차단기의 정격

단로기 (89)

단로기는 전기기기의 점검, 수리의 경우 그 부분을 전원으로부터 개방하거나 또는 회로의 접속을 변경할 경우에 사용되는 것으로 전류가 흐르고 있는 회로의 개폐를 목적으로 하지는 않는다. 부하전류를 개폐 하는데는 차단기를 사용하고 더욱 안전을 기하기 위하여 단로기로 회로를 구분한다. 단로기의 정격은 전압이 6.6KV에서는 전류가 200A, 600A, 1200A, 2000A, 4000A가 있고, 23KV에서는 600A, 1200A, 2000A, 4000A가 있다.

 

○ 단로기의 특성

(1) 부하 차단 능력이 없으며 회로 개폐 기능

(2) 차단기와 단로기는 서로 연동

(가) 투입시 : 단로기 투입 후에 차단기 투입

(나) 차단시 : 차단기 차단 후에 단로기 개방

 

 

차단기

차단기는 회로의 사고시에 고장전류를 개방하는 능력을 주목적으로 하며 회로를 선택하여 개폐하는 것이므로 동작횟수 등이 한정된다. 즉 차단기는 정상상태의 부하전류를 개폐함과 동시에 이상상태 발생시에 신속히 회로를 차단하고, 회로에 접속된 전기기기, 전선류를 보호하고 안전하게 유지하는 것이다.

 

 

1. 차단기의 정격

1) 정격전압 : 규정된 조건하의 그 차단기에 부과할 수 있는 사용회로 전압의 上限. (최대 허용전압) 통상 정격전압은 3상의 선 간전압으로 표시. (미 지정시는 선간전압의 실효치)

공칭전압 × 1.2 / 1.1               

EX) 6.6×1.2/1.1 = 7.2KV

22KV - 24KV

22.9KV-Y - 25.8KV-Y 한국전력공사 표준 (ESB)

154KV - 170KV. 345KV - 362KV

차단기의 공칭전압 및 정격전압

공칭전압(KV)	차단기의 정격전압(KV)
3.3/6.6KV	3.6/7.2KV
22KV	24KV
22.9KV - Y	25.8KV-Y
154KV	170KV
345KV	362KV

2) 정격전류 : 정격전압, 주파수하에서 규정의 온도상승 한도를 초과없이 연속 적으로 통과 할 수 있는 전류(600, 800, 1200, 200 0, 3000, 4000A)

※ 차단용량, 정격전류를 고려하여 수전·연락 1250A,

정류기용 630A. 회로전류의 120%이상인 정격전류의 차단기 선정 (콘덴서군 전류의 150%이상)

정격전류 In = P/√3V cosθ

                 P : 설비용량(KW)

                V : 정격전압(KV)

                cosθ : 역율

3) 정격차단전류 : 정격전압, 주파수의 사용조건에서 차단 가능한 전류, 즉 단락 사고시 단락전류를 차단할 수 있는 능력(계통 의 3상 단락전류의 상위치) (2, 4, 8, 12.5, 25KA) GCB - 25KA

4) 정격차단용량 : 정격 차단전류로 대처함  

5) 정격투입전류 : 정격차단전류의 2.5배를 표준(JEC 규격)

* 단락사고가 소멸되지 않은 회로에 차단기를 투입하면 과대한 전류가 흘러 전자력에 의한 기계적인 Shock나 융착을 발생시키는 경우가 있다

* 이러한 회로에 지장 없이 투입할 수 있는 능력이 차단기에 요구  

6) 정격단시간전류 : 정격차단전류와 동일하며 그 전류를 2초간 통과시 이상이 없는 전류

* 정격단시간 전류용량은 단락용량이나 계전기의 정정시간 및 사용 동작책무에 관계됨으로 충분히 검토

GCB : 25KA/2sec, ESB와 광명전기 : 1초간, 미국은 4초간 (10 CYCLE 후자)  

7) 정격차단시간 : 트립 코일이 여자 되는 순간부터 모든 극의 아크가 소호될 때까지의 시간 (교류의 60Hz의 주기로 표시- 3Cycle 차단기라면 3/60sec이내 차단을 완료할 수 있다)

* 차단시간 = 개극시간 + 아크시간

GCB : 5 싸이클

50Hz - 1cycle - 20ms, 60Hz - // - 17ms

*정격차단시간(ESB)

차단기의 정격전압 및 차단시간

정격전압(KV)	차단시간(Cycle), 60Hz기준
7.2	8
25.8	5
72	5
170	3
362	3

※ 정하여진 회로 조건, 정격상태에서 차단기가 차단지령을 받고 나서 부터 차단을 완료하기까지의 시간을 Hz로 표시하는데 보통 고압차 단기는 일반적으로 5~8(Hz)로 표준 주파수로 하고 있다.

