모든 것을 제대로 하셨습니다.
MOV 서지 보호기는 275V 정격으로, 240V 시스템에 적합한 크기이며, 모든 응용 노트에서 보여주는 것처럼 부하와 병렬로 배선도에 따라 정확하게 설치되었습니다. 심지어 패널 일정에 추가하고 검사관을 위해 문서화했습니다.
그러다 폭풍이 몰아칩니다. 번개가 새벽 2시 47분에 서비스 입구를 강타합니다. 전화를 받았을 때는 이미 생산이 3시간 동안 중단되었고, 지난달에 시운전한 15,000달러짜리 가변 주파수 드라이브는 죽었습니다. 회로 기판이 튀겨지고, 탄 냄새가 나고, 완전한 재앙입니다. 하지만 이해가 안 되는 점은 MOV가 여전히 패널에 앉아 있고, 만졌을 때 차갑고, 손상 징후가 전혀 없다는 것입니다. 퓨즈가 끊어지지도 않았습니다. 열 변색도 없습니다. 서지가 있었는지조차 몰랐던 것 같습니다.
그럼 무슨 일이 일어난 걸까요? MOV가 부하와 병렬로 배선되었다면 (그리고 회로 수업에서 병렬 분기는 동일한 전압을 본다는 것을 배웠다면) 어떻게 무엇을 보호할 수 있었을까요?
답은 뻔히 보이는 곳에 숨어 있습니다. 더 정확히 말하면, 보이지 않기 때문에 숨어 있습니다. 회로도에도 없습니다.
회로 이론에 따르면 MOV 보호가 불가능해 보이는 이유
여기에 수백 번 본 회로도가 있습니다.
AC 전원 → 부하와 병렬로 연결된 MOV → 끝.
모든 전기 엔지니어는 기본 규칙을 알고 있습니다. 병렬로 연결된 구성 요소는 동일한 전압을 경험합니다. 문자 그대로 키르히호프의 전압 법칙입니다. 닫힌 루프를 돌면 전압 강하의 합은 0이 되어야 합니다. 따라서 AC 전원이 1,000V로 서지하고 MOV가 장비와 병렬로 연결되어 있다면 장비는 1,000V를 보게 됩니다. MOV가 심하게 전도되기 시작하여 저항이 메가옴에서 몇 옴으로 떨어질 수 있지만, 그래서 뭐요? 병렬로 연결되어 있습니다. 두 분기 모두의 전압은 동일합니다.
This is the 병렬 회로 역설.
회로도는 MOV가 쓸모없어야 함을 시사합니다. 배리스터 분기를 통해 더 많은 전류를 끌어오는 것은 부하 분기의 전압을 변경하지 않습니다. 2학년 때 이것을 배웠습니다. 시뮬레이션 소프트웨어가 이를 확인합니다. 하지만... 어쨌든... MOV 기반 서지 보호는 실제로 작동합니다. 수백만 개의 건물이 이 정확한 구성을 사용합니다. 표준 기관에서 권장합니다. 제조업체는 매년 수십억 달러 상당의 이러한 장치를 판매합니다.
모든 회로도가 잘못되었거나 근본적인 것을 놓치고 있습니다.
스포일러: 무언가를 놓치고 있습니다.
모든 회로도에서 누락된 구성 요소
MOV 보호를 작동시키는 것, 즉 병렬 회로 역설을 깨는 구성 요소는 단순화된 회로도에 표시되지 않습니다. 왜냐하면 항상 거기에 있기 때문입니다. 너무나 근본적이고 피할 수 없어서 매번 그리는 것은 모든 물 한 잔에 “경고: 수소를 함유하고 있습니다.”라고 표시하는 것과 같습니다.”
바로 라인 임피던스입니다. 보이지 않는 저항기입니다.
