Efficacy of Surge Protective Devices in Safeguarding Automatic Fire Alarm System

구현 김; 지훈 최

doi:10.9798/KOSHAM.2023.23.4.133

Abstract

Korea experiences ~ 115,000 lightning strikes annually, posing a significant risk to automatic fire alarm systems. These strikes can increase surge-related issues, increasing the possibility of false operation and component damage to automatic fire alarm systems. Additionally, the components’ life span might be shortened due to long-term stress. Therefore, in this study, a verification test was conducted to verify the effectiveness of SPD (Surge Protective Device) in protecting the receiver of an automatic fire detection facility from overvoltage and lightning-induced surges. The test conditions were selected by comparing and applying domestic and foreign standards. The study analyzed the effect of surge on automatic fire detection equipment systems through a single SPD test and a surge approval test. Our findings demonstrated that when the SPD was installed, the surge was effectively discharged, limiting the open circuit voltage to 10 kV and suppressing any short circuit to 5 kA or less. Conversely, when the SPD was not installed, various phenomena, such as voltage limitation, damage, and arc generation, were observed. This test study holds the potential to be used as primary data for installing SPD in firefighting facilities.

Keywords: SPD (Surge Protective Device), Fire Protection, Surge, Automatic Fire Alram System

요지

우리나라에서 연평균 약 115,000건의 낙뢰가 발생하고 있다. 낙뢰 등으로 인한 서지에 의해 자동화재탐지설비 구성품의 오동작 및 파손 가능성이 증대되고 장기간에 걸친 스트레스로 부품수명을 단축시킬 수 있다. 이에 본 연구에서는 과전압 및 낙뢰 등으로부터 자동화재탐지설비의 수신기를 보호할 수 있는 서지보호장치의 실효성 검증 시험연구를 진행하였다. 국내⋅외 기준을 비교⋅적용하여 시험 조건을 선정하였으며, 서지보호장치 단품시험과 시험체 서지 인가시험을 통해 서지가 자동화재탐지설비에 미치는 영향을 분석하였다. 서지보호장치 설치시 개방회로전압 10 kV, 단락회로전류 5 kA 이하에서 서지가 안전하게 방류되는 것과 반대로 미설치된 경우 전압 제한, 파손, 아크 발생 등의 현상을 확인하였다. 도출된 연구결과를 바탕으로 소방설비 내 서지보호장치 설치에 대한 기초자료로 활용하고자 한다.

1. 서 론

자동화재탐지설비는 화재경보뿐만 아니라 화재예방 역할과 각종 소방시스템, 기기 등을 제어하는 중요한 전자⋅정보통신설비이다. 건물 화재에서 인명피해를 줄이기 위한 방재 대책은 신속한 화재 감지 및 열과 고온가스, 연기확산의 제어를 통해 인명피해를 최소화하는 것이다. 그러나 자동화재탐지설비의 수신기가 설치된 건물에서의 과도현상을 유발시키는 서지(Surge)나 순간 과전압에 대한 대책 방안은 현재 국내 기준으로서 피뢰침을 설치한 것이 전부이며, 관련 규정은 미비하다. 피뢰침으로는 주전원으로 인입되는 과도전압은 막을 수 있지만, 저압부품으로 구성된 수신기는 과전압으로부터 보호될 수 없다.

Table 1과 같이 기상청에서 발표한 낙뢰연보에 따르면 최근 10년간 최저 65,721건에서 최고 226,732건까지 연평균 약 115,000건의 낙뢰가 발생하였다. 이 중 낙뢰의 발생시기는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 여름철에 주로 발생되었으며 7, 8월에 68% 집중되었다(Ministry of the Interior and Safety, 2020; Korea Meteorological Administration, 2021).

