서지 보호 장치: 완전한 기술 가이드

작동 중에 LED 스위칭 전원 공급 장치의 순간적인 고전압(Surge)은 눈에 보이지 않는 "현재 암살자"와 같이 작동하며, 잠재적으로 낙뢰, 그리드 전환, 모터 기동/정지 및 이와 유사한 작업으로 인해 발생할 수 있습니다.

이러한 서지는 1초(밀리초에서 마이크로초)까지만 지속되지만, 피크 전압은 정상 전압의 수십 또는 수백 배에 달할 수 있어 반도체 부품을 분해하거나 태워버리기에 충분하여 돌이킬 수 없는 손상을 초래합니다.

서지 보호는 그리드 불안정 및 낙뢰에 대한 LED 조명 기구의 "생명선" 역할을 합니다. 따라서 적절한 드라이버 전원 공급 장치를 선택하는 것이 중요합니다. 필요한 경우 서지 보호기를 고정 장치에 추가해야 합니다.

이 문서에서는 기술 원리, 엔지니어링 응용 프로그램 및 설치 기술을 다루는 서지 보호기에 대한 포괄적인 분석을 제공합니다.

LED 조명용 서지 보호 장치란 무엇입니까?

서지 보호기란? 간단히 말해서 서지 보호기는 회로에서 갑작스러운 과도한 전압(서지)을 "방전"하여 조명 시스템의 손상을 방지합니다. 회로에서 "안전 밸브"처럼 작동합니다. 전압이 한계를 초과하면 전류를 전환하기 위해 빠르게 전도한 다음 전압이 정상으로 돌아오면 개방 상태로 재설정되어 LED 조명기가 항상 안전한 전압 범위 내에서 작동하도록 합니다.

서지 보호기는 주로 두 가지 일반적인 "전압 서지" 시나리오를 해결합니다. 즉, 유형 I 및 유형 II SPD가 필요한 번개 서지와 산업용 장비 시동 및 셧다운으로 인해 발생하는 스위칭 서지로 인해 전압 제한 SPD 보호가 필요합니다. 두 가지 모두 기본적으로 장치의 허용 범위를 초과하는 전압을 가로채어 전기 장비를 포괄적으로 보호합니다.

요약하자면, 서지 보호기는 갑작스러운 고전압이 장비를 손상시키는 것을 방지하고 노화를 가속화하는 빈번한 사소한 서지를 완화함으로써 LED 조명 시스템에 대한 포괄적인 보호를 제공하는 이중 목적을 제공합니다.

LED 조명 애플리케이션의 서지 보호 장치에 대한 자세한 내용은 다음 블로그를 참조하십시오.LED 조명용 서지 보호 장치(SPD): 실내 및 실외 애플리케이션을 위한 완벽한 가이드.”

어떤 종류의 서지 보호 장치가 있습니까?

운영 원칙에 따라 분류:

a) 전압 스위칭 SPD

정상 작동 시 고임피던스, 전압 서지 시 갑자기 낮은 임피던스로 이동하여 높은 전류 흐름을 허용합니다. "단락 스위치 유형 SPD"라고도 합니다. 일반적으로 방전 갭, 가스 배출 튜브, 사이리스터 또는 실리콘 제어 정류기를 구성 요소로 사용합니다. 이러한 서지 보호기는 불연속 전압 전류 특성으로 인해 "크로바 유형"이라고도 합니다.

b) 전압 제한 SPD

서지가 없을 때 높은 임피던스를 나타냅니다. 서지 전류와 전압이 증가함에 따라 임피던스가 지속적으로 감소합니다. 구성 요소는 일반적으로 바리스터 및 억제 다이오드를 포함합니다. "클램핑형" 서지 보호기라고도 합니다. 연속 전압 전류 특성을 특징으로합니다.

c) 결합된 SPD

전압 스위칭과 전압 제한 부품을 결합한 서지 보호기. 그 특성은 적용된 전압 프로파일에 따라 전압 전환, 전압 제한 또는 둘 다로 나타날 수 있습니다.

복합 서지 보호기는 단일 작동에서 시스템 최대 작동 전압의 두 배 이하에서 6kV를 초과하는 서지 전압을 억제할 수 있습니다. 3상 장치는 800V까지 억제할 수 있고 단상 장치는 600V 이하로 억제할 수 있으며, 대조적으로 모듈식 서지 피뢰기는 1000V 부근에서 억제를 달성하기 위해 3단계의 보호 수준(클래스 B, C, D)을 필요로 합니다.