AC 전원(유틸리티 변압기, 백업 발전기 등)과 MOV로 보호되는 부하 사이에는 항상 배선, 연결, 차단기, 버스바 및 전원 자체에 저항과 인덕턴스가 있습니다. 60Hz 정상 상태에서 이 임피던스는 매우 작으며 (종종 1옴 미만) 일반적으로 무시할 수 있습니다. 모터를 켜도 조명이 눈에 띄게 어두워지지 않습니다. 멀티미터는 패널의 모든 곳에서 거의 동일한 전압을 측정합니다.
하지만 서지 중에는요?
서지 중에는 그 “작은” 임피던스가 전체 보호 시스템에서 가장 중요한 구성 요소가 됩니다.
이유는 다음과 같습니다. 보이지 않는 저항기는 아무것과도 병렬로 연결되어 있지 않습니다. 모든 것과 직렬로 연결되어 있습니다. 그리고 MOV가 심하게 전도되기 시작하여 수천 암페어를 끌어올 때 그 직렬 임피던스는 정상 상태에서는 존재하지 않았던 전압 강하를 생성합니다. 갑자기 동일한 전압의 두 개의 병렬 분기가 없습니다. 전압 분배기가 있습니다.
실제 숫자로 그 이유를 설명하겠습니다. 여기가 흥미로운 부분입니다.
2옴 규칙
주거/경량 상업용 SPD에 대한 UL 1449 서지 테스트 표준은 2옴의 소스 임피던스를 지정합니다. 이것은 임의적인 것이 아닙니다. 실제 주거 서비스 입구 임피던스 측정값을 기반으로 합니다. SPD를 테스트할 때 2Ω의 라인 임피던스가 있는 시스템에 6,000V 개방 회로 서지(근처의 낙뢰를 상상해 보십시오)가 발생할 때 발생하는 상황을 시뮬레이션하는 것입니다. 최대 3,000A의 단락 서지 전류를 전달할 수 있습니다.
무슨 일이 일어나는지 지켜보십시오.
서지가 발생합니다. MOV의 전압-전류 특성은 전압이 정격 클램핑 전압(275V 정격 MOV의 경우 775V라고 가정)을 초과하면 심하게 전도되기 시작한다는 것을 의미합니다. 전도 중 동적 저항은 1Ω 미만으로 떨어질 수 있습니다. 서지 전류가 흐르기를 원하지만 먼저 2Ω의 라인 임피던스를 통과해야 합니다.
전압 분배기 공식: V_load = V_surge × (Z_MOV / (Z_line + Z_MOV))
3,000A 서지와 2Ω 라인 임피던스를 사용하면 다음과 같습니다.
라인 임피던스 전체의 전압 강하: 3,000A × 2Ω = 6,000V
MOV/부하 노드의 전압: V_surge – 6,000V
잠깐. 6,000V 서지로 시작했고 라인 임피던스 전체에서 6,000V를 떨어뜨리면 부하에 남는 것은 무엇일까요?
거의 없습니다. MOV는 나타나는 작은 전압을 클램프하며 일반적으로 이 정격의 경우 약 775V입니다. 장비가 적절한 서지 내성(일반적으로 산업 장비의 경우 1,500V-2,500V)으로 정격화된 경우 쉽게 살아남습니다.
보이지 않는 저항기는 6,000V를 흡수하여 MOV가 775V만 처리하면 되었습니다.
이것이 병렬 구성이 작동하는 이유입니다. MOV는 “전압을 동일하게 유지”하여 보호하는 것이 아니라 라인 임피던스와 전압 분배기를 만들어 보호합니다. 라인 임피던스는 해결해야 할 문제가 아닙니다. 그것이 해결책입니다.
‘제대로 설치된’ SPD가 여전히 장비를 파괴하는 이유
그렇다면 보이지 않는 저항기가 모든 것을 작동시킨다면 SPD는 왜 고장날까요? 왜 15,000달러짜리 VFD가 여전히 튀겨졌을까요?
