SPD

❓SPD란

(Surge Protective Device)

• 저압 배전선 및 전기설비 보호, 통신설비 등의 부근에 낙뢰에 의한 과전압과 설비 내의 기기에서 발생하는 개폐 과전압으로 부터 전기설비를 보호하는 것을 목적

❗서지의 정의 및 종류

1️⃣서지의 정류

• 급속히 증가 후 서서히 감소하는 전기적 전류, 전압의 과도특성

2️⃣서지의 종류

• 자연서지 : 직접뢰, 간접뢰, 유도뢰 등의 이상서지
• 개폐서지 : 유도부하 차단시 발생하는 이상서지
• 기동서지 : 발전기, 전동기 등의 기동 시 돌입 서지

❗서지의 영향

1️⃣전류형 서지

• 부품의 과열파괴

2️⃣전압형 서지

• 부품의 절연파괴

❗서지환경의 분류

1️⃣기기에 필요한 정격 및 임펄스 내전압

구분	설비 인입구		간선 및 분기회로기기		부하기기		특별보호기기
카테고리	IV		III		II		I
110[V]	4[kV]		2.5[kV]		1.5[kV]		0.8[kV]
220/380[V]	6[kV]		4[kV]		2.5[kV]		1.5[kV]
SPD등급		class I		class II		class III

2️⃣SPD설치등급

• 서지로 부터 기기를 보호하기 위해서는 정격 임펄스 내전압보다 작은 사양의 SPD설치가 필요하다

❗서지대책

❗SPD의 분류

1️⃣사용 용도별

• 직격뢰용SPD : 전원용, 통신용
• 유도뢰용SPD : 전원용, 통신용

2️⃣구조별(포트 수)

3️⃣SPD형 식별

SPD형식	시험종류	시험항목	비고
Class I	등급 I 시험	\[I_{imp}I_n\]	고피뢰 장소, 직격뢰 보호
Class II	등급 II 시험	\[I_{max}I_n\]	저피뢰 장소, 유도뢰 보호
Class III	등급 III 시험	\[U_{OX}\]	저피뢰 장소, 유도뢰 보호

I_{imp} : 임펄스전류시험(10/350[μs]임팩트전류)
I_{max} : 최대 방전시험(8/20[μs]임펄스전류)
I_n : 공칭방전시험(8/20[μs]임펄스전류)
U_{ox} : 개회로시험(III등급시험에 대한 저항회로 전압)

4️⃣SPD기능별

• 전압 스위치형 SPD : 서지 인가시 급격히 임피던스값 변화
• 전압 제한형 SPD : 서지 인가 시 임피던스 연속적 변화
• 복합형 SPD : 스위치, 제한 기능 모두 가능

❗SPD의 선정

1️⃣선정 Flow

2️⃣SPD선정

• 뇌 예방여부 결정

• 설치 장소의 확인

• 설치환경의 확인
  • SPD는 설치환경의 전압을 고려하여 최대 연속동작전압(V0=저압계통의 상전압)결정
  • SPD는 사고로 인한 순간 과전압(Vtov)에 견딜 것(Vtov<V0)
• 고장모드의 추정
  • 종류 : 단락회로 개방회로
  • 서지와 과전압의 형태에 따라 좌우
  • SPD의 최대 방전전류(Imax)고려, 보조장치의 필요성 검토
  • Imax > In(공칭방전전류 5[kA], 8/20[μs],3상(20[kA]), 단상(20[kA]))
• SPD와 다른 기기와의 상호관계
  • 보호대상 기기의 서지 내력과 계통의 공칭전압 고려, 전압보호수준(Vp)결정
  • 정상시 위험 상태, 타 기기에 영향 없도록 연속동작전류(Ic)결정

• 선정된 SPD와 다른 SPD 간의 협조
  • 에너지 내력에 따라 두 개의 SPD간에 허용 스트레스를 분담하기 위해 협조 필요
  • 2개의 SPD간 임피던스 고려 i₂값을 허용 레벨까지 감소하기 위해 SPD 선정
  • SPD2의 과도설계를 피할것
  • SPD 간 에너지 협조 확인
• SPD규격선정

❗SPD 시설

1️⃣설치장소

• SPD는 설비 인입구 또는 건축물 인입구와 가까운 장소에 설치할것
• 건축물 내에 LPZ(뇌보호 영역)가 변화되는 경계점에 SPD를 설치할 것
• 설비 인입구 또는 그 부근에서 중성선이 보호도체에 접속되어 있는 경우 또는 중성선이 없는 경우에는 SPD를 선도체와 주접지 단자 간 또는 보호도체 간에 설치할것