신청에 의한 분류:

응용 프로그램에 따라 SPD는 전력선 SPD와 신호선 SPD의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

서지 보호 장치의 구성

서지 보호기 구조는 주로 다음과 같은 구성 요소로 구성됩니다.

• 금속 산화물 배리스터(MOV): 산화아연과 같은 재료로 만들어진 서지 보호기의 핵심 구성 요소. 회로에서 과전압이 발생하면 MOV는 전도 상태로 빠르게 전환되어 과전압 에너지를 흡수하고 접지로 전환합니다.

• 보호 C회로 B흥청어: 서지 보호기 내부에 위치하여 전류 및 전압 변화를 제어하고 모니터링합니다. 일반적으로 집적 회로로 구성되어 서지 보호기에 대한 자동 스위칭 및 리셋 기능이 가능합니다.

• 최종의 B자물쇠: 서지 보호기를 회로에 연결합니다. 일반적으로 입력 전원과 출력 전원용 단자 2개를 갖춘 단자입니다.

• 거세: 감전 및 기타 위험을 방지하기 위해 일반적으로 절연 재료로 만들어진 서지 보호기의 내부 구성 요소를 보호합니다.

SPD와 일반 퓨즈 및 필터 회로의 차이점

SPD와 퓨즈의 차이점

ㆍSPD므 : 과도 서지 전류(예: 낙뢰, 그리드 전환)를 분산하도록 특별히 설계되었습니다. 금속 산화물 배리스터(MOV) 또는 가스 배출 튜브(GDT)와 같은 구성 요소를 통해 고전압 서지를 접지로 보내 순시 고전압 손상으로부터 장비를 보호합니다.

ㆍ퓨즈므 : 용융을 통해 회로를 차단하여 지속 과부하 또는 단락 전류만 처리합니다. 나노초 수준의 서지를 처리할 수 없습니다.

SPD 응답 시간은 나노초에서 마이크로초(예: MOV의 경우 나노초, GDT의 경우 마이크로초) 범위인 반면, 퓨즈는 분출하는 데 밀리초가 필요하지만 민감한 장비를 제시간에 보호하지 못합니다. 열화되는 SPD는 전류 또는 단락을 누출할 수 있으므로 퓨즈(회로 차단기가 아님)와 함께 사용해야 하며, 추종 전류 위험을 방지하기 위해 사용해야 하며, 퓨즈가 끊어진 경우 교체가 필요하지만 후속적인 현재 문제는 발생하지 않습니다.

SPD와 필터 회로의 차이점

ㆍSPD므 : 번개나 전력 서지와 같은 과도한 고전압(kV 수준)으로부터 보호합니다.

，필터 회로: 전원 공급 장치의 전자기 간섭과 같은 영구 고주파 노이즈(kHz-MHz)를 제거합니다.

SPDS는 전압을 흘리거나 클램핑하여 작동하며(예: MOV는 600V 이상 전도), 필터 회로는 인덕터와 커패시터를 활용하여 저역통과 네트워크를 형성하여 노이즈를 점진적으로 감쇠시킵니다. SPD는 낙뢰 및 유틸리티 그리드 서지로부터 보호하며, 필터 회로는 의료 장비 및 통신 시스템과 같이 고전력 순도를 요구하는 애플리케이션을 제공합니다.

요약 비교 표

특징	스디의 사람	신관	필터링 빙 둘러서
핵심 기능	과도 서지 방출	과부하/단락 보호	고주파 노이즈 필터링
ㆍ응답 시간	나노초-마이크로초 범위	밀리초 범위	연속 작동
ㆍ일반적인 구성요소	MOV, GDT, TVS2	금속 퓨즈	인덕터, 커패시터
고장 위험	잠재적인 누출 또는 단락	교체가 필요합니다	성능 저하

위의 비교에서 알 수 있듯이 SPD, 퓨즈 및 필터 회로는 각각 전력 시스템 내에서 고유한 역할을 합니다. 포괄적인 보호를 달성하기 위해서는 조정된 사용이 필수적입니다.

서지 보호 장치의 작동 원리

정상 조건에서 서지 보호기는 회로의 접지에 대한 개방 상태를 나타내므로 고저항 상태를 의미합니다. 이 고저항 특성은 회로에 미치는 영향을 최소화합니다. 간섭 없이 정상적인 회로 작동을 보장하기 위해 필요하지 않을 때 열려 있는 상태로 유지되는 스위치와 같은 기능을 합니다. 아래 그림 1과 같이.