보이지 않는 저항기가 충분히 크고, 올바른 위치에 있으며, 실제로 여전히 작동하는 MOV와 짝을 이루어야 하기 때문입니다. 이 중 하나라도 놓치면 “보호”는 이론적일 뿐입니다.
이유 1: 라인 임피던스가 충분하지 않습니다.
임피던스 예산은 서지 소스와 부하 사이의 총 직렬 임피던스라고 부릅니다. 너무 적으면 전압 분할이 작동하지 않습니다. MOV가 압도되고 부하가 노출됩니다.
이는 세 가지 시나리오에서 발생합니다.
시나리오 A: 변압기에 너무 가까움
시설이 유틸리티 전신주 변압기에서 50피트 떨어져 있는 경우 라인 임피던스는 0.5Ω에 불과할 수 있습니다. 3,000A 서지가 발생하면 라인 임피던스 전체에서 1,500V만 떨어뜨립니다. 서지가 6,000V에서 시작된 경우 MOV에 4,500V가 나타납니다. 775V에서 클램핑되는 275V 정격 MOV는 이를 처리할 수 없습니다. 설계된 것보다 3,725V 더 많이 흡수하려고 합니다. 열심히 전도되지만 클램핑 전압은 정격보다 훨씬 높을 것이며 장비가 살아남지 못할 수 있습니다.
시나리오 B: 매우 뻣뻣한 소스
여러 변압기 공급 장치가 있는 대형 상업용 건물 또는 현장 발전기가 있는 시설은 종종 0.3Ω 미만의 소스 임피던스를 갖습니다. 전압 안정성? 훌륭합니다. 모터 시동? 부드럽습니다. 서지 보호? 끔찍합니다. 전압 분할이 거의 발생하지 않습니다.
시나리오 C: 주 차단기의 잘못된 쪽에 있는 서비스 입구 SPD
주 차단기의 라인 측에 SPD를 설치하면 (일부 전기 기술자는 “모든 것”을 보호한다고 생각하여 그렇게 함) 차단기의 접점 저항과 연결 임피던스가 임피던스 예산에서 손실됩니다. 이는 0.3-0.5Ω의 보호 비용이 들 수 있습니다. 이는 중요할 만큼 충분합니다.
프로 끝#1:
보호는 라인 임피던스만큼만 좋습니다. 변압기에서 100피트 이내에 있거나 매우 뻣뻣한 소스(>10,000A 사용 가능한 단락 전류)가 있는 경우 서비스 입구의 단일 MOV로는 충분하지 않습니다. 조정되고 계층화된 보호가 필요합니다.
이유 2: SPD가 보호하려는 것에서 너무 멀리 떨어져 있습니다.
여기에 직관에 반하는 부분이 있습니다. 소스에서 거리가 멀수록 임피던스 예산이 추가되지만 (전압 분할에 좋음) SPD에서 부하까지 거리가 멀수록 보호가 줄어듭니다 (부하에 나쁨).
서비스 입구 SPD가 중요한 장비에서 200피트 떨어진 전선관에 있는 경우 SPD와 부하 사이에도 라인 임피던스가 있습니다. 해당 임피던스는 보호 지점 이후에 있습니다. SPD는 패널의 전압을 예를 들어 800V로 클램프합니다. 그러나 서지 전류는 여전히 VFD에 도달하기 위해 200피트의 전선을 통과해야 하며 해당 전선에는 임피던스가 있습니다.
계산해 보겠습니다.
강철 전선관의 200피트 3/0 AWG 구리 ≈ 0.05Ω 저항 + 0.1Ω 유도 리액턴스 (서지 주파수에서) ≈ 0.15Ω
서지 전류: 1,000A (서비스 입구 보호로 인해 3,000A에서 감소)
부하에서 추가 전압 상승: 1,000A × 0.15Ω = 150V
VFD의 전압: 800V + 150V = 950V
VFD가 800V 서지 내성으로 정격화된 경우 이미 초과했습니다. 그 200피트는 보호되지 않은 노출을 150V 추가했습니다. 이는 민감한 전자 장치를 손상시키기에 충분합니다.