Table 1

Number of Ground Discharges Due to Lightning Strikes in the Last 10 Years

Year	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	Average
Number of Ground Discharge	105,647	226,732	66,003	66,484	111,181	188,545	118,676	65,721	82,651	124,447	115,609
Average Contrast (%)	-8.62	96.12	-42.91	-42.49	-3.83	63.09	2.65	-43.15	-28.51	7.65	-

Fig. 1

Number of Lightning Strikes Per Month

낙뢰로 인한 급격한 전압변화(뇌서지) 또는 전기⋅전자 회로, 전기기기 계통의 개폐로 발생하는 과전압, 과전류를 서지라고 표현한다. 서지는 자동화재탐지설비의 관련 장비들을 손상시키거나 오동작을 유발하고 장기간에 걸친 장비의 누적 스트레스로 인하여 수명이 단축되어 순간적으로 오동작 및 파손 가능성을 증대시킨다. 뇌서지의 약 70%는 전원경로, 약 30%는 통신, 제어, 신호계통을 통해 유입되며 서지보호장치(Surge Protective Device, SPD)와 접지를 통해 방류시킬 수 있다. SPD는 전원용과 통신용으로 설치할 수 있으며, 피뢰침, 본딩 외에 뇌⋅방전 등으로 발생한 서지로부터 저압 전기설비, 전자통신설비 등을 보호하는 뇌서지 대책 설비이다.

따라서 본 연구에서는 다중전송방식으로서, 고유신호를 사용하는 자동화재탐지설비의 R형 수신기에 대한 과전압 및 서지 등에 의한 과도현상으로부터 관련 설비를 보호할 수 있는 SPD의 실효성 검증 시험 연구를 진행하고, 국내⋅외 관련 기준 및 규정 등을 비교⋅분석하여 전기⋅통신 설비가 복합된 자동화재탐지설비에 대한 SPD의 필요성 및 효과성 여부를 실증하고자 한다.

2. 국내⋅외 연구 동향 및 관련 기준

2.1 국내⋅외 연구 동향

현재 국내⋅외 SPD에 대한 주장은 서지 침입으로부터 각 설비의 보호를 위해 SPD의 필요성과 적절한 위치 선정 및 설계 등을 강조하고 있다(Lee, 2013).

Kong (2022)은 서지의 정의 및 종류를 분석하였으며 내선공사 등에서 기기를 보호하기 위하여 SPD를 필수적으로 포함하여야 한다고 주장하였다.

Lee (2009)는 서지 등의 과도현상으로부터의 보호시스템에 대한 개발연구를 수행하였다. 소방법 및 기타 규정에서 제시하는 성능 조건 하에서 시험을 실시하여 데이터 구축과 원천기술을 확립하였다.

Ryu (2014)는 소방시설 신뢰성 확보를 위해 소방시설 내 전기설비의 신뢰성이 요구된다고 하였으며, 각 네트워크 구성 증가와 연결로 인한 뇌서지 침입에 대한 대책 마련 필요성을 강조하였다.

Thomas (2021)는 IEC 61643, UL 1449 표준에 따라 SPD의 성능 요구사항 등을 진행하였고, SPD가 과전압 충돌로 인한 장비 고장 위험을 완화하여 전력 설비의 신뢰성을 향상시킬 수 있다고 주장하였다.

Lee (2021)는 서지에 대해 전기설비 및 전기기기를 효과적으로 보호하기 위해 각 계통에 따라 접속형식과 각 설치요건에 맞게 SPD를 적절하게 설치해야 한다고 주장하였다.

본 연구에서는 SPD 설치 위치, 수량, 기준 등의 적정성 확보를 위한 효과성 검증시험을 실시하고자 한다.

2.2 국내⋅외 관련 기준

SPD에 관한 국제 표준은 IEC 62305, IEC 61643, IEC 60364 등이 있으며 국내의 경우 2004년부터 IEC 국제 기준과 동일하게 한국산업표준을 사용하도록 고시하고 있고, 이 중 서지에 대한 보호기준은 Table 2에서 나타낸 바와 같이 피뢰 시스템, 건축전기설비, 저압 SPD 등이 존재한다.

