차단기 – 시퀀스에 사용되는 기기

차단기 는 전기 회로에서 전류의 흐름을 제어하거나 차단하여 전기 시스템을 보호하는 중요한 장치 중 하나입니다. 이는 갑작스러운 과전류나 과전압으로부터 전기 설비 및 전자 기기를 보호하는 역할을 수행합니다.

 

기본 동작 원리:

차단기는 전기 회로에서 일정한 전류 이상이나 과전압이 감지될 경우 자동으로 회로를 차단하여 전류의 흐름을 막습니다. 이를 통해 전기 장치나 시스템이 손상되는 것을 방지하고 안전을 유지합니다.

 

종류:

과전류 차단기 (Circuit Breaker): 과전류 상태를 감지하여 회로를 끊는 역할을 합니다. 고전류 흐름이 지속되는 동안 차단기는 회로를 차단하고, 사용자는 차단기를 재설정하여 회로를 다시 개통할 수 있습니다.

과전압 차단기 (Surge Protector): 전기 회로에 갑작스러운 과전압이 발생할 때 차단하여 연결된 전자 기기를 과전압으로부터 보호합니다.

 

적용 분야:

주택 및 상업용 전력 시스템: 전기 패널이나 분전반에 설치되어 전원 공급 회로를 보호합니다.

자동차 전기 시스템: 차량 내 전기 시스템에서도 차단기가 사용되어 과전류로부터 차량 전자 장치를 보호합니다.

 

자동 차단 및 경보 기능:

차단기는 자동으로 과부하 또는 과전압 상태를 감지하고 차단하는데, 이 과정에서 경보 기능을 통해 사용자에게 문제가 발생했음을 알려줄 수 있습니다.

 

1. 차단기

1-1. 배선용 차단기( Molded Case Circuit Breaker : MCCB )

배선용 차단기란, 개폐기구, 트립장치 등을 절연물 용기 속에 일체로 조립한 기중차단기를 말한다. 배선용 차단기는 부하전류의 개폐를 하는 전원스위치로 사용되는 외에, 과전류 및 단락시에는 열동트립기구(또는 전자트립기구)가 동작하여, 자동적으로 회로를 차단한다.

과부하 장치가 있는 장치로써 일명 NFB(No Fuse Breaker)라고 하며, 전동기 0.2kW 이상의 운전 회로, 주택 배전반용 및 각종 제어반에 사용되고 있으며 전원의 상수와 정격 전류에 따라 구분하여 사용하고 주변의 온도는 40℃를 기준으로 한다.

배선용 차단기를 극수에 따라 분류하면 빌딩 등의 분전반에 사용되는 1극, 홈 분전반에 사용되는 2극, 3상 동력에 사용되는 3극, 3상 4선식 회로에 사용되는 4극 등이 있다.

 

(1) 자동 트림 방식

① 완전 전자식 : 코일에 단락전류가 흐르는 경우 대단히 큰 자력이 발생하므로 플런저가 이동하지 않고도 가동판을 끌어당겨 트립을 하게 한다.

② 열동 전자식

(가) 회로에 흐르는 전류가 일정치를 초과하면 히터에서 발생되는 열에 의해 바이메탈이 가열되어 바이메탈이 서서히 휘어지므로 일정시간 후에 트립 바를 작동시켜 트립을 하게 된다.

(나) 코일에 단락 전류가 흐르는 경우 대단히 큰 자력이 발생하므로 바이메탈이 휘어지기전에 가동판을 끌어당겨 트립을 하게 된다.

 

(2) 내부 구조와 취부자세에 따른 차단 효율

 

2-2. 누전 차단기

교류 600V 이하의 전로에서 인체에 대한 감전사고 및 누전에의한 화재,아아크에의한 기구손상을 방지하기 위한 목적으로 사용되는 차단기이며 누전 차단기는 개폐기구, 트립장치 등을 절연물 용기내에 일체로 조립한 것으로 통전상태의 전로를 수동 또는 전기 조작에 의해 개폐할 수 있으며, 과부하 및 단락 등의 상태나 누전이 발생할 때 자동적으로 전류를 차단하는 기구를 말하는 것으로, 누전 차단기는 전기기기등에 발생하기 쉬운 누전, 감전등의 재해를 방지하기 위하여 누전이 발생하기 쉬운 곳에 설치하며, 이상 발생시 감지하고 회로를 차단 시키는 작용을 한다.

 

(1) 누전차단기의 필요성

가. 감전재해로부터 인명을 보호한다.
전기로 충만된 기기에 사람이 노출될 경우 빠른시간내 전로를 차단하여 인명을 보호하는 목적 즉 접촉전압이 30V를 넘으면 안된다.

3종접지와 2종접지의 차이가 9배이하로 접지되어야 하나 평상 저항치는 이것과는 반대로 되는 것이 상례이다.

예를 들면 R2=10Ω의 경우 R3=10/9=약1.1Ω이하로 되어야 되는데 통상의 접지공사에서 어려운일이며 3종 접지는 2종 접지 보다 접지저항이 높은 값을 차지한다. 따라서 반대로 높은 저항값은 R3가 갖는 대신 짧은 시간에 전로를 차단하여 전위 상승을 방지하며 인명을 보호하기 위해 누전차단기 설치가 요구되는 것이다.

