누전차단기와 서지방호장치의 서지협조 :Surge coordination between residual current device and surge protective device

김형민

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김형민 (인하대학교, 인하대학교 공학대학원)

지도교수: 이복희

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2017

누전차단기와 CT1 서지방호장치의 서지협조의 분석

김형민 , 김회구 , 유양우 외 1명 조명·전기설비학회논문지 2017.07 학술저널

누전차단기와 서지방호장치의 서지협조

김형민 정보전기공 2017.01 학위논문

2016

누전차단기와 CT1 서지방호장치의 서지협조

김형민 , 김회구 , 이복희 한국조명·전기설비학회 학술대회논문집 2016.11 학술대회자료

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요 약
누전차단기(RCDs)는 KS C IEC 60364-5-53에 따라서 3 [kA], 8/20 [㎲]에 트립되지 않고 견딜 수 있어야 한다. 국내 대부분의 누전차단기에는 서지전류의 내성을 견디기 위해 바리스터가 내장되어 있다. 누전차단기의 부하 측에 설치된 CT1 서지방호장치(CT1 SPD)와 누전차단기에 내장된 바리스터는 서지협조에 대해서 신중하게 고려되어야 한다. CT1 서지방호장치의 바리스터와 바리스터 또는 바리스터와 가스방전갭 세트는 상과 중성단자 사이에 연결된다. 누전차단기에 내장된 바리스터 동작전압이 CT1 서지방호장치의 동작전압보다 낮을 때에는 입사된 서지전류가 누전차단기에 내장된 바리스터를 통해 흐른다. 결과적으로, CT1 서지방호장치는 효과적으로 서지방호가 되지 않고 누전차단기에 내장된 바리스터가 손상 될 수 있다. 그러므로 누전차단기에 내장된 바리스터는 동작하지 않아야 하며 서지방호장치와 누전차단기간의 서지협조가 필요하다. 이 논문의 목적은 CT1 서지방호장치와 누전차단기내의 바리스터와의 서지방호협조가 이루어지는지의 여부를 제시하였다. 누전차단기와 병렬로 연결된 CT1 서지방호장치의 10가지 조합회로를 조사하였다. 전형적인 가정용 누전차단기 2종과 CT1 서지방호장치 5종을 실험용 시료로 선정하였다. 임펄스 전압은 10 [kV], 내부저항 2 [Ω]을 통하여 5 [kA]로 출력할 수 있는 조합파 발생장치에 의해 공급하였다.
결과적으로 분전반에 설치한 모든 누전차단기와 서지방호장치는 누전차단기에 내장된 바리스터가 동작하였고, 일부 누전차단기는 3 [kA] 이상의 임펄스 전류에 파손되었다. 제조업체는 누전차단기와 CT1 서지방호장치 사이의 서지협조를 고려하여 내장 바리스터의 동작전압을 선택할 필요가 있다. 누전차단기에 내장된 바리스터 동작전압이 Multi-tap 콘센트형 서지방호장치의 동작전압보다 높은 경우에도 누전차단기에 내장된 바리스터와 Multi-tap 콘센트형 서지방호장치 사이의 거리가 15 [m] 이상이므로 누전차단기에 내장된 바리스터와 Multi-tap 콘센트형 서지방호장치가 거의 동시에 동작한다. 입사전류는 서지방호장치와 누전차단기에 내장된 바리스터로 나뉜다. 누전차단기에 내장된 바리스터를 통해 흐르는 전류는 접속선의 인덕턴스 영향으로 하위에 접속된 서지방호장치로 흐르는 전류보다 높게 나타났다. 더욱이 입사전류의 대부분은 누전차단기에 내장된 바리스터로 흐른다. 또한, TT 시스템의 경우 상과 접지 사이에 설치된 서지방호장치의 최소 연속사용전압(Ucmin)은 1.5Uo의 값이어야 하며 여기서의 Uo는 접지에 대한 전압이다. 본 연구에 사용된 2개의 Multi-tap 콘센트에 내장된 MOV는 위의 요구사항을 충족하지 못하였다.

