서지 보호기(Surge Protective Device)에 대하여

안녕하세요? 오늘은 서지보호기(Surge Protective Device, SPD)에 대하여 말씀드리겠습니다. 서지보호기는 Surge로부터 전기설비를 보호하기 위해 부하와 병렬로 연결하는 기기입니다. 서지보호기는 다른 말로 TVSS(Transient Voltage Surge Suppressor)라고 부르기도 합니다. 서지보호기를 가장 흔하게 볼 수 있는 곳은 분전반입니다. 

1. 서지(Surge)란?

서지로 인한 전자기기 파손(출처: LS산전)

서지(Surge)는 전력, 전압, 전류 등의 과도파형으로 라인 또는 회로를 따라 전달되며 급속히 증가하고 서서히 감소하는 특성이 있습니다. 서지는 뇌에 의한 것이 있고, 전기기기의 개폐 및 기동에 의한 것이 있습니다. 서지는 전원선이나 통신선 및 접지선 등을 타고 들어와 전자기기를 파손시키게 됩니다. 지인에게 아파트 정전작업 때 인터폰이 망가졌다는 이야기를 들었습니다. 이것 역시 개폐로 인한 서지의 영향이라고 생각됩니다. 서지를 간단하게 표현하면 아래 그림과 같습니다. 

Surge

2. 서지보호기(SPD) 외형

출처: LS산전

서지보호기는 보통 왼쪽의 분전반에서 Main MCCB 바로 하부에 연결하여 사용합니다. 서지보호기의 후단은 접지와 연결되어 있어서 과전압 발생 시 접지선을 통해 방출하게 됩니다. 서지보호기는 정상 상태일 때는 동작상태표시창이 녹색이지만 동작 후에는 적색으로 표기되어 쉽게 동작 여부를 판단할 수 있습니다. 서지보호기의 가장 핵심 소재는 산화아연(Metal Oxide Varistor, MOV)입니다. 

3. 서지보호기(SPD) 원리

서지보호기 원리

위의 그림과 같이 서지보호기는 이상전압이 들어왔을 때 부하로 가지 않고 서지보호기를 거쳐서 흐르도록 하여 부하를 보호하게 됩니다. 그렇다면 서지보호기는 어떻게 이렇게 정상전압은 흐르지 않게 하고 이상전압만을 선택적으로 흐르게 할 수 있을까요? 

MOV 특성

이것은 피뢰기에 대한 글(피뢰기(Lightning Arrester)에 대하여)에서도 언급했던 MOV의 특성 때문입니다. MOV(Metal Oxide Varistor)는 산화아연으로 되어 있고 정상상태에서는 매우 큰 저항 가지고 있습니다. 그래서 정상상태의 전압을 가진 전류는 MOV를 통과하지 못합니다. 그러나, 높은 전압이 오게 되면 MOV는 저항이 낮아지는 특성이 있어서 전류가 MOV를 통과하게 됩니다. 이것을 그래프로 나타내면 아래 그림과 같습니다. 

4. 서지보호기(SPD)의 등급

lightning protection zone

서지보호기의 등급은 Class Ⅰ, Class Ⅱ, Class Ⅲ 의 3가지가 있습니다. 이것에 대해 이해하려면 위의 뇌보호영역(Lightning Protection Zone, LPZ)에 대해 알아야 합니다. 

LPZ 0 은 LPZ 1의 경계 바깥 부분으로 직격뢰에 의한 위험이 있거나, 피뢰침에 의해 보호되지만 뇌 서지가 흐를 수 있는 지역입니다. LPZ 1은 서지보호기 Class Ⅰ에 의해 보호되는 지역이며, 통상적으로 이곳에는 수변전설비나 MDF실, 약전단자함 등의 건물 내 인입 설비 등이 있습니다. LPZ 2는 서지보호기 Class Ⅱ 에 의해 보호되는 지역이며, 분전반이나 공용설비 제어반, 전산실, 방재실 등의 옥내 단독 차폐구역입니다. LPZ 3은 서지보호기 Class Ⅲ 에 의해 보호되는 지역으로 세대 내부를 생각하면 되겠습니다. 서지보호기는 각 LPZ의 인입구에 설치합니다. 

5. 서지보호기 회로도 및 설치 방법

서지보호기 회로(출처: LS산전)

위 그림은 서지보호기의 회로도입니다. 매우 간단하지요. 서지보호기는 대부분 분전반에 있는 차단기 바로 아래에 설치합니다. 서지보호기 내부에 보시면 퓨즈와 MOV가 있는 것을 보실 수 있습니다. 그리고 서지보호기 Output은 접지로 물려있습니다. 

서지보호기 설치 방법은 다음과 같습니다. 

- 설치 전 차단기를 내려 전원을 차단합니다. 

- 접지저항을 측정합니다. 메뉴얼 상으로는 10ohm이하를 권장합니다. 

- 서지보호기를 부착합니다.

- 접지선을 연결합니다. 

- 차단기~서지보호기까지의 배선을 접속합니다. 

- 차단기 전원을 투입하고 상태를 확인합니다. 

오늘은 서지보호기에 대해서 알아보았습니다. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.