차단기 Surge

  

교류 차단기 

 

구   분	진공차단기(VCB)	SF6 가스차단기(GCB)	가스절연 스위치기어(GIS)
외 관
기 술 적 적 합 성	•정격전압 : 3～36kV •정격전류 : 600～3,000A •개폐 및 차단성능 우수 •국내사용실적 다수	•정격전압 : 3～500kV •정격전류 : 600～4,000A •절연내력 우수 •이상전압 발생 없음	•차단부는 가스차단기 •모든 충전부 가스절연 •감전 및 화재 위험성 없음
경 제 성	•가격이 저렴함 •유지보수 편리	•가격이 고가   (VCB대비 2배 이상) •유지보수 편리	•설치면적 축소 •유지보수 편리 •가격 고가
선정사유	•가격대비 신뢰성이 우수하고 국내 지하철 적용 실적이 많음

 

 

저압 차단기 

구   분	기중차단기(ACB)	배선용 차단기(MCCB)
기 술 적 적 합 성	•공기를 소호매질로 하여 저압계통 전력의 송수전, 절체 및 정지용으로 사용 •고장 발생시 신속 자동차단 책무보유 •계전기 내장형과 외장형이 있음 •직류(DC 1kV) 제어전원이 소요됨 •고정형과 인출형이 있음	•개폐기구, 트립장치 등을 절연물 용기내에 일체로 조립 •통전상태 부하개폐 및 차단기능 •열동 전자식 트립장치 내장 •고정형과 인출형이 있음
적    용	•저압배전반의 인입 차단기 •대용량 저압전동기 및 전열부하 차단기 •630～5,000A 차단 정격	•저압배전반의 분기 차단기 •전동기 제어반(MCC) 차단기 •저압분전반 차단기 •30AF～1200AF 정격

 

 

직류 차단기 

구   분	기중차단기(ACB)	진공차단기(VCB)
외 관
기 술 적 적 합 성	•국내외에서 널리 사용되고 있음	•성능면에서 비교우위
경 제 성	•구입 및 유지보수 편리	•일본에서만 사용되고 있음 •유지보수상 애로사항 있음
선정사유	•기중차단기(ACB)는 자연 공기내에서 개방할 때, 접촉자가 떨어지면서 자연소호에 의한 소호방식을 갖는 차단기로 교류 저압이나 직류차단기로 많이 사용 •직류용 차단기로 사용할 경우 단락전류 차단시 개폐시간이 극히 짧고 한류 작용을 나타내 고속도 차단기라고도 함

 

 

차단기의 특징

 

가) 유입차단기(OCB)

- 소호방식 : 절연유의 소호작용으로 아아크 소호(탱크형, 애자형), 가장 일반적

- 차단능력 : 높은 재기전압 상승률에 대해서 차단성능이 거의 영향이 없고, 또한 근거리 고장에 강하고, 탈조

  차단과 같은 높은 회복전압에 우수

- 보수 및 점검 : 기름을 사용하므로 화재 위험성, 보수의 번거로움

-기타 ; 부싱형 변류기 사용이 가능하므로 별도의 CT가 필요없어 경제적

 

나) 자기차단기(MCB)

- 소호방식 : 아아크 차단전류와 자계사이의 전자력으로 아아크를 소호실로 넣어 소호

-차단능력 : 전류절단에 의한 과전압이 발생하지 않고 회로의 주파수로 인하여 차단성능이 좌우되지 않는다. (직류 사용이 가능하지만 사용전압에 한계)

-소음 : 차단기 투입 시 소음이 발생하지만 기기에 충격 가능성

-보수 및 점검 ; 기름을 사용하지 않으므로 화재의 위험성이 없고 소호실의 수명이 길고 또한 분해점검이 간편

  하므로 보수점검의 시간이 단축

 

다) 진공차단기(VCB)

- 소호방식 : 진공 중의 높은 절연내력을 이용하여, 아아크 생성물의 진공 중 급속한 확산을 이용하여 아아크

   소호

- 차단능력 : 차단시간이 짧고, 차단성능이 주파수에 영향 없음

- 소음 : 조작 시 폭발음이 없으므로 저소음 차단기 구현

- 보수 및 점검 : 기름을 사용하지 않으므로 화재의 위험성이 없다

- 기타 : 소형 경량이고, 전극 간 거리가 극히 짧고 소요구동력이 적기 때문에 간단한 조작기구로 충분

 