Table 2

Protection Standards for Surge in Domestic

Standard Number	Standard Name	Main Contents
KC C IEC 62305	A lightning system	Protection of lightning equipment in building
KS C IEC 60364	Architectural and electrical equipment	Architectural and electrical equipment
KS C IEC 61643	Low voltage surge protection device	Test and application standards for SPD

또한, 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙은 건축설비의 설치에 관한 기술적 기준 등을 규정하는데, 피뢰설비에 관한 설치기준을 규정하고 설비를 보호하기 위해 제20조 8항(KS C IEC 61643-11, 12, KS C IEC 60364-5-53)에서 SPD의 범위를 명시하고 있다. 전기설비기술기준의 판단기준 제18조(접지공사의 종류) 7항에 따르면 낙뢰 등에 의한 과전압으로부터 전기설비 등을 보호하기 위해 KS C IEC 60364-5-53 (534. 과전압의 보호장치)에 따라 SPD를 설치하여야 한다. 8항에서는 제7항의 SPD는 KS C IEC 61643-11에 적합한 것으로 설치하도록 규정하고 있다.

SPD에 관한 세부적인 표준 분류는 Table 3과 같이 규정되어 있으며 저압 또는 저전압에서 전원용과 통신용 등에서 사용되는 SPD의 요구사항, 시험방법, 성능요건, 적용 등에 관한 한국산업표준에 대하여 KS C IEC 61643을 참조하여 상세히 나타내고 있다.

Table 3

Standard for SPD in Domestic

Standard Number	Standard Name, Contents
KS C IEC 61643-11	Low voltage SPD part 11: low voltage SPD in low voltage power system - requirements and test methods
KS C IEC 61643-12	Low voltage SPD part 12: SPD connected to low voltage distribution system - selection and application guidelines
KS C IEC 61643-21	Low voltage SPD part 21: SPD for network and signal network connection - performance requirements and test methods
KS C IEC 61643-22	Low voltage SPD part 22: SPD for network and signal network connection -selection and application guidelines

우선, 전원용의 경우 Table 4와 같이 KS C IEC 61643-11에서 등급별로 나누어 분류하며 파형과 주요 정격을 규정한다(KS C IEC 61643-11, 2017).

Table 4

KS C IEC 61643-11 Ratings and Waveforms

Ratings	Information	Waveforms	Major ratings
I	I_lmp	10/350 µs	12.5 kA
II	I_n	8/20 µs	I_max 40 kA/In 20 kA
III	U_oc	1.2/50, 8/20 µs	20 kV/10 kA

또한, 통신 및 신호망에서의 낙뢰, 뇌서지 등으로부터 각종 전기통신설비를 보호하기 위한 SPD 선정을 위해 KS C IEC 61643-21 (저압 서지보호장치 제21부: 통신 및 신호망에 연결된 서지보호장치-성능요건과 시험방법)을 참고하여 뇌보호 구역 및 전압레벨을 고려할 수 있다.

국내 모든 소방용품의 경우 KS C 9992를 적용하고 있으며, 그중 서지에 대한 시험방법은 KS C 9610-4-5를 준용하고 있다. 단, 시험 결과의 판단기준은 제조사나 시험 요청자가 제시한 성능 수준에 대해 합격기준을 분류하므로 SPD의 적정용량에 대하여 제시하고 있지 않는 실정이다.

NFPA 780 (2020) Code 4.19 (Surge Protection)에서는 SPD를 전원용과 통신/신호용으로 분류하여 규정한다. 전원용의 경우 8/20 µs 파형으로 최소 공칭방전전류(In) 20 kA를 요구하며, 통신/신호용의 경우 8/20 µs 파형으로 적어도 최대방전전류(Imax) 10 kA를 견딜 수 있는 용량을 설치하도록 규정한다.

3. 시험 개요 및 방법

3.1 시험 개요

시험체에 서지를 인가하기 위해 사용한 조합파 발생기는 KS C IEC 61643-21의 시험기준을 적용할 수 있는 Fig. 2의 조합파 발생기를 사용하였고, 해당 장비의 성능은 Table 5와 같다.

