눈높이 기술
전력 계통의 안전 지킴이
SPD(Surge Protective Device)
서지(Surge) 현상을 아시나요? 서지란 전류나 전압이 순간적으로 급증하는 현상을 말하는데요, 주로 낙뢰 때문에 일어나요. 건물 주변에 낙뢰가 떨어져 전력 계통으로 높은 전류와 전압이 유입되면 정전이나 설비 고장이 발생할 수 있어요. 기후 변화로 인해 여름철 낙뢰 발생이 늘고 있는 요즘, 서지로부터 전력 계통을 안전하게 보호할 방법은 없을까요? 오늘은 청주)DT솔루션팀 현아림 매니저가 우리 회사의 SPD(Surge Protective Device)를 소개할게요.
낙뢰로부터 각종 전기 설비를
보호하려면 SPD를 꼭 설치해야 해요.
건물 꼭대기에 설치된 피뢰침을 본 일이 있으시죠? 대개는 이 피뢰침만 있으면 낙뢰로 인한 피해를 막을 수 있다고 생각하는데, 실은 그렇지 않아요. 낙뢰는 건물에 직접 떨어지는 직격뢰와 주변에 떨어져 건물 내부까지 유입되는 유도뢰가 있어요. 피뢰침을 통해 직격뢰로 인한 1차 피해는 막을 수 있지만, 직격뢰의 절반가량은 각종 경로를 통해 건물 내부로 유입돼요. 유도뢰도 마찬가지고요. 그렇기 때문에 피뢰침과 같은 외부 피뢰 시스템만으로는 대응이 어렵죠. 내부로 유입되는 서지로부터 설비를 보호하려면 서지를 빼줄 별도의 장치가 필요한데요. 이러한 역할을 하는 장치가 바로 SPD예요.
낙뢰는 서지의 가장 큰 원인이긴 하나, 자연현상인 낙뢰만으로 서지가 발생하는 것은 아니에요. 서지는 차단기와 같은 기기의 개폐 시에도 발생할 수 있어요. 이를 개폐 서지라 하는데, 개폐 서지가 발생하면 차단기의 절연 조치가 파괴되어 전기가 흐르는 위험한 상황이 발생할 수 있죠. 최근 들어 건물의 인텔리전트화와 각종 제어 시스템의 도입으로 서지 발생이 증가하고 있어, SPD의 역할이 더욱 중요해지고 있어요. 그럼 지금부터 우리 회사의 SPD가 어떤 방식으로 서지를 제어하는지 살펴볼까요?
여름철에는 수직으로 긴 구름이 자주 발생하는데요. 이 구름에서 상승 기류가 발생하면 그 안의 작은 얼음 입자들이 마찰을 일으켜, 서로 어울려 있던 양전하와 음전하가 나뉘는 현상이 발생해요. 이때 양전하는 구름의 위쪽으로 운반되고 음전하는 아래쪽에 축적되는데 이러한 상태에 이른 구름을 뇌운이라 불러요. 아래쪽에 음전하가 축적된 뇌운은 정전 유도 현상에 따라 대지의 양전하를 강하게 끌어당기게 돼요. 뇌운과 대지 간의 이종 전하는 서로 흡인하여 공기 내로 방전되는데, 이 과정에서 발생하는 것이 바로 낙뢰예요. 정전 유도에 의해 대지에 생긴 전하는 뇌운과 가장 가까운 곳에서 부딪히기 때문에, 높은 곳일수록 낙뢰가 떨어질 확률이 커요.
SPD는 서지를 접지로
방전시키는 역할을 해요.
SPD는 어떠한 원리로 작동할까요? 전력 계통에 서지가 유입되었을 때, 그 서지가 부하로 그대로 흐르게 되면 당연히 사고가 발생하겠죠? SPD는 서지가 부하로 흐르기 전에 SPD 자신을 흐르게 함으로써 서지를 방전시키는 역할을 해요. SPD는 평상시에 높은 임피던스 값을 유지하며 절연 상태에 있는데요. 그러다 이상 과전압이 유입되면 임피던스 값이 낮아지면서 절연 상태를 벗어나고, 그때 서지가 자신을 통과하게끔 만들어요. 이때 SPD로 흐른 서지는 부하로 흐르는 대신 접지로 방전된답니다. 덕분에 SPD 하단에 있던 장비들은 서지에 영향을 받지 않고 평상시대로 동작할 수 있는 것이죠. 서지를 접지로 흘려보낸 SPD는 평상시의 높은 임피던스 값을 회복한 후 다시 절연 상태로 되돌아가요.