라) 공기차단기

- 소호방식 ; 발생 아아크를 강력한 압축공기(26kg/cm2)의 힘으로 소호하며, 별도의 콤푸레샤가 필요

- 차단능력 ; 대전류 차단용, 차단시 강제 소호시키므로 이상전압이 발생하므로 개폐저항기와 조합하여 사용

   하며, 회로의 고유주파수에 매우 민감하고, 높은 재기전압에 대한 대책이 필요

- 소음 : 압축공기로 아아크 소호 시 대기로 방출되므로 폭발음이 발생하므로 소음기 부착 필요

- 보수 및 점검 : 기름을 사용하지 않으므로 보수점검이 간단하고 경제적 유지관리

- 기타  : UNIT구조이므로 차단기 직렬 수량을 증가시키면 임의의 정격전압이 얻어지므로 대량생산이 가능   

  (다중차단점)

 

마) 가스차단기(GCB )

불활성기체인 SF6가스의 특징은 안정도가 높은 불활성기체로서 불연, 무취, 무독, 무미의 기체이며, 1기압에서 -62°C에서 액화되고, 비중은 공기의 약 5 배, 절연내력은 공기의 2 ～3배

- 소호방식 ; 발생 아아크를 불활성기체인 SF6 가스 탱크실 내에서 소호 (이중 가스압식, 단일 가스압식)

- 차단능력 : 재기전압 상승률이 작고, 근거리 선로고장 차단,이상 지락차단,탈조 차단능력이 우수하며, SF6

   의 특이한 아크특성으로 전류차단(소전류)에 의한 이상전압의 발생이 없다.

- 소음 : 소호가스를 밖으로 배출하고 않으므로 저소음 차단기 구현

- 보수 및 점검 : 밀폐구조이므로 GAS를 채우거나 빼는데 시간이 걸리지만, 아아크 접촉자의 소모가 적으므

  로 점검 회수 적음

- 기타 : SF6가스의 절연성을 이용하여 변전기기 모두를 SF6속에 넣을 수 있는 장점

         (Gas Insulating Switch Board)-GIB

 

차단기가 이상으로 인해서 차단되면 그 순간 Surge가 발생되며, Surge란 line 또는 회로를 따라서 전달되며, 급속히 증가하고 서서히 감소하는 특성을 지닌 전기적 전류, 전압 또는 전력의 과도파형이다.

 

 

(1) 무부하 충전전류 차단 시 Surge

 

무부하 충전전류의 위상은 진상으로 전압보다 90°앞서고, .충전전류는 차단은 전류가 0일 때 이루어지지만, 이때 선로 측에는 파고치에 상당하는 전위가 잔류하여 이것이 선로를 왕복 반사하여 반 사이클 후에는 차단기 전극 간에 파고치의 5배에 가까운 전압이 걸리게 되어 차단기가 재점호하기가 쉬워진다, .따라서 재점호가 생기면 고조파 진동에따라 높은 충격전압을 발생한다. Surge 전압의 크기는 정상 대지전압의 파고치의 2배에 가까우나 재점호가 생길 경우에는 3~4배,경우에 따라서는 6~7배에 달한다.

 

<방지대책>

가) 재점호를 방지하기 위하여 차단속도를 신속하게 할것.

나) 중성점을 직접접지계통으로 하거나 임피던스 접지계통으로 할 것.

다) 병렬회선 설치

 

(2) 고장전류 차단 시 Surge

 

중성점을 리액터 접지시킨 영상임피던스가 큰 계통에 있어서는 고장전류는 90° 가까운 진상전류이며, 이것을 전류 0에서 차단하면 차단기의 전원 측 전압은 차단 직전 최대 아아크 전압에서 전원전압으로 전이되고. 이때 과도 진동에 의하여 Surge가 발생한다

Surge의 크기는 정상대지전압 파고치의 2배 이하이다.

 

<방지대책>

Surge전압은 대체로 높지 않으므로 특별한 방지책은 필요 없으나 만일 높은 값의 전압이 걸리는 경우에 대비하여 중성점에 저항접지를 실시해야 한다.