Fig. 2

Combination Wave Generator

Table 5

Specifications of Combination Wave Generator

Open circuit voltage	20 kV
Short circuit surge current	10 kA
Output impedance	2 Ω
Waveform of open circuit voltage	1.2/50 µs

조합파 발생기로부터 인가되는 서지량을 측정하기 위해 Fig. 3의 오실로스코프를 설치하였다. 오실로스코프는 시간에 따라 입력전압의 변화를 화면에 표시해주는 장비로서, 시험에 사용된 해당 장비는 4채널, 1 GHz의 성능을 가지며 조합파 발생기로부터 인가된 서지가 시험체를 거쳐 인입되는 양을 측정한다.

Fig. 3

Oscilloscope

3.2 시험체 구성

시험체에 설치된 감지기의 종류는 일반 및 아날로그 감지기이며 수신기에 설치되는 SPD의 성능을 확인하기 위해 수신기와 중계기, Local 영역으로 구분하여 Fig. 4와 같이 시험체를 구성하였다. 각 영역의 입력측과 출력측에 SPD를 설치하였다.

Fig. 4

Composition of Test Specimens

시험에 사용된 R형수신기의 성능은 Table 6과 같으며 국내에서 주로 사용되는 벽부형 2종을 선정하였다. SPD는 Table 7의 성능을 가지며 국내에서 제작⋅시판 중인 통신용, DC용 장치를 선정하여 시험을 진행하였다.

Table 6

Specifications of Receiver

Specification	Receiver A	Receiver B
Power	27 V/5 A, 28 V/3 A, 5 V/3 A	AC 220 V, 50/60 Hz
Backup power	DC 24 V/4 Ah lead storage battery	DC 24 V/7 Ah lead storage battery
Circuit capacity	127 Adress 254/254 circuit	Maximum 252 circuit/distribution maximum 8 distribution
Temperature range	10~50°C	-10~50°C
Humidity range	0~95%	0~90%

Table 7

Specifications of SPD

Specification	Communications Type	DC Type
Operation voltage	24 V
Maximum continuous usage voltage	28.8 V	28.6 V
Current	Rated operating current (25°C) 500 mA	Rated load current (IL) 8 A
Discharge current (8/20 µs)	20 kA (I_max) 10 kA (I_n)	3~5 kA
Voltage protection level	< 200 V	< 170 V
Remark	1 Ω (line impedance)	6~10 kV (open circuit voltage)

3.3 시험 적용기준

국내 대부분의 SPD는 Table 8의 KS C IEC 61643-21 시험 규정 중 Category C2의 규정에 맞게 제작⋅판매⋅설치되며, 이에 본 시험에서도 해당 규정의 Category C2를 적용하여 SPD의 입력단자로 총 10회의 서지를 1분 간격으로 가하고, 임펄스 전압은 2~10 kV로 총 10회(정극성, 부극성 각 5회) 인가하였다(KS C IEC 61643-21, 2017).

Table 8

KS C IEC 61643-21 Standard Category

Classification	Surge Type	Open Circuit Voltage	Short Circuit Current	Minimum Number of Times
A1	Very slow rate of rise	≥ 1 kV, 0.1~100 kV/s	10 A, ≥ 1,000 µs	-
A2	Very slow rate of rise	Appropriate current value test for AC durability test		Single Cycle
B1	AC	1 kV, 10/1,000 µs	100 A 10/1,000 µs	300
B2	AC	1~4 kV, 10/700 µs	25~100 A, 5/320 µs	300
B3	Slow rate of rise	≥ 1 kV, 100 V/µs	10~100 A, 10/1,000 µs	300
C1	Slow rate of rise	0.5~2 kV, 1.2/50 µs	0.25~1 kV, 8/20 µs	300
C2	Rapid rate of rise	2~10 kV, 1.2/50 µs	1~5 kA, 8/20 µs	10
C3	Rapid rate of rise	≥ 1 kV, 1 kV/µs	10~100 A, 10/1,000 µs	300
D1	High energy	≥ 1 kV	0.5~2.5 kV, 10/350 µs	2
D2	High energy	≥ 1 kV	0.6~2 kV, 10/250 µs	5

3.4 시험조건

3.4.1 SPD 단품시험

단품시험의 경우 제한전압 측정시험과 내구성 시험을 진행하였고 시험방법은 위 3.3의 시험 적용기준에 따라 실시하였다. 시험기준은 SPD의 전압 보호 레벨을 고려하여 설정하였고, Tables 9, 10에 따라 통신용 및 DC용으로 구분하여 시험을 실시하였다.

