[전력공학] 11. 차단기와 단로기, 퓨즈

1. 차단기(CB, Circuit Breaker)

 차단기는 부하전류와 고장 시에 발생하는 대전류를 빠르고 안전하게 차단하여 고장구간을 건전구간으로부터 분리시키고, 설비의 점검 및 수리 등의 작업 시에 작업 장소를 정전시키기 위해 필요한 장비입니다. 가장 쉽게 볼 수 있는 차단기는 우리가 보통 두꺼비집이라고 부르는 장치가 바로 차단기의 한 종류입니다. 다양한 기준에 따라 다양한 차단기가 있는데, 이번 포스팅에선 소호 원리에 따른 차단기의 종류에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

 

1) 소호 원리에 따른 차단기의 종류

 (1) 유입 차단기(OCB)

 말 그대로 기름을 이용해 소호하는 차단기입니다. 소호실에서 아크에 의한 절연유 분해 가스의 흡부력을 이용해 차단합니다. 기름을 사용하기 때문에 보수가 번거롭지만 방음설비가 필요 없고 공기보다 소호 능력이 크다는 특징을 가지고 있습니다.

 

 (2) 기중 차단기(ACB)

 대기 중에서 아크를 길게 하여 소호하는 차단기입니다.

 

 (3) 자기 차단기(MBB)

 대기 중에서 전자력을 이용해 아크를 소호실내로 유도해 냉각차단하는 차단기입니다. 화재의 위험이 없고, 압축 공기 설비가 필요 없어 보수 점검이 비교적 용이합니다. 그리고 회로의 고유 주파수에 차단 성능이 영향을 받는 일이 없습니다.

 

 (4) 공기 차단기(ABB)

 기중 차단기와 달리 압축된 공기를 아크에 불어 넣어 차단하는 차단기입니다.

 

 (5) 진공 차단기(VCB)

 고진공 중에서 전자의 고속도 확산에 의해 차단하는 차단기입니다. 소형 경량이고 조작 기구가 간편하며 화재의 위험과 폭발음이 없습니다. 또, 차단 시간이 짧고 차단 성능이 회로의 주파수에 영향을 받지 않습니다.

 

 (6) 가스 차단기(GCB)

 고성능 절연 특성을 가진 특수가스(SF6, 육불화황)을 이용해 소호하는 차단기입니다. 밀폐구조를 가져 소음이 없고, 절연 내력이 공기의 2~3배, 소호 능력은 100~200배 차이가 납니다. 이 SF6 가스는 무독, 무취, 무해 가스이므로 유독가스를 발생하지 않습니다.

 

 

2) 차단기의 정격 차단 용량

 차단기 용량은 예상 최대 단락 전류에 의해 결정됩니다.

 여기서 Vn은 정격 전압, Is는 정격 차단 전류입니다. 정격 차단 전류 Is의 경우 앞선 포스팅에서 살펴본 퍼센트 임피던스법을 이용해 구할 수 있습니다.

 

 

3) 차단기의 차단 시간

 트립 코일(Trip Coil)의 여자부터 아크 소호 시간을 합한 것을 말합니다. 우리나라의 경우 차단기의 정격 차단시간의 표준으로 3, 5, 8 [Hz] 를 사용하고 있습ㄴ디ㅏ.

 

 

4) 차단기의 표준 동작 책무

 차단기가 전력 계통에서 사요오딜 때는 차단 - 투입 - 차단의 동작을 반복하게 됩니다. 차단 동작을 O(open), 투입 동작을 C(Close), 투입 직후 곧 차단하는 동작을 CO(Close and Open)라고 할 때 어느 시간 간격을 두고 행해지는 일련의 동작을 규정한 것을 차단기의 동작책무(Duty Cycle)이라고 합니다. 

 

 일반용의 경우 갑호는 [O - 1분 - CO - 3분 - CO]의 동작을, 을호의 경우 [CO - 15초 - CO]의 동작을, 고속도 재투입용은 [O - 임의 - CO - 1분 - CO]의 동작을 기준으로 하고 있습니다. 이런 동작 책무는 차단기 제품의 카탈로그를 통해 확인 할 수 있습니다.

 

 

5) 차단기의 트립방식

 차단기의 틀비은 CT 2차 전류 트립 방식, DC 전압 방식, CTD(Condencer Trip Device) 방식인 콘덴서 트립 방식이 있습니다. 일반적으로 Y결선의 22.9 [kV]의 경우 CTD 방식 또는 DC 방식을 사용하고, 66 [kV]이상에서는 DC방식이 사용되고 있습니다.

 

 

2. 단로기

 단로기는 소호 능력이 없는 개폐기로 선로로부터 기기를 분리, 구분 및 변경 할 때 사용되는 개폐 장치입니다. 단순히 충전된 선로를 개폐하기 위해 사용하므로 고장전류와 부하전류의 차단도 할 수 없는 개폐기입니다.

 

 

3. 전력 퓨즈

 전력 회로에 사용되는 퓨즈로 주로 고전압 회로 및 기기의 단락 보호용으로 차단기와 같은 과전류 보호 장치입니다. 이런 전력 퓨즈는 부하 전류는 안전하게 통전하지만 이상 전류인 과전류는 차단하는 기기입니다. 다만 한류형 퓨즈의 경우 과부하 전류에 용단되지 않아야 합니다.

 

1) 전력용 한류 퓨즈의 장, 단점(차단기와의 비교)

장 점	단 점
- 현저한 한류 특성을 가진다. - 고속도 차단 가능 - 소형으로 큰 차단 용량을 가진다. - 차단시 무소음, 무방출. - 소형, 경량	- 재투입이 불가능. - 차단시 과전압 발생. - 과전류에 의해 용단되기 쉽고 결상을 일으킬 우려가 있다. - 한류형 퓨즈는 용단되어도 차단되지 않는 전류 범위가 있음. - 동작 시간, 전류 틍성을 계전기처럼 자유롭게 조정할 수 없음.

 

2) 퓨즈 선정 시 고려사항

 - 과부하 전류에 동작하지 말 것.

 - 변압기 여자 돌입 전류에 동작하지 말 것.

 - 충전기 및 전동기 기동 전류에 동작하지 말 것.

 - 보호기기와 협조를 가질 것.

 즉, 순간적으로 큰 전류지만 이상 전류가 아닌 경우에선 동작하지 않도록 고려해야 합니다.

 

3) 퓨즈의 특성

 - 용단 특성

 - 단시간 허용 특성

 - 전차단 특성

 

4) 차단기 및 단로기 조작 순서(인터록)

 차단기는 부하전류 뿐만 아니라 고장 전류도 차단 할 수 있는 반면, 단로기는 부하 전류도 개폐할 수 없으므로 단로기 및 차단기의 조작 시에는 다음과 같은 순서를 준수해야 합니다.

 - 투입시 : 단로기(DS) -> 차단기(CB)

 - 차단시 : 차단기(CB) -> 단로기(DS)

 즉, 차단기가 열려있어야 단로기를 열고 닫을 수 있습니다.