서지 보호 장치는 전력 공급 네트워크, 전화 네트워크, 통신 및 자동 제어 버스에 사용됩니다.

2.4 서지 보호 장치 (SPD)

서지 보호 장치 (SPD)는 전기 설비 보호 시스템의 구성 요소입니다.

이 장치는 보호해야하는 부하의 전원 공급 회로에 병렬로 연결됩니다 (그림 J17 참조). 또한 모든 수준의 전원 공급 장치 네트워크에서 사용할 수 있습니다.

이것은 가장 일반적으로 사용되는 가장 효율적인 과전압 보호 유형입니다.

과학원리

SPD는 대기 기원의 과도 과전압을 제한하고 전류 파를 접지로 전환하여이 과전압의 진폭을 전기 설비 및 전기 스위치 기어 및 제어 장치에 위험하지 않은 값으로 제한하도록 설계되었습니다.

SPD는 과전압을 제거합니다.

• 공통 모드에서 위상과 중성 또는 접지 사이;
• 차동 모드에서 위상과 중립 사이. 과전압이 작동 임계 값을 초과하는 경우 SPD
• 공통 모드에서 지구에 에너지를 전달합니다.
• 차동 모드에서 다른 라이브 컨덕터에 에너지를 분배합니다.

세 가지 유형의 SPD :

• 유형 1 SPD

Type 1 SPD는 낙뢰 보호 시스템 또는 메쉬 케이지로 보호되는 서비스 부문 및 산업 건물의 특정 경우에 권장됩니다. 직접적인 번개로부터 전기 설비를 보호합니다. 접지 도체에서 네트워크 도체로 번지는 번개에서 역전 류를 방전 할 수 있습니다.

Type 1 SPD는 10/350 μs 전류 파가 특징입니다.

• 유형 2 SPD

Type 2 SPD는 모든 저전압 전기 설비를위한 주요 보호 시스템입니다. 각 전기 배전반에 설치되어 전기 설비의 과전압 확산을 방지하고 부하를 보호합니다.

Type 2 SPD는 8/20 μs 전류 파가 특징입니다.

• 유형 3 SPD

이 SPD는 방전 용량이 낮습니다. 따라서 Type 2 SPD를 보완하기 위해 그리고 민감한 부하 근처에 반드시 설치해야합니다. Type 3 SPD는 전압 파 (1.2 / 50μs)와 전류 파 (8 / 20μs)의 조합이 특징입니다.

SPD 규범 적 정의

2.4.1 SPD의 특성

국제 표준 IEC 61643-11 Edition 1.0 (03 년 2011 월)은 저전압 분배 시스템에 연결된 SPD의 특성과 테스트를 정의합니다 (그림 J19 참조).

• 공통 특성

-또는_c: 최대 연속 작동 전압

이것은 SPD가 활성화되는 AC 또는 DC 전압입니다. 이 값은 정격 전압 및 시스템 접지 배열에 따라 선택됩니다.

-또는_p: 전압 보호 레벨 (I_n)

이것은 SPD가 활성 상태 일 때 단자에 걸리는 최대 전압입니다. 이 전압은 SPD에 흐르는 전류가 I와 같을 때 도달합니다._n. 선택한 전압 보호 레벨은 부하의 과전압 내성 기능보다 낮아야합니다 (섹션 3.2 참조). 번개가 치는 경우 SPD 단자의 전압은 일반적으로 U 미만으로 유지됩니다._p.

- 나_n: 공칭 방전 전류

SPD가 8 회 방전 할 수있는 20 / 15μs 파형 전류의 피크 값입니다.

• 유형 1 SPD

- 나_{꼬마 도깨비}: 현재 임펄스

SPD가 10 회 방전 할 수있는 350 / 5μs 파형 전류의 피크 값입니다.

- 나_fi: 추종 전류 자동 소화

스파크 갭 기술에만 적용됩니다.

이것은 플래시 오버 후 SPD가 스스로 차단할 수있는 전류 (50Hz)입니다. 이 전류는 항상 설치 지점에서 예상되는 단락 전류보다 커야합니다.