번개가 치는 동안과 같이 주 회로에서 과도 고전압이 발생하면 서지 보호기가 즉시 응답합니다. 이 과도 과전압 조건에서 서지 보호기는 저저항 상태로 작동합니다. 내부 구성 요소(예: 배리스터, 가스 배출 튜브)는 고저항에서 저저항 상태로 빠르게 전환되어 전도성 경로를 형성합니다. 서지 전류를 즉시 전환하고 서지 전압을 안전한 수준으로 제한하여 회로와 장비를 손상으로부터 보호합니다. 그림 2와 같이.

그림 2에서 볼 수 있듯이 서지 보호기는 과도 과전압 이벤트 동안 중요한 보호 역할을 합니다. 과전압의 충격으로부터 전원 공급 장치와 조명기구를 보호하는 장벽 역할을 합니다.

LED 조명 시스템에 서지 보호가 중요한 이유는 무엇입니까?

다음과 같은 주요한 이유로 LED 조명 시스템에 서지 보호가 중요합니다.

1. 서지에 대한 LED 감도

반도체 장치로서 LED는 몇 볼트의 순방향 전압을 가지며 서지 저항이 매우 약하며 특히 역전압 공차가 약합니다. 낙뢰 또는 그리드 전환으로 인한 과도 과전압(수천 볼트에 도달)은 LED 칩이나 드라이버를 직접 손상시켜 즉각적인 고장 또는 잠복 손상을 유발할 수 있습니다.

2. 다양한 서지 소스

• ，번개 유도므 : 낙뢰 전류 방전은 급격한 접지 전위 서지를 발생시켜 전원/신호 라인을 통해 등기구에 진입합니다.

• ㆍ그리드 작업?: 개폐기, 단락 회로 결함 등은 과도 과전압을 생성합니다.

• Ì정전기 나중지: 금속 케이스에 축적된 정전기(>10kV)는 드라이버 회로를 파괴할 수 있습니다.

3. 서지 손상의 결과

서지 이벤트는 LED 광원 노화를 가속화할 뿐만 아니라(발광 효율 감소) 계단식 장애를 유발할 수도 있습니다. 단일 LED 단락 회로는 전압 강하를 인접한 LED로 전달하여 전체 램프 스트링의 번아웃을 가속화합니다. 실외 조명 시스템의 높은 유지 보수 비용은 부적절한 보호로 인해 유지 비용이 크게 증가합니다.

한 도시에서 주요 도로 조명 운전자의 30%는 서지 보호 부족으로 뇌우 시즌 이후 실패하여 500,000위안 이상의 수리를 받았습니다. 검사 결과 여러 번의 서지 충격이 금속 산화물 배리스터(MOV)를 노화시키고 저하시켜 후속 낙뢰로 인해 LED 모듈이 직접 손상되는 것으로 나타났습니다.

서지 보호는 LED 조명 기구의 수명과 신뢰성을 보장하기 위한 중요한 조치이며, 특히 실외 및 산업 환경과 같은 고위험 환경에서 없어서는 안될 필수 요소입니다. 서지 보호 기능이 있는 LED 고정 장치는 향상된 신뢰성을 나타냅니다. IEC 61000-4-5와 같은 테스트 표준을 준수하는 SPD를 설치하면 유지 보수 비용이 크게 절감되므로 LED 조명 시스템에 매우 중요합니다.

LED 고정 장치의 서지 보호기 연결 방법

서지 보호기를 LED 고정 장치에 연결하는 가장 일반적인 접근 방식은 입력 또는 출력 단자에 직렬 또는 병렬로 설치하는 것입니다. 설치 위치와 방법에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

1. 에 통합된 서지 보호기 운전 기사s

내장된 서지 보호기는 낙뢰, 스위칭 작업 또는 정전기 방전으로 인한 과도 과전압의 영향을 완화합니다. 전원 공급 장치의 안정성을 유지하고 조명 시스템의 지속적인 작동을 보장합니다. 과도 과전압에 신속하게 반응하고 억제함으로써 서지 보호기는 LED 드라이버 모듈 및 비정상 전압으로 인한 발광 모듈의 손상을 줄여 장비의 전체 수명을 연장합니다.

