과전압
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1. 개요
과전압은 공칭 공급 전압보다 높은 전압이 일정 시간 이상 지속되는 현상을 의미한다. 과전압은 전기 및 전자 장치의 손상을 유발할 수 있으며, 자연적인 원인으로는 번개가, 인위적인 원인으로는 전동기나 전자석의 작동, 발전기 문제 등이 있다. 과전압은 전원 또는 데이터 회선을 통해, 또는 전자기 펄스를 통해 발생할 수 있으며, 아크 혼, 피뢰침, 배리스터 등 다양한 과전압 보호 장치를 사용하여 시스템을 보호할 수 있다.
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| 과전압 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 회로 내 전압이 설계 한계를 초과하는 현상 |
| 전기화학 | |
| 정의 | 전극 전위가 평형 값보다 더 양성 또는 음성으로 이동하는 현상 |
2. 과전압의 정의 및 판정
선로에 이상 고전압이 흐르는 경우는 여러 가지가 있다. 그 중 과전압과 서지(surge), 스파이크(spike)를 구분하는 것은 중요하다. 전압이 공칭 공급 전압의 +5%를 넘어서면서 그 시간이 오랜 시간(1초 이상) 지속될 시 과전압이라고 한다. 대개 5%를 잡는 경우가 많은데, 이는 인텔에서 제시한 ATS 규격에도 적용된다.[1]
과전압은 자연적 원인과 인위적 원인으로 발생할 수 있다. 자연적인 원인으로는 번개와 태양 플레어에 따른 태양풍 분출이 있다. 인위적인 원인으로는 전자기 유도, 전자전, 핵폭발, 디젤 발전기 또는 휘발유 구동 발전기의 오작동 등이 있다. 2011년 캘리포니아주 이스트팰로앨토에서는 발전기 오작동으로 인해 과전압이 발생하여 전자 장비가 손상된 사례가 있다.[2][3]
전자 및 전기 장치는 특정 최대 공급 전압에서 작동하도록 설계되었으며, 장치의 정격 전압보다 높은 전압으로 인해 상당한 손상이 발생할 수 있다.[1]
예를 들어, 전기의 백열전구에는 정격 전압에서 매우 뜨거워질 정도로 충분히 큰 전류를 흘려보내는 전기 필라멘트 와이어가 있다 (빛과 열을 방출). 그러나 녹을 정도로 뜨겁지는 않다. 회로의 전류량은 공급 전압에 따라 달라진다. 전압이 너무 높으면 와이어가 녹아 전구가 타버릴 수 있다. 마찬가지로 다른 전기 장치도 작동을 멈추거나 과전압이 회로에 전달되면 불꽃이 튀어 나올 수도 있다.[1]
3. 과전압의 원인
3. 1. 자연적 원인
일반적인 과도 과전압 현상의 자연적인 원인은 번개이다. 태양풍이 태양 플레어를 따라 분출되면서 전기 회로, 특히 우주 위성의 회로에서 과전압을 유발하는 것으로 알려져 있다.
3. 2. 인위적 원인
인위적인 과전압은 보통 전동기나 전자석과 같은 유도 부하를 켜고 끌 때 전자기 유도에 의해 발생한다. 또한, 영 교차 회로가 사용되지 않을 때 큰 전류 변화가 일어나는 곳에서 대형 저항성 교류 부하를 스위칭할 때도 발생한다. 전자파 적합성 규정 준수의 목적 중 하나는 이러한 원인을 제거하는 것이다.
전자전은 위험한 과전압을 일으킬 수 있는 중요한 잠재적 원인이다. 이 분야에서는 적의 전자 장비를 무력화하기 위해 설계된 다양한 과도 전자기 장치를 만드는 것을 목표로 하는 집중적인 군사 연구가 진행되고 있다. 최근 군사 개발은 고전압 전자기 펄스를 방출하도록 설계된 폭발성 축전기이다. 전자기 펄스의 또 다른 강력한 원인은 핵폭발이다.
디젤 발전기나 휘발유 구동 발전기도 과전압의 원인이 될 수 있다. 발전기 속도가 부주의한 스로틀 조작이나 내연 기관의 불안정한 작동 등으로 갑자기 증가하면, 연결된 모든 장비에 짧지만 손상을 주는 과전압을 유발할 수 있다. 결함이 있는 전압 조정기도 과전압을 유발할 수 있다.[1]
과전압 사례의 예로 2011년 8월 25일 캘리포니아주 이스트팰로앨토에서 발생한 사건이 있다. 232명의 고객에게 공급되는 전압이 110V에서 약 400V로 80분 동안 상승했다. 이 사건으로 스마트 미터를 포함한 전자 장비, 전구 및 기타 전기 장비가 손상되었다.[2][3] 이러한 사건의 반대는 정전이다.
4. 과전압의 영향
과전압은 기기의 설계 전압 이상의 전압을 기기 전원부에 가하여 전원부 손상을 일으킬 수 있으며, 선로 전력을 직접 사용하는 경우 기기 오작동을 유발할 수 있다. 또한 전자 장비와 같이 전압에 민감한 기기는 수명에 큰 영향을 받게 된다.
전자 및 전기 장치는 특정 최대 공급 전압에서 작동하도록 설계되었으며, 장치의 정격 전압보다 높은 전압은 상당한 손상을 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 백열전구에는 정격 전압에서 매우 뜨거워질 정도로 충분히 큰 전류를 흘려보내는 전기 필라멘트 와이어가 있어 빛과 열을 방출한다. 그러나 녹을 정도로 뜨겁지는 않다. 회로의 전류량은 공급 전압에 따라 달라진다. 전압이 너무 높으면 와이어가 녹아 전구가 타버릴 수 있다. 마찬가지로 다른 전기 장치도 작동을 멈추거나 과전압이 회로에 전달되면 불꽃이 튀어나올 수도 있다.
5. 과전압의 전파 경로
과도 펄스는 전원 또는 데이터 회선을 통해 장비에 유입되거나, 강한 전자기장 변화, 즉 전자기 펄스(EMP)를 통해 공간으로부터 직접 유입될 수 있다. 전자 필터는 전선으로 장비에 스파이크가 들어가거나 나가는 것을 방지하는 데 사용되며, 공간과 전자기적으로 결합된 장치(예: 자기 공명 영상 스캐너의 무선 주파수 픽업 코일)는 전자기 차폐로 보호된다.
6. 과전압 보호 대책
과전압으로부터 장치를 보호하기 위해 여러 장치들이 사용된다. 이러한 장치들은 과도한 전압을 안전하게 처리하여 장비 손상을 방지한다. 주요 과전압 보호 장치로는 아크 혼, 애벌런치 다이오드, 가스 방전관, 피뢰침, 금속 산화물 배리스터, 스파크 갭, 과도 전압 억제 다이오드, 트리실, 제너 다이오드 등이 있다.
6. 1. 과전압 보호 장치
다음은 과전압으로부터 장치를 보호하는 데 사용되는 장치들이다.7. 한국의 과전압 현황 및 대응
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참조
[1]
웹사이트
What Causes High Voltage in Diesel Generators? What Can We do to Prevent Generator from Being over Voltage?-Tide Power Technology Co., LTD
https://www.tidepowe[...]
[2]
웹사이트
Power surge raises questions about SmartMeters
https://www.paloalto[...]
[3]
웹사이트
Power surge pops lights, televisions in East Palo Alto
https://www.paloalto[...]
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