• 유형 2 SPD

- 나_최대: 최대 방전 전류

SPD가 한 번 방전 할 수있는 8/20 μs 파형 전류의 피크 값입니다.

• 유형 3 SPD

-또는_oc: 클래스 III (유형 3) 테스트 중에 적용되는 개방 회로 전압.

2.4.2 주요 응용 프로그램

• 저전압 SPD

이 용어는 기술 및 사용 관점에서 매우 다른 장치를 지정합니다. 저전압 SPD는 모듈 식으로 LV 배전반 내부에 쉽게 설치할 수 있습니다. 전원 소켓에 적용 할 수있는 SPD도 있지만 이러한 장치는 방전 용량이 낮습니다.

• 통신 네트워크 용 SPD

이러한 장치는 외부 (번개) 및 전원 공급 네트워크 내부 (오염 장비, 스위치 기어 작동 등)에서 오는 과전압으로부터 전화 네트워크, 교환 네트워크 및 자동 제어 네트워크 (버스)를 보호합니다.

이러한 SPD는 RJ11, RJ45,… 커넥터에 설치되거나 부하에 통합됩니다.

3 전기 설비 보호 시스템 설계

건물의 전기 설비를 보호하기 위해 다음 선택에 간단한 규칙이 적용됩니다.

• SPD (들);
• 보호 시스템입니다.

3.1 설계 규칙

배전 시스템의 경우 낙뢰 보호 시스템을 정의하고 건물의 전기 설비를 보호하기 위해 SPD를 선택하는 데 사용되는 주요 특성은 다음과 같습니다.

• SPD

– SPD의 양

– 유형;

– SPD의 최대 방전 전류를 정의하기위한 노출 수준 I_최대.

• 단락 보호 장치

– 최대 방전 전류 I_최대;

– 단락 전류 I_sc 설치 시점에.

아래 그림 J20의 로직 다이어그램은이 설계 규칙을 보여줍니다.

SPD 선택을위한 다른 특성은 전기 설치를 위해 미리 정의되어 있습니다.

• SPD의 극 수;
• 전압 보호 레벨 U_p;
• 작동 전압 U_c.

이 하위 섹션 J3에서는 설치 특성, 보호 할 장비 및 환경에 따라 보호 시스템을 선택하는 기준을보다 자세히 설명합니다.

3.2 보호 시스템의 요소

SPD는 항상 전기 설비의 원점에 설치해야합니다.

3.2.1 SPD의 위치 및 유형

설치 원점에 설치할 SPD 유형은 낙뢰 보호 시스템이 있는지 여부에 따라 다릅니다. 건물에 번개 보호 시스템 (IEC 62305에 따라)이 장착 된 경우 Type 1 SPD를 설치해야합니다.

설치가 끝날 때 설치되는 SPD의 경우 IEC 60364 설치 표준은 다음 두 가지 특성에 대한 최소값을 지정합니다.

• 공칭 방전 전류 I_n = 5kA (8/20) μs;
• 전압 보호 레벨 U_p (나는_n) <2.5kV.

설치할 추가 SPD 수는 다음에 의해 결정됩니다.

• 사이트의 크기와 본딩 컨덕터 설치의 어려움. 대규모 사이트에서는 각 하위 배포 엔클로저의 들어오는 끝에 SPD를 설치해야합니다.
• 수신단 보호 장치로부터 보호 할 민감한 부하를 분리하는 거리. 부하가 인입 단 보호 장치에서 30m 이상 떨어져있는 경우 민감한 부하에 최대한 가깝게 추가로 정밀한 보호를 제공해야합니다. 파도 반사 현상이 10 미터에서 증가하고 있습니다 (6.5 장 참조).
• 노출 위험. 매우 노출 된 사이트의 경우 인입 단 SPD는 높은 낙뢰 전류 흐름과 충분히 낮은 전압 보호 수준을 모두 보장 할 수 없습니다. 특히 Type 1 SPD에는 일반적으로 Type 2 SPD가 수반됩니다.

아래 그림 J21의 표는 위에 정의 된 두 가지 요소를 기반으로 설정할 SPD의 수량과 유형을 보여줍니다.