Table 9

Limited Voltage Measurement Test

Test Standards	Limit voltage measurement: within 150 V
Test Method	- Open circuit voltage: (1.2/50) µs, 10 kV ± 10%
	- Short circuit current: (8/20) µs, 5 kV ± 10%
	- Output impedance: 2 Ω
	- Applied polarity: straight polarity 1 times, negative polarity 1 times
	- Applied circuit for communication purposes: X1-X2
	- Applied circuit for DC purposes: C1-D1
	- Measurement circuit for communication purposes: Y1-Y2
	- Measurement circuit for DC purposes: C2-D2

Table 10

A Durability Test

Test Standards	There shall be no external damage or breakage during or after the test
Test Method	- Open circuit voltage: (1.2/50) µs, 10 kV ± 10%
	- Short circuit current: (8/20) µs, 5 kV ± 10%
	- Output impedance: 2 Ω
	- Applied polarity: straight polarity 5 times, negative polarity 5 times
	- Applied circuit for communication purposes: X1-X2
	- Applied circuit for DC purposes: C1-D1
	- Impulse interval: 30 s

3.4.2 서지 인가시험

수신기 작동 상태에서의 서지 인가시험의 경우 SPD의 설치 유무에 따른 차이를 확인하고자 하였으며 성능요건을 세 가지로 설정하였다. 이 중 하나의 요건을 충족하지 못하는 경우를 부적합으로 판정하였다. SPD 설치 유무에 따른 비교⋅확인을 위해 성능은 Table 11의 요건으로 동일하게 적용하여 시험하였다.

Table 11

Surge Approval Test

Conformity Criteria	- There shall be no external damage or breakage during or after the test
	- There shall be no arc in the enclosure or accessories
	- There shall be no damage to the receiver module fuse
Test Method	- Apply surge in the circuit operating state
	- KS C IEC 61643-21 - Category C2
	- Open circuit voltage: (1.2/50) µs, 10 kV
	- Short circuit current: (8/20) µs, 5 kV
	- Output impedance: 2 Ω
	- Applied polarity: straight polarity 5 times, negative polarity 5 times - Applied circuit (receiver A, B)
	1. receiver-repeater (DC line)
	2. receiver-repeater (Communication line)
	3. repeater-sensors (DC line)
	4. repeater-sensors (Communication line)
	- Impulse interval: 30 s

SPD가 설치/미설치된 수신기의 정상 작동 중 서지 인가 시 수신기, 중계기 및 감지기 등 파손 보호 또는 정상상태 유지를 비교, 확인하고자 하였다. 서지 인가 부위는 AC 전원을 통해 인가된 서지 중 잔류 서지가 통과한 경우를 가정하여 수신기와 중계기 사이로 설정하였다. 다른 인가 부위는 감지기와 중계기 사이 Local 영역에서 인입되는 간접뢰 또는 유도뢰를 가정하여 인가 부위를 설정하였다.

4. 시험 결과

4.1 SPD 단품시험 결과

단품시험의 경우 대규모 산업현장이 아닌 중⋅소 규모 일부 현장에서 외함 접지를 생략하는 현장 조건을 반영하여 인가회로는 Line-PE를 제외한 Line-Line으로 국한하여 서지를 인가하였다.

제한전압 시험의 경우 통신용에서의 측정값은 정극성에서 134 V, 부극성에서 119 V로 성능요건에서 규정하는 150 V 미만 조건을 충족하였다. DC용 측정값은 정극성 804 V, 부극성 762 V로 성능요건 규정 900 V 미만으로 통신용, DC용 모두 ‘이상 없음’으로 확인되었다.

내구성 시험의 경우 통신용, DC용 모두 출력임피던스 2 Ω과 Line의 길이에서 발생되는 저항값을 고려할 때 정극성 및 부극성 모두 약 5 kA로 정상 범위 내로 측정되었으며, 성능요건에서 규정 조건을 만족하여 ‘이상 없음’으로 확인되었다.

