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개폐장치

차단기의 종류

차단기의 종류

[00-0]
차단기의 종류에 대하여 설명하시오.

[건88-2]
저압 차단기에 대한 종류 및 배선용 차단기(MCCB)의 차단협조에 대해 설명하시오.

차단기의 개발순서

OCB -> ABB -> MBB -> GCB -> VCB

소호물질의 특성

차단기 소호물질의 특성

소호방식에 따른 차단기의 분류

1) OCB(Oil Circuit Breaker)

오일 속에서 전극을 개방하면 발생되는 아크로 오일이 분리되고, 그로 인해서 수소를 주체로한 가스의 팽창에 의한 냉각작용, 가스압의 불어제낌작용, 가스와 오일의 난류작용에 의해서 기중에서의 차단보다도 우수한 차단능력을 갖는다.

2) ABB(Air Blast Circuit Breaker)

고압의 압축공기를 아크에 불어서 소호하는 방식으로 화재의 염려도 없다.

3) MBB(Magnetic Blast Circuit Breaker)

MBB는 자기 불어냄 방식의 기중 차단기로서, 차단하는 전류에 의해 만들어지는 자계를 이용해서 아크를 구동하고, 좁고 긴 슬롯 기구의 내로 아크를 밀어넣어 아크의 길이를 연장하여 아크저항이 증대, 냉각되어 한류시키며 차단하는 방식이다.

4) GCB(Gas Circuit Breaker)

GCB는 우수한 절연특성 및 소호특성을 갖는 SF6 가스를 사용하고 있다. 전에는 고압의 가스를 계속 유지하여 아크를 불어내어 차단하는 2중 입력방식을 주로 사용하였지만, 현재는 접점 개리운동을 이용하여 피스톤과 실린더의 상대적인 운동을 시킴으로서 고압의 가스를 발생시켜 절점에서 발생한 아크를 불어내는 Puffer 방식이 널리 사용된다.

GCB의 특징

① SF6 가스는 소호특성이 우수하고, 아크 유지성능에도 우수하기 때문에 소전류 차단시에 발생하는 서지전압이 작다.
② 전류 차단후의 절연회복 특성이 우수하기 때문에 차단기가 전류를 차단한 후의 재뇌격이나 다중뇌 등에 대해서도 절연의 신뢰성이 높다.
③ 완전 밀봉방식을 채택하고 있기 때문에 배기소음이 없다.
④ 소호성능이 우수하여 소호시의 아크가 작기 때문에 접촉자의 소모가 극히 적고, 보수 점검이 용이하다.

5) VCB(Vacuum Circuit Breaker)

VCB는 고진공(10-3 torr 이하)으로 유지된 진공용기(VI: Vacuum Interrupter)내에서 접점을 개리시켜 아크를 확산 소호하는 차단기이다.

VCB

VCB의 특징

① 전류 차단 후의 극간 절연회복 특성이 우수하기 때문에 차단성능이 좋다.
② 아크가 작기 때문에 전류차단에 의한 접점소모량이 작고, 개폐수명이 길기 때문에 다빈도용 차단기에 적합하다.
③ 진공의 절연내력이 높기 때문에 접점간극이 작아서 소형 경량으로 제작된다.
④ VI는 완전 밀폐용기 이므로 차단시에 아크나 열 가스의 방출이 없고, 안전하며, VI의 보수 및 점검이 불필요하다.
⑤ 진공에서 전류를 차단하기 때문에 차단음이 발생하지 않고, 저소음이다.
⑥ 접점간극이 작기 때문에 조작력이 작아서 경량이며 견고한 차단기가 된다.

저압 차단기의 종류

1) 기중 차단기(ACB)

통전 중인 회로를 개로시에 발생하는 아크를 대기 중에서 소호시키는 차단기로 저압전로에서 간선(주회로)에 사용된다.

2) 배선용 차단기(MCCB)

통전 중인 회로를 개로시에 발생하는 아크를 대기 중에서 한류소호시키는 차단기로 절연물 용기(Mold Case)내에 기구부나 소호장치 등을 수납한 차단기

배선용 차단기(MCCB)
 ACBMCCB
소호방식기중차단기중차단
접점 개리속도느림(비한류)고속(한류작용)
시험규격Cat. B정격차단전류 단시간내력Cat. A한류 타입
정격전류
사용장소간선분기선
조작자동(원방조작 가능)수동
[표] ACB와 MCCB의 구분

배선용 차단기의 차단협조

1) 선택 차단방식

선택 차단방식

선택차단방식은 위와 같이 주회로 차단기와 분기회로 차단기의 협조곡선을 통해서 고장난 분기회로만 선택적으로 차단하는 방식이다.