2️⃣SPD설치

• 설치방법 일반적으로 커먼모드 노이즈가 노말모드 노이즈보다 크므로 선간-대지 간 보호가 주로 적용된다
• 계통구성에 따른 SPD 설치

• 진동현상 억제
  • 가능한 기기에 근접 설치
  • 보호기기와 SPD의 거리가 먼 경우 Vp의 2배 이상 전압 유도 가능
  • 일반적으로 진동은 10[m] 이내 거리에서 발생하지 않는다
• SPD연결전선
  • 연결전선의 길이는 가능한 짧아야 한다(a+b<0.5[m])
  • 어떠한 접속도 없어야 한다

• 접지선의 단면적
  • 설비의 인입선 부근에서SPD접지선은 4[㎟]이상
  • 낙뢰에대한보호계통이 있다면 16[㎟]이상
• 누전차단기의 추가 보호
  • 내전압이 상당히 낮은 기기
  • 인입구에 설치된 SPD와 피보호기가 상당히 떨어졌을때
  • 뇌 방전과 내부교란의 원인에 의해 구조물 내부에 자계 생성시
• SPD와 누전차단기(RCD)의 시설최소 3[kV] 8/20[μs]에 견디는 RDC적용 (SPD가 잔류장치의 부하측에 위치시)

❗SPD의 보호장치 설치

1️⃣보호장치 설치

2️⃣SPD 보호장치 설치 기준

• 뇌전류가 통과 시 용단, 용착, 오동작하지 말아야 함
• SPD가 고장시 신속히 회로로부터 분리
• 퓨즈 사용시 뇌전류에 대한 용단특성을 검토하여 선정
• SPD에 흐르는 단락전류를 신속 정확하게 차단
• 보호장치와 상위 차단기와의 협조
• 퓨즈, 차단기, 누전차단기, 전용장치 설치

3️⃣SPD를 누전차단기 부하 측에 설치하는 경우

• SPD에 흐르는 전류에 의해 누전차단기가 동작할수 있으므로 임펄스 부동작형 누전차단기를 사용한다
• 방전갭을 사용하지 않고 SPD를 충전선과 접지단자 사이에 직접접속하면 SPD고장의 경우 노출 도전성 부분에 위험한 접촉전압이 나타나며 전원측 배선용 차단기가 동작하지 않는 경우도 있다
• SPD접속형식 CT₁
  • 상도체와 주접지단자 또는 보호도체 사이
  • 중성선과 주접지단자 또는 보호도체 사이

4️⃣SPD를 누전차단기 전원 측에 설치할 경우

• SPD고장 시 계통으로부터 분리하는 상용주파수 전류의 차단능력이 있어야 함
• SPD전원 측의 전원회로에 배선용 차단기가 있는 경우 배선용차단기의 동작전류가 보호장치의 동작전류보다 적으면 배선용 차단기가 먼저 동작되므로 보호장치는 유지관리용으로 개폐기능만 있으면 가능함
• SPD접속형식 CT₂
  • 상도체와 중성선 사이
  • 중성선과 주접지단자 또는 보호도체 사이 : 방전갭용 SPD

❗임펄스전류, 공칭방전전류

1️⃣I등급 SPD의 보호모드별 임펄스전류(limp)

• 임펄스전류값은 각 보호모드에 대해 12.5[kA] 10/350[μs]이상

보호모드	단상CT₁	단상CT₂	3상CT₁	3상CT₂
각상전선과 중성선 사이	–	12.5[kA]	–	12.5[kA]
각상전선과 PE선 사이	12.5[kA]	–	12.5[kA]	–
중성선과 PE선 사이	12.5[kA]	25[kA]	12.5[kA]	50[kA]

CT₁은 누전차단기의 부하 측에 설치하는 경우
CT₂는 누전차단기의 전원 측에 설치하는 경우

2️⃣II등급 SPD의 보호모드별 임펄스전류(ln)

• 공칭방전전류는 각 보호모드에 대해 5[kA] 8/20[μs]이상

보호모드	단상CT₁	단상CT₂	3상CT₁	3상CT₂
각상전선과 중성선 사이	–	5[kA]	–	5[kA]
각상전선과 PE선 사이	5[kA]	–	5[kA]	–
중성선과 PE선 사이	5[kA]	10[kA]	5[kA]	20[kA]

CT₁은 누전차단기의 부하 측에 설치하는 경우
CT₂는 누전차단기의 전원 측에 설치하는 경우

❗SPD의 보호장치

• 고장 시 안전성 확보
• 개방모드 : 동작표시기
• 단락모드 : SPD분리기

★★건축전기설비
★★사용기기 선정
⍟사용기기 선정(피뢰기S)
피뢰기
피뢰기 정격선정 시 고려사항
피뢰기 저항 계산
폴리머 피뢰기
피뢰기의 단로장치
서지흡수기
SPD
서지 보호소자 특성