7.2KV 이하 - 5~8Hz, 25.8~72.5KV - 5Hz, 170KV 이상 - 3Hz

 

8) 정격개극시간 : 트립 코일이 여자 되어 가동접점이 고정접점에서 떨어지는 시간, 이 시간은 조작기구의 기계적 성능을 나타내는 하나의 척도 * GCB : 0.05초  

9) 정격재기전압 : 정격차단용량하의 차단전력을 차단할 때 나타나는 고유 재기전압의 한도, 고유 재기전압의 진폭율과 주 파수로 나타낸다. * GCB : 0.5KV/㎲

※ 정격재기전압 : 정격차단전류 또는 그 이하의 전류를 차단할 때 부과 될 수 있는 고유 재기전압의 한도

10) 재기전압 : 극 양단자간, 각 접촉자간에 나타나는 過度電壓, 이는 상 용주파의 회복전압과 과도 분으로 나누어 따로 생각하는 것이 편리 ( 차단전류가 Arc 상태로 되어 0으로 된 후에 전극간에 나타나는 전압의 초기의 과도성분(재기전압 상승 률 - 이것의 시간적 증가율)  

11) 정격 투입, 트립 전압 : 직류, 교류 모두 100, 200V

* 투입 - DC시 85~110% 변동에 대해서 성능보장

* 트립 - DC시 60~125%  

12) 절연강도( Insulation Level)

* 전력용 기기 및 기타 공작물 절연강도는 사용주파(Power Frequency) 및 충격파 (Impulse) 의 절연내력을 말함

* 차단기의 절연강도는 보통 대지절연강도(對地絶緣强度)로 표시

* 차단기의 同相 주회로 단자간 및 異相 주회로 단자간의 절연강 도는 대지절연강도 이상으로 되어야 함을 원칙

차단기의 사용주파내전압 및 뇌 임펄스 내전압치

충격전압(KV)	사용주파내전압(KV,RMS) 건조 1분간, 주수 1분간	뇌 임펄스 내전압치 (KV, 파고치)(1.3/50㎲)
7.2	27	60
25.8	60 (50)	150 (125)
72.5	160	350
170	325	750

주 1) 괄호내의 숫자는 옥내용 차단기에 적용

2) 상용주파 전압치의 가압시간은 건조 1분, 주수 1분간으 로 하며, 옥내용은 건조상태 옥외용은 건조 및 주수상태 에서 실시한다

3) 뇌 임펄스 내전압 시험은 건조상태에서 정부양극성을 인 가하여 실시

13) 절연계급(Basic Insulation Level : BIL) : 충격전압(뇌 Insulation) 에 대한 절연강도 정격 내전압치

차단기의 절연 계급

차단기의 정격전압	절연계급의 종류	기준 충격절연강도	내전압치		조작 장치 및 제어장치의 충전부와 대지간
			충격(표준파형)건조 및 주수	상용주파 건조(1분간) 주수(10초간)
3.6	3호 A	45	45	16	20
	3호 B		30	10
7.2	6호 A	60	60	22
	6호 B		45	16

※ 옥내용의 것은 건조상태만이 옥외용은 건조, 주수 상태가 적용

  

 

2. 용어의 정의

1) Bumper : 단극기구의 하부에 차단의 최종동작을 하는 가동부의 스프 링이 역으로 진동하는 것을 막아 기계적 충격을 감소시킨 다. 개폐조작시의 탄성은 Oildamper를 설치하여 극력 억제

2) BIL(Basic Impulse Level) : 기준 충격 절연 강도

3) Lift Lod (절연 조작봉) : Lift Lod Guide(조작봉 지지)에 의하여 수 직 동작, 차단시간의 단축을 위한 접촉자운 동의 고속화 개극 시간의 단축, 고속도 재투 입 등에 의해 조작기구에 부담이 커짐.

※ 차단기의 고장 투입시 투입이 완료한다면 단락투입이 되어 큰 전자 력을 받게된다

4) ANSI(American National Standards Institute) : 미국 국가 규격협회

* 제어장치 : 차단기의 외부에서 신호를 받아서 이를 선택하여 차단기 조작의 에너지를 제어하는 장치(Trip coil, 전자 접촉기, 압력계전기, 전자변, 제어 계전기, 연동보조접점)

5) 조작장치 : 차단기의 가동접촉부를 직접 동작시키는 에너지를 처리하 여 전달하는 기구, 따라서 차단기는 조작전압, 압력 및 제 어전압, 압력이 어느 정도 변동하더라도 이상 없이 동작되 지 않으면 안되는데 이 변동범위는 규정하는 것이 보통이 다

6) 진공차단기의 서지 업서버(Surge Absober) - 뒤진 소전류 차단시 진공차단기는 고진공중에서 아크를 차단하고 진공이 가지고 있는 높 은 절연내력과 아크의 고속 확산 작용에 의해 우수한 차단성능을 갖고 있지만 반면에 무부하의 모타, 변압기를 개폐하는 경우 전류가 영점에 도달하기 이전에 차단하여 끝납니다. 소위 再斷전류가 발생하여 이 전 류와 서지 임피던스의 곱에 비례하는 개폐 서지 전압을 발생하는 경우 가 있다. 이 때문에 6KV회전기 등을 진공차단기로 직접 개폐할 때는 서지 업서버를 회로에 접속하여 서지 전압을 억제하여 기기를 보호한 다. 서지업서버는 콘덴서를 표준으로 하지만 부하의 충격파 내전압치 에 의해 비직선 저항(ZNR)을 사용한다.