4.2 서지 인가시험 결과(SPD 설치)

SPD가 설치된 경우의 서지 인가시험 결과, 수신기 A, B 각각 Table 12의 경우와 같이 인가된 개방회로전압 10 kV, 단락회로전류 5 kA 서지가 SPD를 통해 수신기, 중계기 및 감지기의 파손 없이 유입되는 서지를 정상적으로 방류시키는 것을 확인하였다. 5 kA 인가 시 4 kA 후반대의 출력이 발생하는데, 이는 임피던스 변화로 인해 인가 서지값 미만으로 출력되는 현상이다.

Table 12

Surge Approval Test Results (SPD Install)

	#1 receiver-repeater (DC)			#2 receiver-repeater (communication)			#3 repeater-sensors (DC)			#4 repeater-sensors (communication)
Receiver A	10 kV/ 5 kA (C1-D1)	Straight polarity [kA]	4.71	10 kV/ 5 kA (X1-X2)	Straight polarity [kA]	4.54	10 kV/ 5 kA (C1-D1)	Straight polarity [kA]	4.65	10 kV/ 5 kA (X1-X2)	Straight polarity [kA]	4.49
			4.69			4.57			4.70			4.47
			4.68			4.60			4.68			4.49
			4.72			4.57			4.64			4.45
			4.66			4.55			4.66			4.44
		Negative polarity [kA]	-4.70		Negative polarity [kA]	-4.61		Negative polarity [kA]	-4.70		Negative polarity [kA]	-4.55
			-4.73			-4.51			-4.67			-4.54
			-4.73			-4.55			-4.72			-4.57
			-4.70			-4.55			-4.73			-4.55
			-4.72			-4.58			-4.71			-4.54
Receiver B	10 kV/ 5 kA (C1-D1)	Straight polarity [kA]	4.76	10 kV/ 5 kA (X1-X2)	Straight polarity [kA]	4.53	10 kV/ 5 kA (C1-D1)	Straight polarity [kA]	4.70	10 kV/ 5 kA (X1-X2)	Straight polarity [kA]	4.55
			4.76			4.56			4.69			4.57
			4.71			4.51			4.71			4.56
			4.74			4.57			4.73			4.59
			4.71			4.56			4.75			4.55
		Negative polarity [kA]	-4.78		Negative polarity [kA]	-4.64		Negative polarity [kA]	-4.75		Negative polarity [kA]	-4.61
			-4.79			-4.64			-4.73			-4.60
			-4.78			-4.63			-4.74			-4.67
			-4.81			-4.62			-4.76			-4.61
			-4.76			-4.65			-4.73			-4.61

4.3 서지인가시험 결과(SPD 미설치)

SPD가 설치되지 않은 상태에서의 서지 인가시험 결과, Figs. 5, 6, 7과 같이 수신기 모듈 퓨즈 단선, 아날로그 감지기 파손 및 탈락, 수신기 전원부 및 감지기 부분에서의 아크 발생 등 수신기가 정상 상태를 유지하지 못하고 파손되었다. 또한, Table 13에서처럼 시험체에서 아크 발생 등 이벤트 발생 시점부터 정⋅부극성 측정값은 거의 동일하게 측정되는데, 이는 이벤트가 발생하면서 회로가 개방되거나 임피던스가 파괴되어 나타나는 현상이다.

Fig. 5

Carbonization by Detector Surge

Fig. 6

Arc Generation in Repeater

Fig. 7

Arc Generation in Receiver

Table 13

Surge Approval Test Results (SPD not Install)