이것이 산업 시설에서 계층화된 보호를 사용하는 이유입니다. 서비스 입구 SPD (IEC 61643-11에 따른 유형 1), 서브패널 SPD (유형 2) 및 부하 측 SPD (유형 3). 각 계층에는 유리하게 작용하는 라인 임피던스가 있으며 SPD와 부하 사이의 보호되지 않은 임피던스를 최소화합니다.
Pro-Tip#2:
설치하기 전에 계산하십시오. 라인 임피던스가 있는 전압 분배기 공식을 사용하여 SPD뿐만 아니라 부하에서 실제 클램핑 전압을 예측하십시오. 거리가 중요한 경우 부하에 더 가까운 추가 보호가 필요합니다.
이유 3: MOV가 마모되었습니다 (그리고 당신은 그것을 모릅니다).
MOV는 영원히 지속되지 않습니다. 모든 서지 이벤트 (작은 이벤트조차도)는 장치 내부의 산화 아연 결정립 경계에 미세한 손상을 일으킵니다. 시간이 지남에 따라 클램핑 전압이 증가합니다. 7년 전에 설치한 275V 정격 MOV는 이제 775V 대신 1,200V에서 클램핑될 수 있습니다.
고장 모드는 다음과 같습니다.
수년간의 작은 서지 이벤트로 인해 MOV가 점차적으로 저하됩니다.
클램핑 전압이 서서히 증가합니다 (테스트하지 않기 때문에 눈치채지 못합니다).
어느 날 큰 서지가 발생합니다.
마모된 MOV는 775V 대신 1,500V에서 클램핑됩니다.
1,200V 내전압 등급의 장비가 손상되었습니다.
MOV를 확인했지만 외관상 손상도 없고 퓨즈도 끊어지지 않았습니다.
결국 심하게 열화된 MOV는 단락됩니다. 이것은 실제로 설계된 고장 모드입니다. 개방되어 보호 기능을 제공하지 않는 것보다 단락되어 퓨즈를 끊는 것이 낫습니다. 그러나 퓨즈가 제대로 조정되지 않으면 수명이 다한 단락된 MOV가 과열되거나 심지어 화재를 일으킬 수 있을 만큼 충분한 전류를 끌어올 수 있습니다.
“평생 보증” 전원주택 SPD는 어떻습니까? 약관에는 일반적으로 MOV가 소모품이며 서지가 많은 환경(플로리다, 산악 지역, 산업 시설 근처)에서는 2~3년마다 검사해야 한다고 명시되어 있습니다. 아무도 이렇게 하지 않습니다.
프로 끝#3:
10년 된 MOV를 믿지 마십시오. 에너지 흡수는 시간이 지남에 따라 클램핑 전압을 저하시킵니다. 275V MOV는 이제 400V 이상에서 클램핑될 수 있습니다. 열악한 환경에서는 5~7년마다, 다른 곳에서는 최대 10년마다 SPD를 교체하십시오.
임피던스 예산: 실제 보호 계산
충분한 이론입니다. SPD가 실제로 장비를 보호하는지 계산해 보겠습니다.
