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절연 스파크 갭의 기능:
적용:
2개의 다른 접지극 사이에 절연 스파크갭을 연결하여 과전압 발생시 각 접지극간의 등전위 확보.
절연 스파크 갭은 2개의 다른 접지극 사이 또는 절연된 금속체 간의 과전압 발생시에만 등전위 확보 목적으로 사용!
기능:
정상 상태에서의 스파크갭은 매우 높은 절연저항치 및 낮은 정전용량에 의해 피보호 장비의 정상동작에 영향을 주지않음.
스파크갭 사이에 일정한 전압치에 이르면 전위차가 다른 두개의 접지극은 등전위가 된다.
스파크 갭이 방전을 시작하자 마자 대부분의 에너지는 자체에 흡수되거나 주위에 위험을 주지 않고 방사된다.
방전후 에너지는 소호되고 전원측에서 흐르는 속류도 차단되어 원래의 절연 상태로 되돌아 간다.
가스 방전의 물리적 이행 과정
정상 상태의 조건하에서 절연 스파크 갭은 매우 높은 절연 저항치(10G Ohm)를 갖는다.
일단 일정한 전압치(UAG , UAS)에 도달하면, 순간적으로 스파크 갭은 단락된다.
전하운반자(charge carrier)들은 방전구역내에 어느정도 항상 존재하고 있는데, 전계에의해 전자를 향하여 빠르게 이동한다.
높은 속도로 가속화된 전자들은 가스 분자와 충돌하여, 가스 분자로 부터 전자들을 분리하게 한다.
이와 같이 급격히 증가된 전하 운반자들에 의해 전류가 빠르게 흐르게 된다.
그러므로, 임펄스 내의 에너지는 효과적으로 접지를 통하여 대지로 방전되기 때문에 전기, 전자 장비가 안전하게 보호된다.
일단 발생된 전압이 소멸되고 나면 대전된 입자들은 원래의 가스분자로 재결합된다
가스봉입 절연 스파크 갭은 원래의 높은 절연 상태로 복귀되어, 기능상의 한 주기가 끝나게 된다.
가스 방전의 물리적 진행 과정 TOWNSEND AVALANCHE(타운젠트 전자눈사태 현상)
가스 증식 은 강한 전계내에서 자유 전자 운동의 결과이다. 전계 강도가 10 KV/cm이상이 되면 가스 내에서 2차 이온화가 이루어질 만큼 충분한 충돌에너지가 확보된다. 이러한 이온 충돌에 의해 1개의 자리에 2개의 자유 전자가 생기게 되며 이때 전계가 일정할 경우에 전자 수는 기하 급수적으로 증가되어 인가된 전계의 반대방향으로 이동하게 된다.
전자의 증식은 전자들이 단지 양극( Anode)에 도달할 때에야 비로소 종료된다. 이러한 전자증가 현상을 타운젠트 전자 눈사태(Townsend Avalanche) 라고 하며, 이것은 단 1개의 자유 전자에 의해서 시작된다. 이 전자 눈사태에 의해 생성된 전자 수와 가스내의 전하량은 1000배 또는 그 이상으로 간단히 증가 된다.
타운젠트 전자눈사태 현상은 가스 방전관(GDT)내의 특정 조건하에서 100㎱ 이하의 짧은 시간 내에 이루어 진다. 그러므로 이와 같이 부가된 전하는 정상적으로 하나의 부수적인 양자의 상호 작용에 의해 관측되는 펄스의 원인이 된다.
GDT의 주 목적은 각각의 타운젠트 눈사태를 발생시키는 입자의 자유행로에 따라 형성되는 각각의 고유 자유 전자를 확보하는데 있다. 그러므로 많은 전자 눈사태는 각각의 부수적으로 대전된 입자에 의해 이루어진다.
사실상 모든 GDT는 원통형 양극과 동 또는 전극 표면에서 스파크 저항 내성이 강한 특수 합금으로 된 음극으로 되어 있다. 이러한 조건하에서의 전계강도는 일정하지않고 그 크기는 전극(음극) 표면에 가까울 수록 커진다.
