전기 패널에 SPD를 어디에 설치해야 할까요?

서지 보호 장치(SPD)의 적절한 배치는 시설이 치명적인 전기 사고를 견디느냐, 아니면 수천 달러의 장비 손실을 입느냐를 결정하는 가장 중요한 단일 요소입니다. 올바른 전압 등급과 방전 전류 용량을 선택하는 것도 중요하지만, 최고 등급의 장치라도 잘못된 위치에 설치하거나 리드선 길이가 과도하면 자산을 보호하지 못합니다.

전기 엔지니어와 시설 관리자의 목표는 분명합니다. 과도 에너지가 민감한 다운스트림 부하에 도달하기 전에 전환하는 것입니다. 이를 위해서는 서비스 입구에서 시작하여 개별 분기 회로까지 확장되는 캐스케이드 보호라고 하는 설치에 대한 조정된 접근 방식이 필요합니다.

이해 SPD 유형 및 분류

패널에서 물리적 설치 지점을 식별하기 전에 UL 1449 및 IEC 61643-11과 같은 표준에 정의된 SPD의 세 가지 주요 범주를 구별해야 합니다. 설치 위치는 장치 유형에 따라 엄격하게 결정됩니다.

• 유형 1 SPD: 서비스 입구의 라인 측면용으로 설계되었습니다. 이러한 고강도 장치는 직접적인 낙뢰 및 유틸리티 그리드 스위칭을 포함한 외부 소스의 고에너지 서지를 처리합니다. 외부 과전류 보호 기능이 없으며 들어오는 과도 현상의 전체 충격을 견딜 수 있도록 제작되었습니다.
• 유형 2 SPD: 주 서비스 차단기의 부하 측면용입니다. 이것은 산업 서지 보호의 주력 제품으로, 배전반 및 하위 패널에 설치됩니다. Type 1 장치를 통과하는 잔류 에너지와 모터 및 가변 주파수 드라이브(VFD)에서 발생하는 내부 서지로부터 보호합니다..
• 유형 3 SPD: 보호된 부하(일반적으로 10미터 이내)에 최대한 가깝게 설치된 사용 지점 장치입니다. PLC, 컴퓨터 및 의료 장비와 같은 민감한 전자 장치를 보호하기 위해 낮은 수준의 잔류 과도 현상을 처리합니다.

SPD의 주요 설치 위치

효과적인 서지 보호에는 “심층 방어” 전략이 필요합니다. 민감한 마이크로프로세서로 가득 찬 현대 시설의 경우 주 서비스 입구에 있는 단일 장치에 의존하는 것만으로는 거의 충분하지 않습니다.

1. 주 서비스 입구

이것은 첫 번째 방어선입니다. SPD는 유틸리티 변압기의 2차측 바로 뒤, 주 서비스 장비의 과전류 보호 장치(Type 1의 경우) 또는 주 차단기 바로 뒤에 설치해야 합니다(Type 2의 경우). 여기서의 목표는 외부 서지의 막대한 에너지를 진입점에서 바로 접지로 전환하여 건물 접지 시스템을 통해 순환하는 것을 방지하는 것입니다.

2. 배전반 및 하위 패널

대규모 시설에는 주 개폐 장치와 다운스트림 배전반 사이에 긴 케이블 연결이 있는 경우가 많습니다. 이러한 케이블은 낙뢰 또는 인근 고전압 장비에서 유도된 서지를 포착할 수 있습니다. 이러한 중간 패널에 Type 2 SPD를 설치하면 전압 링잉을 고정하고 분기 회로를 보호합니다.

3. 장비 수준(사용 지점)

데이터 센터 서버, CNC 기계 또는 화재 경보 제어 패널과 같은 중요한 부하의 경우 Type 3 SPD가 장비 입력에 직접 설치됩니다. 이는 분기 회로에서 내부적으로 생성된 서지를 해결하고 가장 엄격한 전압 고정을 제공합니다.

Type 1 SPD 설치: 서비스 입구 요구 사항

Type 1 SPD를 설치하려면 엄격한 안전 및 성능 프로토콜을 준수해야 합니다. 이러한 장치는 서비스 차단기의 라인 측면에 위치하므로 영구적으로 연결되어 있으며 높은 고장 전류를 처리해야 합니다.

