전류와 호환 되는지 확인하여야 한다. 비고 부하의 형태도 고려해야 한다. 예를 들어 어떤 부하에는 실효값의 3배에 달하는 돌입(in-rush)

전류가 흐른다. 이러한 피크 전류는 2포트 SPD의 직렬(series) 소자 내부에서 추가로 열을 발 생시킬 수 있다.

5.5.2.7 전압 강하(2포트 SPD 또는 입출력 단자가 분리된 1포트 SPD) 2포트 SPD 또는 입출력 단자가 분리된 1포트 SPD 설치시 하부(downstream)에 있는 기기의 허용 한계를 벗어나는 전압 강하가 발생하는지 확인해야 한다. 5.5.2.8 SPD 의 특성 변화 표준 시험에서 정의된 것보다 높은 스트레스(stress)에 이르면 일부 SPD의 상태(topology)가 중간 (intermediate) 상태로 진입한다. 이러한 경우 Up, In, Ic 등과 같은 특성 중 일부는 설계된 값에서 변화 하게 된다. 특히 이것은 SPD에 능동 병렬 부품이 있으면서, 이 가운데 어느 하나가 서지에 의해 차단될 경우에 발생한다. 이때에 사용자는 이러한 특성 변화를 인식하지 못한다. 이러한 모든 중간 상태는 발생시 이를 명확하게 알려 주는 표시가 없는 한, SPD 설계 단계에서 방지해야 한다. 6 저압 배전 계통에서의 SPD 적용 6.1 SPD 설치와 보호 효과 위험 분석을 실시하면(7. 참조), 확인된 시스템의 스트레스(4. 참조)와 SPD의 특성(5. 참조)이 구체적 으로 규정된다. SPD를 배전 계통에 적용하기 위해서 그림 9에 명시된 흐름도(flow chart)를 이용할 수 있다.


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그림 9 ― SPD 적용 흐름도

6.1.1 보호 가능 모드와 설치

보호 대상 기기가 충분한 내전압 성능이 있거나 주 배전반에 인접한 곳에 있는 경우, 하나의 SPD로 충분하다. 이 경우 SPD는 가능한 한 인입구에 가깝게 설치되어야 한다. SPD는 이러한 위치에서 충분한 서지 내력을 가져야 한다. 그림 K.1~K.5는 다양한 형태의 시스템에서 전력 인입구에 설치된 대표적인 SPD의 연결을 나타낸다. 그림 K.5는 TN C－S 시스템의 특수한 경우를 제시한다. 표 3은 다양한 LV 시스템에 요구되는 보호 가능 모드에 대해 명시하고 있다. 비고 1 동일한 도체에 둘 이상의 SPD가 연결되는 경우, 이들 사이의 조정 작업이 필요하다. 비고 2 보호 모드의 수는 보호 대상인 기기의 형태[예를 들면 기기가 접지(earth)에 연결되어 있지

않으면 line-earth, neutral-earth 보호 모드는 설치하지 않아도 된다.], 보호 모드별 기기의 절 연 내력, 전기 시스템 구조 및 접지와 인입되는 서지의 특성 등에 의해 좌우된다. 예를 들면 상/중성선과 PE 도체 사이 또는 상과 중성선 사이의 보호가 일반적으로 적용되며, 상과 상 간의 보호는 일반적으로 사용되지 않는다.

비고 3 전기 계량기 이전에 설치되는 SPD는 전기 공급 업체와 협의해야 한다.

6.1.1 보호 모드와 설치

6.1.2 진동 현상

6.1.3 연결된 리드(lead) 길이

6.1.4 추가 보호 필요

6.1.5 시험 등급에 따라 SPD 위치 선정

6.1.6 보호 구역 개념

가능한 한 전력 인입구에 가깝게 설치

가능한 한 기기에 가깝게 설치

SPD 연결 도체는 가능한 한 짧아야 함.

전력 인입구와 다른 기기에 인접한 곳의 SPD

I, II, III등급 시험은 인입구에서 사용되고 II 등급 및 III등급 시험은 기기와 인접한 위치 에서 사용된다.

이러한 개념이 적용되면 SPD를 구역의 경계에 설치해야 한다.


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표 3 ― 다양한 LV 시스템의 보호 가능 모드

SPD 설치 위치 TT TN－C TN－S IT

상과 중성선 사이 × × ×a 상과 PE 사이 × × × 상과 PEN 사이 × 중성선과 PE 사이 × × ×a 상과 상 × × × × a 중성선이 있는 경우

건축물에 인입되는 전력선과 신호선은 인접하면서 보호되고 하나의 공통 본딩 바에 본딩되는 것이 좋다. 이는 특히 비차폐 자재(나무, 벽돌, 콘크리트 등)로 건조된 건축물인 경우 더욱 중요한 사항이다. 상세한 사항은 부속서 K를 참조한다. 6.1.2 보호 거리에서의 진동 현상 영향 특정 기기를 보호하기 위해 SPD를 사용하는 경우, 또는 주 배전반에 설치되어 있는 SPD가 일부 기기에 대해 충분한 보호 기능을 제공할 수 없게 되는 경우에는 가능한 한 보호 대상 기기에 가까 운 위치에 SPD가 설치되어야 한다. SPD와 보호 대상 기기와의 거리가 너무 멀리 떨어져 있는 경우 진동은 기기 단자에서 일반적으로는 Up의 2배까지, 어떤 경우에는 이 수준을 훨씬 웃도는 전압을 유 도(lead)하게 된다. 이는 SPD가 설치되어 있다고 해도(그림 K.8~그림 K.10 참조) 보호 대상 기기의 고장 원인이 된다. 허용 거리(보호 거리로 불린다.)는 SPD 형태, 시스템 형태, 인입 서지의 급준도 (steepness)와 파형, 연결된 부하(load) 등에 따라 달라진다. 특히 전압의 증배(doubling)는 기기가 고임 피던스에 해당하거나, 기기가 내부적으로 차단된 경우에 한해서만 발생 가능하다. 그림 K.10은 이 같은 조건하에서 발생하는 전압의 증배에 대한 현상을 예제로 설명하고 있다. 일반적으로 진동은 10 m 이내의 거리에서는 발생하지 않는다. 그림 K.9와 그림 K.10은 10 m 거리임 에도 불구하고 전압의 증배가 가능한 경우를 나타내고 있는데, 이 경우에는 부하가 순수한 커패시턴 스(pure capacitance)이기 때문이다. 일부의 경우 기기에 내부 보호 부품(예를 들면 배리스터)이 장착 되어 있어서 먼 거리임에도 불구하고 진동을 상당 수준 감소시킨다. 이 경우에는 SPD와 기기 내 부의 보호 부품 간의 협조 문제를 피하기 위해 특별한 주의가 필요하다. 상세한 사항은 부속서 K를 참조한다. 6.1.3 연결 리드(lead) 길이 영향 최적의 과전압 보호를 위해서 SPD의 연결 도체는 가능한 한 짧아야 한다. 길이가 긴 리드는 SPD의 보호 기능을 감소시킨다. 따라서 효율적인 보호 기능을 적용하기 위해서 보호 레벨이 낮은 SPD를 선정해야 한다. 기기로 전달되는 잔류 전압은 SPD의 잔류 전압과 연결 리드의 유도 전압 강하의 합이 된다. 2개의 전압이 같은 순간에 정확히 피크에 도달하지는 않지만, 일반적으로는 단순하게 그 냥 합한다. 그림 10은 임펄스 방전 전류가 발생하는 동안 SPD의 연결 지점 사이에서 측정된 전압 의 연결 리드 인덕턴스 효과에 대해 설명하고 있다. 일반적으로 리드 인덕턴스는 1 μH/m로 가정한다. 상승률 1 kA/μs의 임펄스에 의해 리드에 유도된 전 압 강하는 약 1 kV/m가 된다. 그러나 급준도가 클수록 이 값이 증가한다. 가능하면 그림 10의 방식 b를 이용하는 것이 좋은데, 이렇게 하면 인덕턴스 효과가 현저하게 감소


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한다. 방식 c는 방식 b를 사용할 수 없는 경우에 적용된다. 가능한 한 방식 a에는 적용하지 않는 것이 좋다. 비고 두 도체를 가까이 배치하여 귀환 전류(return current) 경로가 인입되는 전류 도체에 자기적으로

결합되는 경우 인덕턴스가 감소한다[그림 10(c) 참조].

a L1, L2 리드 길이 l1, l2에 해당하는 인덕턴스

Isurge 서지 전류 대 시간 곡선 VSPD 서지 지속 시간 동안의 SPD 단자 전압 VAB 서지 지속 시간 동안 A지점과 B지점 사이의 전압

= VSPD＋인덕턴스 L1＋L2에 의한 전압 강하 이 방식은 가능한 한 사용하지 않는다. 특히 L1 또는 L2가 클 경우

b 이 방식을 사용할 것을 권장한다. c 이 방식은 방식 b가 적용 불가능한 경우 사용한다.

그림 10 ― SPD 연결 리드 길이의 영향 자세한 사항은 부속서 K를 참조한다. 6.1.4 추가 보호의 필요성 일부 조건에서는 (예를 들어 구조물의 인입구에서 스트레스가 낮은 경우에는) 하나의 SPD로도 충 분하다. 이때에는 SPD를 전력 인입구 가까이에 설치하는 것이 효과적이다(6.1.1 참조). 보호 대상 기기에 인접한 추가 보호는 다음과 같은 특수한 경우에 필요하다. ㆍ매우 민감한 기기(전자 기기, 컴퓨터)가 있는 곳 ㆍ인입구에 설치된 SPD와 보호 대상 기기 간의 거리가 상당히 먼 경우(6.1.2 참조) ㆍ뇌방전과 내부 교란 소스에 의해 구조물 내부에 자계가 생성되는 경우


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계통 안에서 보호받아야 할 가장 민감한 기기의 내전압(UW, KS C IEC 60664－1 참조)을 고려하여야 한다. 이러한 기기에 가장 가까이 설치된 SPD는 전압 보호 수준 Up2가 기기의 내전압보다 최소 20 % 아래에 있는 것을 선정해야 한다. 6.1.2에 언급된 효과를 고려할 때 SPD와 기기 간의 거리로 인하여 인입구에 있는 SPD의 보호 수준(Up1)이 기기의 단자에서 0.8×UW 미만인 경우에는 기기에 인 접한 추가 SPD가 필요하지 않다(그림 11 참조). 상세한 사항은 K.1.2와 그림 K.9를 참조한다.

Up1×k < 0.8×UW인 경우, (인입구에 설치된) SPD No. 1만이 필요하다. Up1×k > 0.8×UW인 경우, SPD No.1에 추가하여 SPD No. 2(Up2 < 0.8UW)가 설치되어야 한다. Eq는 KS C IEC 60664－1에서 정의된 바에 따라 내전압 UW인 보호 대상 기기 k는 가능한 진동을 감안한 계수(1 < k < 2, 6.1.2 참조)이다.

그림 11 ― 추가 보호의 필요성 비고 KS C IEC 61000－4－5의 기기 내성(immunity)은 KS C IEC 60664－1(UW)에 정의된 내전압

(withstand voltage)과 다를 수 있다. 이유는 KS C IEC 61000－4－5의 시험은 조합파 발생 장 치를 사용하며, 특히 저임피던스인 경우 서지 전류의 일부가 기기로 유입될 수 있기 때문이다. 이 경우, 적절한 협조가 요구된다(6.2.6 참조).

잠재적인 피해 위험이 있는 스위칭 서지는 건물 내부에서 발생될 수 있다. 이 경우 SPD가 추가로 필요하다. 2개의 SPD가 동일한 도체에서 사용되는 경우에는 협조가 필요하다. 6.1.5 등급별 시험에 따른 SPD의 위치 선택 인입 지점에서는 유입되는 스트레스에 따라 I등급, II등급, III등급으로 시험된 SPD가 사용된다. 서지 와 관련된 전기 스트레스에 대한 고려가 가장 적합한 SPD를 선정하는 핵심 요소이다. II등급, III등급 시험을 거친 SPD는 보호 기기의 인접한 위치에 배치하는 것이 적합하다. 6.1.6 보호 구역 개념 적합한 서지 보호를 설계하고 적용하기 위해 IEC 61000－5－6(검토 중인 사안)과 KS C IEC 61312 －1에서 명시된 보호 구역의 계층 구성을 고려하여야 한다.


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이러한 계획 개념은 배전 계통의 스위칭과 직/간접 뇌격에 의해 생성된 위협적인 유도 파라미터가 보호되지 않은 환경에서 보호된 민감한 기기에 이르는 단계(단계 간의 거리는 6.1.2에 명시된 내용에 의거한다.)별로 감소된다는 가정을 전제로 한다. 건물의 배전 계통을 보호 구역으로 재분할하고 SPD의 위치를 지정하는 예는 그림 K.11에서 나타낸 바와 같다. 6.2 SPD 선정

SPD는 6.2.1~6.2.6에 명시된 6단계 방식에 따라 선정된다.

그림 12 ― SPD 선정을 위한 공정도

6.2.1 Uc, UT 및 SPD의 In/Iimp/Imax/Uoc 선정

6.2.2 보호 거리

6.2.3 보호 수명 및 고장 모드

6.2.4 SPDs와 다른 장치 간의 상호 작용

정상 조건 고장 조건SPDs와 과전류 보호 장치 간의 서지 조정

과전류 보호 장치는 동작하지 않는다.

과전류 보호 장치가 동작하거나, 어떠한 피해도 발생하지 않는다.

Ic는 인명의 안전을 위협하거나 다른 기기의 교란을 일으키지 않는다.

SPD는 RCDs 또는 회로 차단기 등과 같은다른 부품에 장해를 주지 않는다.

6.2.5 전압 보호 레벨 Up 선택

6.2.6 선정된 SPD와 다른 SPD 간의 조정

다음 사항을 감안한다. －보호 대상 기기의 서지 저항 －시스템의 공칭 전압

동일한 도체에서 2개의 SPD가 사용되는 경우

수용이 가능한가?

SPD의 위치

SPD(Uc)의 최대 연속 동작 전압은 전력 시스템(Ucs)의최대 연속 동작 전압보다 크다. SPD의 일시적 과전압(UT)은 네트워크의 일시적 과전압(UTOV, LV)보다 크다.

At In

At Imax


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6.2.1 SPD의 Uc, UT와 In/ Iimp/ Imax/ Uoc 선정 Uc와 UT는 다음 기준을 충족한다. Uc는 아래의 IT 시스템을 제외하고, 계통에서 발생하는 최대 연속 동작 전압 Ucs( = k×U0)보다 크다 (부속서 J 및 부속서 B에 제시된 값을 참조).

Uc > Ucs

이것은 실제로 다음과 같은 시방을 도출한다(KS C IEC 60364－5－53). 그림 K.2의 TT 시스템에서 Uc는 최소 1.5 U0가 된다. 그림 K.3의 TN 시스템 및 TT 시스템에서 Uc는 최소 1.1U0가 된다. IT 시스템에서 Uc는 최소 상 대 상(line-to-line) 전압 U의 값만큼 높다. 비고 1 U0는 저압 계통의 상 대 중성선(line-to neutral) 전압이다. 비고 2 확장된 IT 계통에서 보다 높은 Uc가 필요하다. 비고 3 KS C IEC 60364－5－53은 검토 중이다. UT의 값은 그림 13에서와 같이 저압 계통에서의 사고로 인하여 계통에서 발생되는 일시적 과전압 (TOV)보다 높다.

UT > UTOV, LV

비고 4 5초를 초과해서 지속되는 UTOV, LV는 최대 연속 운전 전압(Uc)으로 간주된다. 예를 들면 IT 시 스템에서 상과 접지 간에 연결된 SPD의 Uc는 상당히 오랜 시간(몇 시간) 지속되는 접지 고

장으로 인해 최소한 상 대 상(phase-to-phase) 전압의 최대값(U0× 3 )과 같은 값이 된다. TOV의 진폭이 지나치게 높은 경우, 허용 서지 보호 기능이 가능한 SPD를 찾기는 힘들다. 발생 확률이 충분히 낮은 경우에 TOV 스트레스에 견딜 수 없는 SPD를 사용할 수 있다. 이런 경우, 이에 적당한 차단 장치를 사용해야 한다.


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a LV에서의 사고(단락)에 대한 TT, TN, IT 시스템의 상과 중성 간의 UTOV, LV 영역 b LV에서의 사고(우발적 접지)에 대한 IT(TT) 시스템의 상과 접지 간의 UTOV, LV 영역, 그리고 LV에서

의 사고(중성선 단선)에 대한 TT, TN 시스템의 상과 중성선 간의 UTOV, LV 영역 c HV 시스템에서 고장이 발생한 경우, TT와 IT 시스템의 상과 접지 간의 수용가(consumer location)

에서의 UTOV, HV의 최대값 d 정의되지 않은 영역

SPD의 UT값

그림 13 ― UT와 UTOV 비고 5 그림에 나타난 바와 같이, 다음과 같은 특성의 SPD 선정이 가능하다.

