안녕하세요. 오늘은 전기시설 중 가장 기초적이고 중요한 차단기에 대해 정리하도록 하겠습니다. 차단기는 전로를 개폐하는 가운데 부하전류를 개폐함과 동시에 단락, 지락 등의 이상전류 차단능력을 갖는 것으로 보호계전기와 조합하여 전로와 기기를 보호하는 기기입니다. 즉, 통상의 부하를 개폐할 뿐만 아니라 이상발생시 신속하게 회로를 차단하여 사고의 확산을 방지하고 전기기기를 보호하는 역할을 하는 것입니다.
차단기는 소호메카니즘에 따라 다양한 종류가 있으며 주로 사용되는 전압도 다릅니다. 특고압, 고압에 사용되는 차단기, 저압에 사용되는 차단기 순으로 말씀드립니다. 실무에서 자주 사용되는 차단기는 원리까지 자세히 살펴보도록 하겠습니다.1.특고압/고압용 차단기
① 가스차단기 (GCB:GasCircuitBreaker)
출처 : https://www.electricalengineeringinfo.com/2016/03/sf6-circuit-breakers-working-and-construction-sf6-circuit-breakers.html 열화학적 특성을 가진 SF6 가스(불화황가스)를 아크로 분사하여 소호하는 방식의 차단기입니다. 차단 성능이 뛰어나 초고압(주로 200~800kV의 높은 전압을 말합니다.) 특고압 계통에서 사용합니다. 원리는 공기차단기와 동일하나 절연성능, 소호능력이 높아 기기가 비교적 소형이며 사용된 가스를 대기로 방출하지 않아 소음이 거의 발생하지 않습니다.
다만 SF6 가스가 누출되어 버리면 문제가 되는 것입니다. 절연 능력이 떨어질 뿐만 아니라 가스는 지구온난화 물질이기 때문입니다. GIS 등 GCB 시설이 있는 곳은 SF6 가스의 순도와 압력을 반드시 주기적으로 확인해야 합니다.② 진공 차단기 (VCB : Vacuum Circuit Breaker)
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출처 : https://circuitglobe.com/vacuum-circuit-breaker.html 영화에서 우주선 벽 일부를 부수면 내부 물체들이 일제히 그쪽으로 빨려 들어가는 장면을 본 적이 있죠? 이처럼 진공은 압력이 거의 0인 상태라 확산작용이 큽니다. 진공차단기는 아크의 급속한 확산을 이용하여 소호합니다. 이물질이 거의 발생하지 않고 절연성능이 높아 소형화도 가능합니다. 차단시 외기의 영향을 받지 않고 신뢰성이 높다는 장점 덕분에 고압, 특고압 수변전설비에서 범용적으로 사용됩니다. 구조가 간단하고 유지보수가 용이한 장점도 있습니다.
유일한 단점이 있다면 특성상 과전압(Surge)이 발생하기 때문에 별도의 Surge 흡습기가 필요하다는 점입니다. 흡입된 아크의 이온이나 증기 입자 등은 흡습기의 전극 차폐에 증착되어 다시 진공이 유지됩니다.③ 에어브레이커(AB: Air Blastcircuit Breaker)
출처 : http://skm-eleksys.com/2012/04/air-blast-circuit-breaker-abcb.html 개폐로 인해 발생하는 아크를 10~30[kg/㎠]의 압축공기에 취입하여 냉각 및 소호하는 방식입니다. 앞서 살펴본 GCB와 비슷하지만 Gas가 아닌 압축공기로 SOHO하는 점이 다르네요. 차단능력은 높고 특고압에도 사용가능하지만 압축공기를 만들기 위한 부대설비(압축기 및 공기탱크)가 필요하고 설치면적이 크다는 단점에서 GCB로 대체되는 추세입니다. 소호에 사용된 압축공기가 대기로 방출되기 때문에 상당한 소음이 발생하는 것도 큰 결점입니다.④
출처:http://skm-eleksys.com/2012/03/oil-circuit-breaker.html접촉부를 내장한 용기 안에 절연유를 넣은 유형의 고압 차단기입니다. 차단할 때 발생하는 호에 기름이 분해된 수소 가스가 발생하고 이 수소 가스 냉각 작용에 의한 소호합니다. 초고압 계통에서도 견고하게 적용 전압 범위가 넓고, 과전압을 크게 발생하지 않다는 장점이 있지만 절연유를 사용하는 만큼 정기적인 오일의 관리가 필요하다는 단점이 있습니다. 절연유가 폭발하거나, 드러날 것도 있으며 최근에는 생산도 안 되고 현장에서도 거의 쓰이지 못했답니다. 아크를 전자력으로 소호하는 자기 차단기(MBB:MagneticBlastcircuitBreaker)는 절연유를 사용하지 않고 접점의 마모가 적다는장점이 있지만 최근에는 VCB로 대체되고 있습니다. 2. 저압용 차단기