위치 세부 정보

Type 1 SPD를 들어오는 상 도체에 물리적으로 최대한 가깝게 장착합니다. 표준 주 배전반에서 이는 종종 체이스 니플을 통해 인클로저에 직접 장치를 장착하거나 통합 스위치보드 설계를 사용하는 경우 전용 구획 내에 장착하는 것을 의미합니다.

연결 방법

Type 1 장치는 일반적으로 병렬로 연결됩니다. 서비스 입구 도체 또는 주 버스바에서 직접 상(L1, L2, L3)과 중성선(N)을 탭합니다.

• 안전 참고 사항: 시설에 트립할 업스트림 차단기가 없으므로 Type 1 장치에는 고장이 발생할 경우 장치를 안전하게 격리하기 위해 내부 퓨즈 또는 열 차단기가 포함되어 있는 경우가 많습니다.
• 접지: 접지 도체는 가능한 한 최단 경로로 주 접지 전극 도체 또는 접지 버스바에 연결해야 합니다.

Type 2 SPD 설치: 배전반 배치

Type 2 SPD는 상업 전기 기술자가 가장 흔하게 접하는 장치입니다. 주 차단기의 부하 측면에 설치되며 일반적으로 전용 회로 차단기를 통해 연결됩니다.

선호하는 장착 위치

패널보드 내에서 SPD와 공급 회로 차단기의 최적 위치는 주 러그 또는 주 회로 차단기에 바로 인접합니다..

• 위치가 중요한 이유: 패널 상단(들어오는 공급 장치에 가장 가까운 곳)에 SPD를 배치하면 버스바 경로의 임피던스가 최소화됩니다. 42회로 패널 하단에 SPD를 설치하면 서지가 전체 버스바 길이를 따라 이동해야 하므로 SPD가 활성화되기 전에 패널 구조 전체에 더 높은 전압이 유도될 수 있습니다.

회로 차단기 대 직접 연결

버스에 직접 연결(러그 키트 사용)하면 가장 낮은 임피던스를 제공하지만 전용 회로 차단기(예: 제조업체 사양에 따라 30A 또는 60A)를 사용하는 것이 Type 2 장치의 표준 방식입니다. 이를 통해 전체 패널을 종료하지 않고도 유지 관리 또는 교체를 위해 SPD를 안전하게 격리할 수 있습니다.

Type 3 SPD 설치: 사용 지점 보호

Type 3 SPD는 간과되는 경우가 많지만 장비 보호에 필수적입니다. 이러한 장치는 정션 박스에 하드와이어로 연결하거나 제어 캐비닛 내부에 DIN 레일에 장착하거나 콘센트에 통합할 수 있습니다.

• 근접성: 보호된 부하에서 30피트(10미터) 이내에 설치합니다. 전선 길이가 이를 초과하면 케이블의 진동 및 전압 반사 효과로 인해 전압 고정 효과가 감소합니다.
• 조정: Type 3 장치가 업스트림 Type 1 및 Type 2 장치와 조정되었는지 확인합니다. 다운스트림 장치의 고정 전압은 보호하는 장비의 내전압보다 낮아야 하지만 업스트림 고강도 SPD가 서지 에너지의 대부분을 처리할 수 있을 만큼 높아야 합니다.

중요한 설치 모범 사례

SPD의 물리적 설치는 장치의 내부 사양만큼 중요합니다. 길고 구부러진 전선으로 설치된 100kA SPD는 짧고 직선형 리드로 설치된 50kA SPD보다 성능이 훨씬 떨어집니다.

“리드선 길이” 규칙

서지는 고주파 이벤트입니다. 이러한 주파수에서 전선 인덕턴스는 상당한 전압 강하를 생성합니다. 일반적인 경험 법칙은 다음과 같습니다. 연결 리드를 가능한 한 짧게 유지하고 이상적으로는 10인치(250mm) 미만으로 유지합니다.

• 방정식: V_통과 = V_고정 + (L × di/dt)
• 여기서 L 는 인덕턴스(전선 길이의 함수)이고 di/dt 는 전류 상승률입니다.
• 전선 1인치마다 서지 동안 통과 전압에 약 15-25볼트가 추가됩니다. 3피트 케이블은 수백 볼트를 추가하여 보호 기능을 쓸모없게 만들 수 있습니다.