 

※접촉전압과 보폭 전압 이란?
전기설비의 불량 등으로 인한 지락사고 전류에 의해 접지전극 부근에 생기는 전위 즉, 대지전위 상승 안전대책의 관점에서 접촉전압과 보폭전압을 허용치 이내로 유지하는 것이 아주 중요하며 이에 대한 자세한 내용을 기술하면 다음과 같다.

 

① 접촉전압
저압전로에서 전기기기나 배선 등의 절연열화 또는 불량으로 인해 누전사고가 일어나게 되면, 지락전류가 전기기기 또는 배선과 대지간에 흐르게 되어 지표면의 전위가 상승하게 되는데 이를 고장전압이라 한다. 이와 같은 상태에서 사람이 기기와 접촉하게 되면 고장전압 중 일부가 인체에 인가 되는데 이를 접촉전압이라 한다.

② 보폭전압
보폭전압은 사람의 양발사이에 인가되는 전압을 말하며 이것은 접지극을 통하여 대지로 전류가 흘러갈 때 접지극 주위의 지표면에 형성되는 전위분포 때문에 양발사이에 인가되는 전위차를 말한다.

◎ 보폭전압과 접촉전압 저감법
전기기기 주변1m 위치에 깊이 0.2～0.4m보조 접지선을 개설하고 주 접지선과 접지 시킨다.
접지기기, 철주위에 자갈, 콘크리트를 15cm정도 타설 한다.(기기 주위에 2m정도는 콘크리트 타설, 그 주위에 자갈 등 포설)

 

(2) 동작 원리

누전이 없는 상태

영상 변류기를 통해 흐르는 전류가 돌아 들어가는 전류와 같은 수치로 되어 있고, 흐르는 전류에 따라 영상 변류기에 발생하는 자속(ΦL)은 서로 상쇄된다.

 

누전이 발생한 상태

누전이 발생하면 영상 변류기를 통해 흐르는 전류에 차가 생기며 이 전류차에 따라 영상 변류기 2차 권선의 누전 검출부에 신호를 보내고, 이 신호에 따라서 누전 검출부가 누전 트립기구를 작동시키며, 누전 차단기는 회로를 차단하게 된다.

 

(3) 회로 결선도

 

3-3. 퓨즈 (Fuse)

퓨즈란 과전류, 특히 단락 전류가 흘렀을때, 퓨즈 엘레멘트가 용단하여, 회로를 자동적으로 차단시켜 주는 역할을 하며 퓨즈를 고정 시키는 것이 퓨즈 홀더이다. 퓨즈는 납이나 주석 등 열에 녹기 쉬운 금속(가용체라고 한다)으로 되어 있으며, 가용체를 절연물로 싼 포장퓨즈와 그대로인 비포장 퓨즈가 있다. 퓨즈의 종류에는 유리형과 통형, 걸이형, 실형 등의 여러가지가 있다.

 

[ 퓨즈의 종류 ]

① 실 퓨즈 : 정격전류 5 A 이하에서 사용한다.

② 판 퓨즈 : 경금속제로 그 양끝에 고리 모양.

③ 통형 퓨즈 : 퓨즈가 통 속에 들어 있다.

④ 플러그 퓨즈 : 플러그처럼 생긴 내부에 퓨즈가 들어 있음

 

[ 통형퓨즈 ]

자동 제어의 배전반용에 가장 많이 사용되는 플러그 퓨즈의 내부 구조는 다음과 같으며, 퓨즈의 색상에 의하여 정격 전류를 구분한다.

 

[퓨즈의 색상]

정격 전류(A) 색표시	색표시
6	녹색
10	적색
16	회색
20	청색
25	황색
35	흑색
50	백색
63	갈색
80	은색
100	적색

 

(2) 사용상 주의사항

① 퓨즈의 정격 용량에 적합한 것을 사용하여야 한다. (동선이나 철선을 사용 해서는 절대로 안 된다)

② 개방형 퓨즈를 설치할 경우 확실히 고정하여야 하며 길이의 여유가 있도록 한다. (인장력을 받지 않도록 할 것)

 

마치며

차단기는 전기 시스템에서 발생할 수 있는 과전류와 과전압으로부터 우리를 보호하는 핵심적인 장치입니다. 전기 설비 및 전자 기기의 안전과 신뢰성을 지키기 위한 필수적인 구성품으로서, 차단기는 갑작스러운 문제 발생 시 전기 회로를 자동으로 차단함으로써 사람들과 소중한 전자 기기를 안전하게 지켜줍니다.

차단기는 다양한 분야에서 사용되며, 주택, 상업 시설, 자동차, 산업 시설 등에서 과전류나 과전압으로부터의 보호를 담당하고 있습니다. 이러한 장치의 신속하고 자동적인 작동은 전기 시스템의 안전성과 신뢰성을 향상시키는 데 크게 기여하고 있습니다.

앞으로는 더욱 발전된 차단기 기술이 등장하여 전력 시스템의 안정성을 더욱 강화할 것으로 기대됩니다. 이는 고급 보호 메커니즘과 지능형 기능을 통해 더 효율적이고 안전한 전기 시스템을 만들어나갈 것입니다. 따라서 차단기는 전기 공학 분야에서 항상 중요한 역할을 지속할 것으로 기대됩니다.

 

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