① 기중차단기(ACB:Aircuit Breaker)
출신 노리:https://www.codrey.com/electrical/air-break-circuit-breaker-acb/기중 차단기는 공기의 자연 소호 방식을 이용한 것으로 소호실(ArcChute)에서 아크를 흡수하고 소호하는 방식입니다. 배선용 차단기에 비해서 동작 전류의 정정이 자유이기 때문에 주로 배선용 차단기로 적용하기 어려운 대용량 차단기로 저압 회로의 주차 단기로 사용됩니다. 원격 조작이 용이하지만 점유 공간이 크다는 단점이 있습니다. 과거에는 변성기와 계전기의 외장형이 생산되었는데 요즘은 변성기, 계전기가 일체에 내장된 제품이 사용되고 있습니다. ② 배선 차단기(MCCB:MoldedCaseCircuitBreaker)지금까지 조사한 차단기가 대형으로 시공되거나 인출형 타입의 차단기라면 아래 2개의 차단기는 패널에 장착되는(Bolt-in) 타입입니다. (물론 앞서 살펴본 브레이커도 비교적 가격이 저렴한 고정타입이 있습니다.) 우선 배선용 차단기는 전로보호가 주목적이며 검출장치, 소호장치, 트립기구가 일체로 절연용기내에 내장되어 있습니다. 사이즈가 작고 동작속도도 비교적 빠릅니다. 휴즈에 비해 결상의 염려도 없고 재사용 및 취급이 간단하며 저압회로에 주로 사용됩니다.
출신 노리:https://www.electrical4u.net/basic-accessories/what-is-mccb-molded-case-circuit-breaker-working-types-of-mccb-included/일반적으로 배선용 차단기를 고를 때는 “정격 프레임”과 “정격 전류”을 확인합니다. 틀은 안전하게 연결할 수 있는 전류를 나타냅니다. 보통 틀에 의해서 실제 차단기의 크기도 달라지므로, 분전반 내부를 설계하는 데도 중요합니다. 정격 전류는 차단기 동작의 기준이 되는 전류의 일입니다. 정격 프레임 내에서는 트립 소자를 바꾸면서 이 전류 감도를 조정할 수 있습니다.(ex. 정격 프레임 400AF/정격 전류 300A)정격 차단 전류 등 다양한 용어를 정리한 초안을 참고하면보다 이해하기 쉬울 것 같습니다. 이 글을 쓰게 된 계기를 먼저 말씀드리면 차단기 선정 기준을 정확히 알고 싶었기 때문입니다. blog.naver.com ③ 누전차단기(ELCB:Earth Leakage Circuit Breaker) 누전차단기는 배선용 차단기와 마찬가지로 과전류를 차단하는 역할을 할 뿐만 아니라 전로나 기기에 누전발생시 누설전류를 검출하여 회로를 차단합니다. 즉 배선용 차단기에 누전감지기능만 추가된 것이라고 생각합니다. 누전전용과 단락보호 겸용이 있으며, 복수감도의 프레임에 정격전류
출처 : https://blog.naver.com/cityvillage/222105703288 아래 표는 오늘 확인한 차단기의 장단점을 정리한 것입니다. 다 넣지는 못했지만 한눈에 파악하기 쉬우니 공부하는데 도움이 되었으면 합니다. 특고압/고압 차단기
장단점 GCB 가스차단기 – 절연내력, 소호능력이 뛰어나 특고압 차단기로 사용 – SF6가 불활성, 비연소성으로 화재위험이 적음 – 소음이 적고 비교적 소형 – GIS(Gas Insulated Switchgear)로 기타기기까지 시스템화 가능 – 가스순도 관리 필요 – SF6가 지구온난화 물질 VCB 진공차단기 – 절연내력이 커 소형화 가능 – 화재위험이 없어 신뢰성이 높음 – 구조가 간단하고 유지보수가 용이함 – 별도 Surge 전압 적용범위가 넓음
저압 차단기
장단점 ACB기중차단기 – 동작전류 정정 자유 – 원방조작 용이 – 점유공간이 비교적 큰 MCCB 배선용 차단기 – 소형으로 취급이 간편 – 동작속도가 빠르다 – 재사용 가능 – 퓨즈에 비해 결상의 우려가 없음 – 동작전류 정정과 원방제어가 어려움 (그러나 최근에는 가능한 유형도 많음) ELCB 누전차단기 – 누설전류를 검출하여 회로차단
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