2. 서지 보호기 설치 운전 기사 최전단

이 접근 방식은 주로 번개가 자주 발생하고 환경 습도가 높은 지역에 적합합니다. 예를 들어 가로등의 앞쪽 끝에 서지 보호기를 설치하면 낙뢰 및 전자기 간섭으로 인한 전기적 손상에 대한 보호 기능이 향상되어 이중 보호 장치 역할을 합니다. 또한 나중에 더 쉽게 유지 관리할 수 있습니다. 그러나 새로 추가된 SPD가 기존 시스템의 접지 방법과 호환되고 일치하는지 확인하는 것이 필수적입니다.

3. 입력 시 직렬 연결

LED 드라이버 전원 공급 장치의 입력과 직렬로 서지 보호기를 연결합니다. 입력에서 서지가 발생하면 서지 보호기가 전류 흐름을 차단하여 LED 램프를 보호합니다.

4. 입력시 병렬 연결

LED 드라이버의 입력과 병렬로 서지 보호기를 연결합니다. 입력에서 서지가 발생하면 서지 보호기가 전류를 전도하여 과도한 전류를 전환합니다.

다른 서지 보호기 유형에는 고유한 장단점이 있으므로 특정 조건에 따라 선택해야 합니다.

일반적으로 직렬 서지 보호기는 빠른 응답 시간, 강력한 보호 및 정상 작동에 대한 영향을 최소화하지만 복잡한 설치, 공간 요구 사항 및 손상에 대한 민감성과 같은 단점이 있습니다.

병렬 서지 보호기는 간단한 설치, 컴팩트한 설치 공간 및 교체 용이성을 특징으로 하지만, 응답 시간이 느려지고 보호 기능이 약해지고 정상 작동 시 잠재적인 간섭이 발생합니다.

LED 조명에 어떤 유형의 SPD가 사용됩니까?

서지 보호 장치(SPD)는 주로 보호 기능, 설치 위치 및 파형 허용 오차 특성에 따라 분류됩니다. 국제 표준은 일반적으로 다음과 같이 세 가지 유형으로 분류합니다.

유형 1 SPD

건물의 주 배전반 또는 출입구에 설치된 직접 낙뢰 또는 고에너지 서지용으로 설계되었습니다. 1.5kV에서 4kV 범위의 더 높은 전압 보호 수준(UP), 공칭 방전 전류(in)는 일반적으로 12.5kA ~ 200Ka입니다.

일반적인 응용 분야: 산업 플랜트 및 통신 기지국과 같이 직접 낙뢰를 받기 쉬운 고위험 위치.

유형 2 SPD

배전반 또는 바닥 수준 배전 캐비닛에 설치된 간접 낙뢰 또는 전력망 교란에 적합합니다. IN은 일반적으로 5kA ~ 20kA이고 UP은 일반적으로 1.5kV ~ 2.5kV입니다.

일반적인 응용 분야: 도로 조명, 주차장 조명, 벽세척 조명, 교통 조명, 홍수 조명, 디지털 사이니지, 거리 플래시 조명 및 터널 조명을 포함한 실외 및 상업용 LED 조명 응용 프로그램 및 LED 간판 및 신호등 제조업체.

유형 3 SPF

장비 또는 콘센트의 앞쪽 끝에 설치된 최종 장치 보호에 적합합니다. 일반적으로 ≤10kA로, 더 빠른 응답 시간(나노초 수준)으로 미세한 보호(최대 ≤1kV)를 제공합니다.

일반적인 응용 분야: 종종 로컬 전압 보호를 위해 LED 드라이버에 통합됩니다.

일반 주전반은 유형 1 또는 유형 2 장치를 사용하며, 분배 상자는 유형 2 및 유형 3 장치를 사용할 수 있으며, 유형 2 및 유형 3은 백엔드 응용 프로그램에도 적합합니다.

건물에 들어가는 AC 공급 라인의 경우 LPZ0A/LPZOB와 LPZ1 구역(예: 주 배전반) 사이의 경계에서 1차 보호 장치로 Type 1 또는 Type 2 서지 보호기를 설치하십시오.

배전선이나 전자 장비실의 배전반과 같은 후속 보호 구역의 경계에는 2차 보호 장치로 Type 2 서지 보호기가 설치될 수 있습니다. LED 조명기구와 같은 장치의 경우 전원 공급 장치 포트 앞에 유형 2 또는 유형 3 서지 보호기를 설치할 수 있습니다.

서지 보호기를 올바르게 선택하는 방법은 무엇입니까?