1단계: 라인 임피던스 추정
서지 주입 지점(일반적으로 서비스 입구)에서 SPD 위치까지의 총 직렬 임피던스를 추정해야 합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
- 유틸리티 소스 임피던스(변압기 + 서비스 드롭)
- 서비스 입구 도체
- 주 차단기/분리 접점 저항
- 부스바 임피던스
- SPD가 있는 패널로의 피더 도체
보수적인 설계를 위한 일반적인 값:
| 설치 유형 | 일반적인 라인 임피던스 | 단락 전류 |
|---|---|---|
| 주거용, 변압기 근처(<100ft) | 0.5 – 1.0Ω | 12,000 – 24,000A |
| 주거용, 표준 거리 | 1.5 – 2.5Ω | 4,800 – 8,000A |
| 경상업용, 208/120V | 0.3 – 0.8Ω | 15,000 – 40,000A |
| 산업용, 480V, 중간 소스 | 0.1 – 0.3Ω | 40,000 – 120,000A |
| 산업용, 480V, 매우 강성 소스 | 0.05 – 0.15Ω | 80,000 – 200,000A |
더 정확한 측정이 필요한 경우 패널에서 단락 전류를 측정하고(특수 장비 필요) 다음을 계산합니다.
Z_line = V_nominal / I_SC
예: 240V 공칭, 10,000A 단락 전류 → Z_line = 240V / 10,000A = 0.024Ω
잠깐, 그게 우리가 앞에서 이야기했던 주거용 2Ω보다 훨씬 적습니다! 왜 그럴까요?
다른 시간 척도입니다. 해당 단락 전류는 저항성 및 60Hz 유도성 리액턴스만 중요한 60Hz 정상 상태 고장 전류입니다. 상승 시간이 1~8마이크로초인 서지의 경우 다음으로 인해 유효 임피던스가 훨씬 더 높습니다.
- 더 높은 주파수 유도성 리액턴스(XL = 2πfL, f는 마이크로초 서지의 경우 효과적으로 MHz 범위에 있음)
- 도체의 표피 효과
- 배선의 분산 커패시턴스 및 인덕턴스
차이는 50-100배가 될 수 있습니다. 이것이 60Hz에서 0.024Ω이 서지 주파수에서 2Ω이 되는 이유입니다.
설계 목적으로는 위의 표를 사용하십시오. 표준 위원회는 이미 주파수 효과를 고려했습니다.
2단계: 서지 중 전압 분할 계산
표준 서지 테스트는 6kV 개방 회로이며 단락 회로에 3,000A를 전달할 수 있을 만큼 충분한 소스 임피던스를 갖습니다. 이것이 2옴 규칙입니다. 6kV / 3kA = 2Ω.
부하의 전압은 전도 중 라인 임피던스와 MOV 동적 저항 간의 전압 분할기에 의해 결정됩니다.
V_load ≈ V_clamp_MOV + (I_surge × Z_remaining)
Where:
- V_clamp_MOV = 데이터시트의 MOV 클램핑 전압(일반적으로 정격 전압의 2.5-3배)
- I_surge = 서지 전류(총 임피던스에 의해 제한됨)
- Z_remaining = SPD와 부하 사이의 임피던스
예제 1: 주거용, 표준 설치
시스템: 240V 단상
라인 임피던스: 2.0Ω(UL 1449 테스트 조건에 따른 표준 주거용)
MOV 정격: 275V(클램핑 전압: 일반 775V)
서지: 6kV 개방 회로
SPD 위치: 주 패널
부하 위치: 하위 패널에서 50피트 거리
서지 전류: I = V_surge / (Z_line + Z_MOV_dynamic)
과도한 전도 중 MOV 동적 저항 ≈ 1Ω이라고 가정:
I = 6,000V / (2Ω + 1Ω) = 2,000A
주 패널(SPD)의 전압: V_clamp = 775V(MOV 데이터시트 값)
주 패널에서 하위 패널로의 전압 강하:
3/0 AWG 구리 50피트: ~0.08Ω(서지 주파수 효과 포함)
추가 전압 상승: 2,000A × 0.08Ω = 160V
하위 패널 부하의 전압: 775V + 160V = 935V
결론: 장비가 1,200V 서지 내성(일반적인 고품질 산업용 전자 장비)으로 정격화된 경우 충분한 마진으로 보호됩니다. 800V(저렴한 장비)로만 정격화된 경우 서브패널에 추가 SPD가 필요합니다.
