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홈 및 빌딩제어를 위한 KNX 네트워크의 과전압 보호 방안

건물 및 빌딩에 대한 제어 및 관리 시스템에 대한 비중이 날로 높아가고 있다. 냉난방은 물론 조명, 환기, 접근 통제 제어 등에 대한 비용과 이들을 최적의 조건으로 통합 제어하는 방안이 새로운 과제로 부각되고 있다. 또한 끊임없이 증가하는 에너지 사용을 최적화하는 방안도 적극 모색중이다. 이에 건물 및 빌딩 제어를 위한 개방형 표준 네트워크인 KNX(KONNEX)가 부각되고 있다. [편집자 주]

오늘날, 파워 시스템, 안테나 인스톨레이션용 분배 네트워크 및 전화 네트워크는 물론 PC 네트워크 및 KNX 시스템의 네트워크도 빌딩에 설치된다. 예를 들어, KNX 장치는 4KV까지의 과전압에 대하여 보호되어 있다. 특정 상황에 있어서, 이러한 보호 작용은 빌딩에 직접적으로나 간접적으로 번개가 내리칠 경우에는 불충분하다. 적절한 보호를 하기 위하여 그 밖의 수단이 취해져야 한다.

1. 번개 보호수단의 필요성

빌딩에 필요한 번개 보호 시스템을 셋업할 필요성은 다음과 같기 때문이다.

* 각각의 주 연방(자치구)에 따른 빌딩 규정

* VDE V 0185 파트 2 에 따라서 인스톨레이션의 구조에 대한 리스크 평가

* VdS 2010 에 따른 손해 보험 컴퍼니의 필요성

일반적으로, 번개 보호수단을 필요로 하는 빌딩은 빌딩의 위치, 구조 형태나 쓰임새에 따라 번개가 쉽게 치거나, 번개가 심각한 영향을 미칠 수가 있는 빌딩이다. 번개 보호 시스템은 일반적으로 공공 건물 예를 들면, 학교 같은 곳은 규정상 필수적이다.

2. 번개 및 과전압 보호 수단을 위한 프로젝트 설계 가이드라인

번개 보호수단이 필요하다면, 능동 코어의 연결은 VDE V 0185 파트 3에 따른 피뢰침으로 수행되어야만 한다. 저전압 콘슈머 인스톨레이션에 있어서, 타입 1 의 서지 보호 장치(SPD)가 사용된다. 카테고리 D1 의 보호장비는 데이터 및 전기 통신 시스템은 물론 KNX 인스톨레이션에 사용되어야 한다.

다음과 같은 경우 마찬가지로 카테고리 D1의 보호 장비 사용이 권장된다. 예를 들면,

– 빌딩이 저전압 오버헤드 라인을 통해 연결된 경우

– 번개가 맞을 수도 있는 빌딩에 예를 들면, 금속 굴뚝 또는 안테나 같은 금속 구조물이 있는 경우

– 빌딩 부근에, 번개 보호 시스템을 갖춘 다른 빌딩이 있는 경우이다.

케이블이 빌딩을 가로질러 부설된다면, 피뢰침은 빌딩 입구에 있는 버스 케이블 또는 서지 어레스터에 의해 보호되는 버스 케이블에 인스톨되어야만 한다. 서지 어레스터는 금속 트렁킹 또는 금속 도관에 매설되어 있으며, 금속 도관은 양 단부에 등전위 본딩이 되어있다.

트렁킹 또는 도관의 최소 단면은 번개 전류의 중요 부분이 도관을 통해 이끌어지도록 하기 위하여 정격화되어야한다(DIN VDE V 0185-3: Cu 16mm2, Al 25mm2, Fe 50mm2).
피뢰침은 어떤 손상도 없이, 에너지가-풍부한 번개 전류를 여러 번 전환할 수 있다. 다음과 같은 요구조건을 적용한다.

AC 230/400 V 시스템의 경우

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– 적어도 12.5kA(10/350)의 공칭 방전 용량

– 보호 레벨: 서지 어레스터

(1) AC 230/400V 시스템의 경우
AC 230/400V 시스템의 서지 어레스터는 분배 보드에 장착되어 장치를 보호하는데 사용된다. 서지 어레스터 SPD 타입 2 는 EN 61643-11:2001에 따라 제공되어야 하고후속하
는 다음 필요조건에 따라야 한다.

* 적어도 5kA(8/20)의 공칭 방전 용량

* 보호 레벨: (2) 버스 케이블의 경우
* 적어도 5kA(8/20)의 공칭 방전 용량

* 보호 레벨: 3. 서지 어레스터의 인스톨레이션을 위한 권고

서지 어레스터는 보호 등급 1의 버스 장치는 물론 제 2 와이어링 시스템(AC 230/400 V 및/또는 가열 시스템의 배관)이 버스 케이블에 부가적으로 연결된, 장치를 위해 권장된다. 접지 포인트도 또한 규정된다. 분배 보드에 있어서, 접지 포인트는 각각의 버스 라인을 서지 어레스터와 연결하기 위해 충분히 있다. 버스 라인이 분배 보드의 서지 어레스터에 연결된다면, 외부 컨덕터와 중립 컨덕터도 또한 서지 어레스터에 연결되어야 한다.