전극표면 사이의 거리가 가까워지면 전계는 계속 증가되고 결국은 타운젠트 전자눈사태가 일어날 수 있을 만큼 충분히 커짐.
전자 눈사태는 모든 전자들이 양극 표면에 도달할 때 까지 계속된다.
이상적인 전계 조건하에서는 전극이 가까울수록 원래 자유 전자가 형성되어 있던 가스내 에서의 위치에 관계없이 눈사태가 발생하며 이러한 조건은 전계 강도의 크기에서도 동일하게 적용된다.
눈사태를 일으키기 위한 높은 전계강도는 양극과 음극간에 수십만 V 이상의 전압을 인가 하여야 하며, GDT( 전극간 거리, 가스 혼합 비율, 가스 압력)의 종류에 따라 다르다.
출력펄스의 크기는 전극간 인가된 전압에 따라 커지며 각각의 눈사태는 전계강도가 증가될 수록 활발히 이루어진다.
타운젠트 눈사태 현상이 지속되려면 이온에서 형성된 음전하가 반드시 자유전자로 남아 있어야 한다.
어떤 천연가스는 가스 분자가 추가 전자를 구속하여 결국은 음이온을 형성시키려는 경향을 갖는 종류도 있다.
음이온의 질량이 자유 전자보다 수 천 배 이상 되므로 만일 충분한 가스의 양(가스밀도, 가스압력)이라면 충돌에 의해 제2의 이온화가 이루어 질 수 있을 만큼 충분한 에너지를 갖게 된다.
전자들은 일반적으로 불활성 가스분자에 쉽게 부착되지 않으며 아르곤 가스가 GDT내의 충진용으로 많이 사용되고 있다.
산소는 전자와 쉽게 부착되나 자연 상태에서의 공기는 그 구성 비율상의 문제로
사용되지 않는다. 그러므로, GDT는 반드시 가스 누출이 되지 않는 완전 밀폐형 구조이어야 한다.
희귀(불활성가스):
원소 주기율표상의 O 족의 6개 원소이다.
즉,He(헬륨), Ne(네온), Ar(아르곤), Kr(크립톤), Xe(크세논) 그리고 Rn(라돈)이다.
일반적인 조건하 에서의 불활성 가스들은 무색, 무취, 무미 및 비휘발성 성질을 갖는다.
GDT 또는 가스 충진 스파크 갭 어레스터의 전압/ 전류 특성.
GDT (가스충진 또는 가스충진 절연 스파크갭) 어레스터의 정상 상태에서의 특징은 소위 전압/전류 특성 곡선에 의해 보여진다.
A-B 구간에서의 전류는 전적으로 충진 가스의 선행전리(pre-ionization) 에 좌우되며 방전 개시전압 (Uag, Uas) B에 도달하면 방전이 비로서 시작된다.
흔히 이 방전 개시 전압을 제한 전압으로 사용하기도 한다.
전류는 증가하나 전압은 급격히 떨어지는 구간(B-C 구간)을 지나면 글로우 방전(C-D) 구간으로 진입한다.
이러한 전압 강하, 즉 글로우 전압 (Ugl)은 충진 가스의 종류에 따라 다르나 대략 60-120V 정도이다.
전류가 증가함에 따라 전극의 온도가 높아져서 구간 D-E 에서는 열방사가 발생하며 이때 아크 방전이 일어난다.
이때의 전압강하를 아크 방전 전압(Ubo)이라고 하며, 보통 10-20V 정도 수준이다.
이러한 낮은 전압으로 인하여 가스 충진 방전 갭은 높은 방전 능력을 갖게 된다.
GDT size d8 x l6mm
국제 통신 규격 ITU – T / K.12 (previous CCITT / K.12)에 적합
크기 8x6mm는 통신시스템에서의 주배선반 및 부배선반에 가장 일반적으로 사용되는 크기이다.
GDT ( 또는 Gas Tube Arrester..GTA) 뇌 전류에 대한 일차 보호용으로 사용된다.