 

(3) 변압기 여자전류 차단 시의 Surge

 

차단능력이 큰 차단기로 변압기 여자전류의 작은 전류를 차단하면 전류값이 0이 아니더라도 소호되고 전류는 끊어진다. 그러나 이때 큰 전류변화율과 무부하 변압기의 큰 인덕턴스 때문에 Surge가 발생한다.

 

<방지대책>

가) 여자전류의 값이 극히 작고, 단로기로 충분히 끊을수 있다면, 단로기로 차단한다.

나) 변압기 측에 피뢰기 또는 서지흡수기를 설치한다.

 

(4) 3상을 동시에 투입하지 않을 때의 Surge

 

차단기 각 상의 전극은 보통 동시에 투입되지 않고 근소한 시간적 차이가 생긴다.

이 차이가 약간 심한경우는 정상 대지전압 파고치의 3배정도의  Surge가 발생한다.

이 Surge가 변압기 저압 측에 유도되면 부하 측에 위험을 초래된다

 

<방지대책>

변압기 저압 측에 보호콘덴서나 피뢰기를 설치한다.

 

(5) 고속도 재폐로 시의 Surge

 

고속도 재폐로 방식에서 재폐로 시에 선로 측에 약간의 잔류전하가 있고 ,재폐로 시의 재 점호가 일어나며 큰 서어지가 발생한다.

 

<방지대책>

가) 선로 측에 대지 리액터를 설치하여 잔류전하를 빨리 방전시킨다.

나) 투입 시에 저항을 연결해서 2단 투입방식을 채용한다.

 

※차단기의 투입 및 차단방식에는 투입조작방식과 개폐제어 방식으로 구분한다.

 

(1) 투입 조작방식

 

가) 수동 조작식 - 투입에 직접 필요한 기계력이 인력에 의한 방식으로 정격투입전류가 16KA이하에 적용

나) 스프링 투입 조작방식 - 차단기 투입조작에 직접 필요한 기계력이 스프링으로 저장된 에너지에 따라 주어

     진 방식을 말하며, 일반적으로는 인력으로 스프링을 축전하는 것을 수동 스프링 조작식, 전동기로 스프링

     을 축전하는 것을 전동 스프링식이라 한다.

다) 전기 투입 조작방식 - 차단기의 투입조작에 직접 필요한 기계력이 전자 솔레노이드의 전기에너지로 주어

     지는 조작방식이다. 이밖에 공기조작식이나 유압조작식이있지만 24KV이하의 차단기에는 별로 사용되지

     않는다.

 

(2) 개폐 제어방식

 

가) 전압개폐방식 - 직류 또는 교류제어전원을 사용해서, 보호계전기 또는 제어스위치로 차단기의 조작장치

     를 제어하고,차단기를 개폐하는 방식이다

나) 과전류개폐방식 - 차단기의 주회로에 접속된 2차전원에 따라 차단기가 개폐되는 방식, 변류기 2차전원에

     따라 상시여자해 두는 것을 상시여자방식, 보호계전기를 제어전원작동시만 순시 여자되는 것을 순시여자

     방식이라 한다.

다) 부족전압 개폐방식 - 부족전압 개폐장치에 인가되어 있는 전압의 저하에 따라 차단기가 개폐되는 방식 개

     폐코일이 직접제어 전원에 접속되어 있는 것을 직접식,보호계전기를 통해서 제어전원에 접속되는 것을 간

     접식이라 한다.

(4) 콘덴서 개폐방식 - 충전된 콘덴서의 에너지로 차단기가 개폐되는 방식이다.

 

 

과전류 차단기에 대하여

 

간선이란 인입점, 발전기, 축전기에서 변압기, 배전반 사이의 배전선로 또는 배전반에서 말합니다. 1개 간선에는 많은 분기회로를 포함하게 되므로 간선 고장은 피해가 넓은 범위까지 파급되므로 부하용량에 적합한 간선 크기 및 과전류차단기의 적정용량 시설로 간선을 보호하여야 한다.

 

1) 간선 결정시 고려 요소

- 전선의 허용전류(주위온도 영향,수용율 고려),전선의 전압강하, 기계적 강도, 장차 증설 또는 변경을 위한 여유분 고려, 부하특성에 따른 여유분 고려(고조파분)

 

2) 전선의 허용전류

상시 허용전류-전기기계 기구의 정격전류, 전선의 최고허용온도, 과전류차단기시설에 따른 전류 조건을고려한다.

