차단기

차단기 (Circuit breaker) 차단기는 회로에 전류가 흐르고 있는 상태에서 그 회로를 개폐한다든지 또는 차단기 부하측에서 단락 사고 및 지락 사고가 발생했을 때 신속히 회로를 차단할 수 있는 능력을 가지는 기기이다. 상시 전류는 물론 단락전류와 같은 사고시의 대전류를 개폐할 수 있다. 회로 보호를 주 목적으로 하기 때문에 부하측 단락사고시 회로를 신속히 차단하는 능력을 가진 기기 기구로서 모두 트립핑 우선으로 되어있다.     (1). 차단기 소호 원리         - 아크 저항을 크게, 아크기등의 입력을 억제, 역발산을 억제 : 쇠약할소         - 아크이 에너지를 감소 → 냉각 → 온도 저하 → 아크 소멸  : 불호            ① 확산 소호설 : 확산에 의한 이음 및 전자 밀도가 낮아져 절연내력 회복            ② 냉각 소호설 : 열 전도가 우수한 수소            ③ 가압 소호설 : 아크 주위 압력을 증가시켜 절연내력 회복            ④ 치완 소호설 : 아크에 신선한 기체, 액체의 매질을 불어넣어 절연 내력 회복     (2) 소호 방식            ① 병렬형 : 소호장치를 설치하지 않고 (탱크형 OCB)            ② 자력형 : 차단시 자신의 아크 에너지를 사용(소유량 OCB, 애자형OCB, MBB)            ③ 타력형 : 다른 장치에 비축된 에너지를 사용(ABB, GCB)            ④ 혼합형 : 자력형과 타력형 장점     (3) 조작 방식            ① 전동조작 : 직류가 없다, 22KV아하 VCB            ② 솔레노이드 : 직,교류 60KV이하 OCB            ③ 유압조작 : Hydraulic Oil을 압축 → 밸브조작 60KV이상 GCB            ④ 압축공기 조작 : 15-30㎏/㎠, 66KV이상 고속도, 고전압, 대전류 개폐조작 GCB, ABB     (4) 차단기 트립 방식              ① 변류기 2차 전류 트립방식            ② 부족 전압 트립 방식            ③ 전압 트립 방식            ④ 콘덴서 트립 방식      (5). 차단기 선정시 유의 사항            ① 설치 방법 - 큐비클, 단독            ② 설치 환경 - 표준 : 옥내, 옥외                                 특수 : 내 해염 오손도, 내식성, 방진, 방폭, 방화, 소음            ③ 회로 조건 - 차단, 투입            ④ 성능 - 전압, 전류, 차단용량, 차단시간, 동작책무            ⑤ 조작 트립 방법            ⑥ 차단기 종류            ⑦ 규 격            ⑧ 수 량            ⑨ 사양 결정       (6) 차단기 소호방식            ① 자연방식 : 유입차단기            ② 자력방식 : 소호실부 유입차단기,유충소호실부 유입차단기            ③ 타력방식 : 유충형(임펄스 차단기),공기차단기 →                              차단과 투입을 공기 압축공기의 힘으로 하는 차단기 ※ 차단기의 차단시간 : 차단기의 가동전극이 고정전극으로 부터 이동 개시하여 개극할 때까지의                                 개극시간과 접점이 충분히 떨어져 아크가 완전히 소호 할 때까지의 아크시간의 합→3∼8[c/s] ※ 정격차단전류(차단용량) : 정격전압,정격주파수하에서 규정된 사용조건에 따라 차단 할 수있는 차단전류의 한도를 말하며 교류분의 실효치로 표시한다. ※ 차단기의 정격전압=사용회로 공칭전압의 1.2/1.1배 차단기 선정시 고려사항 1.사고전류 차단이 가능할것 2.부하전류를 안전하게 통전할 수 있을 것 3.부하 시동시 등,사고 이외의 경우에 불필요 하게 동작하지 않을 것  4.목적으로 하는 보호가 가능할 것  5.회로전압에 적합한 정격장치의 것을 선정할 것  6.과부하,단락 겸용 누전차단기는 그 시설 개소를 통과 하는 단락전류를 차단할 수 있는 것, 즉 단락전류치 이 상의 정격 차단용량을 가지는 것을 선정할 것. 7.누전차단기의 정격전류는 부하전류 이상의 것을 선정.     차단기 용량은 부하의 단락전류에 견딜 수 있는 능력의 정도를 표시하며 차단기 용량은 우선 단락전류를 구하여 계산할 수 있다.  단락전류 계산법은 몇가지가 있으나 퍼센트 임피던스에 의한 계산법이 간편하고 실용적으로 많이 사용되고 있다. Is=100×In/%Z [KA]    ( Is : 단락전류 (정격차단전류),  In : 정격전류,  %Z : 페센트 임피던스) 차단용량(MVA)= √3 ×정격전압(KV)×정격차단전류(KA) 위 식에서 %임피던스 값을 알아야 차단기의 차단용량을 구할 수 있으며 각 부분의 임피던스를 알아야 하며 단순히 임피던스를 환산하려면 계산의 어려움이 있으믈 이를 단순화한 %임피던스를  이용하여 계산한다. 