3.4 유형 1 SPD 선택

3.4.1 임펄스 전류 I_{꼬마 도깨비}

• 보호 할 건물 유형에 대한 국가 규정이나 특정 규정이없는 경우, 임펄스 전류 I_{꼬마 도깨비} IEC 12.5-10-350에 따라 분기당 최소 60364kA (5 / 534μs 웨이브) 여야합니다.

• 규정이있는 경우 : 표준 62305-2는 I, II, III 및 IV의 4 가지 수준을 정의합니다. 그림 J31의 표는 I의 다양한 수준을 보여줍니다._{꼬마 도깨비} 규제의 경우.

3.4.2 현재 I를 따르는 자동 소화_fi

이 특성은 스파크 갭 기술이 적용된 SPD에만 적용됩니다. 현재 I를 따라 자동 소화_fi 항상 예상 단락 전류 I보다 커야합니다._sc 설치 시점에.

3.5 유형 2 SPD 선택

3.5.1 최대 방전 전류 I_최대

최대 방전 전류 Imax는 건물 위치에 대한 예상 노출 수준에 따라 정의됩니다.

최대 방전 전류 값 (I_최대)는 위험 분석에 의해 결정됩니다 (그림 J32의 표 참조).

3.6 외부 단락 보호 장치 (SCPD) 선택

보호 장치 (열 및 단락)는 안정적인 작동을 보장하기 위해 SPD와 조정되어야합니다.

• 서비스의 연속성 보장 :

-번개 전류 파를 견뎌야합니다.

– 과도한 잔류 전압을 생성하지 마십시오.

• 모든 유형의 과전류에 대한 효과적인 보호 보장 :

– 배리스터의 열 폭주에 따른 과부하;

-낮은 강도의 단락 (임피 던트)

– 고강도의 단락.

3.6.1 SPD 수명 종료시 피해야 할 위험

• 노화로 인해

노화로 인해 자연적으로 수명이 종료되는 경우 보호는 열 유형입니다. 배리스터가있는 SPD에는 SPD를 비활성화하는 내부 단로기가 있어야합니다.

참고 : 열 폭주를 통한 수명 종료는 가스 방전 튜브 또는 캡슐화 된 스파크 갭이있는 SPD와 관련이 없습니다.

• 결함으로 인해

단락 오류로 인한 수명 종료 원인은 다음과 같습니다.

– 최대 방전 용량을 초과했습니다.

이 결함으로 인해 강력한 단락이 발생합니다.

– 분배 시스템으로 인한 오류 (중성 / 위상 전환, 중성

단절).

– 배리스터의 점진적인 열화.

후자의 두 가지 결함으로 인해 단락이 발생합니다.

설치는 이러한 유형의 오류로 인한 손상으로부터 보호되어야합니다. 위에서 정의한 내부 (열) 차단기는 예열 할 시간이 없으므로 작동 할 시간이 없습니다.

단락을 제거 할 수있는 "외부 단락 보호 장치 (외부 SCPD)"라는 특수 장치를 설치해야합니다. 회로 차단기 또는 퓨즈 장치로 구현할 수 있습니다.

3.6.2 외부 SCPD (단락 보호 장치)의 특성

외부 SCPD는 SPD와 조정되어야합니다. 다음 두 가지 제약 조건을 충족하도록 설계되었습니다.

번개 전류 내성

낙뢰 전류 내성은 SPD의 외부 단락 보호 장치의 필수 특성입니다.

외부 SCPD는 I에서 15 개의 연속적인 임펄스 전류로 인해 트립되지 않아야합니다._n.

단락 전류 내성

• 차단 용량 설치 규칙 (IEC 60364 표준)에 의해 결정됩니다.

외부 SCPD는 설치 지점에서 예상되는 단락 전류 Isc 이상의 차단 용량을 가져야합니다 (IEC 60364 표준에 따름).

• 단락으로부터 설비 보호

특히, 방해 단락은 많은 에너지를 소모하므로 설치 및 SPD 손상을 방지하기 위해 매우 빠르게 제거해야합니다.

