최근 가전기기의 주변 환경이 급격히 변화하고 있다. 정보가전화 등, 점점 고기능화, 다기능화 되어 우리생활과 밀접하게 보급되어 가고 있다. 반면 이들 내부에 사용되고 있는 전자기기는 저전압에서 구동되고 있어 뇌서지에 대한 오동작및 파손이 발생하기 쉽다. 이하 가전기기의 뇌에 대한 피해 및 대책에 대하여 설명하고자 한다.
피해상황
뇌로 인한 피해의 조사 결과를 보면 시대에 따라 피해제품이 달라지고 있다. 1987년부터 1991년의 사이 여름철 뇌가 많은 군마현 다카사키시 주변과 겨울철 뇌가 많은 아키타현, 야마가타현의 일본해 연안지구 그리고 이시카와현 카나자와시의 일반가정을 대상으로 뇌에 대한 피해를 조사했다. 그 결과 TV가 가장 많은 피해를 입었다. 이어서 1996년부터 1997년, 여름철 뇌가 많은 군마현의 일반가정을 대상으로 뇌에 대한 피해를 조사한 결과에 따르면 전화기가 가장 많은 피해를 입었다. 최근인 2003년부터 2004년, 큐슈 전역의 피해 상황을 조사한 결과, 일반가정에서 전화회선에 연결되어 있는 개인용 컴퓨터, 전화기, 홈 시큐리티, 모뎀 등 통신계 기기의 피해 비율이 급증한 것으로 보고되어 있다. 20년 전에는 TV의 피해가 가장 많았지만 10년전에는 전화기, 그리고 최근의 홈시큐리티 등 그 시대에 널리 보급되어 있거나 또는 보급되기 시작한 가전기기의 피해가 많다는 것을 알 수 있다. 이들 가전기기는 생활에 밀착된 존재라는 점에서 피해로 인한 영향력이 크다. <그림1>은 가전기기에 대한 뇌서지 침입으로 기판이 방전되어 부품 및 배선이 파손/용단된 피해 사진이다.
뇌서지의 침입경로
가전기기 등, 저전압 동작기기의 파손 원인인 뇌서지의 침입경로는 다음의 4가지 방향과 이들이 복합되어 나타나는 경로 등, 총 5가지이다.
(1)저압 배전선으로부터의 뇌서지 침입
배전선 또는 그 근방에 낙뢰된 경우, 배전선을 통해 뇌서지가 유도/유입되어 가전기기에 침입한다. 또한 인입구 부근에 설치되어 있는 고압피뢰기의 동작으로 인해 상승한 B종접지로부터의 대지전위가 저압배전선을 통해 가전기기에 침입한다.
(2)통신, 계측, 제어선으로부터의 뇌서지 침입
외부로부터 인입되어 있는 통신, 계측 및 제어선의 근방에 낙뢰된 경우, 통신선에 뇌서지가 유도/유입되어 가전기기로 침입한다. 또한 옥외에 설치된 센서, 인터폰 및 제어기기가 뇌격을 받으면 매우 커다란 뇌서지가 통신, 계측 및 제어선을 통해 가전기기로 침입한다.
(3)피뢰침, 안테나로부터 뇌서지 침입
건물 옥상에 있는 피뢰침, TV안테나에 낙뢰된 경우, 짧은 시간에 맨션의 각 층간에 커다란 전위차가 발생하여 가전기기가 파괴된다.
(4)접지로부터 뇌서지 침입
건물, 피뢰침 및 나무에 낙뢰되어 커다란 뇌전류가 흐르면, 이로 인해 대지의 전위가 상승한다. 이로 인해 기기의 전원전압 및 신호전압보다 대지의 전위가 높아지면 기기의 접지선으로부터 가전기기의 전원선이나 통신선을 통하여 뇌서지가 흘러 들어가 가전기기가 파괴된다.
가전기기의 뇌서지 대책
(1)가전기기의 분류
일반 가정에서 사용하고 있는 각종 가전·정보통신기기는 그 사용상태에 따라 다음의 4종류로 분류한다.