UT = Uc ≥ UTOV, LVmax

이것은 특히 IT 시스템인 경우에 해당된다. SPD의 에너지 내력(시험 등급에 따라 Iimp, Imax 또는 Uoc를 선택) 선정은 서지의 발생 확률, 그리고 보호 대상 기기의 가격과 허용 고장률 등을 비교하는 위험 분석(7. 참조)에 기초하여야 한다. 둘 이 상의 SPD가 포함될 때에는 협조 분석도 고려해야 한다. 비고 6 필요한 경우, 5.5.2에 제시된 우선값보다 큰 것을 사용할 수 있다. 6.2.2 보호 거리 SPD의 위치(인입구, 기기와 인접한 위치 등)를 결정하기 위해 보호 거리, 즉 SPD가 충분한 보호 성 능을 발휘할 수 있는 SPD와 보호 대상 기기 간의 허용 거리를 알아야 한다. 이 거리는 SPD의 특성(Up 등), 구조물 내부의 설치(리드 길이 등), 시스템 특성(도체의 형태 및 길이 등), 그리고 기기의 특성(내전압 등) 등에 따라 좌우된다. 상세한 사항은 관련된 현상이 설명되어 있 는 6.1.2와 6.1.3을 참조한다. 비고 보호 구역의 기획자는 SPD에서 보호 대상 기기까지의 보호 거리를 숙지해야 한다(6.1.6 참조). 6.2.3 기대 수명 및 고장 모드


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6.2.3.1 기대 수명 서지 형태와 발생 빈도에 따라 SPD의 수명이 좌우된다. 예를 들어 SPD를 설치하고 몇 초 후에 최 대 방전 전류 Imax 20 kA 8/20과 30 kA 8/20의 뇌전류가 발생했다면 SPD는 고장나게 된다. 이 경우, 실제적인 수명은 단 몇 초에 지나지 않는다. 이러한 극단적인 예는 제조자에 의해 제시된 모든 기대 수명은 규격화된 시험에 한해서만 근거해야 하며, 이는 보장될 수 없다는 것을 의미한다. 단지 기대 수명을 고려하는 것만 가능할 뿐이다. 예를 들어 최대 방전 전류 10 kA와 20 kA 8/20 SPD 에 30 kA의 뇌전류가 발생하는 경우 SPD는 둘 다 설치된 지 몇 초 안에 파괴되어 버릴 수 있다. 일 반적인 조건에서는 20 kA의 SPD의 수명은 10 kA의 SPD보다 길다고 볼 수 있다. 요약하면 SPD 선정시 고려할 사항은 ㆍ규정된 열화 시험에서 크게 노화되지 않는다. ㆍUTOV와 예상 서지 그리고 다른 SPD와의 필요한 협조 등을 고려한다. ㆍ고장시 화재 또는 전기 쇼크와 같은 위험한 피해를 발생시키지 않는다. 6.2.3.2 고장 모드 고장 모드 자체는 서지와 과전압 형태에 따라 좌우된다. 전원 공급 교란과 중단 등을 피하려 한다면 SPD와 모든 상부 백업 보호 장치 간의 협조 작업이 필요하다. 6.2.4 SPD와 다른 장치 간의 상호 작용 이 주제와 관련하여 IEC 60364를 참조한다. 6.2.4.1 정상 조건 연속 동작 전류(Ic)는 인명에 대한 위험(간접적 접촉 등) 또는 다른 기기(예를 들면 RCD 등)에 대한 교란을 발생시키지 않는다. 비고 1 Ic는 RCD의 경우, 정해진 누설 전류의 1/3(IΔn/3) 이하의 값이어야 한다. 다양한 SPD와 다른

장치의 누적 효과는 고려해야 할 사항이다. 비고 2 SPD가 RCD, 퓨즈 또는 차단기의 부하(load)측에 위치하는 경우 서지로 인한 동작 방해, 오

동작 또는 손상 등으로부터 이들 장비를 보호할 수 없다. 6.2.4.2 고장 조건 SPD는 RCD, 퓨즈 또는 차단기 등과 같은 다른 보호 장치를 교란하지 않기 위해 필요한 차단 장 치를 채택해야 한다. 6.2.4.3 SPD와 RCD, 퓨즈 또는 차단기 등과 같은 과전류 보호 장치와의 서지 협조 네트워크에서 사용되는 과전류 보호 장치와 누설 전류 장치(RCD)의 정의된 내력(withstand capability) 은 자체적인 규격(IEC 61008－1과 KS C IEC 61009－1)에 의거하는 S타입 RCD를 제외하고는 정의 되어 있지 않으며, S타입 RCD는 트립되지 않고 3 kA 8/20을 견딜 수 있다. SPD와 과전류 보호 장치 또는 RCD와의 협조시, 과전류 보호 장치 또는 RCD는 공칭 방전 전류 In에서 동작하지 않아야 한다. 그러나 일반적으로 In보다 높은 전류에서는 과전류 보호 장치가 동작하는 것이 받아들여진다. 차단 기와 같이 리셋(reset) 가능한 과전류 보호 장치의 경우 서지에 의해 손상되지 않아야 한다.


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이러한 경우, 과전류 보호 장치의 응답 시간으로 인해 과전류 보호 장치가 동작해도 전체 서지는 SPD를 통해 흐르게 된다. 따라서 SPD는 충분한 에너지 내력을 가져야 한다. 이러한 현상으로 인해 RCD 또는 과전류 보호 장치가 동작해도 전기 설비가 보호되어 있는 상태이므로, SPD의 고장으로 간주되지 않는다. 전원 공급 중단이 사용자에게 허용되지 않을 경우에는 특수한 구성 또는 과전류 보호 장치가 사용된다. 비고 1 과전류 보호 장치는 뇌 보호 시스템 또는 가공선 등과 같은 높은 전류가 노출되는 상황 아

래에서, In이 설비에서 사용된 과전류 보호 장치의 실제 내력을 웃돌면 In 이하에서도 과전류 보호 장치의 동작이 허용된다. 이 경우, SPD의 공칭 방전 전류는 서지 용량만을 근거로 하여 선정된 것이다.

비고 2 전압 스위칭형 SPD에 스파크오버가 발생하면 전기 공급 품질이 나빠진다. 일반적으로 전압 스위칭형 SPD가 자가 소호(self-extinguishing)하지 않으면 전력을 동반한 속류가 과전류 보호 장치 동작의 원인이 된다. 이때 SPD의 상부측 과전류 보호 장치와의 협조가 필요 하다.

6.2.5 전압 보호 레벨 Up 선정 SPD의 적합한 전압 보호 레벨값 선정시 보호 대상 기기의 서지 내력과 계통의 공칭 전압이 고 려되어야 한다. 값이 낮을수록 보호 성능은 더 우수하다. 이는 Uc와 UT, SPD의 성능 감소와 다른 SPD와의 협조에 대한 사항으로 제한된다. 비고 전압 제한 SPD에 대한 전압 보호 레벨은 I등급 시험에는 정해진 Ipeak값, II등급 시험에는 In과

관련된다. III등급 시험에 대한 전압 보호 레벨은 조합파 시험(UOC)에 의해 선정된다. 전압 스위칭 SPD 또는 조합형 SPD에 대한 전압 보호 레벨은 섬락 전압과 관련이 있다.

6.2.6 선정된 SPD와 다른 SPD 간의 협조 6.2.6.1 일반사항 앞서 언급한 바와 같이, SPD 적용시 일부 경우에는 보호 대상 기기에서의 전기 스트레스를 허용값 (낮은 전압 보호 레벨)으로 감소시키고 구조물 내부의 과도 전류를 감소시키기 위해 2개(또는 그 이 상)의 SPD를 사용할 수도 있다. 에너지 내력에 따라 2개의 SPD 간에 허용 스트레스를 분담하기 위해서는 협조가 필요하다. 이에 관한 예는 그림 14를 참조한다.


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Eq 정상 동작하에서의 보호 대상 기기 O/c 개방 회로(전원에서 차단된 기기) i 인입 서지

그림 14 ― 2개의 SPD를 사용한 대표적인 예－회로도 2개의 SPD 간의 임피던스 Z(일반적으로 인덕턴스)는 물리적인 하나(2개의 SPD 간 에너지 공유를 쉽게 하기 위해 선로에 삽입된 특정 부품) 또는 2개의 SPD 간의 케이블 길이에 따른 인덕턴스를 의미한다(일반적으로 1 μH/m로 간주). Z가 물리적 임피던스를 나타내는 경우, 선로의 인덕턴스는 Z와 비교해서 작으므로 무시된다. 그러면 Z는 위의 두 가지 경우, 모두 그림 14의 회로도로 나타난다. 비고 1 그림 14는 기기가 연결되지 않은 가장 심각한 경우를 나타낸다. 전류는 전혀 이 기기를 통

해 흐르지 않게 되며 전체 스트레스는 2개의 SPDs에 부담된다. 서지가 SPD 단자와 부하 간에 발생되는 경우, 추가 사항을 감안해야 한다.

비고 2 이 예에서 연결 리드는 무시된다. 실제로 이들은 2개의 SPD 간에 스트레스를 나누는 데 영 향을 주게 된다.

비고 3 진행(forward) 도체와 귀환 도체(return conductor)가 가깝게 결합되어 있으면 루프가 작으며, 특성 인덕턴스는 1 μH/m보다 작다. 인덕턴스가 0.5 μH/m까지 작아질 수도 있다.

비고 4 1 μH/m의 값은 이미 진행 도체와 귀환 도체의 인덕턴스와 결합되었다. 6.2.6.2 협조 문제 협조 문제는 다음 질문에 의해 일차적 접근으로 정리될 수 있다.


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인입 서지 i의 경우, 이 전류 i의 어떤 부분이 SPD1을 통해 흐르며, 어떤 부분이 SPD2를 통해 흐르 게 되는가? 또한 2개의 SPD는 이러한 스트레스를 견딜 수 있는가? 2개의 SPD 간의 거리가 서지의 지속 기간에 비해 짧으면 인덕턴스의 결과는 무시될 수 있으며 SPD2는 과스트레스(overstressed)를 받게 된다. 올바른 협조는 2개의 SPD 간 임피던스를 고려하여 i2 값을 허용 레벨까지 감소시키는 데 적합한 SPD를 선정함으로써 얻을 수 있다. 이러한 과정은 또한 두 번째 SPD의 잔류 전압을 원하는 값까지 끌어내려 감소시킨다. 이러한 협조는 다음 사항을 피하기 위해 필요하다. ㆍSPD2의 과도 설계(overdesign) ㆍi2가 너무 높은 경우, 건물 내부에서 문제를 발생시킬 수 있는 일부 EMC 동요(perturbation) 그러나 전류 측면에서의 협조를 다루는 것만으로는 충분하지 않다. 에너지에 관한 협조 역시 논의되 어야 할 필요가 있다. 2개의 SPD가 적절히 협조한다는 것을 확실히 하기 위해 에너지 기준(criterion)으로 알려진 다음 요 구사항을 충족시켜야 한다. 0과 Imax1(Ipeak1) 간의 모든 서지 전류의 값에 대해 에너지의 일부분(SPD2를 통해 방산된)이 최대 에너지 내력(Emax2)보다 낮거나 같으면 에너지 협조가 이뤄진 것이다(상세한 사항은 부속서 K 참조). 6.2.6.3 실제 예 협조에 관한 연구는 복잡하다고 할 수 있다. 모든 SPD가 동일한 제조자에 의해 제공되었다고 하면 선정된 SPD 간의 거리 또는 임피던스에 관련된 사항이나 적합한 협조 방식 등 모든 시방을 그 제조 자에게 문의하면 문제는 간단히 해결될 것이다. 그렇지 않은 경우 협조에 관한 연구를 수행해야 하며, 다음과 같은 4가지 가능성을 제시한다. ㆍ부품에서의 허용 편차가 결과에 중대한 영향을 끼치게 된다는 것을 숙지하고 0에서 Emax1에 해당

하는 전류까지 긴 파형과 짧은 파형으로 서지 전류를 주입(impressing)하여 시험한다(시험은 현재 검토 중에 있음).

ㆍSPD의 특성에 정확한 데이터가 필요하다는 것을 염두에 두고, 설치시 실제 적용되는 방식의 특성 을 감안하여 시뮬레이션을 수행한다.

ㆍ2개의 SPD가 전압 제한형이면 U－i 곡선을 비교함으로써 분석 연구를 수행한다. ㆍ대부분의 경우 믿을 만한(conservative) 결과를 제공하는 통과 에너지(LTE：Let-Through Energy)라

는 또 다른 방식을 사용하여 시험한다. 부속서 F와 K는 이러한 현상과 분석 연구, LET 방식에 대해 자세한 정보를 제공하고 있다. 6.3 보조 장치의 특성 6.3.1 차단기(disconnecting devices) 단일 차단기가 3개의 기본 차단기 기능(열 보호, 단락 보호와 간접 접착 보호)을 제공하거나 3개의 차단기까지 필요할 수도 있다.


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차단기는 SPD 자체의 내부에 장착되거나 결합된 형태로 사용할 수 있다. 일부 기능은 시스템의 백 업 보호로 간주할 수 있어 SPD에서 상당히 떨어진 곳에 위치할 수 있다. 차단기가 SPD 회로 내 부에 있거나 전원(mains)과 직렬로 연결되는 것은 전원 공급의 연속성과 보호의 연속성을 비교한 것, 그리고 과전류 보호 장치 사이의 협조에 따른다(J.2 참조). 매우 높은 일시적 전압과 같은 경우에는 차단기의 다른 기능이 필요할 수도 있다. 차단기(disconnector)는 퓨즈, 차단기(circuit-breaker), RCD 또는 전용 장치일 수 있다. 6.3.2 서지 계수기(event counters) 일반적으로 이러한 형태의 장치는 감지된 서지의 숫자에 관한 정보를 제공하고, 어떤 경우에는 진폭 과 파형 등에 대한 정보를 제공한다. 서지 계수기는 이벤트 발생 장소의 심각성을 결정하거나 교체 정책을 결정하는 데 사용된다. 일부 정교한 계수기는 발생 빈도, 날짜와 시각, 관련 에너지 등에 대 한 통계 데이터를 제공한다. 비고 1 사용자는 계수기의 임계 레벨이 너무 낮을 경우, 계수기가 제공한 정보가 혼동을 일으킬 수

있다는 것을 알아야 한다. 비고 2 현재 이러한 장치에 대한 IEC 규격은 없다. 6.3.3 상태 표시기(status indicator) 이 장치는 차단기와 연결되어 사용자에게 SPD가 설계된 대로 동작하는가 또는 동작하지 않는가에 관한 정보를 제공한다. 상태 표시기는 SPD를 교체하도록 알려 주는 데 이용될 수도 있다. 상태 표 시기 중 일부는 현장에서, 일부는 원거리에서 동작한다. 상태 표시기는 전기적, 시각적, 청각적 경보 를 제공할 수도 있다. 7 위험성 분석 두 가지의 위험성 분석 형태가 있다. 기초 분석은 SPD의 사용 필요성을 결정하는 데 사용되며, 다른 하나는 인입 또는 기기에 인접한 곳에 위치한 SPD의 에너지 내력을 결정하는 데 사용된다(다른 SPD가 있는 경우 다른 SPD의 에너지 내력은 SPD 간의 협조 작업에 의해 주어진다)(부속서 L 참조). SPD의 사용 여부 결정에 관해서는 사용자가 가중값을 부여하는 광범위한 파라미터에 의해 좌우된다. 이때 고려 대상인 파라미터는 부속서 L에 나열되어 있다. SPD를 사용하기로 결정되면 적용할 SPD 의 분류와 위치를 정하기 위해 노출 정도를 설정한다. 뇌서지에 대한 위험 평가 방법은 IEC 61662와 개정판 1에 제시되어 있다. IEC 61662는 현재 SPD 관 련 사안을 보다 심도 있게 다루기 위해 검토 중에 있다. 전체 분석이 상당히 복잡한 상황에서는 IEC 61662에 근거한 간소화된 방법을 사용할 수 있다. 스위칭 서지에 대해서는 방법을 검토 중이다. 8 통신과 전력 단자의 양쪽 기기에 대한 협조 검토 중


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부속서 A (참고)

조회 및 입찰에 대한 기본적인 정보와 시험 절차에 대한 설명

A.1 조회로 도출된 정보 A.1.1 (전력) 계통 자료 ㆍU0 , Ucs ㆍ주파수 ㆍ일시적 과전압 UTOV ㆍ보호 대상 기기의 절연 레벨 비고 사용자는 절연 내력 강도가 전압의 상승률과 지속 시간에 따라 다양하게 나타날 수 있다는 사

실을 인식해야 한다. 예를 들어 4 kV 1.2/50의 내력을 갖는 장치가 파장이 긴 파형에서 1 kV 밖 에 못 견딜 수도 있다.

ㆍSPD가 설치되는 곳의 시스템 단락 전류 ㆍ배전 계통의 형태(IT, TT, TN 등) A.1.2 운전 조건 고장 모드 조건 ㆍ전력 공급 연속성에 대한 우선순위 ㆍ보호 우선순위 ㆍ위의 두 가지 내용 모두 비정상 조건 ㆍ주위 여건 ㆍ계통：SPD가 설치된 곳에서 Ucs의 증가 가능 범위(예를 들어 전압 변동에 기인한) A.1.3 SPD 적용시 고려사항 a) 연결

－ 상과 접지(phase to earth) － 중성선과 접지(neutral to earth) － 상과 중성선(phase to neutral) － 상과 상(phase to phase)

b) 보호 대상 기기의 형태

－ 변압기(transformers) － 전기 기계


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－ 전자 기기를 포함한 장치 － 기타 기기 － 케이블(종류와 길이) 등

c) SPD와 보호 대상 기기 간의 도체 최대 길이(보호 거리)

비고 이 거리는 가능한 한 짧아야 한다.

d) SPD와 모든 도체(상, 중성선, 접지선) 간의 연결을 고려한 SPD 단자에서부터의 도체 최대 길이 (리드 길이)

A.1.4 SPD 특성 ㆍ최대 연속 동작 전압 Uc ㆍ전압 보호 레벨 Up ㆍ시험 특성：I, II, III급 ㆍSPD 고장시 단락 전류 내력 ㆍSPD 설치 환경(실외, 실내 등) ㆍ포트 수 ㆍ외함의 보호 등급(IP 코드) ㆍ공칭 방전 전류 In(시험 등급 I, II) ㆍ최대 연속 부하 전류(필요한 경우) ㆍIimp, Imax 또는 Uoc(각각 시험 등급 I, II와 III에 대해) ㆍTOV 특성 UT ㆍ고장 모드 2포트 SPD에 대한 추가 사항 ㆍ최대 연속 부하 전류(필요한 경우) IL ㆍ퍼센트로 나타낸 전압 강하 A.1.5 부속 기기와 장착 ㆍ설치 형태 ㆍ설치 위치 ㆍ필요한 경우 SPD 단로기 ㆍ연결 리드의 단면적 A.1.6 특수 비정상 조건 예를 들면 매우 잦은 운전 A.2 입찰 정보 A.1.4와 A.1.5의 모든 내용 추가로 기술에 따라 달라지는 것. ㆍTOV 특성 UT