ABSTRACT
Residual current devices(RCDs) shall be able to withstand 3 [kA], 8/20 [㎲] without tripping according to KS C IEC 60364-5-53. Most of domestic RCDs has a built-in varistor for an immunity to surge currents. Careful consideration must be given to the surge coordination for such a varistor and connection type 1 surge protective device (CT1 SPD) installed on the load side of an RCD. Two varistors or varistor and gas discharge tube are connected in series between phase and neutral terminals of CT1 SPDs.
When the operation voltage of a built-in varistor of RCD is lower than that of CT1 SPD, the incoming surge currents flow through a built-in varistor of RCD. Consequently, CT1 SPDs may not be performed effectively and the a built-in varistor of RCD may be damaged. Therefore a built-in varistor of RCD shall not operate and the surge coordination between SPDs and RCDs is needed.
The objective of this paper is to present whether or not the surge coordination between CT1 SPDs and built-in varistors of RCD is established. 10-combined circuits of CT1 SPD connected in parallel with RCD were investigated. 5-kinds of typical home-made CT1 SPDs and 2-kinds of RCDs were selected as samples for experiments. The impulse voltage was supplied by a combination generator, capable of outputting a 10 [kV] voltage, 5 [kA] current into a 2 [Ω] load.
As a result, the built-in varistors of RCD in all RCDs and SPDs installed on a distribution board of our experiments operate, and the outburst of some RCDs was occurred at the impulse current of more than 3 [kA], It is necessary that manufacturers shall select the operation voltage of a built-in varistor considering the surge coordination between RCDs and CT1 SPDs. Even when the operation voltage of a built-in varistor of RCD is higher than that of SPDs fitted to the multi-tap outlet consent, both SPDs are nearly simultaneously operated when the distance between RCD and multi-tap outlet consent with built-in varistor is more than 15 [m]. The incoming current is split into SPDs and built-in varistor of RCD. The current flowing through the built-in varistor of RCD is higher than that of SPD because the current flowing into the downstream SPD is suppressed by the effect of wiring inductance. Moreover, most of the incoming currents flows into the built-in varistor of RCD.
In addition, the minimum continuous operating voltage(Ucmin) for SPD installed between phase and earth in the case of TT system shall be a value of 1.5Uo, where Uo is the voltage to earth. The two built-in MOVs fitted to multi-tap outlet consent used in this work are not acceptable to the above requirement.

#서지방호장치 #누전차단기 #서지협조

목 차
그림목차 ⅳ
표목차 ⅵ
국문 요약 ⅶ
영문 요약 ⅸ
제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 필요성 1
1.2 연구의 목적 및 내용 3
제 2 장 이 론 4
2.1 서 지 4
2.2 뇌서지 전압의 유입경로 4
2.3 뇌서지시험 전압 및 전류 규격 7
2.3.1 1.2/50 [㎲] 임펄스전압 파형 9
2.3.2 8/20 [㎲] 임펄스전류 파형 10
2.4 누전차단기 11
2.4.1 동작원리 11
2.4.2 누전차단기의 설치 12
2.4.3 누전차단기의 선정 16
2.5 서지보호소자 18
2.5.1 가스방전갭 18
2.5.2 바리스터 18
2.6 서지방호장치 19
2.6.1 SPD의 설치 19
2.6.2 SPD의 종류 20
2.6.3 시스템과 기기 보호 22
2.6.4 SPD와 RCD의 서지협조 24
2.6.5 선정된 SPD와 다른 SPD 간의 협조 25
2.6.5.1 두 ZnO바리스터 기반 SPD의 협조 27
2.6.5.2 갭 베이스 SPD와 ZnO 바리스터 베이스 SPD 사이
의 협조 32
2.6.6 연결 리드(lead) 길이의 영향 34
2.6.7 SPD의 Uc선정 36
제 3 장 실험 장치 및 방법 39
3.1 실험장치의 구성 39
3.2 실험장비 및 시료 41
제 4 장 결과 및 고찰 44
4.1 RCD의 제한전압 44
4.1.1 RCD 1의 제한전압 44
4.1.2 RCD 2의 제한전압 46
4.1.3 RCD 3의 제한전압 48
4.1.4 RCD 4의 제한전압 50
4.2 SPD의 제한전압 54
4.2.1 Din rail 타입 SPD 1의 제한전압 54
4.2.2 Din rail 타입 SPD 2의 제한전압 56
4.2.3 Din rail 타입 SPD 3의 제한전압 58
4.2.4 Din rail 타입 SPD 4의 제한전압 60
4.2.5 Multi-tap SPD Ⅰ의 제한전압 62
4.2.6 Multi-tap SPD Ⅱ의 제한전압 65
4.3 RCD와 SPD 조합의 협조특성 68
4.3.1 RCD 1과 Din rail 타입 SPD 조합의 서지협조 69
4.3.2 RCD 4과 Din rail 타입 SPD 조합의 서지협조 71
4.3.3 RCD 1과 Multi-tap 타입 SPD 조합의 서지협조 75
4.3.4 RCD 4과 Multi-tap 타입 SPD 조합의 서지협조 77
제 5 장 결 론 83
참고 문헌 84

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