서지 보호기의 5가지 보호 방법

서지 보호 방법

1. 전력선에 병렬로 연결된 서지 보호 장치(SPD)

정상 작동 시 서지 보호기 내부의 배리스터는 고임피던스 상태를 유지합니다. 전력망에 낙뢰가 발생하거나 스위칭 동작으로 인해 과도 서지가 발생하면 보호기는 나노초 단위로 반응하여 배리스터를 저임피던스 상태로 전환시켜 과전압을 안전한 수준으로 신속하게 차단합니다. 장시간 서지 또는 과전압이 발생하면 배리스터가 열화되고 과열되어 화재를 방지하고 장비를 보호하기 위한 열 차단 메커니즘이 작동합니다.

2. 전력 회로에 직렬로 연결된 필터형 서지 보호기

이러한 보호 장치는 민감한 전자 장비에 깨끗하고 안전한 전원을 공급합니다. 낙뢰 서지는 막대한 에너지뿐만 아니라 매우 급격한 전압 및 전류 상승률을 동반합니다. 병렬형 서지 보호기(SPD)는 서지 진폭을 억제할 수 있지만, 급격한 파형을 평탄화할 수는 없습니다. 전력 회로에 직렬로 연결되는 필터형 서지 보호기는 MOV(MOV1, MOV2)를 사용하여 나노초 단위로 과전압을 차단합니다. 또한, LC 필터는 서지의 전압 및 전류 상승률의 급격함을 거의 1,000배까지 줄이고 잔류 전압을 5배까지 낮춰 민감한 장비를 보호합니다.

3. 서지 과전압 제한을 위해 상과 선로 사이에 전압 클램핑 배리스터 설치

이 방법은 서지 내성이 높은 조명, 엘리베이터, 에어컨 및 모터에 효과적입니다. 그러나 고도로 집적화된 최신 소형 전자 장치에는 효과가 떨어집니다. 예를 들어, 단상 220V AC 시스템에서는 유도 낙뢰 스파이크를 흡수하기 위해 중성선과 접지 사이에 배리스터가 설치되는 것이 일반적입니다. 보호 효과는 전적으로 배리스터의 선택과 신뢰성에 달려 있습니다.

클램핑 전압은 계통의 최대 전압(310V)을 기준으로 설정되며 다음 사항을 고려합니다.
- 전력망 변동률 20%,
- 부품 허용 오차 10%,
- 신뢰성 저하 요인 15%(노화, 습도, 열).
따라서 일반적인 클램핑 레벨은 470V에서 510V 사이입니다. 470V 미만의 서지는 영향을 받지 않고 통과합니다.

일반적인 전기 장비(예: 모터, 조명)는 1,500V AC(최대 2,500V)를 견딜 수 있지만, 최신 전자 장치는 ±5V~±15V 범위에서 작동하며 최대 허용 오차는 50V 미만입니다. 470V 미만의 고주파 스파이크도 변압기 및 전원 공급 장치의 기생 정전 용량을 통해 전달되어 IC를 손상시킬 수 있습니다. 또한, 배리스터 잔류 전압과 리드 인덕턴스로 인해 강한 서지가 발생하면 클램핑 레벨이 800V~1,000V까지 상승하여 전자 장치를 더욱 위험에 빠뜨릴 수 있습니다.

4. 초절연 변압기를 이용한 보호 강화 (절연 방식)

전원과 부하 사이에 차폐 절연 변압기를 삽입하여 고주파 노이즈를 차단하는 동시에 적절한 2차 접지를 가능하게 합니다. 접지에 대한 공통 모드 간섭은 권선 간 정전 용량을 통해 전달됩니다. 1차 및 2차 권선 사이에 접지된 차폐막을 설치하면 이러한 간섭을 차단하여 출력 노이즈를 줄일 수 있습니다.

5. 흡수법

흡수형 부품은 임계 전압을 초과할 때 높은 임피던스에서 낮은 임피던스로 전환하여 서지를 억제합니다. 일반적인 장치는 다음과 같습니다.
- 바리스터 - 전류 처리 용량이 제한적입니다.
- 가스 방전관(GDT)- 응답 속도가 느립니다.
- TVS 다이오드 / 고체 방전관 - 속도는 더 빠르지만 에너지 흡수량은 떨어집니다.