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ㆍ전류에 대한 잔류 전압 ㆍ부착, 드릴 작업 도면 절연 베이스, 브래킷 ㆍSPD 단자 형태와 허용 도체 크기 ㆍ크기와 중량 A.3 KS C IEC 61643－1 에서 사용된 시험 절차 설명 A.3.1 I등급과 II등급 시험에 따라 수행된 SPD의 Ures 결정 잔류 전압은 8/20 파형 발생기를 이용해 양 극성(정부 극성)으로, In의 0.1, 0.2, 0.5, 1.0 그리고 2.0배 의 순서로 측정한다. 마지막으로, 앞에 실시한 시험에서 잔류 전압이 높았던 극성으로 Imax 또는 Ipeak(Imax나 Ipeak는 In보다 크다.)를 적어도 한 번 인가한다. SPD에서 누적 효과(cumulative effect)가 발생했는지를 검토하기 위해 첫 번째 시퀀스는 하나의 극성 으로, 두 번째 시퀀스는 반대 극성에서 실시한다. 파형은 비교값으로 사용되기 때문에 I등급 또는 II등급 시험에 상관없이 항상 8/20이다. 이는 SPD의 보호 특성과 보호 대상 기기의 임펄스 내전압을 비교하여 SPD를 선정하는 데 사용된다. I등급 시험 의 대표적인 파형은 Ipeak와 Q로 정의된 Iimp이지만, 이 파형은 전류의 상승률 측면에서 볼 때 8/20과 별반 다르지 않다. 따라서 8/20 파형은 SPD 보호 특성을 비교하는 공통 자료(common basis)를 얻는 데 사용된다. 0.1×In에서 2×In 사이의 여러 가지 값이 사용되는 이유는, 발생할 수 있는 맹점(blind spot)을 찾을 필요가 있기 때문이다(맹점은 전류가 낮은 곳에서 잔류 전압이 높게 나타나는 것을 말한다). In에서의 잔류 전압은 (SPD에 맹점이 있는 경우에) 가장 높은 값이 아니라 통상적인 값이라는 것에 주의해야 한다. 명판에 나타난 Up 값은 절연 협조 및 SPD 간의 협조를 수행하기에 충분하지 않다. 잔류 전압 곡선 또는 표는 제조자의 기술 문서에 제공되어야 한다. Imax 또는 Ipeak까지의 잔류 전압 곡선을 얻기 위해 2×In과 Imax 또는 Ipeak 사이에서 충분한 측정(적어도 하나)이 이루어진다. 비고 2×In이 Imax나 Ipeak보다 높으면 시험은 1.2 In에서 수행된다. A.3.2 Ures 를 평가하기 위한 임펄스 파형 1포트 SPD를 시험하는 데 이용되는 8/20파형은 5 %의 허용 전류 초과분(overshoot)을 갖는다. 이 러한 초과분은 1포트 SPD에서 발생되는 Ures에 영향을 주지 않는다. 2포트 SPD의 경우, 일반적으로 결합을 줄이기 위해(decoupling) 인덕터와 같은 직렬(series) 임피던스 를 갖는다. 또한 분로(shunt) 커패시터는 저역 필터(low pass filter) 효과를 생성하기 위해 인덕터의 기 기 쪽에 장착된다. 이러한 경우, 초과분 임펄스는 초과분의 크기에 따라 Ures를 상당 부분 변경하게 된다. 이것이 바로 2포트 SPD 시험에서의 허용 초과분이 5 %로 제한되는 이유이다. A.3.3 Ures 결정에서 백필터의 영향 백필터가 2포트 장치에 사용될 때, 관찰된 Ures를 왜곡하고 잘못된(misleading) 결과를 생성하는 상호 작용이 발생할 수 있다. 저역 필터 형태로 된 2포트 장치는 인가된 임펄스가 끝나는 어느 순간에 피크 Ures를 발생한다. 같은


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방법으로 백필터는 임펄스가 끝날 때 저장된 에너지를 되돌려준다. 파고값(peak magnitude)에서의 최 종적인(resultant) 파형과 전압은 백필터와 시험 중에 있는 장치의 파라미터에 의해 좌우된다. Ures의 최악의 경우를 결정하기 위해 시험 임펄스는 교류 공급 전원의 최대값에서 같은 극성으로 인가되어야 한다. 이때 시험 중인 장치 내부의 모든 부품은 Umax 상태이다. Ures 값은 Umax와 인가 된 임펄스에 따른 증가분(incremental)의 합이 된다. 이 값은 조정(steering) 다이오드를 통해 Umax 값과 동일한 직류 전압을 인가해서 얻을 수 있다. 시험 임펄스는 다이오드와 2포트 장치 사이에 인가된다. 2포트 장치의 설계에 따라 내부 구동 또는 진단(diagnostic) 전자 기기에 전력을 공급하기 위해 대체(alternative) 교류 전원이 필요할 수 있다. 비고 이 시험은 절연 변압기(isolation transformer)가 내장된 SPD에는 적합하지 않다. A.3.4 I등급과 II등급 형태에 따라 시험된 SPD의 동작 시험 1차적으로 장치가 열화되지 않았다는 것을 확인하기 위한 사전 조정 작업을 수행한다. 사전 조정은 고압 어레스터 시험에서 일반적으로 사용되는 8/20 공칭 방전 전류 임펄스 20회 대신에, 임펄스를 15회 인가하여 진행된다. 이는 동작 책무 시험 자체가 KS C IEC 60099－4에서 사용되는 시험보다 더 가혹하기 때문이다(예를 들어 서지의 파형과 횟수 등). 사전 조정은 UC가 인가된 상태에 적용하여 수행한다. 각 임펄스와 50/60 Hz 간의 동기(synchronization)는 각 임펄스 이후에 30°씩 앞선다. 첫 번째 임펄스는 0에서 시작한다. 이유는 스파크 갭 등과 같은 일 부 SPD는, 특히 속류(power follow current)가 이 각도에 민감하기 때문이다. 15회의 임펄스는 5회의 임펄스 3그룹으로 인가된다. 각 그룹 사이에는 시료를 냉각하기 위한 충분한 시간(30분)이 주어진다. 이러한 사전 조정 작업이 끝나면, 발생 가능한 맹점을 찾아내기 위해 0.1 Imax(또는 Iimp), 0.25 Imax(또는 Iimp), 0.5 Imax(또는 Iimp), 0.75 Imax(또는 Iimp) 그리고 Imax(또는 Iimp)의 전류 레벨로 추가 임펄스가 적 용된다. 각 임펄스 사이에는 열적 냉각이 진행된다. 맹점은 SPD가 Imax(또는 Iimp)를 완벽하게 견디는 데도 불구하고 Imax(각각 Iimp)보다 더 낮은 전류에서 SPD에 고장을 일으킬 수 있는 전류이다. 가장 대표적인 예는 스파크 갭과 병렬로 접속된 ZnO 배리스터이다. 갭이 방전을 일으키지 않으면 전체 서지가 배리스터에 인가된다. 이 배리스터는 갭이 견디는 스트레스에 견딜 능력이 없어 망가질 수도 있다.


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부속서 B (참고)

일부 시스템에서 사용되는 Uc와 공칭 전압 간의 관계

및 ZnO 배리스터의 Up와 Uc 간의 관계에 대한 예

B.1 계통의 Uc 와 공칭 전압 간의 관계

표 B.1 ― Uc와 계통의 공칭 전압 간의 관계

KS C IEC 60664－1에 의거한

공칭 전압 IEC 60364－5－534에서 제시된 값을 근거로 한 Uc 의 예

3상 4선식 중성점

접지 계통

3상 3선식 또는

3상 4선식 비접지

계통

TN 계통a에서

상과 PE 또는

PEN 간에 설치된

SPD 또는 TT

계통a에서 상과

중성선 간에

설치된 SPD의

Uc의 최소값

TT 계통a에서

상과 접지 또는

중성선과 접지

간에 설치된

SPD의 Uc의

최소값

IT 계통에서 상과

접지 간 또는

중성선과 접지

간에 설치된

SPD의 Uc의

최소값

TT, TN 또는 IT

계통에서 상과

상 사이에 설치된

SPD의 Uc의

최소값

TT 및

TN 계통 IT 계통

전압 변동이

10 %와 동일한

경우

1.5×U0의 값이

사용된 경우 03 U× 의 값이

사용된 경우

전압 변동이

10 %와 동일한

경우

V V V V V V

120/208 132 180 229

127/220 220 140 191 220 242

230, 240 240 264

260, 277, 347 347 382

220/380, 230/400 380,400 253 345 400 440

240/415, 260/440 415 286 390 415 484

277/480 440, 480 305 416 480 528 a 일부 조건하에서 상위값이 필요한 경우(예를 들면 TT 계통에서 중성선이 끊어진 경우)

B.2 ZnO 배리스터의 Up 와 Uc 간의 관계 Up/Uc 비율은 SPD를 특징짓는 데 중요한 파라미터이다. 이 비율은 사용된 부속품에 따라 좌우된다. 표 B.2는 부속품 크기와 적용된 전류 In에 따라 변하는 ZnO 배리스터의 Up/Uc 전형적 비율값을 제 시하고 있다.


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표 B.2 ― ZnO 배리스터의 Up /Uc 간의 관계

In(8/20)

kA

지름

mm

ZnO의 Up/Uc

1 14 3.3 2.5 20 3.8 5 32 4.1 10 40 4.6 20 60 4.6

기술에 따라 더 큰 값이나 더 작은 값을 얻을 수 있다. 제조자는 자사 특정 제품에 대한 비율을 제 공하기도 한다. 비고 서지에 견디는 능력 등과 같은 다른 파라미터 역시 기술에 따라 달라진다.

표


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부속서 C (참고)

환경－저압 계통의 서지 전압

비고 1 NEMP(Nuclear Electromagnetic Pulse：핵 전자 임펄스)는 이번 규격에서는 고려되지 않았으

므로 특별한 주의가 필요할 수도 있다. 비고 2 이 규격에서의 서지 전압은 피크 동작 전압의 2배(2 p.u.)를 초과하고 μs에서 ms 사이의 지

속 기간을 가지고 있다. 2 p.u보다 작은 과전압은 여기에서는 고려되지 않고, 전력 장치의 동 작과 고장 모드에서 생기는, 지속 기간이 긴 과도 현상도 고려되지 않는다. 이러한 진폭이 작은 것과 지속 시간이 긴 서지는 일반적으로 통상적인 서지 보호 장치로 억제할 수 없기 때문에, 이 규격에서 의논되고 있는 것과는 다른 보호 기술이 필요하다.

비고 3 다음 본문은 나중에 기술 지침서로 출판될 IEC 62066의 요약이다. 이 본문의 목적은 그동 안 정보를 제공하는 것이다. 이 규격이 출판되면 그것을 직접 언급할 것이다. 특히 그림이 추가될 것이다.

서지 전압은 저압 계통에서는 다음 세 가지 사건에서 발생한다. ㆍ자연 현상：전력 시스템을 직접 뇌격하거나 가까이 있는 다른 물체를 뇌격하여 과전압을 유도시킬

수 있는 낙뢰와 같은 것. ㆍ전력 시스템에 대한 의도적인 행동：전력 회사에 의해 송전 계통에서, 또는 최종 수용가에 의해

저압 계통에서 일어나는 부하나 커패시터 스위칭 ㆍ의도되지 않은 사건：전력 시스템의 고장과 그 고장의 제거 또는 전력 계통과 신호/전기 통신 계

통 사이의 상호 작용과 같은 다른 계통 간의 결합 C.1 낙뢰 과전압 낙뢰는 저압 계통(신호/통신 계통뿐 아니라 전력 계통)에 여러 가지 방식(mechanism)으로 영향을 미 치는 피할 수 없는 사건이다. 시스템에 영향을 주는 분명한 작용은 뇌의 직격(direct strike)이다. 그 러나 다른 결합 방식도 시스템에 과전압을 가져올 수 있다. 저압 시스템에 과전압을 일으킬 수 있는 세 가지의 결합 방식을 논의한다. “과전압”을 논의하려고 하지만, 과전압과 연관되어 있는 전류 또는 애초에 과전압을 일으킨 전류가 이번 논의의 중요한 주제(aspect)이다. 구분(category) 세 가지는 다 음과 같다. a) 전력 계통에 대한 직격뢰(direct flash) 직격뢰는 MV/LV 배전 변압기의 1차측과 저압 배전 계통

(지중뿐 아니라 가공까지), 그리고 각각의 건물에 대한 인입선에 발생할 수 있다. b) 간접뢰(indirect flash) 가까이에 있는 물체에 떨어진 낙뢰로, 유도 결합이나 동일 경로 작용

(common-path coupling)에 의하여 저압 배전 계통에 과전압을 일으킨다. 이런 낙뢰로 인한 과전압 과 서지 전류는 직격뢰로 인한 것보다는 정도가 약할 수 있으나 발생 빈도는 훨씬 더 많다.

c) 뇌 보호 시스템 또는 최종 사용자 건물의 외부 부품(extraneous parts：철 구조물, 수도관, 공기 조화용 덕트, 엘리베이터 샤프트와 같은 비전기용 부품 등)에 대한 뇌격 이런 뇌격에는 두 가지 의 영향력이 있는데, 건물 외부 부품에 흐르는 뇌전류의 유도 결합(inductive coupling)과 주입되는 낙뢰 전류는 계통 도체와 접지(local earth) 사이에 SPD를 설치하는, 이른바 설비의 등전위 본딩으 로도 막을 수 없다. 건물에서 저압 계통에 낙뢰 전류가 주입(injection)되는 것이다. 어떤 낙뢰 (flash)가 있을 때, 사용자 설비에 나타나는 과전압의 가혹한 정도는 뇌격점과 사용자 설비 사이 의 거리와 계통 특성, 접지 방식과 접지 임피던스, 경로를 따라 SPD가 있는가, 배전 계통의 분


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기(branching) 등과 같은 결합 경로의 특성에 따라 달라진다. C.1.1 고압 시스템에서 전달된 뇌 서지 고려 중 C.1.2 저압 배전 계통에 대한 직격뢰로 인한 과전압 뇌 경로의 유효 임피던스가 높아서 낙뢰 전류는 사실상 이상적인 전류원으로 간주될 수 있다. 따라 서 발생한 과전압은 뇌전류에 의하여 나타나는 일시적인 유효 임피던스에 의하여 결정된다. 뇌가 선로에 떨어지면, 전압은 순간적으로 그 선로의 특성 임피던스(서지 임피던스)에 의하여 결정 된다. 그 전류(I )는 처음에 두 부분으로 나누어지며, 다음과 같은 전압 서지(U)가 발생한다.

U = Z×I/2

여기에서 U ：서지 전압 Z ：선로의 서지 임피던스 I ：서지 전류

중간 정도의 서지 전류 10 kA와 400 Ω의 서지 임피던스를 가정하면, 예상되는 서지 전압은 2 000 kV 이다. 따라서 저압선의 경우 방전은 보통 모든 선로 도체 사이에서 일어나며, 대부분의 경우에 땅으 로도 방전이 일어난다. 방전이 일어난 다음에, 유효 임피던스는 접지 저항에 따라 줄어든다. 그러나, 예를 들어 10 Ω 정도로 낮은 유효 임피던스에 대해서도 앞의 예와 같이 10 kA의 뇌전류를 가정하면, 그 선로의 전압은 100 kV가 된다. 가공선과 케이블이 결합된 계통에서는 가공선에 비해 케이블의 서지 임피던스가 낮아 과전압이 감소 한다. 감소량은 전류의 지속 시간과 계통 접지에 대한 전체 커패시턴스에 따라 달라진다. 그러나 이 감소량은 저압 시스템의 일반적인 절연 수준을 초과하는 과전압을 피하기에는 부족하다. 따라서 직 격뢰는 일반적으로 그러한 계통에 손상을 일으키는 것으로 보아야 한다. C.1.3 저압 배전 시스템의 유도 과전압 낙뢰가 일어나는 동안에 발생하는 전자기장의 변화로 인하여, 모든 종류의 가공선에 낙뢰로부터 상 당히 멀리 떨어진 곳의 선로에도 서지가 발생하게 된다. 대강 어림 잡아 선로에 발생할 것으로 보 이는 과전압(U )은 다음 식에 의하여 구할 수 있다.

U = 30×k×(h/d)×I

여기에서 I ：뇌전류 h ：땅에서 도체까지의 높이 k ：낙뢰 경로의 귀환 스트로크(return stroke)의 속도에 관한 인자(factor) d ：낙뢰에서 떨어진 거리

매개 변수 k의 변동은 작다(1.0에서 1.3까지). 뇌전류를 중간값인 30 kA로 하고, 지면에서부터 선로의 높이를 5 m로 할 때, 1 km 거리에 떨어진 낙 뢰로 인한 전압은 5 kV를 초과한다. 이런 경우, 100 kA의 전류는 심지어 10 km 떨어진 곳의 낙뢰로 인한 경우에도 1.8 kV의 과전압을 발생시킨다.


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C.1.4 뇌 보호 시스템에 떨어진 낙뢰로 인한 과전압 고려 중 C.2 스위칭 과전압 전류, 전압, 그리고 지속 시간으로 나타나는 이러한 스트레스는 일반적으로 낙뢰 스트레스보다 작다. 그러나 어떤 경우에는, 특히 구조물 내부 깊숙이 또는 스위칭 과전압 전원과 가까운 곳에서 스위칭 스트레스가 낙뢰 스트레스보다 클 수도 있다. 적절한 SPD를 선택하기 위해서는 이런 스위칭 서지의 에너지를 알 필요가 있다. 고장과 퓨즈 동작에 따른 과도 현상까지 포함하는 스위칭 서지의 지속 시간은 낙뢰 서지 시간보다 훨씬 더 길 수도 있다. 일반적으로 전기 계통(electrical installation)에서 스위칭 작용, 고장 개시, 차단 뒤에는 과전압이 발생 하는 과도 현상이 따라온다. 시스템의 갑작스런 변화는 그 시스템이 다시 새로운 상태로 안정될 때 까지[전력 계통(network)의 공진 주파수에 의하여 결정되는] 높은 주파수를 가진 감쇄 진동을 일으킬 수 있다. 스위칭 과전압의 크기는 많은 변수, 예를 들어 회로의 종류, 스위칭 조작의 종류(닫힘, 열림, 재충격), 부하, 차단기 또는 퓨즈에 따라 달라진다. 스위칭 조작이 일어나는 동안 진동의 주파수는 계통의 특성에 따라 결정되며, 때때로 공진 현상이 일어날 수도 있다. 이런 경우에는 매우 높은 과전압이 발생할 수도 있다. 일반적으로 계통 전원 주파 수의 고조파와 공진을 일으킬 가능성은 낮다. 그러나 계통의 스위칭 부분의 특성 주파수가 계통의 나머지 부분의 공진 주파수와 근접한다면, 과도 공진 현상이 일어날 수도 있다. C.2.1 일반사항 스위칭 서지의 대표적인 모양은 저압 계통(low-voltage installation)의 응답에 의하여 결정된다. 대부분 의 경우에 이것은 감쇄하는 진동파(ringing wave)가 된다. 주파수는 보통 몇 백 kHz에 해당하게 된다. 최고 상승률은 보통 몇 kV/μs에 해당한다. 서지 지속 시간은 상당히 넓은 시간대에 걸쳐 분포한다. 퓨즈의 동작에 의하여 발생한 스위칭 과전압을 제외하면, 대표적인 지속 시간(크기가 반으로 줄어드 는 시간)은 1~50 μs의 사이에 있게 된다. 통계 자료를 보면 크기도 작고 지속 시간이 긴(100 μs보다 긴) 서지가 발생할 가능성은 매우 낮다. C.2.2 차단기와 스위치 작용 과부하 또는 단락 회로의 경우에 스위치를 꺼서 전기 설비를 보호하거나 스위치 On-Off를 통하여 장치의 동작을 협조하기 위한 목적으로, 차단기와 스위치는 거의 모든 설비에 널리 사용된다. 스위칭 동작이 일어나는 비율은 그 응용 영역에 의존하게 되는데, 산업 환경에서는 비율이 높고 가정용에서 는 비율이 비교적으로 낮다. 저항 부하의 경우에 스위칭 전류는 그 장치의 정격 전류의 범위 안에 있다. 그러나 스위칭 모드 전 원 장치(SMPS：Switching Mode Power Supply)가 있는 경우에는 그 스위칭 전류가 정격 전류보다 훨씬 높다. 예를 들어 100 W의 텔레비전의 경우에 정격 전류는 0.4 A인 반면에 유입 전류는 대략 20 A로 50배나 된다. 수동 또는 전기 기계의 동작으로 움직이는 기계적 스위치 기어(mechanical switchgear)는 모든 스위 칭 과정에서 전기 아크를 발생하게 된다. 고주파 진동은 스위치에서 일어나는 갑작스런 전압 변화와