2) 캐스캐이드(Cascade) 차단방식

캐스캐이드(Cascade) 차단방식

단일 차단기로는 차단용량이 부족할 경우, 그 차단기의 전원측에 설치되는 차단기와 협조하여 즉, 상위의 차단기의 후비보호(Back up)에 의해서 단락전류를 차단하는 방식이다. 이와 같이 되기위해서는 차단시간이 주회로 차단기(MCCB-1)의 차단기가 분기회로 차단기(MCCB-2)보다 같거나 빨라야 한다.

차단기가 동시에 차단할 경우, 아크저항이 직렬로 되어서 더 큰 한류가 발생되어 차단이 보다 용이해 진다.

3) 전용량 차단방식

캐스캐이딩 방식과 상대적인 방식으로 모든 차단기의 설치점에 흐르는 최대고장전류 이상의 차단용량을 갖도록 보호구성한 방식이다. 차단기의 가격이 증가하는 단점이 있지만 보호관점에서 보면 선택성이 높아지는 장점을 갖는다.

주회로 차단기에 ACB를 적용한 경우에는 차단시간이 느리기 때문에 캐스캐이딩 차단방식의 적용은 불가능하다.

AF(Ampere Frame)과 AT(Ampere Trip) Ÿ AF : 같은 형명으로 제작할 수 있는 최대 정격전류로, 배선용 차단기의 제품의 크기를 좌우한다.

Ÿ AT : 배선용차단기의 트립의 기준이 되는 값으로 사용 정격전류이다.

(예) 100AF에는 15, 20, 30, 60, 75, 100AT이 있다.

AT은 차단기 설치지점의 최대부하전류에 의해서 결정되며, AF은 차단기 설치지점 의 고장전류의 의해서 결정된다. 고장전류보다 큰 단시간 특성을 갖는 AF을 선정 해야 되기 때문이다.

[참조] 배선용차단기의 정격전류는 정격전류의 1.1배의 전류에 견디고, 정격전류의 1.6배 및 2배의 전류를 통한경우 전기설비기술기준 제42조의 표에서 정한 시간안 에 용단되도록 하고 있음

3) 누전 차단기(ELCB)

⦁교류 600V이하 저압 전선로에 사용하며, 전로나 부하기기에 누설전류 발생시에 자동차단하여, 누전에 의해서 발생할 수 있는 인체의 감전사고나 화재사고를 미연에 방지하는 장치

⦁배선용 차단기와 만찬가지로 지락검출부(ZCT), 전자회로부, 트립 차단부 등을 절연물 용기에 수납한 것이다.

4) 직류 차단기

(1) 한류식 직류차단기 -> DC 1,500V 이하에 적용

직류고속도 기중차단기에 사용되는 방식으로 차단시에 아크저항에 의해서 직류전류가 한류하여 전류영점을 만들어서 차단하는 방식이다.

전류영점을 만들기 위해서는 아크전압을 회로전압보다 높게 할 필요가 있다. 아크 전압을 증대시키기 위해서 개폐속도를 고속으로하고, 기중에서 아크를 늘리기 위해 절연 베리어에 아크를 불어넣는다.

한류를 이용한 직류전류 차단은 계통전압이 높아지면 그 효과가 미미하므로 1,500V이하에서 주로 채용되는 방식이다.

한류식 직류차단기

(2) 역류 주입식 직류차단기

이 방식은 직류고속도 진공차단기 방식으로 차단기에 병렬로 콘덴서와 리액터로 구성된 역류 주입회로를 설치 개극 후 이 역류 주입회로로부터 차단기에 흐르는 전류와 역방향의 고주파 대전류를 주입함으로 전류 영점을 만들어서 차단하는 방식이다.

역류 주입식 직류차단기

(3) 복합형 직류차단기 -> 기계식 고속차단기+반도체 스위칭 소자

기계식 차단기의 장점과 반도체 차단기의 장점을 복합화한 방식이다. 최근에 HVDC 시스템 국가간 계통 연계에 따른 초고압급에 적용되는 방식으로 ABB가 이 방식을 통해서 상용화에 성공하였다.

반도체 소자의 단점인 통전손실이 크고, 소자의 가격이 고가라는 단점을 보완하기 위해서 주통전로에 기계식 고속차단기와 반도체 스위칭 소자(GTO 또는 IGBT)를 조합하고, 병렬회로에 반도체 스위칭 소자를 배열하여 우회된 고장전류를 차단하는 방식이다.

복합형 직류차단기
개폐장치
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과도회복전압trv
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