전기 응용 분야에서 서지 보호기를 선택하는 것은 시스템 접지 구성, 노출 수준, 낙뢰 보호 구역, 케이블 길이, 인터레벨 보호, 보호 지점의 단락 전류 크기 및 션트 회로 수와 같은 요소를 포함하는 매우 복잡한 문제입니다.

수많은 제조업체가 시장에서 서지 보호기를 생산합니다. 따라서 서지 보호 장치를 선택할 때 다음 사항에 특별한 주의를 기울여야 합니다.

1. UC 값 결정

서지 보호기의 최대 연속 작동 전압(UC)을 선택하려면 시스템 전압, 장비 내성 전압 및 표준 사양에 대한 포괄적인 고려가 필요합니다. 최소 UC 값은 정격 전압의 1.15배여야 합니다.

예를 들어, 220V 위상 전압 시스템에서 UC = 1.15 × 220V = 253V. AC 그리드 피크 전압이 RMS 값의 1.1배에 달할 수 있기 때문에(253V × 1.414 = 357V, 약 253V × 1.414 = 357V) 350V 피크 220V 시스템의 경우 UC는 이 값을 초과해야 합니다. 그러나 실제 응용 분야에서는 빈번한 활성화를 피하기 위해 385V와 같은 더 높은 값을 선택하는 것이 좋습니다. 동시에, Varister의 활성화 전압(U1mA)은 그리드 변동 범위와 일치해야 합니다.

2. 보호 수준 선택

클래스 I SPD(예: IIMP ≥ 100ka)는 주요 분포에 사용되는 반면 클래스 II SPD(≥ 40kA)는 배전반에 사용되어 다단계 보호를 형성합니다. SPD 설치 치수 및 유형은 현장 요구 사항을 충족해야 합니다. 선택 지침은 다음과 같습니다.

보호 수준	설치 위치	애플리케이션 시나리오	주요 매개변수
유형 1	주요 배전반	직접 번개 공격 보호	≥100KA(10/350μs)
유형 2	분배함	유도된 번개/작동 서지	40kA(8/20μs)
유형 3	LED 드라이버 프런트 엔드	정밀 장비 단자 보호	최대 ≤1.5kV

3. 설치 방법

등기구의 위치에 따라 올바르게 배치되고 설치가 쉬운 SPD를 선택하십시오. SPD는 일반적으로 등기구 앞과 같이 손이 닿기 어려운 지역에 숨겨져 있기 때문에 고장 시 등기구를 추가로 분리하여 향후 교체 및 유지 보수를 용이하게 할 수 있습니다.

4. 환경적응

실외 조명의 경우 IP54 이상의 IP 등급을 가진 SPD를 선택합니다. 습하거나 먼지가 많은 환경에서는 IP67의 IP 등급이 높은 SPD를 사용하십시오.

5. 접지 사양

SPD는 나가는 도체와 공유 지상 경로를 피하고 전용 PE 단자를 통해 접지되어야 합니다. 접지 연속성 테스트 ≤0.1Ω.

6. 다단계 보호

230V 전원 공급 장치를 보호하는 것 외에도 DALI, 2차(제어) 단계, 1-10V 또는 DMX와 같은 제어 장치를 보호하는 것을 고려하십시오. 결합된 AC 및 제어 SPD는 이러한 고정 장치에 이상적이며 일반적으로 두 개의 개별 SPD보다 더 나은 조정된 보호 기능을 제공합니다.

7 인증 및 안전

IEC 61643-11 및 VDE 0100-534 요구 사항을 충족하도록 테스트된 TUV 또는 UL과 같은 신뢰할 수 있는 인증을 보유한 SPD를 선택합니다.

결론

서지 보호 장치는 낙뢰 및 그리드 서지에 대한 실외 조명 시스템의 핵심 장벽 역할을 합니다. 바리스터와 가스 방전 튜브의 시너지 작용을 통해 고전압 서지를 마이크로초 내에 접지로 전환하는 동시에 전압을 안전한 장비 임계값으로 고정합니다.

적절한 보호 장치가 없으면 LED 조명기와 운전자는 돌이킬 수 없는 손상, 효율성 감소 및 잠재적인 완전한 고장의 위험에 직면합니다. 서지 보호 장치는 열악한 그리드 환경에서 LED 가로등의 신뢰성을 크게 향상시켜 스마트 시티 조명 시스템에 없어서는 안될 필수 요소입니다.