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스위치 주변의 인덕턴스 및 커패시턴스의 상호 작용에 의해 일어난다. 이 진동은 상 도체 사이에, 그리고 상 도체와 접지 사이의 전압에 중첩되고, 전체 전압은 노출된 도체와 다른 회로에 대해 전기 장치의 절연에 스트레스를 준다. 배전 계통을 통해 고객의 설비에 전달되는 과도 전압과는 대조 적으로, 고객의 설비 내에 있는 차단기와 스위치에서 발생하는 스위칭 과도 전압은 별로 감쇠되지 않은 상태로 전기 장치에 영향을 준다. 따라서 이런 과도 전압의 크기는 상대적으로 큰 편이다. C.2.2.1 수용가 내에서 차단기와 스위치의 동작 보통 장치의 스위치를 켤 때보다 끌 때, 보다 높은 진폭이 발생한다. 스위치를 끄는 동안에는 부하 쪽에서의 스위칭 서지가 선로 쪽 서지보다 진폭과 에너지가 크다. 그러나 이것은 이 장치에 국한된 문제, 특히 절연일 뿐이다. 다른 장치가 나란히 연결되어 있다면, 그것 또한 스트레스를 받는다. 전체 계통과 그 계통에 연결된 장치에는 선로 쪽의 과전압이 부하 쪽의 과전압보다 훨씬 더 중요하다. C.2.2.2 전력 계통(저압과 고압)에서 차단기와 스위치의 동작 전기 장치에 스트레스를 주는 과도 과전압은 모든 전력 계통에서 발견될 수 있다. 지중 전력 계통 에서는 거의 모든 과도 현상이 동일한 전원의 전기 기계적 스위치 기어에 의하여 발생한다. 고압과 저압 설비에서, 변압기, 임피던스 코일, 접촉자 코일(contactor coil), 계전기 등 전원과 병렬로 설치된 인덕턴스의 스위칭은 크기가 몇 kV에 이르는 스위칭 과전압을 발생시킬 수 있다. 이 같은 현 상은, 루프 도체(conductor loop)와 같은 직렬 인덕턴스(longitudinal inductance)가 있거나 전력 계통이 차단(switched off)될 때에도 발생한다(선로의 자체 인덕턴스 때문에). 전원 쪽 스위칭 과전압은 또한 게이트 제어(gating controls), 슬립 링 모터의 브러시 아크, 전기 기계 또는 변압기의 갑작스런 부하 감소, 그리고 역률을 조정하기 위하여 사용되는 커패시터의 스위치 동 작에 의하여 발생할 수 있다. 저압 설비에 미치는 영향력에 대해서만 생각할 경우에는, 그러한 과전압의 빈도와 에너지가 아주 드 물기는 하지만, 낙뢰(atmospheric origin)보다 훨씬 더 클 수도 있다. 저압 전력 계통이 동작하는 어떤 조건에 의하여 제한을 받고 있다고 하더라도 저압 전원에서 스위 칭에 의하여 생기는 과도 과전압은 그 크기가 몇 kV에 이를 수 있다. 보호 장치에 의하여 과전압 제 어가 이루어지는 배전 계통의 경우에는 저압 수용가 설비에 나타나는 과전압의 최대값은 6 kV를 넘 지 않는다고 볼 수 있다. 스위칭 과전압과 비교되는 다른 현상은 고압 계통의 단락 사고와 접지 고장에서 발생한다. 접지 고장은 선간 전압의 범위 내에서 선로와 대지 사이에 과전압을 일으킬 수 있다. 또한 그런 경우에 과도 과전압도 발생할 수 있다. 이런 과도 전압은 고압 계통에서 저압 계통으로 전달된다. C.2.3 퓨즈의 동작(한류 퓨즈) 퓨즈는 과전류 보호와 단락 회로의 차단을 위한 목적으로 배전 계통과 전기 설비에 널리 사용된다. 예를 들어 배전 계통에서 단락 회로를 제거하기 위하여 퓨즈가 동작하면 이 동작은 삼각파 과전 압을 발생시키며, 상대적으로 빈도가 낮은 현상이다. 과전압은 시스템의 선 도체(line conductor) 사이 에서, 그리고 선 도체와 보호 접지 도체 사이에서 발생하는데, 접지된 중성선 도체에 의해 또는 IT 계통인 경우에는 대지 커패시턴스 때문에 발생한다. 그리고 이 과전압은 노출된 도체와 다른 회로 에 대해 절연재에 스트레스를 준다. 물론 이 과전압은 동작 전류의 스위칭에 의하여 발생하는 과 전압과 비교하여 볼 때 드물게 일어난다. 이 과전압은 또한 버스 바(bus bar)를 통하여 같은 배전 계


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통에서 전력을 공급받아 운전 중인(current-using) 다른 장치에 전달된다. 스위칭 동작에 의하여 생기는 다른 서지와 비교하여 볼 때, 퓨즈 동작에 의하여 생기는 서지는 그 발생 빈도가 적다. 그러나 단락 회로를 차단하는 경우에는 매우 심한 과전압 서지가 발생할 수도 있다. 이 과전압은 주로 단락 회로 전류의 상승률, 퓨즈의 특성, 퓨즈의 전류 정격, 그리고 회로의 인덕턴스에 의하여 영향을 받는다. 스위칭에 의해 발생한 과전압이 같은 버스 바에 접속되어 운전 중인 다른 장비에 영향을 주기 때문 에, 버스 바 근처에 있는 퓨즈로 배전 계통 간선의 단락 사고를 제거하는 것은 중요한 일(relevant matter)이다. 통계에 따르면 배전 계통에서는 이런 사고가 매우 드물다. 그러나 산업 분야의 배전 계통에서는 이런 사고가 중요한 의미를 가진다. 이런 단락 사고가 그다지 드문 일이 아니기 때문 이다. C.3 고장에 의한 과도 과전압 고려 중


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부속서 D (참고)

부분적인 뇌전류의 계산

RN 중성점 접지 저항 RE, G 뇌격된 건물의 접지 저항 RE ,i i번째 빌딩의 접지 저항 RE, E 뇌격된 건물을 제외한 모든 접지의 총 저항 IL 뇌격된 빌딩의 낙뢰 전류 IM 전원에 흐르는 전류 비고 이 계산에서 이웃한 건물의 접지 저항 RE,E가 뇌격을 당한 건물의 접지 저항 RE,G와 같거나 더

작아야 한다.

그림 D.1 ― 전력 배전 계통에 흐르는 부분적인 뇌전류의 합을 구하는 간단한 계산법


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부속서 E (참고)

고압 계통과 접지 사이의 고장으로 인한 저압 계통의 TOV

E.1 일반사항 고압/저압 변압기의 고압 쪽에서 고장이 난 경우(한 예로 변압기의 내부 고장이나 방전 갭의 스파크 오버가 있다. 아래의 비고를 참조할 것.), 전류 Im은 변압기의 접지 저항 R로 흘러 들어간다. 접지 저항과 저압 네트워크 사이의 연결에 따라서, 높은 UTOV, HV가 고압 네트워크의 고장을 제거하는 시간 (몇 십에서 몇 시간에 이르는) 동안 저압 네트워크에 스트레스를 줄 수 있다. 비고 변압기 저압 쪽의 일시적인 과전압은 다음 결과로 인한 것일 수 있다.

－ 도전부에 노출된 고압 부분의 전위가 너무 상승하여 고압과 저압 사이의 절연이 파괴될 때 － 고압/저압 변압기의 내부 고장이나 고압 도체가 저압 선로에 떨어져서 생기는 고압과 저압

사이의 직접 접촉 － 저압 중성점의 전위 상승, 더 나아가 저압 상 도체 사이의 전위 상승, 심지어는 수용가 자

신의 접지 전위 상승이나 근처에 있는 통신 계통의 전위 상승에 따른 접지 사이의 결합 일시적인 과전압에 관한 더 자세한 논의는 KS C IEC 60364－4－44를 참조한다. 그러한 경우에 살아 있는(active) 도체와 접지 사이의 SPD는 과도한 스트레스를 받을 수 있으며, 이 스트레스를 견디지 못할 수도 있다. TT 계통에 대한 다음의 예는 이것을 설명하고 있다. 이는 또한 TN 또는 IT 계통에 서도 발생할 수 있다(다음의 다른 예를 참조). E.2 TT 계통 예－가능한 일시적인 과전압의 계산 E.2.1 고압 계통의 접지 고장으로 인하여 저압 설비에 발생할 수 있는 스트레스

P HV 계통 S LV 계통 T 변압기

그림 E.1 ― 고압 계통의 접지 고장에 의해 발생하는 일시적인 상용 주파 과전압


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임피던스의 정의 ZEHV 고압 계통의 접지 배열 임피던스(고압에서 중성점의 처리에 의존) ZELV 저압 계통의 접지 배열 임피던스(ZELVA와 ZELVB의 합) ZLV, ZN 선로 임피던스와 중성선의 임피던스

저압 쪽에서 변압기의 중성점이 접지되어 있다면 고압 계통의 접지 고장(earth fault)은 저압 계통의 전압에 영향을 미친다(그림 E.1). 또한 변압기의 두 중성점을 연결하는 공통 접지 도체가 없는 경 우에는, 접지 고장(변압기의 부싱 방전 갭의 파괴 또는 변압기 내부의 고장)이 저압 계통의 중성점의 전압 상승을 일으킨다. 임피던스 ZELVA로 흘러들어가는 고압 계통의 접지 전류는 변압기의 중성점 전압 상승의 원인이 된다. 따라서 ZELVA의 값과 접지 전류의 값이 저압 계통의 상용 주파 과전압을 결정한다. E.2.2 고압 계통의 특성 E.2.2.1 접지 전류가 제한되는 고압 계통 고압 계통을 피터슨 코일과 접지해서, 아크가 확실히 자체 소화되도록 접지 전류(Iearth)를 50 A에서 60 A로 제한한다. 따라서 고압 계통의 잔류 접지 임피던스 ZEHV는 100~500 Ω이며, 접지 전류는 오직 ZEHV에 의하여 결 정된다. 단락 전력과 접지 임피던스 ZLVA와 ZLVB는 어떤 영향도 미치지 않는다. E.2.2.2 중성점 접지 저항이 낮은 고압 계통 완전히 땅속에 있는 계통에 대하여, 한류 접지는 더 이상 접지 전류의 자체 소화를 위한 방법이 되 지 못한다(케이블의 절연 고장은 절연체에 손상을 준다). 이런 이유로 중성점 접지 저항이 낮은 고 압 시스템이 증가하고 있다. 일반적으로 접지 저항 ZEHV는 전류를 Iearth ≈ 2 kA로 제한하여야 한다. 정격 전압 Un = 20 kV의 고압 계통에서, 접지 저항 ZEHV ≈ 5 Ω은 이 조건을 만족한다. 작은 소내 (station) 변압기는 종종 가격이 비싼 과전류 보호 장치를 갖추지 못한다. 따라서 단락 전류를 차단 하기 위해 퓨즈가 사용된다. 차단 시간은 퓨즈 정격에 따라 다르지만 몇백 ms 정도이다. E.2.3 고압 계통의 고장으로 인한 저압 계통의 TOV E.2.3.1 접지 전류가 제한되는 고압 계통 접지 전류가 제한되는 고압 계통에서 저압 계통에 배전되는 변압기에서의 접지 임피던스 ZELVA = 2.5 ~5 Ω에 있어야 한다. Iearth = 50 A의 접지 전류가 흐르면 중성선과 대지 사이의 전압 UTOV, HV = 125 ~ 250 V까지 상승한다. TT 시스템에서는 이 TOV가 절연물과 과전압 보호 부품에 스트레스를 주게 된 다. UTOV, HV에 의하여 중성선과 대지 사이에 설치된 과전압 보호 부품에 흐르는 전류의 최대값은 50 A보다 작다. 따라서 중성선과 대지 사이의 스파크 갭은 작은 교류 전류를 차단할 수 있어야 한다. E.2.3.2 중성점 접지 저항이 낮은 고압 계통 대표적인 20 kV의 계통에 다음 요소가 주어졌다고 가정한다.

ZEHV = 5 Ω；Pshort circuit = 100 MVA, Un = 20 kV

그리고 저압 계통은 다음과 같은 특성을 가지고 있다.


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ZELVA = 1 Ω Un = 230 V ZELVB = 5 Ω ZLV = ZN = 150 mΩ ZELVA에서 UTOV, HV ≈ 1 200 V의 TOV가 발생한다.

중성선과 대지 사이에 설치된 과전압 보호 부품에 흐르는 최대 전류는 ZELVB와 ZN의 합에 대한 ZELVA 의 비에 따라 달라진다. 이 예에서는 전류 ≈ 200 A로 계산된다. E.2.4 결론 ㆍ접지 전류가 제한되는 고압 계통은 정해지지 않은 시간 동안 저압 계통에 일시적인 상용 주파 과

전압 UTOV, HV ≈ 250 V를 일으킨다. ㆍUTOV, HV에 의하여 중성선와 대지 사이의 과전압 소자에 흐르는 최대 전류는 50 A이다. ㆍ중성선 접지 저항이 낮은 고압 계통은 저압 계통에 UTOV, HV ≈ 1 200 V에 이르는 일시적인 과전압을

일으킨다. ㆍUTOV, HV에 의하여 중성선과 대지 사이의 과전압 소자에 흐르는 전류는 소내 변압기 저압 계통 중

성선의 접지 임피던스에 대한 소내 변압기 접지 임피던스 비에 따라 달라진다. 이 전류는 몇백 A 내에 있게 된다.

E.3 KS C IEC 60364－4－44 에 따른 일시적인 과전압의 값 SPD를 특정한(particular) 곳에 설치할 때에는 장비 보호 가능성과 SPD의 고장 가능성 사이의 균 형을 맞추기 위해 사용자는 일시 과전압에 관련된 계통의 변수(parameter)를 알아야 한다. KS C IEC 61643－1이 이 점을 언급하고, SPD가 고장 날 때 위험한(hazardous) 상황을 초래하지 않는가 확인하 기 위해 추가(optional)로 SPD에 일시 과전압 시험을 해볼 것을 제안하고 있다. UTOV, HV의 값은 고장 전류 Im과 변압기의 접지 저항 R에 따라 달라진다. 다중 접지 계통인 경우에 저 항은 그 고장 지점에서 관찰되는 접지망(earthing network)의 저항이 된다. KS C IEC 60364－4－44에 정의된 최대값은 다음과 같다.

지속 시간 5초 이상 U0＋250 V r.m.s.

이 경우는 차단 시간이 긴 고압 시스템, 예를 들어 임피던스 접지(inductively earthed) 고압 시스템에 해당된다.

5초까지의 기간 U0＋1 200 V r.m.s.

이 경우는 차단 시간이 짧은 HV 시스템, 예를 들어 직접 접지 고압 시스템에 해당된다. 다음 기호는 그림에 사용되는 것이다(KS C IEC 60364－4－44에서 인용). Im：소내 변압기의 노출된 도체 접지를 통해 흘러 들어가는 고압 계통의 접지 사고 전류의 일부 R：소내 변압기의 노출된 도체 부분의 접지 전극의 저항 U0：저압 계통의 L－N 전압 Uf：저압 계통에서 노출된 도체와 접지 사이에 나타나는 고장 전압 U1：소내 변압기의 저압 계통에 걸리는 전압 스트레스 U2：수용가 계통의 저압 장비에 걸리는 전압 스트레스 그림 E.11과 E.3에 있는 계산은 KS C IEC 60364－4－44에서 인용한 것이다. 이 그림은 미국에서 사 용되는 대표적인 예를 설명하고 있다.


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변전소 LV 설치

그림 E.2 ― TN 시스템


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변전소 LV 설치

그림 E.3 ― TT 시스템


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1. 저압 시스템에 아무런 고장이 없다.

2. 저압 시스템에 첫 번째 고장이 존재한다.

그림 E.4 ― IT 시스템(예 a)


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그림 E.5 ― IT 시스템(예 b)


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그림 E.6 ― IT 시스템(예 c1)


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그림 E.7 ― IT 시스템(예 c2)


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그림 E.8 ― IT 시스템(예 d)


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그림 E.9 ― IT 시스템(예 e1)


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1. 저압 계통에 아무런 고장이 없다.

2. 저압 계통에 첫 번째 고장이 존재한다.

그림 E.10 ― IT 시스템(예 e2)

E.4 미국 TN C－S 시스템의 일시적인 과전압


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P HV 계통 c 코일 S LV 계통 G 방전 캡 T 변압기 L 부하 M 계량기(meter)

그림 E.11 ― 미국 TN－C－S 시스템 다음 논의는 그림 E.11에 기초한 것이다. 이 그림은 배전 변압기의 고압 쪽 고장에 대한 속류의 분배를 보여 준다. 이 예에서는 변압기와 전력 인입구의 접지 저항을 모두 15 Ω으로 간주한다. U1 = U0 여기에서 U0는 변압기 2차의 최대 운전 전압이다. ZL은 변압기와 배전반 사이의 선로 임피던스이다. 계량기 갭의 스파크오버 전압은 1 500~2 500 V이다. 이 예의 목적에 맞는 대표적인 예는 최대 고장 전류(Im)가 10 kA인 북미의 23 kV/13.2 kV Y 배전 선로 이다. 3~25 kVA의 단상 주상(overhead) 배전 변압기를 3상으로 설치할 때 쓰이기도 하는 3중 2차 도체의 전형적인 임피던스는 0.041 Ω이다. 계산하기 위해 4/0 AWG(KS C IEC 60999－1의 25 mm2에 해당) 전선 60 m가 이용되었다. 사고 전류의 분배에 대한 가정은 다중 접지 배전 계통에 인위적으로 고장을 일으킨 상황에서 측정된 값과 계산값을 토대로 하고 있다. 이러한 예로는


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U0 = 132 V

U1 = U0 = 132 V

U2 = U0＋0.2×I m×ZL = 132＋0.2×10 000×0.04 = 214 V

이것은 공칭 계통 전압의 1.78배(1.78 p.u.)의 과전압을 보여 주고 있지만, R≫RB로 가정하면 같은 상 황에서 U2 = 294 V, 즉 공칭 계통 전압의 2.45배(2.45 p.u.)가 나올 수 있다는 것을 보여 주고 있다. 이런 일시적인 과전압(TOV)은 퓨즈 또는 상부(upstream) 차단기나 리클로저가 개방되어 고장이 제거 될 때까지 지속된다. 이런 장치의 동작에 걸리는 시간은 고장 분리 장치의 특성에 따라 0.016~ 1.5초에 이른다. 도체의 길이가 짧고 고장 전류가 적을수록 상황은 좀 덜 심각해진다. 이 예에서는 1차 쪽 고장이 공칭 계통 전압의 2.45 p.u의 TOV를 일으키는 것을 보여 주지만, 이는 극히 드문 경우이다. 배전 회로의 고장 전류가 실제로 10 kA가 된다는 것은 매우 드물다. 배전 계통 의 고장 전류는 4 kA보다 적다. 따라서 TOV는 크게 줄어들게 된다. 2차 선로가 긴 것은 일반적인 상 황이 아니다. 선로 길이가 짧을수록 과전압도 낮아진다. 일반적으로 2차의 선로는 30 m를 초과하지 않는다. 따라서 고장 전류가 4 kA이고 2차 선로 길이가 30 m 미만이면 TOV는 공칭 계통 전압의 1.24배, 즉 148.4 V가 된다.


