피뢰기 열폭주 현상 원인과 대책

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1. 개요

1) Gapless 피뢰기 (ZnO)는 그 특성이 우수하며, 근래에는 거의 모든 피뢰기에서 사용되고 있다. 피뢰기 열폭주 현상은 이들 ZnO 소자에서 발생하는 대표적인 단점이다.

2) Gapless 피뢰기는 방전 경로가 없기 때문에 신품 상태에서도 소량의 누설 전류가 흐른다.

3) 시간이 지남에 따라, 서지 차단 후에는 이 누설 전류가 증가하게 된다. 이는 피뢰기 내부의 소자 특성 악화와 온도 상승이 발생하며, 결국 열폭주 현상이 발생할 수 있다.

(1) ZnO 소자에서 일정 전압 이상 인가 시 누설전류가 발생하고, 이로 인해 소자가 발열하며 열폭주가 발생한다.

(2) 누설 전류로 인해 피뢰기 소자가 더욱 발열되며, 소자의 온도 상승이 열폭주를 가속화시킨다.

(3) 이때의 방정식은 다음과 같다:

$$ R = R_0 \left[1 + \alpha (T – T_0)\right] $$

여기서 $ R_0 $는 초기 저항값, $ T $는 온도, $ \alpha $는 온도 계수이다. 따라서 온도가 상승하면 저항이 줄어들고, 누설 전류가 더 증가하는 악순환이 반복된다.

$$
P = I^2 R
$$

이 식에 의해 누설 전류가 증가하면서 발생하는 발열이 지속적으로 피뢰기를 과열하게 만들어, 파손으로 이어진다.

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