과전압보호

과전압보호와 SPD

과전압보호는 낙뢰와 개폐 서지로부터 전기설비를 지키는 기본 대책이다.

서지보호장치, 곧 SPD는 과도 과전압을 제한하고 서지전류를 분류하는 장치다.

1000V 이하 교류 전원에 접속하는 기기를 보호하며, 비선형소자를 1개 이상 내장한다.

구성요소와 보호 구역

과전압보호는 피뢰시스템, SPD, 등전위본딩, 통합접지의 네 요소로 이뤄진다.

SPD는 저압 기기를 보호하며, 고압 이상에서는 피뢰기가 주로 쓰인다.

낙뢰 보호 구역, LPZ를 나누고 경계마다 SPD를 단계적으로 설치하는 것이 원리다.

서지는 구역을 지날수록 줄어들고, 기기 쪽에는 제한된 전압만 남는다.

피뢰기와 SPD 비교

피뢰기와 SPD는 적용 전압과 설치 위치로 가장 뚜렷하게 구분된다.

피뢰기는 고압·특고압 전로의 인입측 근처에 있으며, 방전 전류 능력이 상대적으로 크다.

SPD는 교류 1000V 이하 전원에서 분전반이나 콘센트 같은 말단에 설치된다.

그래서 피뢰기가 1차 방어를, SPD가 2차 방어를 맡는 구조가 일반적이다.

연결선 유도 전압 계산

가상의 예로 연결선 길이 1m, 인덕턴스 계수 1μH/m, 전류 변화율 10kA/μs를 놓아 보자.

연결선의 유도 전압은 인덕턴스와 전류 변화율의 곱이며, 인덕턴스는 길이에 비례한다.

대입하면 약 10kV가 추가로 걸린다. 실제 상승치로는 과대한 가상의 값이다.

그래서 보호 레벨은 SPD 단자 전압에 연결선 유도 전압을 더해 판단한다.

헷갈리는 점과 시험 포인트

정답은 20kV다. 연결선 길이가 두 배가 되면 유도 전압도 두 배가 된다.

첫째, SPD를 피뢰기와 같은 장치로 보는 실수가 많다. 설치 위치와 전압 등급이 다르다.

둘째, 접지저항 10Ω 이하 기준을 임의로 쓰는 실수다. 특고압 1선 지락 때 접촉전압을 낮추기 위한 요건이다.

셋째, 과전압 원인을 나누지 않는 실수다. 외부는 낙뢰와 계통 개폐, 내부는 전력전자 스위칭이다.

원인과 위치를 나눠 쓰면 감점을 피할 수 있다.

정리

마지막으로 핵심을 정리한다.

SPD는 과도 과전압을 제한하고 서지전류를 분류하며, 저압 기기를 보호한다.

통합접지 시 접지저항은 10Ω 이하로 하고, 고압 이상에는 피뢰기를 쓴다.

낙뢰 보호 구역 경계마다 SPD를 단계적으로 설치하는 것이 핵심 원리다.