일반적으로 저압전로에 시설하는 과전류차단기의 차단용량 계산시에는 전원 source 임피던스를 "0"으로 간주하며 변압기 %임피던스와 간선의 %임피던스를 고려하여 계산하고 전동기 부하에 대한 고려는 개략적인 값이지만 운전중인 정격전류의 4배를 더한 값을 사용하는 것으로 하여 계산한다. 1. 단락전류(Short circuit current)란? (kA로 표시됨) 전기계통의 고장전류의 일종으로 상과 상이 합선되어 생기는 고장전류 말한다. 상과 상이 합선(short)시 고장점에는 저항이 0에 가까워져 계통의 전원(Utility),발전기, 전동기들은 각각 고장점으로 전류를 보내게 되며 이러한 전류들이 합쳐지면 막대한 대전류가 되어 고장점의 상간단락사고는 3상단락사고(3상일 경우)로 전파되는 것이 보통이며 이 경우(3상단락시) 전기계통고장의 최대전류가 흐르게 된다. 또한 이 단락전류는 대칭교류분과 DC분으로 이루어져 있으며 발생 1/2Cycle후 최대치에 이르게  되며 서서히 감쇄한다. 이 초기 1/2Cycle에 발생되는 단락전류는 그 시간이 너무 짧아 계전기 인식, 동작, 지령,차단기 접점 개시등으로 이뤄지는 긴 시간(3~8cycle)로는 차단할 수 없으므로  고장시 최초발생하는 단락전류의 용량보다 큰 정격차단전류를 가진 차단기를 사용하여야 한다 .(차단기의 정격차단전류는 교류분 실효치로 표시됨) 고장전류는 예전에는 주로 임피던스 맵을 이용한 수계산이 주를 이루었으나, 컴퓨터,프로그래밍 기술의 발전으로 현재 상용화된 프로그램을 사용하는 경우가 많다. 계통설계시 단락전류의 계산은 필수적인 것으로 전기기기, 차단기, 전선 및 relay setting의 기본이 된다. 2. 차단(단락)용량(Short circuit capacity)이란? 차단기의 정격차단전류는 법적으로 반드시 명기해야 하지만 3상일경우 √3 * 정격전압 * 정격차단전류로 계산되는 차단용량은 표기하는 경우와 안하는 경우가  제작사별로 차이가 있다. 위 식에서 보듯이 차단(단락)용량은 정격전압에 따른 차단용량을 표기한 것이다 .(주로 Bus bar에 많이 사용됨) 예컨데, 22.9kV의 단락(차단)용량이 750MVA로 표기되었다면  약 19kA정도의 정격차단전류를 가진다는 의미이다.   1) 차단기의 종류 차단기의 종류에는 유입 차단기(OCB), 공기 차단기(ABB), 자기 차단기(MBB), 진공 차단기(VCB), 가스 차단기(GCB) 그리고 기중 차단기(ACB) 등이 있다. ① 진공 차단기(VCB:많이 사용됨) 진공 차단기(VCB : vacuum circuit breaker)는 진공에서의 높은 절연 내력과 아크 생성물이 진공 중으로의 급속한 확산을 이용하여 소호하는 구조이다. 매우 높은 절연 내력을 가지고 있고 차단기의 형태가 소형이고 가벼우며, 기름을 사용하지 않으므로 화재의 위험이 없어 최근에 많이 채용되고 있다. 그러나 동작시 높은 서지 전압을 발생시키는 결점이 있다. ■ 제품특징 - 우수한 차단성능 - 초소형 경량화 실현 - 고 신뢰성 및 내구력강화에 의한 유지보수 용이 - 조작, 운전의 간편함 ■ 제품규격/모델 정격전압(kV) 차단전류(kA) 정격전류(A) 3.6 / 7.2 8 / 12.5 / 20 / 25 / 31.5 / 40 400 / 600 / 1200 / 2000 / 3000 12 / 15 12.5 / 25°/ 31.5 / 40° 630 / 1250 / 2000 / 2500 / 3150 24 / 25.8 12.5 / 25°/ 31.5 / 40° 600 / 1200 / 2000 / 2500 / 3000 38 31.5°/ 40° 1250 / 2000 / 3150   ② 가스 차단기 가스 차단기(GCB : gas circuit breaker)는 공기나 절연유 대신에 절연 능력과 소호 능력이 뛰어난 불활성 가스인 SF6가스를 이용한 차단기로 개폐시에 발생한 아크를 SF6가스를 분사하여 소호하는 방식이다.  SF6가스는 무취, 무해, 무독, 불연성, 비폭발성의 성질을 가지고 있다. 가스 차단기는 차단할 때 12∼15 [kg/㎠·g] 의 높은 가스통에서 약 2 [kg/㎠·g] 의 낮은 가스 계통으로  SF6가스를 뿜어서 소호하는 밀폐 사이클의 2중 가스압식과 단일 가스압식의 2종류가 있다. 보수 점검 횟수가 적고 차단성이 좋을 뿐만 아니라 소음이 작다.  가격이 고가이며 설치 면적이 커대부분 초고압 계통의 차단기로 많이 사용된다. ③ 기중 차단기(ACB: 많이 사용됨) 기중 차단기(ACB : air circuit breaker)는 자연 공기 내에서 개방할 때 접촉자가 떨어지면서 자연 소호에 의한 소호 방식을 가지는 차단기로서 교류 또는 직류 차단기로 많이 사용된다. 직류용 차단기로 사용될 경우 단락 전류를 차단할 때 개폐 시간이 극히 짧고 한류 작용을  나타내 고속도 차단기라고도 한다. 배선용 차단기는 기구를 몰드된 절연함 속에 넣어 소형화한 것인데, NFB(no fuse breaker) 또는 MCCB(mcoded case circuit breaker)라고 한다