직선 배선 경로

도체에서 날카로운 90도 굽힘을 피하십시오. 굽힘은 인덕턴스와 임피던스를 증가시킵니다. 회전이 필요한 경우 스위핑 곡선을 사용하십시오. 전선은 차단기/버스에서 SPD 단자까지 직접적이고 팽팽한 선처럼 보여야 합니다.

접지와 접합

SPD는 에너지를 접지로 전환합니다. 접지 경로가 저항이 높거나 임피던스가 높으면 에너지가 갈 곳이 없습니다. 녹색/노란색 접지 도체가 패널의 접지 버스에 직접 연결되어 있는지 확인합니다. 금속 인클로저 섀시를 SPD의 유일한 접지 경로로 사용하지 마십시오. 전용 전선을 연결하십시오.

피해야 할 일반적인 설치 실수

숙련된 전기 기술자도 서지 보호 장치를 설치할 때 실수를 할 수 있습니다. 이러한 빈번한 함정을 피하십시오.

1. “피그테일” 리드: 패널 내부에 과도한 전선을 코일링하여 “깔끔하게” 보이게 합니다. 이렇게 하면 서지가 SPD에 도달하는 것을 차단하는 공심 인덕터가 생성되어 대신 장비로 강제됩니다. 전선을 길이에 맞게 자릅니다.
2. 크기가 작은 도체: 서지 전류는 짧지만 강렬합니다. 기계적 스트레스와 전류 밀도를 처리하려면 제조업체에서 권장하는 게이지(일반적으로 10 AWG 또는 8 AWG)를 따르십시오.
3. 접지되지 않은 시스템에 SPD 설치: 대부분의 표준 SPD는 접지 참조가 필요합니다. 사양 시트를 확인하지 않고 접지되지 않은 델타 시스템에 표준 와이 SPD를 설치하면 즉시 장치 고장 또는 안전 위험이 발생할 수 있습니다.
4. 표시등 무시: 상태 LED 또는 디스플레이가 보이는 곳에 SPD를 설치하십시오. 시스템을 보호하기 위해 자체적으로 희생된 숨겨진 SPD는 다음 서지에 대해 아무런 보호를 제공하지 않습니다.

산업별 설치 고려 사항

상업용 건물

오피스 타워 및 소매 공간에서는 조명 및 HVAC 시스템에 중점을 두는 경우가 많습니다.

• 배치: 조명 분전반에 Type 2 SPD를 설치하십시오. LED 드라이버는 과도 전압에 매우 민감합니다.
• 데이터 룸: 패널에 Type 2를, 서버 보호를 위해 Type 3 랙 장착 SPD를 함께 사용하십시오.

산업 시설

제조 공장에서는 VFD 및 모터에서 발생하는 지속적인 내부 스위칭 과도 전압을 처리합니다.

• 배치: 모든 모터 제어 센터(MCC)에는 Type 2 SPD가 있어야 합니다.
• PLC 패널: 로직 손상 및 가동 중지 시간을 방지하려면 제어 캐비닛 내부에 전용 DIN 레일 SPD가 필수입니다.

주거

현대 주택은 기본적으로 가전 제품, EV 충전기 및 태양광 인버터가 있는 스마트 그리드입니다.

• 배치: 주 소비자 장치의 Type 1 또는 Type 2 SPD는 2020/2023 NEC 요구 사항(조항 242)을 충족합니다.
• 외부: AC 응축기 및 수영장 펌프에는 종종 전용 분리 장착 SPD가 필요합니다.

결론

전기 패널에 SPD를 설치할 위치를 결정하는 것은 추측의 문제가 아니라 장치 계층 구조 및 물리학을 기반으로 한 계산된 엔지니어링 결정입니다. 서비스 입구의 Type 1 장치는 외부 낙뢰 에너지를 차단하고, 분전반 및 장비 입력의 Type 2 및 Type 3 장치는 시간이 지남에 따라 전자 장치를 저하시키는 내부 스위칭 과도 전압을 처리합니다.

황금률을 기억하십시오. 위치, 길이 및 직선성. 올바른 구역에 올바른 유형의 SPD를 설치하고, 도체를 10인치보다 짧게 유지하고, 급격한 굽힘을 피하십시오.

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