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부속서 F (참고)

협조 규칙과 원칙

F.1 일반사항 6.2.6에서 서술된 바 대로 SPD 사이의 협조는 에너지 분배 기준을 만족하기 위해 취해진다. 이것은 두 번째 SPD의 최대 에너지 내력에 기초한다. 그러나 이 에너지는 때때로 KS C IEC 61643－1에 기 술된 대로 파형과 시험에 따라 달라진다. 일반적으로 하나의 파형(2등급 시험에서의 8/20)만을 가지 고 시험한다. 따라서 제조자로부터 직접 값 Emax를 받는 것이 더 좋고 쉽다(대부분의 경우 이것은 기 술 문서에 인쇄된다). SPD의 에너지 내력을 만족스럽게 구하려면 2개의 값이 필요하다. － Emax S：짧은 파형(short-duration current)인 경우, 예를 들어 8/20(2등급 시험) － Emax L：긴 파형(long-duration current)인 경우, 예를 들어 1등급 시험 파형 어떤 기술에서는 이 두 값 Emax S와 Emax L 같은 값을 가질 수도 있다. SPD의 특성은 두 전류, 짧은 파형(2등급 시험에서 사용된 것과 같은)의 Imax와 긴 파형(1등급 시험에 서 사용된 것과 같은)의 Iimp에 의하여 규정된다. Imax와 Iimp는 에너지 내력 Emax S와 Emax L에 대응된다. 간단한 SPD도 1등급 시험과 2등급 시험에 따라 시험해 볼 수 있다. SPD 1과 2를 관련 서지 파형에 맞는 최대 에너지 내력 Emax를 이용하여 협조할 필요가 있다. 이것은 다음과 같은 두 가지 경우를 다루어야 한다는 것을 의미한다. ㆍ긴 파형에서의 협조 ㆍ짧은 파형에서의 협조 일반적으로 협조는 짧은 파형에서 달성하기가 쉽다. 비고 스위칭형 SPD의 경우에는 파두장이 긴 파형을 다룰 필요가 있다. 그런 문제는 IEC 기술위원

회 81에서 고려 중이다. F.2 분석적 연구：두 ZnO 배리스터 기반 SPD의 협조의 간단한 예 F.2.1 일반사항 다음 고려사항은 1등급과 2등급으로 시험된 1포트 제한형 SPD에만 적용되며, 여기에서 곡선 Ures(I ) 는 알려져 있다. 이런 커브는 8/20 파형을 사용하여 측정되며, 제조자에 의하여 SPD 기술 문서에 주어져 있다. 3등급 2포트 SPD는 특별한 주의가 필요하다(고려 중임). 아래에 주어진 예는 협조의 문제를 이해하는 데 도움을 주기 위한 것이다. 먼저 ZnO 배리스터로 만 들어진 SPD1과 SPD2로 구성된 경우를 다루는데, 여기에서는 분석적 연구가 가능하다. 분석적 연구 는 다만 전류의 분배에 기초하고 있다는 것을 염두에 두어야 한다. 에너지 기준을 확실히 충족시


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키기 위해서는 일반적으로는 다루기 힘든 부가적인 계산이 필요할 수도 있다. ㆍ2개의 배리스터가 지름은 같지만(그로 인하여 공칭 방전 전류 In이 같고 에너지 내력도 같다. 같은

Imax와 같은 Iimp) 전압 보호 수준 Up1과 Up2가 서로 다른(두께가 다른) 경우라면 다음 식이 성립 한다. In1 = In2

Imax1 = Imax2

Iim p1 = Iimp2 이때 가능한 곡선 Ures(I )가 그림 F.1에 그려져 있다.

그림 F.1 ― 공칭 방전 전류가 같은 2개의 ZnO 배리스터

Up1 > Up2인 경우에, 곡선 a는 SPD1에 대응하고, 곡선 b는 SPD2에 대응한다.

SPD 사이의 거리가 5~10 m라면, 짧은 파형에 대해서는 이 협조가 받아들여질 수 있다. 긴 파형일 때에는 역결합 효과가 줄어든다. 따라서 SPD 2는 전체 입력 서지 i를 견딜 수 있어야 한 다. 그런데 SPD2는 SPD1과 설계(지름)가 같아서 전체 스트레스를 견딜 수 있다. Up1 < Up2인 경우에는, 곡선 a는 SPD2에 대응하고 곡선 b는 SPD1에 대응한다. 따라서 대부분의 전 류는 SPD1에 흐른다. 이 경우에 SPD2에 흐르는 전류는 침입한 전류보다 작다. 두 SPD의 전류 용량(current-carrying capability)이 같으므로 두 경우 모두 에너지 분배 기준을 만족 한다. 이 예는 같은 에너지 내력을 가진 SPD를 2개 사용해도 얻을 것이 거의 없다는 것(mechanism)을 설 명하기 위한 것이다. ㆍ두 배리스터의 공칭 방전 전류가 다르다면 이런 응용의 실질적인 예는 In1> In2이고, Emax1 > Emax2인 경우이다. 더욱이 SPD1과 SPD2는 Ures1(In1) < Ures2(In1)와 같은 특성을 지닐 수 있다. 이 Ures(I )의 곡선은 그림 F.2에 그려져 있다. 그림에는 임피던 스가 나타나 있지 않은데, 이는 분석적 연구에서 임피던스를 다루는 것이 쉽지 않기 때문이다. 그림 F.2로부터, 짧은 파형인 경우에는 대부분의 전류가 첫 번째 SPD로 흘러서 협조가 잘 이루어지는 것을 볼 수 있다. 그러나 긴 파형인 경우에는 적당한 협조 방법을 결정하기가 어렵다. 긴 파형에 전 류의 크기가 두 곡선의 교차점(그림 F.2 참조)의 전류값보다 낮을 때에는 협조가 이루어지지 않을 수도 있다. 전류가 이런 범위(level)일 때 Ures2 곡선이 Ures1보다 낮으면 유입 전류의 대부분이 SPD2 로 흘러들어간다. 따라서 두 SPD 사이에 인덕턴스가 필요하다.


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결국 그 곡선들이 교차하는지를 확인하기 위해서는, 제조자의 기술 문서에 주어진 Ures1(In1)과 Ures2(In1)(각각 Up1과 Up2)를 단순 비교하는 대신에 0.1×In2에서 Imax1까지의 전류 I에 대해 Ures(i) 곡 선을 비교할 필요가 있다. 두 곡선이 교차하는 경우, 교차점 Icr에서의 전류는 가능한 한 낮은 것이 좋다. 이 경우에 에너지 배분 기준은 충족될 가능성이 매우 높으며, Icr이 낮으면 낮을수록 성공 가능성이 더욱 높아진다. 의문의 여지가 남아 있으면, 두 번째 SPD에 흐르는 에너지를 계산하기 위해서 SPD 들 사이의 임피던스와 긴 파형을 고려해야 한다. 그러한 계산을 분석적으로 수행하는 것은 쉽지 않다. 정보의 부족으로 이런 곡선을 구할 수 없거나 간단하고 빠른 결과가 필요할 때에는 같은 수준의 Ures1와 Ures2 곡선을 비교할 필요가 있다. 이런 경우 협조가 쉽게 잘 이루어질 수 있는 조건은 Ures1

(In2) < Ures2(In2)이다. 그림 F.2의 곡선은 이러한 경우를 만족한다. 그러나 당연하게도 이런 배리스터를 쓰면 불필요한 여유(margin)가 들어가게 된다. 더욱이 이 배리스터는 일시적 과전압과 같이 네트워 크에서 일시적 과전압으로 나타나는 스트레스를 견뎌야 하는 문제가 생길 수도 있다. 어쨌든 이런 경우에는, 비록 두 번째 SPD의 전류가 낮다 하더라도 긴 파형 서지에 대하여 에너지 기준을 충족시키지 못할 수도 있다. 두 번째 SPD로 들어가는 에너지에 대한 추가 계산이 필요할 수도 있다. 또한(SPD2의 낮은 전류가 배리스터의 비직진성으로 인하여 고압으로 변화할 수 있기 때문에) 장치의 보호가 계속 이루어지는지 확인할 필요가 있다.

a SPD2에 대응하는 곡선 b SPD1에 대응하는 곡선(SPD2의 곡선과 교차하는 곡선) c SPD1에 대응하는 보존 곡선(SPD2의 곡선과 교차하지 않는 곡선) d 긴 파형의 서지 전류 범위 e 짧은 파형의 서지 전류 범위

그림 F.2 ― 공칭 방전 전류가 다른 2개의 ZnO 배리스터 F.2.2 결론 2개의 ZnO 배리스터가 협조해야 되는 모든 경우에 다음 다섯 단계의 절차를 밟아야(따라야) 한다. a) 어느 하나의 SPD가 없을 때 발생하는 과전압을 확인하고, 긴 파형과 짧은 파형을 구분한다.


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b) 이 스트레스를 견딜 수 있는 SPD1을 선택한다. a) 단계의 정보가 없다면 충분한 용량의 SPD를 허용하고, 제조자로부터 Imax1과 Iimp1의 값을 구한다. 그러고 나서 그 값을 a)에서 주어진 데이터와 함께 생각한다.

c) 필요한 보호 특성에 맞추어 SPD2를 선택한다. d) 0.1×In2에서 Imax1에 이르는 Ures(I ) 곡선을 비교한다. 그리고 교차점 Icr을 결정한다. 전류 Icr이 충

분히 낮다면(전형적으로 0.1×In2), 두 번째 SPD의 에너지를 계산할 필요가 없다. SPD들 사이의 거 리가 어떠하든지 에너지 기준은 충족된다. 의심의 여지가 있으면, SPD들 사이의 임피던스를 고려 하여 두 번째 SPD의 에너지를 계산하고 에너지 기준을 확인한다. 혹시 그러한 곡선을 구할 수 없다면, 다음과 같은 간단한 조건을 가지고 SPD2를 선택한다. SPD2의 공칭 방전 전류가 같다면：Ures1(In) < Ures2(In) SPD2의 공칭 방전 전류가 더 작다면：Ures1(In2) < Ures2(In2) 에너지 기준을 확인하기 위하여, 그리고 보호가 여전히 이루어지고 있는지를 확인하기 위해서는 SPD2의 에너지를 계산하는 것이 바람직하다.

e) 단계 c)에서 만족한 결과를 얻을 때까지 반복한다. 비고 1 매우 낮은 전류에서의 전압(일반적으로 기준 전압이라 함.)은 협조에 적용되지 않는다. 비고 2 어떤 경우에도(ZnO 배리스터가 있든지 없든지 간에) EMC(전자파 적합성)를 고려할 때에는

가능한 한 SPD2에 흘러들어간 전류가 작아야 한다. 비고 3 Ures(I ) 곡선은 최대값이다. 제조상의 오차로 인하여 특성이 다양한 값을 가진다는 것을 고려

하여야 한다. 비고 4 이전의 연구는 2개를 넘는 SPD에 대하여 일반화될 수 있다. F.3 분석적 연구：갭 베이스 SPD와 ZnO 배리스터 베이스 SPD 사이의 협조 F.3.1 일반사항 일반적으로 널리 사용되는 또 다른 예는 SPD1로는 갭을, SPD2로는 ZnO 배리스터를 사용하는 것이 다. 그림 F.3에서, SPD2에 작용하는 스트레스가 너무 커지기 전에 스파크(sparkover)가 발생하면 협 조가 이루어지는 것이다. 이 스파크가 일어나기 전에 다음과 같이 된다.

U1 = Ures2(i )＋L×di/dt

일반적으로 Ures2(i )의 값이 알려져 있지 않기 때문에 다음 공식을 써서 대강의 값을 구한다.

U1 = Uref2(i )＋L×di/dt

여기에서 Uref2는 ZnO 배리스터 2의 기준 전압이다. 이 기준 전압은 배리스터의 특성을 결정하는 요소이며, U－i 특성의 꺾이는 지점(knee point)에 매우 가깝다. U1이 갭의 동적 스파크오버 전압(Udyn)을 초과하자마자 협조가 이루어진다. 그리고 그 전류의 작은 일부만이 두 번째 SPD로 흐른다. 그것은 ZnO 배리스터(SPD2)의 특성, 갭(SPD1)의 동적 스파크오버 전압, 입력 서지의 상승률과 절대값 i, SPD들 사이의 거리 d에 따라 달라진다(이 경우 R이 무시되므 로 인덕턴스, 임피던스 Z의 일부인 인덕턴스 L이 사용된다). F.3.2 갭과 배리스터 사이의 결합 방지 인덕턴스에 필요한 값의 계산 예 예를 들어 현대의 무선 통신 기지국과 같이 물리적 공간의 제약으로 인하여, 하부(down stream)에 있는 MOV 기반 SPD가 과도 전압의 수준을 상부(up stream)에 있는 갭 기반 SPD의 트리거 전압


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보다 훨씬 아래로 제한할 수도 있다. 이런 제한은 갭의 동작을 방해하고, 모든 입력 에너지가 MOV 기반 SPD로 흘러가도록 한다. 넓은 공간에서는 SPD들 사이의 연결 거리가 더 길어지고, 따라서 스파크 갭이 동작하기에 충분한 인덕턴스를 제공해 줄 수도 있다. 들어온 과도 전류가 병렬 경로를 통하여 분산되어 갭이 방전을 일으키기에는 불충분한 전압이 될 가능성은 언제나 있다. 이런 경우에 하부에 있는 SPD는 혼자서 총 에너지를 흡수하기에 충분한 정격을 가지고 있어야 한다. 에너지 수준이 높을 때 스파크 갭이 동작하지 않으면, 과도한 에너지가 하부 SPD로 흐르게 되어 SPD가 파괴된다. 하부 SPD의 한계를 초과하는 모든 에너지 수준에 대해 갭의 동작을 보장할 수 있도록 충분한 직렬 결합 방지 임피던스를 삽입하여 협조를 이룰 수 있다. 협조를 보장하는 데 필요한 임피던스는 간단하게 계산될 수 있다. 먼저 갭의 파라미터를 알아야 한 다. 스파크 갭은 전형적으로 4 kV 미만에서 200 ns 이내에 트리거(trigger)된다. 두 번째로, 하부 SPD의 파라미터를 알아야 한다. 정격이 교류 275 V인 전형적인 제품은 대략 430 V 에서 제한을 시작한다. 그것은 8~20 μs를 사용한 2등급 시험에 따를 때 In이 5 kA 정도이다. 그러나 갭의 정격은 10~350 μs 또는 등가 구형파(long tail) 임펄스의 1등급 시험에 따라 표시된다는 사실을 기억해야 한다. 이 등급의 임펄스에 따른 추가 에너지를 감당하기 위하여 하부 SPD의 피크 전류를 줄여야 한다. 이 저감 계수는 4：1로 가정한다. 따라서 피크 전류는 5 kA에서 1.25 kA로 줄어 든다. 상승 시간이 10 μs라면 d i / d t는 125 A/μs가 된다. 갭의 확실한 동작을 보장하기 위하여 필요한 인덕턴스는 다음 식으로 계산될 수 있다.

U = L×d i/d t＋I ×R

여기에서 U ：스파크 갭 트리거 전압 di / dt ：입력 임펄스의 상승 비율 I ×R ：하부 SPD에 걸리는 전압 강하(R은 비선형 값이다.)

이 경우에 L = tiRIU

d/ d×−

갭이 200 ns 이내에 트리거한다고 가정하면, 하부 SPD에 흘러들어가는 전류는

I = 0.2/10×1 250 A = 25 A

전압 I×R은 600 V 정도 된다. 따라서

L = 610125600000 4−×

−

즉, L = 27.2 μH 이 인덕턴스는 단일 집중값으로 길이 1 m에 1 μH의 인덕턴스를 가지는 케이블 27.2 m이거나 작은 인 덕터와 케이블의 조합일 수 있다.


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L 인덕턴스

그림 F.3 ― 갭 베이스 SPD와 ZnO 배리스터 베이스 SPD의 협조 예 이 예를 사용하면, 이런 협조를 설계하는 데 필요한 일반적인 조건을 얻을 수 있다. F.3.3 결론 갭으로 된 SPD1이 선정되면, 다음 조건들을 만족시키는 SPD2를 선정할 필요가 있다. － I등급의 시험 파형에 맞는 입력 서지：

Udyn < Uref2＋L×Ipeak2/10

－ II등급의 시험 파형에 맞는 입력 서지：

Udyn < Uref2＋L×I max2/8

이런 규칙은 어림의 결과를 도출한다. 어쩔 수 없이 L의 값이 작을 때, 협조가 이루어지는가를 확인 하기 위해서는 컴퓨터 시뮬레이션이 필요하다. 비고 다른 경우에는 더 나쁜(정확하지 않은) 결과가 도출될 수도 있는데, 특히 지금 검토 중인 파두

가 긴 파형(longer wavefront)을 사용할 때 그렇다. IEC의 TC 81은 현재 더 긴 파두장(100 μs)을 검토 중이다.

F.4 분석적 연구：두 SPD의 일반적인 협조 두 배리스터, 즉 갭과 ZnO 방식의 경우에 대한 연구는 협조 문제가 얼마나 복잡한지 분명하게 보여 준다. u－i 커브가 거의 알려져 있지 않고, 현실에서는 허용값이 상당히 크기 때문에, 이 분석적 연 구는 단지 간단한 경우에만 적용된다. SPD2에 흘러든 에너지를 계산해야 될 경우, 시뮬레이션을 실 시하는 것이 더 쉽다. 이런 분석적 연구의 주된 관심은 사용자에게 이 현상에 대한 보다 나은 이 해를 제공하는 데 있다. SPD 기술이 무언이든지 간에 위에 주어진 일반적 원칙과 특히 6.2.6에 제시된 에너지 기준은 여전 히 응용할 수 있는 것이다. 응용 가능한 협조를 달성하기 위해서는 일반적으로 제조자나 사용자에 의하여 수행되는 모의 시험 이나 시험을 이용하거나, 또는 아래의 간단한 방법을 사용할 필요가 있다. 특성이 알려지지 않은 SPD가 장치의 내부에 설치되어 있을 가능성도 있다. 설비의 수명이 지속되는


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동안에 장치가 바뀔 가능성이 있으므로, 협조가 되지 않아 장치에 내장된 SPD에 과도한 스트레스가 가해지지 않도록 각별한 주의가 필요하다. F.5 통과(let-through) 에너지(LTE) 방법 F.5.1 일반사항 IEC 61312－4에 기술된 규격 임펄스 계수를 가지고 이루어지는 협조는 SPD를 선정하고 협조하는 과정이다. 이 방법의 주된 이점은 SPD를 블랙 박스로 간주할 수 있다는 것이다(그림 F.4 참조). 여 기에서 입력 포트에 주어진 서지에 대하여 개방 회로 전압뿐 아니라 출력 전류(예를 들어 단락 회 로에 흐르는)도 결정된다(“let-through energy”의 법칙). 이 출력 특성은 등가 “2 Ω－조합파”－스트레스 (1.2/50 개방 회로 전압, 8/20 단락 회로 전류)로 변환된다. 그 장점은 SPD의 내부 설계에 대한 특별 한 지식이 필요 없다는 것이다.