ⓛ 간선의 허용전류

㉮ 백열등, 전열기, 기타 소형기계기구(전동기200w(1/4HP이하), 소비전류 6A이하-냉장고, 선풍기) - 정격전류의 합 X 1.0배

㉯ 기동전류가 큰 전기기계기구 - 전동기와 같은 기종을 사용할 경우

  50A 이하 : 정격전류의 합 X 1.25배   50A 초과 : 정격전류의합 X 1.1배

㉰ 함께 사용한 간선 허용전류I0는 전동기의 전류와 전열기의 전류가 50A보다 적을 때는 X 1.25배 이고, 50A보다 많을때에는 X 1.1배로 선정을 한다.

㉱ 과전류차단기 부착 및 선택할 경우에는 전열기의 전류 + (전동기전류 X 3)의경우와 전체전류의 합 X 2.5의 경우 중에 전류가 적은 값을 선택한다.

  또한 간선 허용전류 100A 초과시 과전류차단기 정격은 앞전에 있는 내용을 무시하고 직근 근사치의 상위값을 선정한다. (예를들면 146A가 나왔으면 그 근사치인 150A나 175A의차단기를 설정합니다)

㉲ 과전류차단기 설치시 유의사항

- 개폐기 및 과전류차단기는 분기점으로부터 3m이내의 곳에 시설한다.

- 분기선 허용전류가 간선허용전류의 35%초과 55%이내이면 개폐기 및 과전류차단기는 3m넘고 8m이내의 곳

   에 시설할 수 있다.

- 분기선의 허용전류가 간선 허용전류의 55%초과 경우 개폐기 및 과전류차단기는 분기점으로부터 8m를 초과

   할 수 있다.

② 단락 시 허용전류 - 단락, 지락 시 고장전류가 흐르는 시간이 짧은 기간 동안

     (2초 이하)통전 가능한 허용전류.

   ③ 순시허용전류 - 0.5초이내 최대로 허용할 수 있는 순시허용전류

   ④ 간헐부하 허용전류 - 통전 on/Off시 허용전류.

 

3) 배선용차단기(MCCB)

가) MCCB 설치규정 : 상시상태의 전로를 수동 또는 전기조작에 의해 개폐할 수 있고 또한 과부

    하 및 단락사고 시에 자동적으로 전로를 차단할 수 있는 기구로 저압회로의 보호를 위한 자

    동차단기로 설치 의무화

 

나) MCCB의 특성

① 자동트립핑 특성

- 시연 트립핑 특성(열동트립)

: 바이메탈에 의한 열동식, 기동전류나 일시적 과전류에는 동작하지 않는다.

- 순시 트립 특성(전자트립핑)

: 전자석에 의한 전자식 차단기, 단락전류가 흐를 때 순간적으로 회로차단

② 한류요소

단락전류를 그대로 통과시키지 않고 제한하여 소형의 차단기로 큰 차단용량

 

다) 보호협조 <보호방식>

① 선택차단방식:고장회로에 직접 관계하는 보호장치만 동작하고 건전한 회로는 그대로 급전하는 방식

② 후비차단방식(캐스케이드차단방식):주배전반 모선에 접속되는 보호장치만 설치점에서의 추정단락전류이

    상의차단용량을 가지고 급전회로의 보호장치는 추정단락전류보다 작은 차단용량으로 구성

③ 전정격방식:모든 보호장치를 설치점에 흐르는 추정단락전류이상의 차단용량을 지닌 보호장치로 구성

 

라) 보호협조방식

① MCCB와 ACB의 협조

- MCCB의 차단용량이 단락지점에서 단락전류에 대해 부족한 경우 ACB에 의해서 MCCB를 후비보호 시킨

  다.

- 비교적 소용량의ACB와 대용량의 MCCB조합을 한다.

② MCCB와MCCB의협조

- 선택차단방식

-분기의MCCB와주 회로용 MCCB의 동작특성이 교차하지않도록 구성을 한다

-주회로용 MCCB릴레이 시간이 분기의 MCCB전차단시간 보다 길게 설정을 한다.

- 케스케이드보호방식

-분기점 MCCB의 설치점 추정단락전류가 MCCB의차단용량을 넘을 경우 주회로 MCCB에 의해서 후비보호

  하는방식