	#1 receiver-repeater (DC)			#2 receiver-repeater (communication)			#3 repeater-sensors (DC)			#4 repeater-sensors (communication)
Receiver A	10 kV/ 5 kA (C1-D1)	Straight polarity [kA]	4.59	10 kV/ 5 kA (X1-X2)	Straight polarity [kA]	4.50	10 kV/ 5 kA (C1-D1)	Straight polarity [kA]	4.51	10 kV/ 5 kA (X1-X2)	Straight polarity [kA]	4.20
			4.36			4.06			4.62			4.35
			4.55			4.04			3.80			4.29
			4.41			4.03			4.60			4.22
			4.30			4.03			4.27			4.35
		Negative polarity [kA]	-4.32		Negative polarity [kA]	-4.09		Negative polarity [kA]	-4.63		Negative polarity [kA]	-4.42
			-4.32			-4.02			-4.29			-4.42
			-4.45			-4.02			-4.59			-4.22
			-4.24			-4.53			-4.27			-4.22
			-4.25			-4.52			-4.30			-4.22
Receiver B	10 kV/ 5 kA (C1-D1)	Straight polarity [kA]	4.61	10 kV/ 5 kA (X1-X2)	Straight polarity [kA]	4.54	10 kV/5 kA (C1-D1)	Straight polarity [kA]	4.54	10 kV/ 5 kA (X1-X2)	Straight polarity [kA]	3.97
			4.42			4.16			4.61			3.97
			4.35			4.10			3.54			3.90
			4.22			4.10			4.54			3.90
			4.22			4.16			4.54			3.90
		Negative polarity [kA]	-4.22		Negative polarity [kA]	-4.16		Negative polarity [kA]	-4.61		Negative polarity [kA]	-4.03
			-4.42			-4.16			-4.61			-4.03
			-4.42			-4.10			-4.61			-4.03
			-4.42			-4.16			-4.61			-4.03
			-4.42			-4.16			-4.67			-4.03

5. 결론 및 활용방안

본 시험에서는 과전압, 서지 등에 의한 과도현상으로부터 자동화재탐지설비 내 수신기를 보호하는 SPD의 실효성 검증 시험을 진행하였다. SPD 단품시험과 SPD의 설치 유무에 따른 서지 인가 시의 수신기 정상 작동 상태를 확인하였다.

첫째, 단품시험의 경우 통신용, DC용 SPD 모두 정상 범위를 확인하였고, NFPA 780 (2020)에서 규정하는 통신 및 신호용 SPD의 성능요건인 8/20 µs 파형에서의 최대방전전류(Imax) 10 kA를 견딜 수 있는 최저 용량을 충족하는 것으로 확인하였다.

둘째, 수신기 A와 B 모두 인가된 개방회로전압(10 kV), 단락회로전류(5 kA) 서지가 SPD를 통해 수신기⋅중계기⋅감지기의 파손 없이 정상적으로 방류되는 것을 확인하였으나, SPD가 미설치된 경우는 수신기 모듈 단선, 아날로그 감지기 파손 및 탈락, 수신기 전원부 및 감지기 부분 아크 발생 등 수신기 정상 작동 상태를 유지하지 못한 것으로 확인하였다. 이를 통해 자동화재탐지설비 시스템에 서지가 미치는 영향을 확인하였으며, SPD 설치 시 개방회로전압 10 kV, 단락회로전류 5 kA 이하에서 정상적으로 SPD의 기능이 구현되어 관련 설비를 보호하는 것이 검증되었다.

최종적으로, 본 시험을 수행하기에 소방제품의 전자파적합성 시험방법 기준인 KS 9992 등 관련 국내 기준으로 자동화재탐지설비 등의 소방제품에 적용할 수 있는 SPD의 위치, 용량, 수량. 시험 등의 세부자료가 부족한 상황이다. 이에 NFPA 780 (2020)과 국내 대부분의 SPD의 제작, 판매, 설치 시 준용되는 KS C IEC 61643-21 Category C2를 참고하여 시험을 진행하였다. 해당 연구에서 진행된 시험은 SPD의 최소 수량 및 위치 제안 등을 확인하기 위한 기타 조건에서의 반복 시험 부족을 한계점으로 둔다. 자동화재탐지설비의 적절한 SPD 설치를 위하여 전원⋅통신용으로 용도를 구분하여 입력측과 출력측의 설치 위치, 수량, 기준, 성능 제안 등의 적정성 확보를 위한 기초자료로 활용하고자 한다.