SPD와 외부 SCPD 간의 올바른 연결은 제조업체에서 제공해야합니다.

3.6.3 외부 SCPD 설치 모드

• "시리즈"장치

보호 할 네트워크의 일반 보호 장치 (예 : 설비 업스트림 연결 회로 차단기)에 의해 보호가 수행 될 때 SCPD는 "직렬"(그림 J33 참조)으로 설명됩니다.

• "병렬"장치

SCPD는 SPD와 관련된 보호 장치에 의해 보호가 특별히 수행 될 때 "병렬"(그림 J34 참조)로 설명됩니다.

• 기능이 회로 차단기에 의해 수행되는 경우 외부 SCPD를 "차단기 차단기"라고합니다.
• 분리 회로 차단기는 SPD에 통합되거나 통합되지 않을 수 있습니다.

참고 : 가스 방전관 또는 캡슐화 된 스파크 갭이있는 SPD의 경우 SCPD를 사용하면 사용 후 즉시 전류를 차단할 수 있습니다.

참고 : IEC 61008 또는 IEC 61009-1 표준을 준수하는 S 유형 잔류 전류 장치는이 요구 사항을 준수합니다.

3.7.1 상류 보호 장치와의 조정

과전류 보호 장치와의 조정

전기 설비에서 외부 SCPD는 보호 장치와 동일한 장치입니다.이를 통해 보호 계획의 기술적 및 경제적 최적화를 위해 차별 및 계단식 기술을 적용 할 수 있습니다.

잔류 전류 장치와의 조정

SPD가 누전 보호 장치의 다운 스트림에 설치되는 경우 후자는 최소 3kA (8 / 20μs 전류 파)의 펄스 전류에 대한 내성이있는 "si"또는 선택적 유형이어야합니다.

4 SPD 설치

SPD를 부하에 연결하는 것은 보호 장비의 단자에서 전압 보호 수준 (설치됨) 값을 줄이기 위해 가능한 한 짧아야합니다. 네트워크 및 접지 단자대에 대한 SPD 연결의 총 길이는 50cm를 초과하지 않아야합니다.

4.1 연결

장비 보호를위한 필수 특성 중 하나는 최대 전압 보호 수준 (설치된 U_p) 장비가 터미널에서 견딜 수 있는지 확인하십시오. 따라서 SPD는 전압 보호 레벨 U로 선택해야합니다._p 장비 보호에 적합합니다 (그림 J38 참조). 연결 도체의 총 길이는

L = L1 + L2 + L3.

고주파 전류의 경우이 연결의 단위 길이 당 임피던스는 약 1μH / m입니다.

따라서이 연결에 Lenz의 법칙을 적용합니다. ∆U = L di / dt

따라서 전류 진폭이 8kA 인 정규화 된 20 / 8μs 전류 파는 케이블 미터당 1000V의 전압 상승을 생성합니다.

∆U = 1 x 10^-6 x8 x10³ / 8x10^-6 = 1000 V

결과적으로 Up 설치된 장비 단자의 전압은 다음과 같습니다.

U 설치_p = 유_p + U1 + U2

L1 + L2 + L3 = 50cm이고 진폭이 8kA 인 파동이 20 / 8μs 인 경우 장비 단자의 전압은 U가됩니다._p + 500V.

4.1.1 플라스틱 외함에 연결

아래의 그림 J39a는 플라스틱 인클로저에 SPD를 연결하는 방법을 보여줍니다.

4.1.2 금속 인클로저 연결

금속 인클로저에있는 스위치 기어 어셈블리의 경우, SPD를 금속 인클로저에 직접 연결하고 인클로저를 보호 도체로 사용하는 것이 좋습니다 (그림 J39b 참조).

이 배열은 표준 IEC 61439-2를 준수하며 조립 제조업체는 인클로저의 특성이 이러한 사용을 가능하게하는지 확인해야합니다.

4.1.3 도체 단면

권장되는 최소 전선 단면적은 다음을 고려합니다.

• 제공되는 정상적인 서비스 : 최대 전압 강하 (50cm 규칙)에서 낙뢰 전류 파의 흐름.