①AC전원에 접속되어 있는 케이스가 비접지인기기<그림6>ⓐ 예:형광등, 냉장고, 청소기 등
②AC전원에 접속되어 있는 케이스가 접지인 기기<그림6>ⓑ 예:급탕설비, 에어컨, 세탁기, 김시카메라 등
③AC전원에 접속되어 있으며 안테나가 있는 기기<그림6>ⓒ 예:TV, 비디오, CATV모뎀, 개인용컴퓨터 등
④AC전원과통신선에접속되어있는기기<그림6>ⓓ 예:전화기, 팩스, 모뎀, 개인용컴퓨터 등
(2)뇌서지 대책
일반 가옥의 가전제품에 대해서는 전원선으로부터 침입하는 뇌서지에 대비해 침입구인 주택 분전반 내에 SPD를 설치하는 것이 가장 유효한 보호수단이다. 분전반 내에 SPD설치는 전원선으로부터 침입하는 뇌서지뿐 아니라 통신선 및 안테나로부터 침입하는 뇌서지에도 유효하다. 통신선 및 안테나로부터 침입하는 뇌서지는 전화(가전기기ⓓ), TV(가전기기ⓒ) 등의 내부기판을 통과하여 전원선쪽으로 흘러 들어간다. 뇌서지는 반드시 분전반을 경유하므로 이 분전반에 SPD를 설치함으로써 뇌서지를 신속하게 대지로 흘려 보내는 것이 가능하다. 그러나 통신선이나 안테나선으로부터 침입한 뇌서지를 최초로 받는 기기, 전화(가전기기ⓓ), TV(가전기기ⓒ) 등은 SPD가 동작하기 전에 파괴되는 경우도 있다. 따라서 이들 기기에는 별도로 뇌서지 보호대책을 세워야 한다. 또한 접지로부터의 뇌서지 침입에 대하여는 가전기기 등의 접지를 SPD가 우선적으로 동작하여 기기 쪽으로 흘러 들어가지 않도록 한다. 분전반 내의 일점 공통접지가 이상적이지만 현실적으로는 공통접지가 어려운 경우도 있다. 이 때에는 접지되어 있는 기기에 개별 뇌서지 대책을 세워야 한다. 이하 사용 상태에 따라 분류한 가전기기별 SPD 설치방법을 소개하고자 한다.
(a)AC전원에 접속되어 있는 외함이 비접지인 기기
AC전원에 접속되어 있는 가전기기의 경우 AC전원선간에 발생하는 뇌 과전압으로 인한 실제 피해가 거의 나타나지 않기 때문에 개별 뇌서지 대책을 세워야 할 정도의 긴급성은 없다. 현재의 가전기기는 선간 뇌서지 대책이 되어 있기 때문에(산화아연바리스터 장착) 전원선으로부터 침입하는 뇌서지가 통과하는 분전반에 SPD를 설치하는 것 만으로 충분하다.
(b)AC전원에 접속되어 있는 외함이 접지인 기기
AC전원에 접속되어 있는 외함이 접지되어 있는 가전기기는 (a)의 가전기기에 비하여 뇌로 인한 피해가 매우 많이 나타난다. 이 경우, 뇌서지의 침입경로가 기기를 통과해 가기 때문에 기기의 전류내량·내전압이 충분치 않다면 오동작 및 파괴등의 피해가 발생한다. 이에 대한 대책은 각각의 라인 사이에(전원선-접지선) 기기의 내전압보다 낮은 동작전압을 갖는 SPD를 사용하여 뇌서지 전류를 바이패스bypass시키는 것이다. 이렇게 함으로써 기기의 라인간 전위가 SPD의 동작전압 수준(SPD의 제한전압)이 되어 기기 보호가 가능해진다. 전원선으로부터 침입하는 뇌서지전류에 대해서는 대지로, 대지로부터 침입하는 뇌서지전류에 대해서는 전원선을 통해 분전반내에 설치되어 있는 SPD의 접지 혹은 B종접지를 통해 대지로 흘러가게 한다. 이때, SPD의접지는최단거리로대지에접속시킨다.
(c)AC전원에 접속되어 있으며 안테나가 있는 기기
뇌서지 대책은 (b)와 같다. 각각의 라인 사이에(이 경우는 전원선-안테나 사이)SPD를 사용하여 뇌서지 전류를 바이패스시킨다. 뇌서지 대책은 (b)와 같다. 각각의 라인 사이에 (이 경우는 전원선-통신선 사이) SPD를 설치하여 뇌서지 전류를 바이패스시킨다. 전원선으로부터 침입하는 뇌서지전류는 통신선을 통해 보안기의 접지로부터 대지로 흘려 보낸다. 또 통신선으로부터 침입하는 뇌서지전류는 전원선을 통해 분전반 내에 설치되어 있는 SPD의 접지 혹은 B종접지를 통해 대지로 흘러가게 한다. 전원선으로부터 침입하는뇌서지 전류는 안테나선을 통해 접지로부터 대지로 흘려 보낸다. 반면 신호선으로부터 침입하는 뇌서지전류는 전원선을 통해 분전반내에 설치되어 있는 SPD의 접지 혹은 B종접지를 통해 대지로 흘러가게 한다.
(d)AC전원과 통신선에 접속되어 있는 기기
뇌서지 대책은 (b)와 같다. 각각의 라인 사이에(이 경우는 전원선-통신선 사이) SPD를 설치하여 뇌서지 전류를 바이패스시킨다. 전원선으로부터 침입하는 뇌서지전류는 통신선을 통해 보안기의 접지로부터 대지로 흘려 보낸다. 또 통신선으로부터 침입하는 뇌서지전류는 전원선을 통해 분전반 내에 설치되어 있는 SPD의 접지 혹은 B종접지를 통해 대지로 흘러가게 한다.