상응하는 규격 임펄스로의 변환－1.2/50, 8/20 Zi = 2 Ω일 때

Uoc SPD1/out ≤ Uoc SPD2/in U 부하 전압

그림 F.4 ― 표준 임펄스 계수를 사용한 LTE 협조 방법 이 협조 방법의 목적은 SPD2의 입력값(예를 들면 방전 전류)을 SPD1의 출력값(예를 들면 전압 보호 수준)에 알맞게 만드는 것이다. 단계적인 보호의 경우에는 뒤에 있는 SPD에 의하여 손상 없이 방전될 수 있는 등가 입력 조합 (hybrid) 임펄스가 앞에 있는 SPD의 등가 출력 조합 임펄스와 같거나 높아야 한다는 사실을 염두에 두어야 한다. 신뢰할 만한 협조를 위하여, 등가 조합 임펄스 내력은 Imax, Umax, let-through energy 가운데 최악의 경 우에 상응하도록 하여 결정되어야 한다. 결합 방지 요소의 설계에서 최악의 경우는 단락 회로로 인한 문제이다. 그러나 협조의 목적으로는 너무 심하다. 부하 쪽 전압[이른바 “역전압(counter voltage)”]을 포함시키는 것이 보다 현실적이다. 방전 갭의 하부 SPD는 일반적으로 ZnO 배리스터로 구성되어 있다. 그런 SPD의 잔류 전압은 공칭 전압의 피크값보다 높다[예를 들어 공칭 전압이 240 V인 교류 계통에서 피크 전압은 2 ×240 = 340 V이고, 이것은 설치된 SPD의 기준(reference) 전압보다 낮다.] 이 공칭의 피크는 SPD의 가장 낮은 잔류 전압에 해당된다. 역전압 대신에 단락 회로의 전류를 사용하면 결합 방지 소자를 너무 크게 하는 결과를 불러온다.


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비고 1 이 방법은 SPD1의 특성이 SPD2의 특성과는 너무 달라서 SPD2의 서지 조건이 quasi impressed 전류일 때 좋은 결과를 낼 수 있다. 예를 들어 방전 갭과 MOV 사이의 협조인 경우에 이 조건이 충족된다.

비고 2 이 방법을 사용할 때의 제약 조건은 다음과 같다. － 어림 결과를 확실히 얻기 위하여, 결합 방지 요소는 두 번째 SPD의 일부로 포함된다. － 어림 결과를 확실히 얻기 위하여, 두 번째 SPD에 스위칭 부품이 있을 경우 역전압은 0

이다. － 두 번째 SPD에 스위칭 부품이 있을 때, 이 방법은 스위칭 부품을 현실적으로 모델링하

지 못하기 때문에 그 결과가 과소 평가될 가능성이 있다. 그런 경우에는 이 방법을 적 용할 때 조심해야 한다.

－ 설비의 인입구에서 서지 파형은 서로 같은 전류 파형(10/350 또는 8/20)으로 간주된다. 일반적으로 서지 전류 i의 크기는 알려져 있다. 서지 전압 U의 크기는 그 계통의 서지 임피던스에 달려 있다.

－ 검토할 때 SPD 특성의 허용값(tolerance)을 고려해야 한다. F.5.2 방법 아래에 서술된 방법은 일반적으로 두 SPD 사이의 결합 방지 요소(임피던스)에 대한 훌륭한 값 (conservative value)을 제공한다. 이것은 그런 임피던스가 두 SPD 사이에 설치되어 있다면, 협조가 계산을 통해 예측했던 것보다 더 잘 이루어진다는 것을 의미한다. 방법：이 방법의 기초는 각 SPD의 출력을 무부하 전압 Uoc 1.2/50 그리고 단락 전류 Isc 8/20에 의하

여 정의되는 등가 조합파 발생 장치(CWG：Combination Wave Generator)로 나타내는 것이다. 이때 발생 장치의 임피던스는 2 Ω이다(Uoc = 2×Isc).

3등급의 시험에 따라 시험된 SPD들은 이미 그런 CWG에 의하여 시험되었다. II등급의 시험에 따라 시험된 SPD의 경우에는 Isc = Imax를 고려하여야 한다. 앞에 있는 SPD는 1등급 시험(건축물에 떨어진 직격뢰) 또는 2등급 시험을 받는다. 각 SPD의 출력에서 전압은 일반적으로 1.2/50과 8/20의 파형과 똑같지는 않다. 따라서 실제 파형을 1.2/50과 8/20의 파로 변환하기 위하여 실제 파형을 규격화(normalise)할 필요가 있다. 이것은 다음 값을 계산하여 할 수 있다.

u의 파고값 = ∫ ∫ tutuu d d ,ˆ 2 그리고 ,

i의 파고값 = ∫ ∫ titii d d , 2그리고

비고 이 공식과 표에 사용되는 단위는 같아야 한다. 이 값들은 표 F.1에 사용되어 있다.

표 F.1

전압 u ∫ tu d ∫ tu d2

전류 i ∫ ti d ∫ ti d2

1 V 크기의 전압을 가진 CWG에 대한 동일한 표는 다음(표 F.2)과 같다.


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표 F.2

전압 1 70×10－6 6×10－3 전류 0.5 12×10－6 2×10－3

표 F.1의 각각의 셀을 표 F.2의 동일한 위치의 셀로 나누면, 다음과 같은 새로운 표 F.3을 얻을 수 있다.

표 F.3

전압 u ∫ tu d / (70×10－6) )106/(d 32 −×∫ tu

전류 2ˆ×i ∫ ti d / (12×10－6) )102/(d 32 −×∫ ti

표 F.3에서 최고값은 Uoc(CWG)의 값을 나타내고, CWG의 Uoc의 등가값은 SPD의 출력에 상응한다. 무부하 전압 Uoc test인 CWG(또는 2등급 시험의 경우에는 등가 CWG)로 이루어진 3등급의 시험에 따라서 하부 SPD가 시험되는 순간에 협조가 만족스러운지 즉시 알 수 있다. Uoc test > Uoc CWG인지 확 인하는 것으로 충분하다. 입력시 주어진 스트레스에 대한 SPD의 출력값은 시뮬레이션 프로그램으로 계산해야 한다. 그런 값 들이 제조자에 의하여 계산되므로 매번 계산할 필요는 없다. 각각의 제품에 대하여 제조자는 SPD 특성의 허용값과 맹점(blind spot)(때때로 SPD의 가장 중요한 스트레스는 최대값 Iimp, Imax, Uoc max에 의해서가 아니라 더 낮은 값에 의하여 주어진다.)을 둘 다 고려하면서, 주어진 스트레스(1등급의 시 험에서는 Iimp, 2등급의 시험에서는 Imax, 3등급의 시험에서는 Uoc max)에 대한 출력 등가 CWG 임펄스 를 구할 수 있다.


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부속서 G (참고)

응용 예

비고 이 부속서는 SPD가 설치된 송신탑뿐 아니라 가정과 산업 설비에 대한 가상 시스템을 나타낸

다. 이 부속서는 제시된 규격을 사용하는 응용의 원칙을 설명하여 제한된 상황에서 SPD를 선 택하는 데 필요한 정보를 제공하는 데 그 목적이 있다. 모든 설비나 시스템에서 일어나는 특 수한 상황을 설명하기 위한 것은 아니다.

G.1 가정에서의 응용 MV 네트워크의 특성：10 km의 가공선 저압(230/400 V) 네트워크의 특성：1000 m의 가공선, 200 m의 지중 케이블 Ng：두 번의 뇌격/km2/년(4.1.1 참조) 보호되는 구조물의 위치：평탄한 지역 전력 계통(electric installation)의 구조：인입구에서 S형 RCD에 의해 보호되는 계통(3 kA 8/20을 견디 어 낸다. 6.2.4.3 참조). 인입구에서의 단락 전류 용량은 3 kA이다. 주 분전반은 집의 입구(1층)에 있 고, 보조 분전반은 2층에 있다. 보호되는 구조물의 접지：50 Ω 저압 네트워크의 접지 계통：TT 계통. 하나의 상과 중성선 포설 보호되는 장치의 특성：전기 세탁기, 컴퓨터, 현관 경보기, VTR, TV 등 위험 분석(7. 참조)에 따라 SPD를 설치하는 것이 좋을 수도 있다(Ng의 값이 크고 변압기의 MV와 LV가 가공선이며 전자 장비가 있다). 가공선에 예상되는 중간 정도의 낙뢰 전류 ⇒ 인입구에서 전선 1가닥마다 공칭 방전 전류(In) ≥ 5 kA 8/20 현관에서 경보 장치 보호(민감한 장치) ⇒ Up ≤ 1.5 kV. 이것은 Up = 1.5 kV로 2등급 시험을 거친 1포트 SPD(3.25 참조)에 의하여 달성될 수도 있다. 인입구에서 단락 전류 용량은 3 kA(실효값) ⇒ SPD의 단락 내력 ≥ 3 kA(실효값)이다(5.5.2.4 참조). 이 를 위해서 제조자는 퓨즈나 단락 전류 차단 능력이 있는 누전 차단기를 사용하도록 권고하고 있다. 인입구에 S형 누전 차단기가 사용되면, 3 kA 8/20을 초과하는 유입 서지에 대하여서는 서비스의 연속 성이 보장되지 않는다. 누전 차단기가 있다면, 간접 접촉에 대비하기 위한 추가 보호 장치는 필요 없다. 열동 차단기(thermal disconnector)가 SPD 자체에 내장되어 있다(6.3.1 참조). 계통이 TT 계통이고 상과 중성선 사이에 지나치게 높은 스트레스가 걸리는 것을 피하려면 세 가지 모드(상과 중성선, 중성선과 접지, 상과 접지：6.1.1 참조)의 보호 장치가 있는 SPD를 사용하는 것이


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좋다. 안전을 위하여 접지되어 있는 세탁기를 제외하면 다른 기기들은 접지에 연결되어 있지 않기 때문에, 보호되려면 상과 중성선 사이에만 보호가 필요하다. 이 경우 상과 접지, 중성선과 접지 사이의 보호 가 필요할 수도 있다. 비고 TV 안테나가 접지되어 있으면 추가로 보호 장치가 필요할 수 있다. 인입구의 SPD와 다른 기기들 사이의 거리가 너무 멀 때(특히 2층에서 각각 10 m와 20 m), 보호되는 장치들과 가까운 곳에 다른 SPD가 있어야 할 필요가 있다(6.1.2 참조). 하나는 세탁기와 가까운 곳에, 다른 하나는 VTR과 TV 세트와 가까운 곳에 있어야 한다. 다른 하나는 2층의 분전반에 연결되어 있지만, 직접 컴퓨터 플러그에 연결될 수도 있다(이 분전반과 컴퓨터 사이의 거리는 짧다). 다른 SPD들은 보다 낮은 서지 전류를 겪는다. 클래스 II 시험에서 사용되는 In = 2 kA도 충분하다. 이 때 제조자의 카탈로그에는 Up = 0.8 kV로 제시된다. 거리 20 m는 입구에 설치된 SPD와 2층의 SPD 사이의 결합을 방지하기에 충분한 거리이다. 그러나 인입구의 SPD와 1층에 있는 다른 SPD 사이의 거리 10 m는 Up = 0.8 kV가 낮아서 결합을 방지하기에 충분하지 못하다(6.2.6 참조). 그럴 경우에는, 예를 들어 1층의 SPD들에는 Up = 1.5 kV를 나타내는 다른 종류의 SPD를 선택하는 것이 더 좋다. 이런 SPD는, 그들이 위치한 곳의 단락 전류가 작아서 제조자는 필요한 차단기들(열과 단락)을 내장 시킨다(그림 G.1 참조).

그림 G.1 ― 가정 설비

1층 전기 기판

컴퓨터

주 전기 기판

비디오와 TV

상

중성선

식기 세척기 안테나

TV 안테나

경보기

형


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G.2 산업 설비 고려 중 그림 G.2와 G.3 참조

B1, B2 건축물 1, 2(building 1, 2) MB 주 건축물(main building) EB 등전위 본딩 바(equipotential bonding bar) PB 배전반(panel board) Eq 부하 장치(load equipment)

그림 G.2 ― 산업 설비


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B1, B2 건축물 1, 2(building 1, 2) MB 주 건축물(main building) EB 등전위 본딩 바(equipotential bonding bar) MPB 주 배전반(main panel board) Eq 부하 장치(load equipment) PB 배전반(panel board)

그림 G.3 ― 산업 설비의 회로 G.3 뇌 보호 시스템의 존재 뇌 보호 시스템이 있는 송신탑 중압(MV) 네트워크 특성：가공선 10 km 저압(LV) 네트워크 특성：가공선 500 m Ng：뇌격 6번/km2/년 보호되는 구조물의 위치：언덕의 정상 전기 설비의 구조물：중성선이 언덕 아래에 접지되어 있음. 장비는 현장 보호 접지(local protective earth)에 접지되어(grounded) 있음.


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보호되는 구조물의 접지：10 Ω 중압/저압 변압기의 접지：10 Ω 저압 네트워크의 접지 계통：TT 시스템, 하나의 상과 중성선 포설 보호되는 장비의 특성：전자 장비 설비의 매우 중요한 특성(위험 분석, 7. 참조) 때문에 1등급 시험을 거친 SPD를 사용하여야 한다. SPD는 상과 현장 접지 사이, 중성선과 현장 접지 사이, 상과 중성선 사이에 연결되어 있다. 이러한 SPD는 탑을 뇌격하는 아주 큰 용량의 직격뢰를 만나게 될 것이기 때문에, 1등급으로 최소 전류 용량 이 20 kA는 되어야 한다(부속서 D 참조). 변압기를 보호하기 위해 가공선의 반대쪽에 같은 전류 정격 을 가진 다른 SPD가 설치될 수도 있다. 기기 쪽에 설치된 SPD의 보호 수준은 1.5 kV가 되어야 하며, 변압기에 낮은 보호 수준이 필요하지는 않으므로 변압기 쪽에 연결된 SPD는 같거나 더 높을 수도 있다(4 kV까지). 또한 변압기의 중압(MV) 쪽에서도 SPD를 사용하여야 한다. 이것은 KS C IEC 60099－5에 언급되어 있다(그림 G.4 참조).

그림 G.4 ― 뇌 보호 시스템이 있는 설비

비고 그림 K.3에 나타낸 보호 구조를 적용할 수 있다.

상

500 m

변압기중전압 10 km

중전압 어레스터

중성선

중성선

상상

LV


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부속서 H (참고)

위험성 분석의 응용 예

고려 중


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부속서 I (참고)

시스템 스트레스

비고 이 부속서는 이 규격의 본체 4.에 대한 확장이다. 정보가 특정한 조항(subclause)과 관련되는 경우에는 아래와 같이 [xxx]로 나타낸다.

I.1 낙뢰 과전압과 전류[4.1.1] I.1.1 SPD의 필요성에 영향을 미치는 배전 시스템의 관점 KS C IEC 60364－4－44의 443.은 설비가 지중 케이블에 의해 배전되거나 가공선에 의해 배전되고, 케로닉 레벨(keraunic level)이 25 이하일 때 그 설비의 허용 위험도가 극히 낮지 않다면 SPD를 사용

할 필요는 없다는 것을 나타내 준다. 이런 지침은 통상적인 설비에 대한 어떤 가정에 기초하고 있다. 고려하고 있는 설비의 특정 계수가 보통의 것이 아니라면, 서지 보호에 대한 필요성은 더 커질 수 있다. 이 계수의 일부는 I.1.1과 I.1.2 에서 검토한다. 입력 서지의 가능성과 보호와 그 결과 사이의 경제적 균형을 기초로 하여 위험성 분석이 이루어져야 한다. 위험성 분석과 관련하여 KS C IEC 60364－4－44의 443.을 개정하고 있다. I.1.1.1 낙뢰의 활동 낙뢰가 설비에 미치는 위험성을 결정하는 데 가장 유용한 것은 현장 대지 낙뢰 도 Ng이다. 그러나 Ng가 알려져 있지 않다면, 공식 Ng = 0.04×Nk

1.25을 사용하여 그 지역의 케로닉 레벨로부터 대강의 추정값을 얻을 수 있다[Nk는 케로닉 지도(isokeraunic map)에서 구한 연간 뇌우 일수이다]. Ng는 특정한 장소와 인입 경로 두 곳 모두에 대한 위험도를 정확히 평가할 수 있도록 그 지역에 한정된 낙뢰 활동 정보를 제공한다. 그것은 또한 연중 시기와 서지의 크기 때문에 생기는 다양성을 고려한다. 이것은 Nk를 결정하는 데 포함되지 않은 요소이다. 따라서 Nk의 값 25만으로는 SPD의 필요성을 결정할 수 없다. I.1.1.2 설비의 노출 지중 케이블에 의하여 전력이 공급되는 곳에서도 이 케이블이 설비를 보호하기에 충분한 것은 아 니다. KS C IEC 60364－4－44의 443.에서 고려되지 않은 직격뢰와 간접뢰의 경우에는 특히 더 그 렇다. 이것이 지중 케이블에 의해 전력 공급이 공급된다는 그 자체만으로는 SPD의 필요성을 결정할 수 없는 이유이다. I.1.2 구조물 내의 서지 전류 분포 그림 I.1은 구조물에 직격뢰가 떨어진 경우에 서지 전류가 나누어지는 대표적인 예를 보여 주고 있다 (더 자세한 정보는 부속서 D 참조).


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비고 1 뇌 임펄스 전류는 두 가지 중요 요소를 결합한다. 첫 번째 요소는 빠른 상승 시간으로 유도 효과에 의한 전압을 결정하는 데 유용하다. 두 번째 요소는 뇌격시 에너지와 본질적으로 관 련이 있는 긴 지속 시간이다. 긴 지속 시간에는 고주파 효과가 존재하지 않고, 따라서 분포 를 계산하는 데 저항(ohmic resistance)이 사용된다. 개별 평가(예를 들어 계산)가 가능하지 않은 곳에서는 총 뇌전류(I )의 50 %가 구조물의 뇌 보호 시스템의 접지 단자에 흘러들어가는 것으로 간주할 수 있다. 다른 50 %의 전류(Is)는 외 부의 도체 부분, 전선, 통신선 등과 같은 구조물에 인입되는 설비(service)에 분배된다. 이런 각각의 설비에 흐르는 전류(Ii )값은 Ii = Is / n을 사용하여 평가할 수 있는데, 이때 n은 인입되 는 설비의 수이다.

