과전압 – 이론과 보호 (1)

1. 법규

전자 시스템의 간섭 내성 – EMC

EU 국가에서는 전자기 적합성(EMC) 지침이 적용됩니다.
이 지침은 운용 장비가 전자기적 장애의 원인이 되어서는 안 되며, 동시에 전자기 간섭에 대해 충분한 내성을 가져야 함을 요구합니다. EU 지침 2014/30/EU.

과전압 및 간섭 보호에 적용되는 표준은 다음과 같이 구분할 수 있습니다:

서지 보호 장치(SPD)에 대한 요구사항을 규정하는 표준 – 시험 및 분류 :

■ EN 61643-21저전압 서지 보호 장치 – 제21부:
  통신 및 신호 네트워크에 연결되는 서지 보호 장치 – 성능 요구사항 및 시험 방법

보호 대상 장비의 요구사항을 규정하는 표준 – 과전압 내성 :

■ EN 61000-6-1전자기 적합성(EMC) – 주거, 상업 및 경공업 환경을 위한 내성 표준

■ EN 61000-6-2전자기 적합성(EMC) – 산업 환경을 위한 내성 표준

■ EN 61000-4-4 및 EN 61000-4-5 등에 규정된 보호 대상 장비의 내성 요구사항은4단계의 시험

  레벨로 구분됩니다.

서지 보호 장치(SPD)의 적용을 규정하는 표준 – SPD 설치, 상호 연결 및 접지 :

■ IEC (CLC/TS) 61643-22 저전압 서지 보호 장치 – 통신 및 신호 네트워크에 연결되는 서지

  보호 장치 – 선정 및 적용 원칙

■ EN 62305-4 낙뢰 보호 – 구조물 내 전기 및 전자 시스템

■ EN 50174-2 정보기술 – 케이블링 설치: 건물 내부 설치 계획 및 시공 실무

■ EN 50310 건물 및 기타 구조물을 위한 통신 등전위 본딩 네트워크

■ ITU-T K.xx 권고 - 간섭(장애) 보호 관련 권고

2. 과전압이란 무엇인가?

과전압이란 “시스템”의 최대 동작 전압을 초과하는 전압을 의미합니다.
과도(서지, 임펄스) 과전압은 매우 짧은 시간(ns ~ μs) 내에 높은 전압 레벨(kV 이상)에 도달할 경우 위험한 것으로 간주됩니다(그림 1).

과도 과전압의 발생 원인

■ 낙뢰 전자기 펄스(LEMP) 과전압은 낙뢰와 건물 간의 상대적인 위치에 따른 손상 원인을

   기준으로 분류됩니다(그림 2).

■ 개폐 전자기 펄스(SEMP)는 용량성 부하의 개폐, 배전망 내 부하 변동, 유도성 부하의 차단,

   스위칭 소자(트랜지스터, 사이리스터)에 연결된 공진 회로 그리고 단락이나 접지 접속과 같은

   전력망 고장(전기 아크) 등에 의해 발생합니다.

■ 정전기 방전(ESD)

간섭원의 종류에 따라 차동 모드(Differential-mode) 과전압과 공통 모드(Common-mode) 과전압으로 구분됩니다.

차동 모드 과전압은 비선형 부하를 개폐할 때 전기 회로에서 발생할 수 있습니다(그림 3b).

공통 모드 과전압은 대기 현상, 즉 낙뢰에 의해 발생합니다(그림 3b).