가전기기에 대한 뇌보호(뇌보호장치)의 개요
(1)도입 경위
뇌로 인한 가전기기의 피해가 보고되기 시작하면서 가전기기의 다양화·고도화에 맞춘 뇌서지 대책의 필요성이 높아지게 되었다. 가전기기의 피해 방지를 위해 주택용 분전반에 저압용 뇌보호장치를 설치하는 경우도 증가하는 추세이다.
(2)가전기기에 대한 뇌보호
뇌보호 장치는 주택용 분전반의 과전류 보호기능을 갖는 누전차단기의 부하측에 설치한다. 옥외의 저압 전원선, 접지선으로부터 침입하는 서지는 주택용 분전반 부분에서 처리한다. 분전반으로부터 배선되어 있는 각종 콘센트에 접속되어 있는 TV, 전화기, 개인용 컴퓨터 등의 전기기기에 뇌서지가 흐르지 않게 되어 1대로 유효하게 보호하는 것이 가능하다. 통신선(전화선 등)이나 TV 안테나로부터 침입한 뇌서지는 전화기나 TV를 통해서 주택용 분전반으로 흘러 들어가기 때문에 뇌보호장치의 앞에 위치한 전화기나 TV는 보호가 되지 않는다. 따라서 전용의 뇌보호장치를 따로 설치해야 하는 경우도 있다. 그러나 주택용 분전반에 흘러 들어온 뇌서지는 뇌보호장치에서 처리되기 때문에, 주택용 분전반에 연결되어 있는 또 다른 옥내 배선으로 흘러 들어가 피해가 확대되는 것은 확실히 방지된다. 전기기기에 대한 보호 효과는 뇌보호장치의 성능, 뇌의 크기 및 뇌의 침입 경로에 따라 달라진다. 에너지가 큰 뇌가 발생하는 지역에서는 파손 사고를 경감시키기 위해 보다 높은 공칭방전전류 및 최대방전전류를 갖는 뇌보호장치를 선택하는 것이 바람직하다. 또한 설치하는 장소의 낙뢰빈도도 고려해야 한다,(년간 뇌우일수분포도를 참고) 낙뢰경로를 통계적인 조사를 통해 마이크로적으로 파학하는 것이 중요하며 뇌피해가 발생되고 있는 지역에서는 전기기를 보호하기 위해 뇌보호장치를 설치하는 것이 바람직하다. 주택용 분전반 내부에는 접지한 기기 및 접지극 장착 콘센트의 접지선을 접속하는 것이 바람직하다. 주택용 분전반 내부에는 접지한 기기 및 접지극 장착 콘센트의 접지선을 접속하는 집중접지단자를 갖추어야 한다.
[시설방법]
·접지저항값은 D종접지공사에 준할 것.
·접지선은 Ⅳ 또는 이와 동등 이상의 절연효과가 있는 동전선으로 직경 2.6㎜(단면적 5.5㎟) 이상인 것을 사용
·뇌보호장치로부터 접지극까지의 접지선은 가능하면 짧게 할 것.
·접지선은 사람이 접촉할 수 없도록 설치한 경우가 아니라면 전기용품안전 관련법령에 기초하여 합성수지관 등에 수납할 것.
·집중접지단자
전기기기의 금속제 테이블, 금속제외함/금속테두리 등의 접지 및 접지극장착 콘센트 등에 설치하는 접지선은 분전반 안의 집중접지단자에 접속시키고, 뇌보호장치의 접지선도 집중접지단자에 접속한다. 뇌보호장치에서 집중접지단자까지의 접지선 길이는 50cm 이내여야 한다.(권고사항)
·접지선
다심케이블의 1심을 접지선으로 설치하든지 케이블배선과 TV전선 등을 사용한 접지선을 일렬로 설치하는 등, 접지선과 배선은 근접하여 시설할 것.
·시설의 예를 <그림10>에 나타내었다.
·전기기 접지의 취급방법에 대하여
전기기기의 접지선을 집중접지단자에 배선시킨 것과 전기기기 근처에 개별 접지시킨 것의 두가지 경우에 대하여 뇌보호장치의 서지억제효과 차이를 <그림11>에 나타냈다.
전기기기와 뇌보호장치의 접지선 모두를 집중접지단자에 접속시킬 경우, 전기기기의 전원과 외함 사이에 인가되는 뇌서지에 의한 과전압은 뇌보호장치에 의해 억제된 전암 ①에 뇌보호장치 접지선(50㎝ 이하)의 임피던스에 의해 생기는 전압 ②를 합한 안전한 전압값으로 낮아져 뇌에 대한 보호가 가능하게 된다. 그러나 전기기기, 뇌보호장치의 접지선을 개별적으로 시설한 경우, 주택용 분전반의 집중접지단자에서 대지로의 접지선 임피던스 및 접지저항에 의해 생기는 전압 ③도 전기기계 외함에 같이 인가되어 집중접지 시설하였을 때에 비하여 전압이 상승하기 때문에 보호효과도 낮아진다. 따라서 어쩔 수 없이 개별로 접지해야만 하는 경우를 제외하고는 집중접지단자에 모든 접지선을 접속하는 것이 바람직하다.
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