21세기 정보화시대에 들어서면서 컴퓨터의 대량 보급과 정보통신망의 광역화, 반도체 응용기기 등의 장비 보급이 증가 추세에 있으며, 이에 따라 전기품질 문제로 야기되는 기기의 장애 비용 규모도 점점 증가하고 있습니다. 최근 전기ㆍ전자기기의 반도체화는 기기의 소형, 경량, 다기능화를 목적으로 하여 가전, 통신, 산업기기 등 다방면에서 비약적으로 진보되고 있으며, 특히 고도 정보사회를 지향하는 멀티미디어 기기의 확대로 과히 눈부시다 할 정도로 발전되고 있습니다. 한편, 이들 전기ㆍ전자기기들에 내장되는 IC, LSI로 대표되는 반도체는 번개나 낙뢰 또는 전기 중장비의 시동이나 주전원 스위치 작동시에 발생하는 전압 임펄스와 전압 스파이크 같은 과도 서지전압(Transient Surge Voltage)에 극히 민감하여 기기의 오작동이나 파손 등이 초래되고 있습니다. 전기ㆍ전자기기의 시스템과 기능의 복합화 또는 기기들의 결합화에 의하여 이러한 문제는 더욱 두드러지고 있으며, 멀티미디어 기기의 고도 데이터 처리에 대한 신뢰성 요구가 매우 높아지면서 서지전압에 의한 기기의 장애는 중요한 문제가 되고 있습니다.

그림 Ⅰ-1은 전기ㆍ전자기기의 변천과 함께 서지 문제가 어떻게 나타나게 되었는지를 나타낸 것입니다. 여기서 중요한 것은 서지피해를 야기하는 서지 자체는 크기와 발생 빈도가 크게 변화하고 있는 것이 아니라, 서지피해의 문제는 오히려 전기ㆍ전자기기의 변천에 있음을 알 수 있습니다. 진공관 기기로부터 반도체 기기로 전환된 시대에는 반도체 자체의 저전압 동작, 저역(低逆) 내압에 의해 종래와 동일한 서지 전압에 대해서도 오작동, 파괴장해 등과 같은 문제가 나타나기 시작 하였고, 따라서 고도 정보시대에 대응하는 저전압 회로의 서지 대책이 시급히 요구되고 있는 것입니다.

서지(Surge)는 원래 AC전압이 평상시의 공급전압 범위보다 5~20%정도 상승한 상태를 말하며, 그림 Ⅰ-2와 같이 AC전압의 싸인파형(Sine Waveshape) 사이클로 표현되고, 보통 8 Cycle 정도 지속하다가 사라집니다. 만약 전압 상승이 8 Cycle 보다 길게 지속되면 이는 과전압(Over-Voltage)으로 분류되고, 천분의 일초(Millisecond), 백만분의 일초(Microsecond), 십억분의 일초(Nanosecond) 단위의 시간대에서 수천 볼트까지 치솟는 임펄스나 스파이크 같은 전압상승현상은 과도서지전압이라고 부르는데 위에서 말한 서지와는 본질적으로 다르지만 서지 업계에서는 모두 서지전압이라 부르고 있습니다. 그림 Ⅰ-3에서 보는 바와 같이 임펄스 형태의 과도서지전압은 최대전압(Peak Voltage), 파형(Waveshape), 상승속도(Rise Time)로 표현됩니다.

전압 임펄스와 스파이크 같은 과도서지전압은 일종의 고주파 성격을 띠고 있으므로 변압기의 1차측에서 2차측으로 쉽게 뛰어 넘을 수 있고, 일단 장비의 전자회로에 침입하면 반도체 부품에 치명적인 손상을 입히게 됩니다.

위에서 살펴본 바와 같이, 서지로 인한 기기의 장애는 번개나 낙뢰로 인한 대형 서지전압뿐만 아니라 기타원인과 같은 생활 속 작은 서지전압들로 인해 서지가 전자기기에 자주 유입됨에 따라 IC반도체 회로의 수명이 단축되고 결국은 이유가 분명치 않은 고장이 자주 일어나게 되는 것입니다.

첨단의 전기ㆍ전자기기들을 서지로부터 보호하지 않을 경우, 시스템에 다음과 같은 결과가 초래될 수 있습니다.

