서지보호장치(SPD)

뇌격에 의해 발생되는 SPD에 대한 스트레스의 영향은 특히 갭의 유무에 따라 고려하는 SPD의 유형에 의존한다.

1 스파크갭을 포함하는 SPD

뇌격에 의하여 발생되는 스파크 갭에 대한 영향은 다음의 두 가지 주요 범주로 나눌 수 있다.
- 재료의 발열, 용해, 기화에 의한 갭 전극의 부식
- 방전의 충격파에 의한 기계적인 스트레스
이 두 가지는 주로 뇌격전류 파라미터와 복잡한 관계로 연관되기 때문에 두 영향을 따로 조사하는 것은 매우 어렵다.

스파크 갭의 경우, 시험소 시험은 가장 가혹한 상황에서 뇌격전류의 적당한 파라미터와 가능한 한 가깝게 나타내는 방법으로 실행되어야 한다.
즉, 뇌격전류의 모든 적절한 파라미터를 단일 전기적 스트레스에 의해 적용해야 한다.
이러한 경우 임펄스전류의 피크값, 전하량, 지속시간, 비에너지, 상승률 5가지 파라미터를 고려해야 한다.
전류의 피크값은 충격파의 가혹성을 결정한다. 고려되는 수치는 최초 뇌격과 관련된 값이다.

보존성 데이터는 정극성 뇌격를 고려하여 얻는다.
아크에 입력되는 에너지는 전하량에 의해 결정된다.
아크 내의 에너지는 아크의 발생점에서 전극 재료의 일부를 가열하고, 용해시키며, 기화시킬 수도 있다.
고려되는 수치는 뇌방전 전체 과정의 값과 연관된다.
그러나 긴 지속시간을 갖는 전류의 전하량은 많은 경우 전원공급시스템의 구성(TN, TT, IT)에 따라
무시될 수 있다.

임펄스전류의 지속시간은 전극 내부의 열전도현상과 용해면의 확산을 좌우한다.
임펄스전류의 비에너지는 자기적 압축, 전극표면과 (용해 물질의 상당량을 분출할 수 있는) 아크 사이의 경계면에서 발생된 전극 플라즈마 분출의 물리적 현상을 좌우한다.
고려할 수치는 최초 뇌격과 관련된 값이다. 보존성 데이터는 정극성 뇌격를 고려하여 얻는다.
비고 전원공급계에 사용되는 스파크 갭에 대해, 가능한 상용 주파수 속류의 크기는 고려해야만 하는 중요한
스트레스요인이다.

2 금속산화물 바리스터를 포함하고 있는 SPD
뇌격에 의해 발생하는 금속산화물 바리스터에 대한 스트레스는 과부하 및 섬락 두 가지의 주요 범주로
나눌 수 있다.
각각의 범주는 여러 가지 현상에 의해 발생된 고장모드에 의해 특징지어지고, 다양한 파라미터에 의해 지배된다. 금속산화물 SPD의 고장은 그것의 가장 약한 특성과 관련되므로 여러 치명적인 스트레스 사이의 공동작용이 발생할 수 있는 것은 아니다.
따라서 각각의 고장모드에 대한 특성의 점검을 위해 개별적 시험의 수행이 가능하다.
흡수된 에너지가 SPD의 용량을 초과하면 과부하로 된다.
여기서 고려되는 과잉에너지는 낙뢰의 스트레스 자체에 관련된다.
하지만 전원공급시스템에 설치된 SPD의 경우, 뇌격전류의 흐름이 멈춘 직후 전원공급시스템에 의해 SPD에
주입되는 속류가 SPD에 치명적인 손상을 가져오는 중요한 역할을 한다.
결론적으로 SPD는 SPD자체 저항의 전압-전류특성에 관한 부온도계수와 관련된 인가전압에서 열적인
불안정성에 의해 치명적으로 손상될 수 있다.

금속산화 바리스터의 과부하에 대하여 고려되는 하나의 주요한 파라미터는 전하량이다.
전하량은 금속산화물 저항블럭의 잔류전압이 일정하다고 할 때 금속산화 저항블럭 내로 유입되는 에너지에 의해 지배되며, 수치는 뇌방전과 관련된 값을 고려한다. 섬락과 균열(크래킹)은 SPD자체 저항의 용량을 초과하는 임펄스전류의 크기에 의해 발생된다.
이러한 고장모드는 일반적으로 SPD 외깃 주변을 따라 생기는 외부 섬락에 의해 입증되고,
때때로 SPD 외깃에 수직인 틈 또는 구멍을 생기게 하여 저항블럭의 내부로 침투한다.
고장은 주로 저항블럭 외깃의 절연파괴와 관련된다.
뇌격현상을 모의하기 위해, 임펄스전류의 최대값과 지속시간 두 개의 주요한 파라미터를 고려한다.
임펄스전류의 최대값은 잔류전압에 상응하는 수준을 통하여, SPD저항블럭의 최대절연파괴강도가 초과하는지를 결정한다.
고려할 수치는 최초 뇌격과 관련된 값이며, 보존성 데이터는 정극성 뇌격를 고려하여 얻는다.
임펄스전류의 지속시간은 SPD 저항블럭 외깃에 대한 내전압 스트레스의 인가지속시간을 결정한다.