예제 2: 산업용, 강성 소스
시스템: 480V 3상
라인 임피던스: 0.15Ω (대형 변압기에 매우 가까움)
MOV 정격: 510V (클램핑 전압: 일반 1,400V)
서지: 6kV, 표준 테스트
SPD 위치: 주 개폐 장치
부하 위치: 중요한 VFD 300피트 거리
강성 소스를 사용한 서지 전류: I = 6,000V / (0.15Ω + 1Ω) = 5,217A
주 개폐 장치의 전압: V_clamp = 1,400V (그러나 MOV는 높은 전류로 인해 어려움을 겪고 포화 효과로 인해 1,800V로 더 높게 클램프할 수 있음)
VFD로의 전압 강하:
250 kcmil 구리 300피트: ~0.15Ω
추가 전압: 5,217A × 0.15Ω = 782V
VFD의 전압: 1,800V + 782V = 2,582V
결론: 이것은 문제입니다. 임피던스 예산이 충분하지 않습니다. 계층화된 보호가 필요합니다.
- 초기 충격을 흡수하기 위한 서비스 입구 SPD
- 거리에서 라인 임피던스가 증가하도록 합니다(이제 당신의 친구입니다).
- VFD 서브패널에 두 번째 SPD를 추가합니다(이제 레이어 사이에 0.15Ω이 작동합니다).
2계층 보호를 사용하면 계산이 변경됩니다.
1단계는 서비스 입구에서 1,800V로 클램프합니다.
300피트는 임피던스를 추가하여 감소된 서지 전류가 2단계에 도달합니다.
VFD 위치의 2단계 SPD는 800V로 클램프합니다.
VFD는 800V(안전)를 봅니다.
3단계: 장비 내성에 대한 검증
장비 서지 내성 전압 정격을 확인하십시오.
- 산업용 VFD: 일반적으로 NEMA MG1 / IEC 61800-5-1에 따라 2,500-4,000V
- PLC 및 산업 제어 장치: 일반적으로 1,500-2,500V
- 소비자 가전 제품: 600-1,000V
- 사무실 IT 장비: 800-1,200V
- 모터(코일 절연): 3,000-5,000V
안전 마진이 필요합니다. 부하에서 계산된 서지 전압이 장비 내성 정격의 ≤70%가 되도록 목표하십시오.
계산이 이를 초과하면 다음이 필요합니다.
- 부하에 더 가까운 추가 SPD(더 유리한 임피던스 추가)
- 서비스 입구에서 더 높은 에너지 SPD(더 나은 클램핑)
- SPD 간의 조정(1형 + 2형 + 3형 캐스케이드)
전문가 팁: 최고의 서지 보호는 임피던스를 장애물이 아닌 무기로 사용합니다. SPD를 간격을 두어 그 사이에 라인 임피던스를 축적하십시오. 각 100피트 간격은 다운스트림 장치에 대한 보호를 추가합니다.
보이지 않는 저항기를 무기로 사용: 조정된 보호 전략
대부분의 엔지니어는 서지 보호를 해결해야 할 문제로 생각합니다. “어떻게 하면 서지가 장비에 도달하는 것을 막을 수 있을까요?” 이것은 방어적인 사고 방식이며 단일 실패 지점 설계로 이어집니다.
더 나은 질문: “설치에서 라인 임피던스를 사용하여 각 보호 장치가 최적의 작동 영역에서 작동하도록 여러 보호 장치에 서지 에너지를 분산시키는 방법은 무엇입니까?”
이제 보이지 않는 저항기를 무기화하고 있습니다.
1단계: 서비스 입구 보호(임피던스가 당신을 위해 작동하도록 함)
서비스 입구 또는 주 배전반에 고에너지 1형 SPD를 설치합니다. 이 장치는 의미 있는 라인 임피던스가 감쇠되기 전에 전체 서지를 보므로 초기 서지 에너지(모드당 잠재적으로 10-20kJ)를 처리해야 합니다.