빌트-인 스위치 액추에이터가 있는 루미나리의 경우, 서지 어레스터의 인스톨레이션은, 버스 케이블과 파워 케이블이 넓은 에리어에 걸쳐 컨덕터 루프를 형성하는 경우에만 필요하다.

4. 루프 형성의 결과로 인한 서지의 회피

파워 케이블과 버스 케이블 사이는 물론 파이프 시스템과 버스 또는 파워 케이블 사이의 루프는 서지를 위하여 가장 자주 사용된 엔트리 라우트(routes)이다. 따라서 루프는 이미 프로젝트 디자인 단계 동안 회피되어야 한다.

그러므로, 버스 및 파워 케이블은 항상 가능한 서로 근접하게 부설되어야 한다. 이것은 또한, 버스 장치가 접지 구성요소 및 버스 케이블과 필드 조건 하에서 소통한다면, 환기 덕트와 같은 접지 구성요소 및 버스 케이블에도 적용된다.

그러나 루프는 또한 수도 및 가열 파이프와 공동으로 형성된다. 이 경우, 루프는 등전위 본딩 스트립을 경유해 폐쇄된다.

그림 6.4-2 은 빌딩 차폐가 없어지고 코드 엔트리가 바람직하지 못할 경우, 심지어 등전위 본딩이 있는 번개 보호가 실행되는 경우, 어떻게 높은 서지가 예를 들면, KNX 파워 서플라이 유닛 및 시각화 PC 와 같은 두 개의 상이한 시스템에 연결되어 있는 장치 상에 위험하게 발생할 수 있는지를 보여준다. 부가적인 수단이 장치의 입력(그림 6.4-2)에 필요하다. KNX 인스톨레이션이 지속적인 유용성을 가지려면, KNX 장치에 손상을 입지 않도록 관리되어야 한다. KNX 장치들은 EMC 법률 제정법을 필요로 하고 DIN EN 50090-2-2 에서 정의된 기본 인터퍼런스 면역을 나타낸다.

과전압 보호 수단은 이러한 상태에서 만들어져야 한다. KNX 장치는 과전압 분류기준 III 즉, 4kV 의 정격 임펄스 전압으로 설계된다. 이것은 그림 6.4-2의 시각화 PC 와 같이, 특히 서지를 일으키기 쉬운 버스 장치에 부가적인 과전압 보호 수단이 제공되어야만 하는 것을 의미한다. 이 같은 상황에서는, KNX 측 및 파워 시스템 측 모두에서 과전압 보호를 실행한다는 것이 중요하다.

인덕션 루프를 피하기 위하여 다음의 규칙에 주목하여야 한다.

* 버스 및 파워 케이블은 항상 가능한 서로 근접하게 부설되어야 한다. 이것은 또한, 버스 장치가 접지 구성요소와 필드 조건 예를 들면, 가열 밸브 하에서 소통한다면, 접지 구성요소에도 적용된다.

* 케이블 단부 및 접지 구성요소와 다른 케이블 단부 사이의 거리는 가능한 최대 거리이어야 한다.

* 번개 보호 시스템으로부터 예를 들면, DIN VDE V 0185-3에 따라서 터미털 리드로부터 충분한 분리 간격이 유지되어야만 한다.

5. 구조 인스톨레이션을 위한 EMC 보호 매니지먼트

번개 및 과전압 보호 이외에, EMC 보호 매니지먼트 계획이 컴퓨터 센터와 같은 구조적인 인스톨레이션을 위해 계획될 수 있다.

KNX 인스톨레이션이 이러한 형태의 빌딩에서 사용되면, KNX 인스톨레이션은 EMC 보호 매니지먼트에 통합되어야만 한다.

관련 측정 기준 예를 들면, DIN VDE V 0185-4에 따른 번개 보호 구역 개념은 상세하게 EMC 보호 매니지먼트를 책임지는 사람과 동의해야 한다.

6. 접지 및 등전위 본딩

등전위 본딩은 전기적인 장비와 다른 전도성 부분의 하우징이 동일하거나 또는 대체로 동일한 전위를 일으키는 연결을 말한다. 접지 시스템과 대비하여, 등전위 본딩은 접지에 대한 직접적인 콘택트가 없다. 이러한 연결은 단지 접지에 연결하기 위한, 이른바 터미널 러그를 갖춘, 메인 등전위 본딩 컨덕터를 통해서만 설정된다. 등전위 본딩은 구조적인 인스톨레이션의 모든 기술 장비의 기능적인 신뢰성과 사람을 보호하는 것을 기본으로 형성되며 DIN VDE 0100-540 또는 DIN VDE 0800-310으로 규정된다.

스태틱 차지(정전기 충전)를 피하기 위하여, 각각의 라인은 제조업자에 의해 KNX 파워 서플라이에서 이미 설치된 보호 임피던스를 통해 접지 전위에 접속되어야만 한다. 이렇게 하기 위하여, 접지 기호로 표시된 KNX 파워 서플라이의 터미널은 다음의 PE 터미널에 연결된다. 이러한 연결은 초록색-노란색으로 실행되어야 한다.

버스 케이블은 차폐되어야 한다. 그러나 이러한 차폐는 접지되지 않고 등전위 본딩에 통합되지 않는다. 차폐는 케이블 설치로 상호 연결되지 않는다. 차폐가 접지 전위 또는 전도성 부분을 접촉하지 않는다는 것이 보장되어야만 한다.

아이씨엔 매거진 2009년 06월호

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