뇌전류 임펄스(Imp) 2,5kA 10/350µs 와 임펄스 방전내량(Isn)은 10kA , 20kA 8/20µs 를 갖는다.
이 제품의 DC 임펄스 방전개시 전압은 100V/s시 230V ± 20% 이다.
이와 같은 GDT에 관한 시험 요구 조건은 국제 통신 위원회 ,Inernational Telecom Union (ITU)의 표준 규격 소위 „Blue Book“ 제 12장 (K)12에 설명되어 있다.
8x6mm GDT는 여러 제조사의 매거진 규격에 맞으며, 특히 가장 많이 사용하는 LSA 매거진 제조사인 KRONE, 3M-Quante, R & M, CORNING(RXS) 와 기타 제품에 알맞게 제작되어 있다.
안전 장치 부착(Fail-safe)은 통신 선로에 교류 과부하 또는 너무 과다한 뇌전류가 흐를때 GDT 과부하에 의한 설비의 손상 방지를 위하여 사용된다.
그리고, 적용 전압은 90V 에서 600V 까지 다양하다.
LEUTRON 소형 GDT , 소형 MDF용
현재 통신 설비의 추세는 MDF의 소형화 이며, 많은 통신 MDF의 하드웨어에서 요구되었던 문제점들은 이제는 교환기내의 소프트웨어로서 해결하고 있다.
MDF의 구조는 점점 단순화 소형화 되고있다. 매거진 또한 소형, 콤팩트화 되고 있다.이러한 소형타입으로 2- pole 5x5mm GDT, 5kA인 제품을 최초로 CERBERUS – LEUTRON(모델명 SF…)에의해 수년전에 개발되었고 독일 MDF 시스템 제조사의 매거진 QUANTE에 적용 되고 있다.
5x5mm GDT의 다양한 전압에 동작하는 제품이 구비되어 있으며, 리드와이어 부착형, 또는 SMD 실장용으로 적합하다.
현재 모든 종류의 초소형 GDT는 LEUTRON이 제조 공급하고 있다.
LEUTRON GDT, 5x5mm
* 고품질 산업용 세라믹 사용
* 완전 밀폐형 불활성 가스 충진
* 방사능 물질 불포함!
* 높은 임펄스 전류 내량 5KA
* 고 신뢰성
* 안정적인 동작 기능
* 오랜 내구성
LEUTRON GDT 피뢰기 시리즈 2EM은 고성능 스파크갭을 금속 또는 세라믹 캡슐에 내장시켜 그안에 불활성 가스를 충진한 완전 밀폐 캡슐형 피뢰기이다.
통신용 MDF, 소형 배선반, 전자기기 및 기타 장비용으로 고 신뢰성 및 초소형의 보호 성능이 필요한 설비에 대한 과전압 보호용 피뢰기로 주로 사용된다.
2-pole, ø 5 x 5㎜ GDT용 holder와 LSA 피뢰기 매거진에 플러그형 삽입이 가능하며, PC-board 및 SMD(표면 실장 부품)용으로 lead wire 부착형 GDT도 있다.
LEUTRON GDT, 8x20mm
드문 경우로서 홀더와 매거진이 8x20mm GDT 사이즈가 요구되는 통신 배선반이 있다.
대부분은 높은 보호 성능이 요구되는 설비에서 큰 뇌격 보호 및 NEMP(Neuclear Electric Magnetic Pulse) 보호용으로 사용된다.
Type 2EY…. KRONE 8x20mm GDT 매거진과 기타 8x20mm 홀더에 적합하다.
LEUTRON GDT, 8x20mm
드문 경우로서, 홀더와 매거진이 8x20mm GDT 사이즈가 요구되는 통신 배선반이 있다.
대부분은 높은 보호 성능이 요구되는 설비에서 큰 뇌격 보호 및 NEMP(Neuclear Electric Magnetic Pulse) 보호용으로 사용된다.
Type 2EY…. KRONE 8x20mm GDT 매거진과 기타 8x20mm 홀더에 적합하다.