1단계의 주요 사양:
- 전압 정격: 208/240V 시스템의 경우 275V, 480V 시스템의 경우 510V
- 에너지 정격: 모드당 ≥10kJ (L-N, L-G, N-G)
- 최대 방전 전류(Imax): 모드당 ≥40kA
- 응답 시간: <1나노초 (MOV는 본질적으로 이를 달성함)
- 구성: 모든 모드 보호(단상의 경우 L-N, L-G, N-G, 3상의 경우 모든 조합)
서비스 입구 SPD는 두 가지 작업을 수행합니다.
- 서지를 관리 가능한 수준(예: 1,500V)으로 클램프합니다.
- 서비스 입구와 다운스트림 부하 사이의 라인 임피던스가 작동할 기회를 제공합니다.
다운스트림 장치가 감소된 위협에 직면하도록 첫 번째 충격을 흡수하는 것으로 생각하십시오. 서지는 부하를 향해 서비스 입구 SPD를 떠나지만 이제 100, 200, 300피트의 전선관을 통과하고 있습니다. 해당 전선 임피던스가 축적되어 전압을 떨어뜨리고 생각조차 하지 않고 보호 작업을 수행합니다.
2단계: 부하측 보호(남은 노출 최소화)
민감한 부하에 더 가까운 서브패널 또는 배전 지점에 중간 에너지 2형 SPD를 설치합니다. 이러한 장치는 사전 감쇠된 서지(1단계 + 라인 임피던스 덕분)를 보고 두 번째 클램핑 계층을 제공합니다.
2단계의 주요 사양:
- 전압 정격: 1단계와 동일(275V 또는 510V)
- 에너지 정격: 모드당 5-10kJ (서지가 사전 감쇠되므로 1단계보다 적음)
- 최대 방전 전류: 모드당 20-40kA
- 설치: 민감한 장비(VFD, PLC, 제어 시스템)에 전원을 공급하는 서브패널에서
여기서 마법은 조정입니다. 1단계는 1,500V로 클램프합니다. 그런 다음 150피트의 전선 임피던스가 300V를 더 떨어뜨립니다(1단계 후 감소된 서지 전류 가정). 2단계 SPD는 1,200V를 보고 800V로 클램프합니다. 1,500V로 정격화된 장비는 편안한 마진으로 800V를 봅니다.
VIOX는 SPD-SPD 스트레스 없이 적절한 캐스케이드 작동을 보장하기 위해 일치하는 클램핑 전압을 가진 1형 및 2형 장치인 산업 환경에서 계층화된 보호를 위해 특별히 설계된 조정된 SPD 솔루션을 제공합니다.
3단계(선택 사항): 사용 지점 보호
매우 민감하거나 비싼 장비(CNC 컨트롤러, 로봇 시스템, 의료 기기)의 경우 장비 인클로저에 직접 최종 3형 SPD를 추가합니다. 이것은 매우 엄격한 클램핑 전압을 가진 저에너지 장치(1-3kJ)입니다.
서지가 3단계에 도달할 때까지 1단계 및 2단계와 축적된 모든 라인 임피던스에 의해 관리 가능한 범프로 줄어들었습니다. 3단계는 나머지를 정리합니다.
퓨즈 협조: MOV가 고장날 때 (고장나기 때문에)
MOV는 마모됩니다. 고장나면 일반적으로 단락됩니다. 이는 설계에 따른 것으로, 장비를 보호하지 않고 방치하는 것보다 퓨즈를 끊는 것이 낫습니다. 하지만 적절한 정격의 퓨즈가 필요합니다.
빠르고 퓨즈됨: 서지는 빠르지만(1~2마이크로초 상승 시간), 퓨즈는 느립니다(밀리초 단위로 열림). 퓨즈는 서지에 대한 보호가 아니라 고장난 MOV가 지속적으로 전원 주파수 전류를 끌어와 과열되는 것을 방지합니다.