비차폐 케이블의 개별 도체에 흐르는 전류 Iv를 평가하기 위하여서는 그 케이블 전류(Ii )를 도체의 수 m으로 나눈다(Iv = Ii /m). 차폐 케이블의 경우에는 직접 또는 SPD를 통하여 양단이 접지와 연결되어야 한다. 이런 경우에 케 이블 뇌전류의 대부분(통상 50 %)은 실드로 흐르게 되고, 나머지 적은 부분이 심선으로 흐른다. 모든 경우에 SPD는 가능한 한 스크린(shield) 본딩 점과 가까운 곳에 설치되어야 한다. 비고 2 SPD의 Ipeak 또는 Imax의 기준값은 Iv에 상응한다. 비고 3 가공선에 대한 직격뢰도 유사한 방법으로 고려할 수 있다.

비고 괄호 안의 값은 금속관이 없을 경우에 사용한다.

그림 I.1 ― 외부 인입 뇌전류의 배전 예(TT 시스템) 전력선용 SPD를 선택할 때, 적어도 건물 외부에는 가스관이 없고 또 드물게는 수도관도 비금속 재질로 되어 있는 것이 일반적이라는 것을 알아야 한다. 그런 경우에 전력선은 뇌전류의 대부분을

환상 접지 전극

본딩 바

건물에 뇌격한

낙뢰 100 %

금속 가스관

합계 = 16 %

(50)중성선

8 %8 %

상

17 %

(0)

금속 수도관

벽

전력선

(0)

17 %

50 %


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흘러야 한다. 이것은 전체 전류의 50 %가 구조물의 접지로 흘러 들어가고 50 %는 외부의 인입선에 흘러 들어가는 전형적인 예를 나타낸다. I.2 스위칭 과전압[4.1.2] 스위칭 서지에 의해 일어나는 스트레스에 대한 정보는 C.2를 참조한다. I.3 일시적인 과전압 UTOV[4.1.3] 저압 계통에서 고장으로 인하여 발생하는 일시적인 과전압은 두 요소로 정의될 수 있다. － k1은 공칭 계통의 규격 전압에 대한 최대 전압의 비이다. k1은 보통 1.05~1.1에 있다. 이것은 정상

적인 전압 변동 수준에 해당한다. Ucs = k1×U0

－ k2는 전력 계통의 Ucs를 초과하여 발생하는 전력 계통 과전압의 최대 크기이다. 3상 저압 계통에

서 고장이 발생하면 고장이 일어나지 않은 상의 전압은 1.25에서 이론적인 값인 3 까지 변할 수 있다.

비고 1 단상 3선식[three-wire(split-phase)] 계통에서 k2는 2까지 올라갈 수 있다. 전체적인(total) 일시 과전압은 다음과 같이 표현될 수 있다.

UTOV, LV = k1×k2×U0 = k2×Ucs

비고 2 일시적인 과전압은 보통 저압 배전 계통 사고와 커패시터 스위칭, 모터의 기동, 정지 등에 의해 발생한다. 이런 과전압은 지속 시간이 짧다. 3상 배전 계통에서의 고장으로 인하여 발 생하는 과전압은 0.05초보다 짧은 시간에서 최대 5초 동안 지속된다. 중성선 연결 상태가 좋지 않은 단상 모터를 기동할 때 전형적으로 5초에 이르는 시간 동안 과도한 과전압이 발 생할 수 있다. 커패시터 스위칭과 전압 조정 작업이 지속 시간을 5초 이상의 과전압을 만들 어 내서는 안 된다. 따라서 이 규격에서는 일시적인 과전압의 지속 시간이 0.05~5초로 선택되었다.

비고 3 어떤 네트워크에서는 고압 계통의 고장으로 인한, 단시간(5초 미만) 일시 과전압 U0＋1 200 V(UTOV, HV) (KS C IEC 60364－4－44 참조)를 고려할 필요가 있다. 이렇게 높은 전압은 SPD 가 고장나게 할 수 있다. 그런 경우에는 이런 고장이 사람이나 장비 또는 시설에 심각한 해를 만들어 내지 않도록 보장하기 위해 적절한 시험이 이루어져야 한다. U0＋1 200 V는 최 대 지속 시간 5초에 대한 일시적인 과전압의 최대값이다. 저압 설비와 고압 계통의 접지 방 지에 따라, 이 값은 존재할 수도 그렇지 않을 수도 있다(부속서 E 참조). 5초 이상의 긴 지속 시간을 가진 일시적인 과전압은 KS C IEC 60364－4－44에서 정의되고 있으며, 이 과전압은 긴 지속 시간으로 인하여 고장을 발생시킬 수도 있다.

이 규격에서는 저압 계통 고장으로 인하여 발생한 TOV는 UTOV, LV로, 고압 계통 고장으로 인하여 발생한 TOV는 UTOV, HV로 나타낸다. 위에 주어진 공식에 기초하여 이론적으로는 계통에서 UTOV의 전압 대 시간의 곡선을 그릴 수 있다. 실제로는 네트워크에서의 UTOV의 실제값이, 특히 SPD가 설치된 지점에서 항상 알려져 있지는 않다. 그러한 경우에는 몇 개의 대표적인 지점만 알려져 있기 때문에 위에 언급된 곡선을 그리는 것이 무척 어렵다.


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일반적으로 단지 규격화된 최대값만 알려져 있고, 곡선은 몇몇 지점에 대해서만 그린다. SPD를 선 정할 때 특별히 관심을 가져야 하는 값은 200 ms와 5 s이다. UTOV의 최대 규정값에 대하여서는 그림 4를 참조한다.


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부속서 J (참고)

SPD 선정에 관한 기준

비고 이 부속서는 이 규격의 본체 5.에 대한 확장이다. 정보가 특정한 조항(subclause)에 관련된 경 우에는 아래와 같이 [xxx]로 나타낸다.

J.1 UT 일시적인 과전압의 특성[5.5.1.2]

비고 일시적인 과전압은 몇 초(several seconds)의 지속 시간을 가질 수도 있다. 지속 시간이 5초 이

상인 일시 과전압은 SPD에서는 영구적인 상황으로 간주되고, 5초를 초과하는 시간에 대해서는 곡선이 일정한 값 Uc에 대응하게 된다.

그림 J.1 ― SPD UT에 대한 전형적인 곡선 J.2 SPD 고장 모드[5.5.2.4] SPD가 5.5.2.4에 논의된 고장 모드로 들어갈 때, 고장 모드가 설비에 미치는 효과를 고려하여야 한다. SPD의 고장 모드가[SPD 자체의 비선형 부품에 의해서 또는 SPD에 직렬 연결되고 전원(power supply) 에 병렬 연결된 내부나 외부의 차단 장치에 의하여 제공되는] 개방 회로라면, SPD가 고장 나더라도 전력 공급의 연속성이 보장될 수 있다. 그러나 그 계통의 후비(back up) 보호 장치가 동작되기 전에 차단하기 위한 SPD의 능력에 특별한 주의를 가져야 한다. SPD 차단기와 후비 보호 장치 사이의 협 조는 신중하게 검토되어야 한다. 2포트 SPD 또는 전원(mains)에 직렬로 접속된 1포트 SPD는 각각 그림 J.2의 a, b에 나타난 것처럼 SPD 안에서의 차단기 위치에 따라 내부 차단기가 전력의 연속성을 제공할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. a경우의 주된 특성은 차단기가 동작한 후에도 장치에 여전히 전력이 공급된다는 점이다. 그러나 장 치는 (서지에 대해) 더 이상 보호되지 못한다. 차단 표시를 나타내기 위한 원격 또는 현장 고장 표시 기를 사용하지 않는다면, 사용자는 그 장비가 더 이상 보호받지 못한다는 것을 알지 못하게 되고, 따 라서 입력 서지에 더욱 더 취약해지게 된다.


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b경우의 주된 특성은 차단기가 동작한 후에는 장치가 전력으로부터 차단된다는 점이다. 그러나 또한 서지의 주된 원인으로부터도 차단된다.

D 차단기(disconnector) S SPD L 선로

그림 J.2 ― 2포트 SPD의 내부 차단기 차단 때문에 생기는 정전이나 보호 기능 상실의 위험을 줄이기 위해서, 그림 J.3에서 보이는 것처럼 차단기가 갖추어진 SPD를 병렬로 설치할 수도 있다.

D 차단기 S 2개의 보호 부품(배리스터)과 각각의 차단기를 갖춘 SPD

그림 J.3 ― 병렬 SPD의 사용 SPD의 고장 모드가 후비 보호 장치를 동작시키는 SPD 그 자체 또는 추가 장치에 의하여 공급되는 단락 회로라면, 상황은 위의 b의 경우와 비슷하다. 제조자가 구체적으로 하나의 고장 모드를 말하지 않는다면, 그것은 SPD가 위에 리스트된 고장 모드 모두에 의존한다고 가정하여야 한다. 단지 한 종류의 고장 모드(단락 또는 개방 회로)를 얻기 위해 서는(그림 J.3의 과전류 차단기와 같은) 일반적으로 추가 장치를 사용하게 된다. SPD에 고장이 있는 동안 일시적인 상태라고 할 수 있는 불확정적인 상태(indeterminate condition)가 일어날 수 있다. 확실한 상황(개방 회로든 단락 회로든 간에)을 만들기 위해서는 열 차단기(thermal disconnector)와 같은 추가 장치가 필요하다. 비고 KS C IEC 60364－4－41에서는 응용 가능한 안전한 규칙을 서술하고 있다.


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부속서 K (참고)

SPD의 응용

비고 이 부속서는 이 규격의 본체 6.에 대한 확장이다. 정보가 특정한 조항(subclause)에 관련된 경 우에는 아래와 같이 [xxx]로 나타낸다.

K.1 위치와 SPD에 의한 보호[6.1] K.1.1 보호 가능 모드와 설비[6.1.1] 그림 K.1~K.5는 대체 가능한 접지 옵션[그림 5(a)와 5(b) 참조]을 보여 준다. 비고 1 가장 좋은 방법은 설비의 보호 수준과 스트레스를 모두 낮게 유지하도록 2개의 옵션을 모두

사용하고 PE 연결점과 SPD의 공통 접지점 사이의 연결을 가능한 한 짧게 유지하는 것이다. 다음 다섯 단계의 과정을 거쳐서 설치한다. 비고 2 다음 단계는 기본적으로 선로 또는 중성선과 접지 사이에 접속된 고정 SPD에 대해서는 유

효하다. 다른 SPD에는 다른 규칙이 필요하다. a) 방전 전류의 경로를 결정한다. b) 기기의 단자에 추가로 전압 강하를 일으키는 전선을 확인한다[그림 K.6(a)와 K.6(b)]. 비고 3 그림 K.6에서 Ures는 1등급과 2등급의 시험에 따라 시험된 SPD의 잔류 전압, 즉 일반적으

로는 제한 전압이다. c) 불필요한 유도 루프(loop)를 없애기 위하여 각 장치의 도체의 경로를 조절한다[그림 K.6(c), 그림

K.6(d), 그림 K.7 참조]. 비고 4 접지점을 하나로 할 수 없으면 그림 K.6 d)처럼 2개의 SPD가 필요하다. d) 장치와 SPD 사이에 등전위 본딩을 한다. e) 협조에 필요한 조건에 따라 SPD를 선정한다. 설비의 보호되는 부분과 보호되지 않는 부분 사이의 유도 결합을 제한하기 위하여 필요한 수단을 강 구해야 한다. 상호 인덕턴스는 유도 전원과 희생되는 회로 사이를 분리하고, 루프의 면적을 제한하며, 루프 사이의 각도를 선택해서 감소시킬 수 있다(그림 K.7 참조). 전류가 흐르는 전선이 루프 영역의 일부일 경우, 이 전선을 케이블에 가깝게 포설함으로써 유도 전압을 줄일 수 있다[그림 K.7(a) 참조]. 일반적으로 보호되는 선로를 그렇지 않은 선로와 분리하는 것이 좋다. 전력선과 통신선 사이에 과도 전류에 의한 교차 결합(cross coupling)을 피하기 위해서 필요한 수단을 강구해야 한다[그림 K.7(b) 참 조]. EMC 측면에서 채택할 수 있는 SPD 설치의 예를 그림 K.7에 나타낸다.


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1 설비의 기점(origin of the installation) 2 배전반 3 주 접지 단자 또는 바(bar) 4 서지 보호 장치 5 서지 보호 장치의 접지 연결, 5a 또는 5b 6 보호되는 장치 F SPD 제조자에 의하여 지시된 보호 장치(예를 들면 퓨즈, 차단기, RCD) RA 설비의 접지극(접지 저항) Rg 전력 계통의 접지극(접지 저항)

그림 K.1 ― TN 시스템에서의 서지 보호 장치 설치


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1 설비의 기점 2 배전반 3 주 접지 짧은 파형 또는 바 4 서지 보호 장치 5 서지 보호 장치의 접지 연결, 5a 또는 5b 6 보호되는 장치 7 누전 차단기(RCD：Residual current protective device) F SPD 제조자에 의하여 지시된 보호 장치(예를 들면 퓨즈, 차단기, RCD) RA 설비의 접지극(접지 저항) Rg 전력 계통의 접지극(접지 저항)

그림 K.2 ― TT 시스템에서의 서지 보호 장치 설치(RCD 하부의 SPD)


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1 설비의 기점 2 배전반 3 주 접지 단자 또는 바 4 서지 보호 장치 4a IEC 60364－5－534(2.3.2)에 따른 서지 보호 장치 또는 방전 갭 5 서지 보호 장치의 접지 연결, 5a 또는 5b 6 보호되는 장치 7 누전 차단기(RCD：Residual current protective device) F SPD 제조자에 의하여 지시된 보호 장치(예를 들면 퓨즈, 차단기, RCD) RA 설비의 접지극(접지 저항) Rg 전력 계통의 접지극(접지 저항)

그림 K.3 ― TT 시스템에서의 서지 보호 장치 설치(RCD 상부의 SPD)


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1 설비의 기점 2 배전반 3 주 접지 단자 또는 바 4 서지 보호 장치 5 서지 보호 장치의 접지 연결, 5a 또는 5b 6 보호되는 장치 7 누전 차단기(RCD：Residual current protective device) F SPD 제조자에 의하여 지시된 보호 장치(예를 들면 퓨즈, 차단기, RCD) RA 설비의 접지극(접지 저항) Rg 전력 계통의 접지극(접지 저항) O/ 개방 회로 또는

그림 K.4 ― 중성선이 없는 IT 시스템에서의 서지 보호 장치 설치


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Ent 인입구 a 필요한 경우에 그 필요에 맞추어 추가로 설치된 내부 SPD b 중성선의 전위가 상승하는 것을 피하기 위해 SPD가 필요할 수도 있다.

그림 K.5 ― TN C－S 시스템에서 설비 인입구에 전형적으로 설치되는 SPD


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Eq 장치 구성 a, c, d는 채택 가능하다. 구성 b는 Uw1과 Uw2가 충분히 낮으면 채택할 수 있다(6.1.3 참조). 비고 전류 I는 SPD로 흘러들고, 이 전류에 의해서 생긴 자기장이 장치 단자에 연결된 리드에 의해

형성된 회로(loop)로 들어간다. 이것은 SPD의 잔류 전압에 유도 전압을 더하는 효과를 가진다. 이렇게 결합된 전압이 장치의 단자에 나타난다.

그림 K.6 ― 1포트 SPD를 설치하는 일반적인 방법


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a 전자 결합

i 나쁜 예－루프 면적이 넓어 dI/dt에 의해 생긴 dφ /dt를 많이 포함한다. ii 좋은 예－루프 면적이 좁아 dφ /dt를 적게 포함한다. iii 가장 좋은 예－케이블 차폐에 의해 차폐 내부의 dφ /dt가 0이 된다.

b 유도 결합 i 나쁜 설치－* 표시된 점에서 유도 결합이 일어난다. ii 좋은 설치－SPD의 상부 쪽 케이블과 하부 쪽 케이블이 잘 분리되어 있다.

그림 K.7 ― EMC 측면에서 볼 때 채택 가능하고 채택 불가능한 SPD의 설치 예


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K.1.2 진동 현상이 보호 거리에 미치는 영향[6.1.2] 일반적으로 보호되는 장치와 가까운 곳에 SPD를 사용하는 것은 충분하지 못하다. EMC 면에서 볼 때 전력 인입구에 SPD를 설치하는 것이 더 좋다(서지 전류로 인한 전자기 교란을 피하기 위해서는 인입구에서 그 전류를 분산시키는 것이 더 좋다). 그리고 (도체 간의 플래시오버를 피하여) 설비를 보호하기에도 인입구에 SPD를 설치하는 것이 더 좋다. 장치가 인입구에 설치된 SPD의 보호 거리 내에 있지 않다면, 필요한 경우 장치와 가까운 곳에 다른 SPD를 설치해야 한다. 이때 협조에 대한 검토가 필요하다(6.2.6 참조). 추가로 서지 보호가 필요한 이유는 서지 임펄스에 의해 일어나는 진동(oscillation)이나 진행파(travelling wave)가 보호되는 장치에서 예상되는 전압보다 높은 전압을 일으킬 가능성이 있기 때문이다. 그림 K.8은 그러한 계통의 물리적, 전기적 회로도의 한 예이다.

그림 K.8 ― 보호되는 장치가 보호 장치인 SPD로부터 떨어져 있는 계통의 회로도

장비에 걸리는 전압은 서지의 주파수와 도체의 길이에 따라 달라진다. r의 값에 따라서, L과 C 사이의 진동은 장비의 단자에 걸리는 전압 u′를 ku까지 증가시킬 수 있다. k의 값은 많은 요소에 의존한다. 실제로 부하의 임피던스가 큰 장비에서 k는 2보다 작다. 그림 K.9에 의해 주어진 회로는 부하 정전 용량이 5 nF인 장치로부터 떨어진 곳에 설치된 ZnO SPD 에 적용되는 5 kA 8/20 임펄스를 발생하는 서지 전원을 나타낸다. 이 회로는 모의 실험 결과 그림 K.10에 주어져 있는 응답이 나왔다. 이것은 보호받아야 될 장비의 단자에 걸리는 전압이 어떻게 SPD 단자 전압의 2배에 이를 수 있는지를 보여 준다.

그림 K.9 ― ZnO SPD와 보호되는 장치 사이의 가능한 진동

서지


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VSPD SPD에서의 전압 Veq 장비 단자에서의 전압

그림 K.10 ― 전압 배가(voltage doubling)의 예 K.1.3 보호 지역 개념[6.1.6] 건물의 전력 배전 계통을 보호 구역과 서지 보호 장치의 할당으로 재분할하는 예를 직격뢰에 대한 KS C IEC 61312－1에 따른 그림 K.11이 보여 주고 있다.

