NET 신기술에 도전하는 초고성능 낙뢰보호기 ㈜한국서지연구소_김선호 대표(042)256-7200 / www.surgelab.co.kr, surgelab@paran.com 개요최근 정보통신 발달과 더불어 고도 정밀한 전자기기류가 급증하고 있으며, 이들 회로에는 반도체를 포함한 전자회로가 사용된다. 이러한 첨단 기기는 온도와 습도까지 세심하게 관리되는 기계실에 설치·운용되지만 때로는 산간 오지의 컨트롤 박스에 설치되어 열악한 환경에서 운용되기도 한다. 운용 환경이 열악한 기기일수록 낙뢰·서지에 취약할 수밖에 없다. 따라서 전기적인 외력으로부터 이들을 안전하게 보호하기 위해 서지보호장치가 널리 사용된다. 그러나 이들 보호장치를 사용함에도 불구하고 낙뢰 피해는 반복되고 있다. 낙뢰가 유입되면 누전차단기가 오동작하여 트립(Trip)되고 정전이 발생하는 등 파급 사고가 발생할 뿐만 아니라 경제적인 손실로 이어지는 문제점을 초래한다.본고에서는 서지보호기 보호 능력과 뇌서지에 대한 누전차단기 오동작 특성을 조사하기 위해 IEC61000-4-5의 규격에 따라 1.2/50㎲, 8/20㎲ 조합파형 서지발생기를 활용하여 서지보호기의 보호 능력을 실험했다. 또한 누전차단기의 전원 입력 측에 서지보호기를 취부하고 220V 상용주파수 전원이 인가된 상태의 누전차단기에 서지를 인가하여(누전차단기의 시험 규격은 KS C 4613임) 오동작 방지 능력을 실험했다.실험 실시본고에서는 국내외 낙뢰·서지보호기를 대상으로 보호 능력을 시험하고 그 성능을 비교했다. 또한 같은 시료를 활용하여 누전차단기가 뇌서지에 오동작하는 현상을 서지보호기가 예방할 수 있는가에 대한 실험도 실시했다.통상적인 AC220V 전원용 낙뢰·서지보호기는 선간 및 선-접지 간 보호 모드를 가진다. 또한 각각 피크(Peak)치 430V~470V의 전압에서 동작을 개시하여 동작개시 전압의 약 200% 이내에서 제한전압 특성을 가지게 되는데, UL1449의 규정에 따르면 800V 피크 이내의 제한전압 값을 가진다. 누전차단기는 뇌서지에 의한 오동작으로 전원 정전과 같은 문제를 야기하기도 한다. 이와 같은 과도현상으로 인해 발생하는 서지에 대응하고자 충격파 부동작형 누전차단기가 보급된다. 국내 누전차단기 규격인 KS C 4613에는 이 같은 서지에 대한 누전차단기 오동작 현상을 고려하여 충격파 부동작형 누전차단기의 성능확인 시험이 제시되고 있다. 시험 내용으로 파고치 7㎸, 파두장 0.5~1.5㎲, 파미장 32~48㎲의 낙뢰 임펄스를 1분 간격으로 3회 인가하여 오동작하지 않도록 규정하고 있다. 누전차단기 서지에 의한 오동작 원인을 규명하고 대책을 수립하는 측면에서 지금껏 문제시되어 온 낙뢰 임펄스 전압에 의한 오동작에 대한 실태 조사 및 원인 규명에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다. 국내 산업현장에 사용되는 대부분의 누전차단기는 이와 같은 충격파 부동작형이지만, 전원선을 통해 전파되는 전도성 서지에 의한 오동작 사례와 낙뢰 시 대지전위 상승에 의한 오동작 사례가 종종 보고되고 있다. 최근에는 반도체 집적회로를 비롯하여 낙뢰 임펄스 전압에 대해 내전압이 낮은 전자 정보기기와 컴퓨터 등을 저전압회로에 사용하므로 낙뢰 임펄스 전압에 대한 보호를 목적으로 기기 내부에 제너다이오드, 스파크 갭 및 배리스터(Varistor) 등과 같은 서지 차단 소자를 내장하거나 상간에 접속하는 경우가 많다. 본고에서는 국내에 사용되고 있는 정격감도 전류 30㎃ 이하, 동작시간은 0.03초 이내인 30A용 고감도형 누전차단기 입력 측에 낙뢰·서지보호기를 접속·보호하고 서지전압을 인가하여 이에 대한 동작결과를 분석했다.(<그림 4> 참조)낙뢰·서지보호기 구성낙뢰보호기 기본적인 구성은 <그림 1>과 같이 선간 및 선-접지 간에 대해 배리스터를 구비하는 구조를 가진다. 기본적인 동작 원리는 선간(P-N)에 유입되는 서지는 Z1에서 흡수하고, 선-접지(P-G, N-G) 간에 유입되는 서지는 Z2, Z3에서 각각 분담하여 흡수, 저지하는 것이다. TF1, TF2는 온도 퓨즈로 보호 소자 손괴 시 사고 파급을 막기 위해 설치한다.