LEUTRON GDT, 8x10mm
* 고품질 산업용 세라믹 사용
* 완전 밀폐형 불활성 가스 충진
* 방사능 물질 불포함!
* 높은 임펄스 전류 내량 10 - 20kA
* 고 신뢰성 및 안정적인 동작 기능
* 낮은 DC 방전 개시 전압 (<450V)
* 오랜 내구성
LEUTRON GDT 피뢰기 시리즈 3EL..E는 주석핀이 달린 고성능 스파크 갭을 금속 또는 세라믹 캡슐에 내장시켜 그안에 불활성 가스를 충진한 완전 밀폐캡슐형 피뢰기이다
One-chamber 방식은
a.) 연결된 두 선 사이에 빠른 등전위화
b.) 피뢰기의 빠른 응답이 이루어진다.
안전 장치 표시기 포함 (F1 모델)
통신 및 철도 시스템에 대한 뇌전류 및 과전압 보호용 피뢰기로 주로 사용된다. 또한 기타 통신시스템 및 산업용에 높은 신뢰성이 요구되는 1차 보호용 피뢰기로 사용된다. 가공 및 지중 통신선로 변환되는 지점이나 플러그형 Ø8x10mm 핀 부착형 3극 피뢰기 매거진과 통신용 배선반(예를들면 LSA와 기타 시스템 등)의 홀더에 사용된다. 또한, 용접에 의해 PC-board(4.4mm 모듈)에도 사용된다.
LEUTRON GDT 8x10mm 주석 도금 리드 와이어, 플러그형 및 PCB에 납땜용
이 모델은 KRONE, 3M-QUANTE- POUYET, CORNING (RXS) 와 기타 제품의 매거진에 적합하다.
3EH....E , 10kA는 통상 MDF에 사용되고, 반면에 3EL....E, 20kA는 옥외의 네트워크 인입구 또는 가공 통신선로 인입구에 설치 사용된다.
그러나, 전자 장비나 설비를 과전류나 과전압으로부터 보호하기 위하여 PCB 보드에 설치 사용한다.
LEUTRON, 고성능 GDT 옥외 통신 선로와 신호 선로의 1차보호
1968년까지는 피뢰기 매거진은 8x8mm GDT만 사용되었는데 이것은 그 당시 소형화하는 기술이 없었기 때문이었다.
그러므로 많은 8x8mm 피뢰기 매거진은 오늘날 20년간 사용되었던 피뢰기를 대체 설치할 필요가 있다.
LEUTRON 8x8mm GDT, 2EJ형, 20kA(8/20µs)는 매우 큰 뇌격이 예상되는 장소에 설치한다.
예:
-통신 선로가 가공에서 지중으로 변경되는 장소의 접속함 내
-고객의 가공 통신 선로 접속함 내
-뇌격에 대하여 높은 보호 성능이 요구되는 장소
-기타
LEUTRON GDT, 8x10mm 3-극 피뢰기용 매거진
많은 경우 통신 MDF에는 3-극 arrester magazine이 사용된다.
8x20mm GDT는 가장 일반적인 3-극 피뢰기 매거진에 사용되며,특히 „VS – Standard“ R & M 사의 MDF 매거진에 주로 설치된다.대부분의 DC 방전 개시 전압은 90V - 230V - 90V.
type 3EH에 대한 정격 임펄스 전류 내량은 회선당 총 10kA 8/20µs, 선당 및 대지와 선간은 5kA 이다.
노출 지역이나 혹은 가공 선로인 경우에는 type 3EL 설치가 필요하며, 이것은 총 20kA 8/20µs, 선당 및 대지와 선간은 10KA 이다.
모든 전극들에 대하여 공통 개스챔버 방식을 적용하기 때문에, 라인간에 전위차가 발생하지 않는다.그리고 응답속도은 2–극 GDT에 비하여 이러한 3-극 GDT가 빠르다.
이 점이 단일 가스 챔버를 갖는 3-극 GDT의 일반적인 장점이다.
과전류 보호용 안전장치를 외부에 부착한 모델도 있다.
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