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서지란

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서지(surge)란 무엇인가?

일반적으로 임펄스, 스파이크, 노이즈 등으로 불리는 서지는 매우 짧은 시간(수 nsec~msec) 동안 나타났다가 사라지는, 고전압 대전류의 전기적인 동요현상을 말한다. 이 서지는 발생한 원인과 크기에 따라, 디지털 시스템설비에 치명적인 손상을 입히거나, 누적된 서지의 영향으로 시스템이나 구성 부품에 전기적인 절연열화를 가져온다.

서지(surge)의 피해와 위험성

낙뢰에서 유도되는 서지에는 크게 3가지로 구분되는데, 각각 저항결합, 유도결합, 정전결합에 의해서 유도된다.
다음 그림은 각각의 서지유도 방식(mechanism)을 나타낸 것이다.



벼락이 칠 때, 뇌운(thundercloud)의 정전기 에너지가 방전되면서 수 십 kA의 전류가 지표면의 바위와 흙 등을 타고 흐른다.
최악의 직격뢰는 설명하는데 100kA와 200kA의 낙뢰전류가 자주 적용된다.

대지는 완전한 전기 도체가 아니기 때문에 낙뢰전류가 흐를 때 지표면의 여러 지점 사이에 극도로 높은 전압이 유기된다.
예를들어, 상당히 낮다고 할 수 있는 접지저항 2Ω에 100kA의 전류가 흐르면, 대지에서 수m 또는 수십m 사이에 200kV의 전압이 유기된다. 이것이 접지 사이에 나타나는 서지로써 저항결합에 의한 것이 가장 많다. 두 빌딩이 낙뢰지역에 있으면서 어느 정도 떨어져 있다면, 두 빌딩 사이에는 큰 전위차가 작용한다. 동봉이나 메쉬(rods and mats)를 통해 대지(local groung)에 접속되어 있는 서로 다른 접지(electrical earth)에서 둘 사이에 큰 전위차가 나타나기 때문이다.

각 질딩의 전기 시스템이 오나전히 자기 빌딩 안에 수용되어 있다면, 이 전위차가 아무런 문제도 야기하지 않는다. 그러나 LAN 케이블 등이 두 빌딩을 연결한다면 한 빌딩에 있는 장비는 다른 건물에 있는 장비에 비해 상대적인 대지전위를 겪게 되는데, 이 전위차는 LAN 장비의 절연을 파괴하기에 충분하다.

오늘날의 빌딩은 필연적으로, 전기나 통신을 위해, 여러 가지 케이블로 상호연결 될 수밖에 없다. 만일, 케이블이 건물 상호간을 연결하고 있으면, 서지억제기를 설치하는 때 특별히 주의해야 한다. 빌딩에는 수많은 신호용 케이블이 있는데, 이 케이블은 빌딩의 전기 접지에 연결되어 있지 않은 상태이다. 이 신호용 케이블에는 FAX와 모뎀이 연결된 전화선, 안테나, 보안용 비디오카메라 회로 등이 포함된다. 이 모든 케이블이 대지 전위차에 따른 위험을 가져오기 때문에 각각에 대해서 서지보호대책을 고려해야 한다.



서지보호기의 필요성

아나로그시대에는 고압계통의 피뢰기(LA, SA)만 설치해도 큰 문제가 없었다. 그러나, 디지털시대로 진입하면서 많은 부분들이 반도체로 대체되어 낙뢰, 번개, 전력개통 사고 또는 전기기기의 스위치 작동, 인접 부하의 변동에 의해 발생하는 '서지'에 극히 민감한 영향을 받아서 기기의 오동작이나 파손의 위험에 항상 노출되어 있다. 고압용 피뢰기로 디지털기기를 더 이상 보호할 수가 없다. 디지털시대, 저압서지보호기(SPD/TVSS)는 선택이 아닌 필수적으로 설치되어야 하는 장치이다.

기존의 피뢰설비만으로 서지 피해를 방지할 수 없다. 피뢰침, 인하도선, 저항이 낮은 접지시스템만으로는 디지털기기를 보호할 수 없다. 접지를 통한 유도뢰의 피해, 인하도선으로 낙뢰전류가 통과할 때 전류·유도(EMI)에 의한 서지는 디지털기기 및 프로그램에 직접적인 피해를 가져온다. ON/OFF 스위취 작동시 발생하는 서지, 전력망의 사고 등에 의한 서지는 자동제어시스템에 장애 및 파손을 유발 한다.

낙뢰전류의 분포

건물에 낙뢰가 침입 시, 피뢰침을 타고 내려온 낙뢰전류의 50% 정도는 접지를 통해 대지로 빠져나가고, 나머지 50%의 전류는 가스관과 수도관, 전선관, 전선, 통신선을 통해 건물 내부의 구조물로 확산된다. 이 가운데 중성선을 통해 전력선에 전체의 22.5%가 흐른다. 따라서 건물 피뢰설비가 잘 갖추어져 있다하더라도 낙뢰전류에 의해 서지로부터 내부디지털기기를 보호가기 위한 대책이 강구되어야 한다.



서지에 관한 통계자료




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