• - 통신기기의 I/O카드, 네트워크 LAN카드 및 중요 IC칩의 파손
• - 컴퓨터 및 첨단 제어기기의 반도체 부품의 파손
• - 컴퓨터 및 통신기기의 오작동 또는 데이터의 손실
• - 상기 사고들로 인한 전산업무의 마비, 정보 처리의 지연 및 고가 장비 보수로 인한 막대한 경제적 손실

현대의 전기ㆍ전자ㆍ통신기기는 반도체 기술의 발달로 초고집적 IC칩으로 내장되어 있어 항상 서지전압의 피해로부터 무방비 상태로 노출되어 있고 실제로 그 피해가 날로 증가하고 있습니다. 이러한 이유 때문에 미국을 비롯한 선진국에서는 군과 산업체는 물론 일반 가정에서까지도 서지보호기가 널리 보급되어 서지전압에 의한 피해로부터 모든 전기ㆍ전자ㆍ통신기기를 보호하고 있습니다. 그러나 우리나라는 선진국과 비교해 볼 때, 아직 전기 및 통신 사정이 불안정한 실정임에도 불구하고 서지보호기의 필요성 인식과 보급은 매우 미약한 편입니다. 그 뿐만 아니라 최근 들어 세계적인 기후환경의 변화로 인해 어느 때보다도 천둥, 번개가 많은 현상이 나타나고 있어 여러 분야에서 전기ㆍ전자ㆍ통신기기의 잦은 고장과 순간적인 오작동의 빈도가 증가되고 있습니다. 이러한 상황에서 고가의 첨단 전기ㆍ전자ㆍ통신기기를 서지전압으로부터 안전하게 보호하기 위해서는 규격에 맞는 서지보호기의 선택과 설치가 최선의 방법이며, 일명 SPD(Surge Protective Device) 또는 TVSS(Transient Voltage Surge Suppressor)로 불리는 서지보호기의 설치를 통하여 전압 임펄스나 스파이크와 같은 과도서지전압이 기기에 도달하기 전에 미리 차단하여 기기를 안전하게 보호할 수 있습니다.

서지보호기용으로 사용되고 있는 부품은 Silicon Avalanche Diode(SAD), Metal Oxide Varistor(MOV) 및 Gas Tube Arrestor(GTA) 3종류가 있으며, 성능 및 기능상 각각 장단점을 지니고 있습니다.(표 Ⅰ-5) 따라서 서지보호기 설계시에는 각 부품의 장단점을 잘 조화시킨 하이브리드 시스템(Hybrid System)으로 설계하여야만 완벽한 성능과 기능을 가진 서지보호기를 만들 수 있습니다. 그러나 현재 국내에 시판되고 있는 저가의 국산 서지보호기는 대부분 MOV 한 개만으로 설계되어 있어 그 성능이 한정되어 있으며, 여러 차례 서지와 접촉할 경우 MOV의 성능이 약화되어 제 기능을 하지 못하는 경우가 많습니다. 그러므로 이러한 값싼 서지보호기를 구입하여 큰 서지로부터 컴퓨터나 기타 고가의 첨단 전기ㆍ전자기기의 피해를 막아보려 하는 것은 피뢰침 없이 고층빌딩을 낙뢰로부터 보호하려는 의도와 같다고 할 수 있습니다. 완전한 서지보호용 제품을 설계하고 그 제품을 구매하는 것은 고가의 첨단 장비 소유자들에게 있어서 전기장애의 피해로 부터 안전한 보험에 가입하는 것과 같다고 할 수 있을 것입니다. 따라서 이러한 완전한 서지보호기를 구입하려고 할 때에는 다음과 같은 성능의 유무를 반드시 확인할 필요가 있습니다.

• - 다단계 보호기능을 위한 하이브리드 회로 설계인가?
• - 보호기능의 작동상태를 실시간으로 확인할 수 있는 "표시등＂은 존재하는가?
- 최대 잔류통과전압(Clamping Voltage)이 110VAC 전원용의 경우 500볼트이하, 220VAC 전원용의 경우 1,000볼트 이하인가?
• - 안전하고 깨끗한 전기를 공급할 수 있는 EMI/RFI 노이즈 필터가 장착되어 있는가?
• - 지락사고로 인한 과전압 유입시에도 장비를 안전하게 보호할 수 있는가?
• - 전기 및 화재 안전을 위한 Circuit Breaker, 온도퓨즈 등이 장착 되어 있는가?