전압


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LPZ 뇌 보호 구역 PZ 보호 구역 PDS 전력 계통 SPD 서지 보호 장치

그림 K.11 ― 보호 구역에 따른 건축물 소분할 보호 구역은 다음과 같이 정의된다. ㆍ뇌 보호 구역 OA(KS C IEC 61312－1)

그 영역 내의 품목이 직격뢰의 영향을 받으며, 따라서 그 품목이 전체 뇌전류를 흘려야 하는 구역. 여기에서는 감소되지 않은 전자기장이 발생한다.

ㆍ뇌 보호 구역 OB(KS C IEC 61312－1) 그 영역 내의 품목이 직격뢰의 영향을 받지는 않지만, 감소되지 않은 전자기장이 발생하는 구역. 감소되지 않은 전도성(conducted) 뇌전류와 스위칭 서지가 발생한다.

ㆍ보호 구역 1 품목이 부분적인 직격뢰의 영향을 받고 있는 영역. 전도된 임펄스 뇌전류와(and/or) 스위칭 서지가 구역 OA 또는 OB에 비해 줄었다.

ㆍ보호 구역 2 남아 있는 뇌 임펄스 전류와 스위칭 서지가 구역 1에 비해 줄었다.

ㆍ보호 구역 3 진동이나 자기장 결합에 의한 서지, 내부 스위칭 서지가 구역 2에 비해 줄었다.

보호 구역 경계에 서지 보호 장치를 설치함으로써 전도된 위협적인 변수(parameter)가 줄어들었다. 이런 SPD 사이의 협조는 6.2.6에 따라 이루어져야 한다. 이들 장치의 성능 변수는 그들이 설치된 장 소의 전도된 위협적인 변수에 맞아야 한다(6.2.1과 6.1.5 참조).


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비고 KS C IEC 61312－1에 따라 1등급 SPD가 사용되어야 한다면, 그 SPD는 PZ1과 LPZ OB의 경 계에 설치되어야 한다.

6.1.4에 따라 SPD가 설치될 때마다 새로운 보호 구역이 만들어진다. K.2 SPD의 선정 K.2.1 Uc 의 선정[6.2.1] 대부분의 SPD에 대하여 지속 시간이 5초 이상인 일시 과전압을 영구적인 스트레스로 간주해야 한 다. 따라서 정상적인 조건과 5초 이상 지속되는 고장 조건(일시적인 과전압)을 고려하여 Uc를 선정 해야 한다. a) 정상적인 조건

1) 상과 중성선 사이 상과 중성선 사이에 있는 SPD의 Uc는 Ucs(특히 일반적으로 U0의 1.10배：전 압 규정의 10 % 또는 SPD의 성능 저하와 다른 비정상적인 계통 조건을 감안하여 5 %의 여유를 생각한다면 1.15)보다 높아야 한다.

2) 각 상 사이 각 상 사이의 Uc는 Ucs(일반적으로 U0에 3 을 곱한 것은 1.10배)보다 높아야 한다.

비고 1 어떤 경우에는 전압 변동 한도(예를 들면 전압 변동이 계량기에서만 정의되는 아주 큰 건

물의 경우)에 따라 Ucs는 위에 주어진 일반적인 제한(각각 10 %와 10 %× 3 )을 초과할 수도 있다.

어떤 경우에는 전압 변동 폭이 더 좁아진다(예를 들면 5 %). 이런 경우 낮은 값이 충분할 수도 있다

[예를 들면 Uc가 단지 U0의 1.05배보다 높을 수도 있다(각각 1.05× 3 ×U0)]. 3) 상과 접지 또는 중성선과 접지 사이

ㆍTT와 TN 계통에서는 상과 접지 또는 중성 도체와 접지 사이의 SPD Uc가 Ucs보다 높아야 한 다(일반적으로 U0의 1.10배).

ㆍIT 시스템의 경우에는 아래의 비정상적 조건을 참조한다.

비고 2 전력이 변압기의 2차에 중간 탭이 있는 변압기에 의해 공급된다면, Uc가 2개의 값을 가

진다. Uc 중 하나는 Ucs의 1.0배이고, 다른 하나는 ( 3 )/2×Ucs이다.

고조파가 있으면 서비스 전압의 피크값이 증가할 수 있다. 따라서 고조파가 없을 때의 Uc에 비해 Uc를 증가시킬 필요가 있다.

b) 비정상적인 조건(고장 상태) 때때로 상과 접지 사이에 연결된 SPD에 대하여 Uc를 선정할 때 구

체적인 고장 상황을 고려해야 한다. 이것은 시스템에 고장이 발생했을 때, 너무 많은 SPD가 파괴되는 것을 막기 위한 것이다. IT 시스템의 경우에 반드시 그런 고장 상황을 고려해야 한다. TT와 TN 시스템이 접지 고장 상태에 있을 때, 상과 접지 사이의 전압이 Ucs를 초과할 수 있다. 이것은 고압 계통 또는 저압 계통의 고장으로 인해 발생하고, 전압의 최대 크기와 접지에 따라 달라진다. 이 주제에 대한 추가 정보를 원한다면 4.1.3.2를 참조한다. 따라서 Uc는 고장 조건에서 나타나는 실제 전압에 따라 선정한다. 계통에서 어떠한 고장이 발생하더라도 SPD가 손상되지 않 을 만큼 Uc를 높게 하면 안 된다. 그렇게 하면 보호 수준이 나빠지기 때문이다. 일반적으로 계통 의 구성에 영향받지 않는 적절한 값은 Uc를 1.5×U0보다 높게 하는 것이다.

IT 계통이 접지 고장 상황에 있을 때, 상과 접지 사이의 전압은 일반적으로 3 ×U0이다. 저압 계 통에서 이런 고장은 영구적인 상황으로 간주될 정도로 충분히 길게 지속될 수도 있다.


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이런 경우에, Uc를 상과 상 사이의 전압보다 더 높게 할 것을 강력하게 권고한다. SPD의 Uc와 전력 계통의 공칭 전압 사이의 관계에 대한 예는 부속서 B에 주어져 있다. K.2.2 협조 문제[6.2.6.2] 문제를 더 잘 설명하기 위하여, 그림 K.12가 인덕턴스에 의하여 분리되어 있는 2개의 ZnO 배리스터 의 협조의 대표적인 예를 보여 주고 있다. SPD2는 Up와 In이 낮은 값을 가진다. 서지 앞부분의 인덕턴스 효과 때문에 대부분의 전류는 SPD1으로 흘러 들어가고, SPD2의 전류는 인덕턴스와 SPD2 의 특성에 의하여 주어진 시정수(time constant)에 따라 점차 증가한다. 이런 방법으로 시간이 흐름에 따라 전체 전류의 점점 더 많은 부분이 SPD2에 흐르게 된다. 그림 K.12는 전체 전류, SPD1과 SPD2에 흐르는 전류, 그리고 SPD1과 SPD2에 걸리는 전압을 보여 준다. ㆍ이 응용 지침서에서 최대 에너지 내력(Emax)은 SPD의 성능이 저하되지 않고 견딜 수 있는 최대 에

너지로 정의된다. 이것은 시험 결과(1등급 시험의 Iimp에서의, 2등급 시험의 Imax에서의 동작 책무 시 험을 통하여 측정된 에너지)로부터 얻을 수 있거나 제조자에 의하여 주어지는 Imax(1등급 시험)나 Ipeak(1등급 시험), Ures(Imax) 또는 Ures(Ipeak)와 같은 정보를 고려하여 계산할 수 있다.


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그림 K.12 ― 두 ZnO 배리스터의 협조

임피던스 Z에 상응하는 두 SPD 사이의 거리 d는 결합 방지(decoupling) 요소로 사용될 수도 있다. ㆍ제한형 SPD의 경우에 이런 결합 방지 임피던스는 일반적으로 삼각파(short wave shape)에만

효과가 있다. 긴 파형에는 이 결합 방지 임피던스로는 좀처럼 만족할 수가 없다. 집중 임피던스나 저항[집중 저항이나 선로(natural) 저항]을 사용하여 추가로 결합을 방지하는 수도 있다.

ㆍ앞에 있는 SPD가 스위칭형인 경우에, 2개의 다른 특성이 고려되어야 한다. － 맹점이 있을 수도 있다. 즉, Iimp보다 낮은 전류에서 갭 단자의 전압이 너무 낮아 갭이 스파크를

일으키지 못하고, 따라서 두 번째 SPD를 보호할 수도 없는 상태가 있을 수 있다. 서지의 앞 부분에서 갭의 스파크오버가 발생하는 것이 매우 중요하다.

시간

시간


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－ 앞부분의 시간이 길 경우에 결합 방지 요소는 8/20 또는 10/350 파에 비해 덜 효과적이다. 이 렇게 긴 시간에 대해서는 TC 81에서 현재 연구 중이다.

일반적으로 두 가지 형태의 서지에 대하여 협조를 다룰 필요가 있다. ㆍ(1등급 시험에서 사용된 것과 같은) 긴 파형 서지에 대한 협조 ㆍ(2등급 시험에서 사용된 것과 같은) 짧은 파형 서지에 대한 협조 비고 SPD의 최대 에너지 내력은 적어도 두 SPD 가운데 낮은 SPD의 에너지 내력과 같다. 기존의

SPD(SPD1)가 있는 계통에 새로운 SPD(SPD2)가 연결될 때, 적당한 협조가 이루어지도록 해 야 한다.

K.2.3 실제 예[6.2.6.3] 설비에서, 협조는 항상 위의 간단한 예에서 보여 주는 것보다 연구하기에 훨씬 복잡하다. 실제에서는 ㆍ리드 또는 차단기와 같은 추가 장치의 존재는 그 구성에 인덕턴스를 증가시킬 수도 있다. 많은

SPD 사이의 전류 분배도 연구가 필요하다. ⇒ 실제 설비 구성이 필요하다. ㆍSPD에 사용되는 부품의 특성 허용값이 어떤 특정 전류에 대한 실제 잔류 전압을 불확실하게 할

수도 있다. 또한 보통 제조자로부터 알 수 있는 값은 보호 수준 Up인데, 여유가 포함되어 있어서 그 실제 전압은 표시된 것보다 25 %나 더 낮을 수도 있다.

ㆍSPD의 에너지 내력 Emax는 긴 파형과 짧은 파형에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로 이러한 값은 1개의 등급 시험에 의하여 주어진다(1등급→긴 파형, 2등급→짧은 파형). 때때로 이 에너지 내력이 주어지지 않아 계산이 필요하다.


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부속서 L (참고)

위험성 분석

(아래의 그룹 E에서 결정되는) 보호 비용이 보호되지 않은 시설의 서지로 인해 초래되는 (아래의 A부터 D까지의 그룹에서 결정되는) 손실 비용보다 작다면, SPD를 사용하는 것이 좋다. L.1 그룹 A－환경 A1 낙뢰 발생과 심각도 Ng(연간 대지 뇌격 도, 뇌격수/km2/년；4.1.1과 I.1 참조) ㆍ건축물의 뇌 보호 시스템(LPS) 또는 전력선과 통신선에 대한 직격뢰 ㆍ저항성 또는 유도성 결합 위험성을 평가하려면 뇌 보호 시스템, 인입 전력선, 금속 전화선, 데이터 케이블, 방송파 케이블, 도 파관, 그리고 수도관과 같은 비전기적 도체 등을 통해 들어오는 낙뢰 유도 에너지의 직ㆍ간접적인 모드를 전부 고려해야 한다. 광케이블은 일반적으로 내성을 갖추고 있다. 광케이블에는 보호 영역을 통과하는 금속 도체가 없다. A2 전력 스위칭 발생과 심각도 모터 제어기처럼 전력 스위칭 장치로 같은 회로에 있거나 가까이에 있는 전자 장치는 부하에서 발생 하는 서지(transient) 때문에 망가지거나 열화될 수 있다. 또한 서지는 전력 계통 스위칭, 시스템 고장 또는 부하 내부의 교란 때문에 발생될 수도 있다. A3 주변 건물의 LPS와의 결합과 노출 인근에 있는 건축물이나 설비의 LPS에 흐르는 낙뢰 전류에 따른 과도 결합(transient coupling)에 의 해 피해가 발생할 수도 있다. 과도 결합에는 낙뢰 전류의 분산(dissipation)에 따른 접지 전위 상승도 포함된다. 이러한 에너지는 대개 전력선을 타고 퍼지며 사용자가 직접 제어할 수 없다. 분산되는 에 너지는 그 지역(local) 네트워크의 여러 가지 접지 저항의 크기와 관련이 있다. A4 설비나 빌딩의 위치 ㆍ지형 ㆍ이웃한 건물과 나무에 의한 차폐 높은 언덕이나 산의 정상 또는 측면에 있는 설비는 계곡이나 자연적 노출이 적은 지역에 있는 비 슷한 설비보다 직격뢰를 맞을 가능성이 더 높다. 마찬가지로 높은 통신탑에 설치된 설비는 뇌격의 위험이 더 크다. 작고 낮은 설비는 이웃한 높은 물체에 의하여 직격뢰로부터 차폐될 수도 있다. 그 러나 그러한 차폐는 케이블을 통하여 설비에 들어가는 에너지에는 영향을 주지 않는다. L.2 그룹 B－장비와 설비 B1 장비의 임펄스 내력(withstand) 범주와 내력(immunity) 수준


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제조자는 전기 전자 장비를 여러 가지 임펄스 전압 내력을 가지도록 설계할 수 있다. 수준이 낮을 수록 위험은 커진다. 제조자로부터 다른 언급이 없다면, 그들의 장치에는 특정한 내력이 갖춰지지 못한 것으로 보는 것이 좋다. 제대로 설계된 보호 장치는 케이블의 인입구에서 에너지의 분산을 최 대화하고 장치에 에너지가 전달되는 것을 최소화한다. B2 접지 시스템 ㆍ접지 저항과 임피던스 ㆍ구조도와 근접 ㆍ다른 접지와의 연계 가장 중요한 것은 도체나 SPD로 본딩하여 접지 등가 본딩을 얻는 것이다. 분리된 접지 시스템은 신중하게 다루어야 한다. B3 전력 계통 형태 ㆍ가공 ㆍ지중 ㆍ또는 둘 다 지중 저압 케이블이 가공선보다 위험성이 낮기는 하지만, 지중 케이블 주위의 직격뢰는 특히 토양의 저항이 높은 경우에 상당히 높은 과전압을 일으킬 수 있다. 설계자는 지중 케이블의 길이, 좀 떨어 진 곳에서 가공선으로 올라가는지, 그리고 중압(MV) 전력 네트워크가 가공선인지 아닌지를 고려할 필요가 있다. 저압과 중압 전력선의 총 길이와 높이도 매개 변수가 된다. 길고 높은 선일수록 직격 뢰에 맞을 위험성이 높고, 따라서 그 낙뢰 에너지를 설비나 건물에 전달할 위험성도 크다. L.3 그룹 C－경제성과 운전(service) 중단 C1 서비스 감소 또는 중단 시스템이 정지하거나 망가지면 사업하는 데 곤란하게 된다. 서비스의 감소는 직접적인 재정적 손실 에 부가되는 질적인 요소가 된다. 예를 들어 자동화나 컴퓨터화가 광범위하게 진행된 곳에서는 수동 작업으로 전환한다는 것이 거의 불가능하다. C2 작업의 손실 이것은 장비, 컴퓨터, 통신, IT(Information Technology) 시스템의 서비스를 사용할 수 없게 되어 생기 는 실 시간(real time) 비용과 그와 관련된 작업에 따른 수입 또는(and/or) 업무 생산성 손실을 포함한 다. 긴급 서비스, 중앙 정보 계통과 같이 중요한 계통의 경우에는 이런 작업 손실로 인한 직ㆍ간접적 인 비용 손실이 엄청나게 높을 수도 있다. 기업은 고장 시간 동안 직접적인 수입을 잃게 된다. 수리하고 다시 설치(restore)하는 데 걸리는 시 간은 직원과 예비품, 절차, 정보의 사용 가능 여부에 달려 있다. C3 장비나 설비의 수리 또는 교체 이것은 장비의 교체를 포함한 물리적인 손상 비용과 재설치에 들어 가는 직ㆍ간접적 비용을 말한다. 부정기적으로 발생하는 고장(random faults)의 원인으로 보이는 작은 서지가 반복되면 장비의 부품에


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점진적인 열화가 올 수 있다. 이러한 서지는 고장이 발생하는 그 시각에 즉시 또는 직접적으로 뇌우 나 스위칭에 연관되지 않을 수도 있다. 자꾸 증가하는 일상적인 보수 비용이나 예방 보전 비용이 이렇게 누적된 서지에서 발생한 것일 수 있다. C4 긴급 서비스 장비의 손상 또는 사람의 부상은 소방서, 앰뷸런스, 경찰, 기타 등등의 긴급 서비스를 필요로 하게 되며, 그런 긴급 서비스는 회사, 개인 또는 공동체에 큰 비용이 들게 한다. 화재 경보 시스템과 긴급 서비스 통신이 파괴되면 그러한 서비스의 효율을 떨어뜨린다. 긴급 서비스에는 일반적으로 매우 높 은 수준의 보호가 필요하다. L.4 그룹 D－안전 절연의 파괴로 인하여 사람의 안전에 위험하다면, SPD 사용을 고려해야 한다. 사람의 안전은 설계자나 설치자에게는 매우 중요한 문제이다. 각 나라의 직업상의 건강과 안전 규 칙을 준수하여야 한다. L.5 그룹 E－보호 비용 ㆍ설비의 디자인 ㆍ재료와 장비 ㆍSPD의 설치 보호 비용은 SPD, 기술 설계와 감독, 전기 설비에 대한 모든 비용을 포함한다. IEC 61662는 낙뢰로 인한 서지에서 발생되는 위험을 평가하는 방법을 제안하고 있다. 스위칭 때문에 발생하는 서지에 관련된 위험을 평가하는 방법은 고려 중이다.


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참고문헌

－본－

KS C IEC 60099－4：2003, 서지 피뢰기－제4부：산화 금속형 갭 리스 서지 피뢰기

KS C IEC 60099－5：2003, 서지 피뢰기－제5부：선택 및 적용 지침


한국산업표준 저전압 서지 보호 장치－제12부：저전압 배전 계통에 접속한 서지 보호

장치－선정 및 적용 지침

발간 • 보급 한 국 표 준 협 회

135－513 서울특별시 강남구 역삼동 701－7

☎ (02)6009－4114

☎ (02)6009－4887∼8

http://www.kssn.net


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KSKSKS SKSKS KSKS SKS KS SKS KSKS SKSKS KSKSKS

Low-voltage surge protective devices－ Part 12：Surge protective devices

connected to low-voltage power distribution systems－Selection

and application principles ICS 29.240；29.240.10

Korean Agency for Technology and Standards

http://www.kats.go.kr


c iec 61643-12 2007 - ground

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