임피던스 값이 순간적으로 낮아지는지, 연속적으로 낮아지는지에 따라 SPD는 전압 스위치형, 전압 제한형(CT1 방식), 조합형(CT2 방식)으로 나뉘는데, MOV(Metal Oxide Varistor)로만 체결된 전압 제한형과 MOV와 가스 방전 갭을 조합한 조합형이 주를 이루고 있어요. 우리 회사의 SPD도 전압 제한형과 조합형 제품으로, 대부분 MOV라는 소자를 사용하고 있죠. MOV는 전압 스위치형에 쓰이는 소자인 가스 방전 갭보다 응답 속도가 빠르고 신뢰성이 높다는 장점이 있어요. 특히 MOV에서는 가스 방전 갭과는 달리 속류가 발생하지 않아요. 속류란 SPD가 서지를 방전한 후에 다시 절연 상태로 돌아가지 못하고, 전류를 계속 흘려보내는 현상을 말해요. 일반 누전차단기가 적용된 곳에 가스 방전 갭이 적용된 제품을 사용하면 속류를 누설전류로 판단하여 차단기가 트립(Trip)될 수 있어요. 잦은 트립은 사용상의 불편을 초래하기에 현장에서는 전압 제한형 제품을 사용하거나, 임펄스부동작형 누전차단기를 사용해야 해요.
SPD는 사실 설치가 까다로운 기기예요. 산간 지대와 같은 직격뢰 우려 지역이나 도심 속 유도뢰 고려 지역 등 현장의 조건에 따라 설치 위치가 달라지고, SPD 한 대를 설치하는 것만으로 모든 계통이 보호되는 게 아니기에 보호 범위를 잘 따져봐야 하죠. 또한 현장의 접지 상태에 대해서도 반드시 파악해야 해요. 계통 접지와 기기 접지 등 현장의 접지 상태에 따라 요구되는 SPD의 정격이 달라지거든요. 그렇지만 너무 걱정할 필요는 없어요. 송전에서 배전까지 다양한 전력 기기와 솔루션을 보유한 우리 회사가 고객사의 전력 계통에 딱 맞는 SPD를 찾아드릴 테니까요. 그럼 지금까지 살펴본 우리 회사 SPD의 장점을 다시 한번 정리해볼까요?
UL 등급 상향해
북미 시장에 진출할 예정이에요.
SPD는 서지로부터 전력 계통을 보호하기 위해 반드시 필요한 장비이지만, 몇 년 전까지만 해도 공사비 절감을 명목으로 SPD를 설치하지 않는 곳이 많았어요. 그런데 2021년 한국전기설비규정의 개정으로 SPD 설치가 의무화되며 상황이 달라졌어요. 이제는 SPD를 반드시 설치해야 할 뿐만 아니라 설치 기준도 더 엄격해졌어요. 국내 SPD의 기술 경쟁력 강화를 위해 국제 표준 기술 사항도 도입되었고요. 이에 따라 국내 SPD 시장도 점차 확대될 전망이에요.
우리 회사 SPD는 크게 해외 인증을 보유한 BK 시리즈와 국내 KS 인증을 보유한 SP 시리즈로 나뉘는데요. BK 시리즈는 이미 IEC(국제전기기술위원회), UL(미국보험자협회) 등 다양한 해외 규격을 확보하고 있어요. 현재 우리 회사는 기존에 보유 중이었던 UL 등급의 상향을 위해 제품 고도화를 진행 중이에요. 올해 말까지 개발을 완료해 2025년 북미 배전반, 분전반 시장을 타깃으로 제품을 출시할 계획이에요. 우리나라뿐만 아니라 전 세계에서 전력 계통의 안전 지킴이로 역할할 우리 회사의 SPD에 앞으로도 많은 관심 부탁드려요.
이번 시간엔 우리 회사의 SPD에 관해 알아보았는데요.
한번 배운 내용 잊어버리면 너무 아깝겠죠?
아래 문제를 풀어보고 오늘 배운 내용 잊지 마세요~