퓨즈 선택 기준:
- 속단형 또는 반지연 퓨즈(최상의 협조를 위해 Class J 또는 RK1)
- 최대 연속 MOV 누설 전류 정격(일반적으로 <1mA이지만 데이터시트 확인)
- I²t 정격이 MOV의 최대 단락 내성보다 낮음(따라서 MOV가 폭발하기 전에 퓨즈가 열림)
- 275V MOV의 경우: 일반적으로 10-15A 퓨즈
- 510V MOV의 경우: 일반적으로 15-20A 퓨즈
퓨즈는 교체를 간소화합니다. 수년간 사용 후 MOV가 단락되면 퓨즈가 끊어지고 명확한 고장 표시(SPD 상태 표시등 꺼짐)가 나타나 모듈을 교체합니다. 퓨즈가 없으면 고장난 MOV가 계속 전도되어 천천히 가열되다가 화재가 발생할 수 있습니다.
검사 일정:
- 6개월마다: 물리적 손상 또는 열 변색에 대한 육안 검사
- 2년마다: 누설 전류 테스트(1mA 미만이어야 함, 5mA 초과 시 MOV 교체)
- 5~7년마다: 서지가 많은 환경(해안, 산악, 산업 시설 근처)에서 예방적 교체
- 직격 낙뢰 후: “괜찮아 보여도” 영향을 받은 SPD 교체”
보이지 않는 보호가 필요한 보호였습니다.
해당 $15,000 VFD는 MOV가 불량해서 고장난 것이 아닙니다. 아무도 보이지 않는 저항기, 즉 서지 보호가 작동하는지 아니면 장비가 타는 동안 보기 좋게 앉아 있는지 결정하는 라인 임피던스를 고려하지 않았기 때문에 고장났습니다.
병렬 회로 역설은 실제로 역설이 아닙니다. 단지 불완전할 뿐입니다. MOV를 부하와 간단히 병렬로 보여주는 회로도는 생략으로 인해 거짓말을 하고 있습니다. 전체 보호 체계를 작동시키는 직렬 임피던스를 생략하고 있습니다.
이제 알았습니다.
- 임피던스 예산은 보호 효과를 결정합니다(어느 정도까지는 높을수록 좋습니다).
- SPD에서 부하까지의 거리가 중요합니다(전선 1피트마다 보호되지 않은 임피던스가 추가됨).
- 계층화된 보호는 라인 임피던스를 공격적으로 사용합니다(서비스 입구 + 서브패널 + 부하 측).
- MOV는 마모됩니다(정기적으로 검사하고 사전에 교체).
가장 좋은 점은? 항상 최소화하려고 노력하는 긴 배선, 여러 연결 지점, 전압 강하와 같은 “불완전한” 배선입니다. 서지 보호의 경우 이는 버그가 아니라 기능입니다. 보이지 않는 저항기는 매번 작동합니다.
충분히 크고 올바른 위치에 있으며 실제로 여전히 작동하는 MOV와 함께 사용되는지 확인하십시오.
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다음에 누군가가 병렬 MOV가 어떻게 부하를 보호할 수 있는지 묻는다면?
그냥 미소를 지으며 말하십시오. “모든 차이를 만드는 것은 보이지 않는 구성 요소입니다.”
参考标准与来源
- UL 1449: 서지 보호 장치 표준(4판, 현재)
- IEC 61643-11: 저전압 서지 보호 장치 – 파트 11: 저전압 전력 시스템에 연결된 서지 보호 장치(2024년 개정)
- IEEE C62.41: 저전압 AC 전력 회로의 서지 전압에 대한 IEEE 권장 사례
- NEMA MG 1: 모터 및 발전기(서지 내성 사양)
- IEC 61800-5-1: 가변 속도 전기 전력 구동 시스템 – 파트 5-1: 안전 요구 사항
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