참고 : 번개가 고주파 인 현상 인 50Hz의 애플리케이션과 달리 도체 단면적이 증가해도 고주파 임피던스가 크게 감소하지 않습니다.

• 도체의 단락 전류에 대한 내성 : 도체는 최대 보호 시스템 차단 시간 동안 단락 전류에 저항해야합니다.

IEC 60364는 설치 들어오는 쪽에서 다음의 최소 단면적을 권장합니다.

– 4mm² (Cu) 유형 2 SPD 연결 용;

– 16mm² (Cu) 유형 1 SPD 연결 용 (낙뢰 보호 시스템의 존재).

4.2 케이블 링 규칙

• 규칙 1 : 준수해야 할 첫 번째 규칙은 네트워크 (외부 SCPD를 통해)와 접지 단자대 사이의 SPD 연결 길이가 50cm를 초과하지 않아야한다는 것입니다.

그림 J40은 SPD 연결에 대한 두 가지 가능성을 보여줍니다.

• 규칙 2 : 보호 된 나가는 피더의 도체 :

– 외부 SCPD 또는 SPD의 단자에 연결되어야합니다.

– 오염 된 유입 전도체로부터 물리적으로 분리되어야합니다.

SPD와 SCPD의 터미널 오른쪽에 있습니다 (그림 J41 참조).

• 규칙 3 : 들어오는 피더 위상, 중성선 및 보호 (PE) 도체는 루프 표면을 줄이기 위해 나란히 연결되어야합니다 (그림 J42 참조).
• 규칙 4 : SPD의 인입 컨덕터는 커플 링에 의해 오염되는 것을 방지하기 위해 보호 된 인출 컨덕터에서 멀리 떨어져 있어야합니다 (그림 J42 참조).
• 규칙 5 : 프레임 루프의 표면을 최소화하고 EM 방해에 대한 차폐 효과의 이점을 얻으려면 케이블을 인클로저의 금속 부분 (있는 경우)에 고정해야합니다.

모든 경우에 배전반 및 인클로저의 프레임이 매우 짧은 연결을 통해 접지되었는지 확인해야합니다.

마지막으로 차폐 케이블을 사용하는 경우 차폐 효율을 떨어 뜨리기 때문에 긴 길이는 피해야합니다 (그림 J42 참조).

5 응용 프로그램

5.1 설치 예

솔루션 및 회로도

• 서지 피뢰기 선택 가이드를 사용하면 설치의 수신단과 관련 차단 회로 차단기의 서지 피뢰기의 정확한 값을 결정할 수 있습니다.
• 민감한 장치 (U_p 1.5kV 미만)이 들어오는 보호 장치에서 30m 이상 떨어져있는 경우 미세 보호 서지 피뢰기는 가능한 한 부하에 가깝게 설치해야합니다.
• 냉장실 영역에 대한 서비스 연속성을 향상하려면 :

– 번개 파가 통과 할 때 접지 전위 상승으로 인한 성가신 트립을 방지하기 위해 "si"유형 잔류 전류 회로 차단기가 사용됩니다.

• 대기 과전압에 대한 보호 :

– 주 배전반에 서지 피뢰기 설치

– 들어오는 서지 피뢰기에서 1m 이상 떨어진 곳에있는 민감한 장치에 전원을 공급하는 각 배전반 (2 및 30)에 미세 보호 서지 피뢰기를 설치합니다.

– 예를 들어 화재 경보기, 모뎀, 전화, 팩스와 같은 제공된 장치를 보호하기 위해 통신 네트워크에 서지 피뢰기를 설치합니다.

케이블 링 권장 사항

– 건물의 접지 종단의 등전위를 확인합니다.

– 루프 형 전원 공급 장치 케이블 영역을 줄입니다.

설치 권장 사항

• 서지 피뢰기, Imax = 40kA (8 / 20μs) 및 정격 60A의 iC20 차단 회로 차단기를 설치합니다.
• 미세 보호 서지 피뢰기, Imax = 8kA (8 / 20μs) 및 관련 iC60 차단 회로 차단기 정격 20을 설치합니다.