7) 콘덴서의 용량 : 0.1㎌로서 유입콘덴서 사용(전압은 회로 전압), 지락 계전기는 방향성의 것을 사용, 지락방향검출을 위한 영상전압 검출은 콘덴서 접지에 의할 것

8) 비직선저항(ZNR)은 부하의 충격파 내전압이 하기 이상의 경우에 사용

3KV 회로 부하 ..... 15KV

6KV 회로 부하 ...... 30KV

9) 서지 흡수기(Surge Absorbor) : ZNR

1. 특성 및 적용 : LA와 동일(구조 동일)

2. 목적 : 구내 선로내 이상전압을 방지(옥내 피뢰기).

선로에서 발생할 수 있는 개폐 서지, 순간과도 전압 등의 이 상전압이 2차기기에 악영향을 주는 것을 막기 위함.

3. 보호대상 : 건식 변압기

몰드 변압기

※ 몰드 변압기의 BIL이 유입 변압기보다 낮다.

4. 설치 : 차단기 후단에

10) 비직선형 직렬저항( NON-LINEAR SERVICE RESISTOR)

비직선 전압, 전류특성 - 큰 방전전류 - 저저항 피뢰기 단자간에 전압저하 상용주파전압에 고저항 - 전류제한

※ 이런 요소로 만든 피뢰기를 비직선 저항형 피뢰기라 한다. (NON-LINEAR RESISTOR TYPE ARRESTER)

11) JEC : 일본 전기규격조사회 표준규격

12) JEM : 일본 전기공업회표준

13) GIS : Gas Insulated Switchgear - 가스절연개폐장치 또는 변전소 화 Compact화 , 자동화.

14) 트립프리(Trip Free) 및 펌핑(anti - Pumping)방지(반복 동작방지)

차단기 투입 동작 중에도 투입동작과 무관계하게 자유롭게 개방시키는 기능, 기계적 조작기구, 전기적 내부회로에 의해 실현.

㉮ 1회 투입지령에 대하여 한번만 투입동작을 한다.

㉯ 투입동작이 완료하면 스스로 투입회로를 개로 한다.

㉰ 투입 동작 중에 차단명령이 들어오면 차단동작이 우선된다.

(CB 점검시 투입, 트립 회로를 병렬로 연결한 후 전원인가 투입 불시 양호)

 

15) 트립프리 방식

1) 기계적인 트립 프리 : 차단기의 조작기구는 기계적으로 트립 프리 방식 채용 투입동작을 하고 있는 도중에 차단기를 트립 시킬 수 있는 기구를 가지고 있는 것, 투입동작기구가 부세되어 예를 들면 전자조작 브란쟈가 투입측에 흡인되어도 개방기구가 부세되면 가동접촉자에의 운동을 전하는 연결기구의 접속을 제거하여 개로 한다. 현재는 대부분 기계적으로 떨어져 투입동작이 되지 않게 설계

2) 전기적인 트립 프리 : 투입회로를 전기적으로 Lock(제어 방식- 펌 핑 방지회로)

전기적인 조작회로에 의하여 트립 프리로 하는 것으로 트립 코일이 여 자됨과 동시에 투입 코일의 전류를 차단한다. 투입신호와 트립신호가 동시에 주어져도 차단기는 OPEN 상태를 유지하는 동작을 하게 된다 (Pumping 방지회로) 제어 개폐기로 투입 조작 중에 트립 프리 기구 가 부세되면 투입조작회로의 전원회로를 끊어 차단동작을 행하는 것

※ 한전 설계기준 : 차단기의 조작에 있어서 트립 프리라 함은 적어도 접촉자의 접촉 또는 접촉자간 아크에 의해 주회로가 통전상태로 되거 나 다시 말해 투입 지령중 일지라도 트립 장치의 동작에 따라 그 차단 기를 트립 할 수 있고 또 트립 완료 후에 투입장치에 투입지령이 계속 부여된 상태라도 재투입 동작을 행하지 않고 일단 투입지령을 해제 후 재투입 지령을 부여했을 때 비로소 투입동작이 행하여지는 것. 이는 투입시 회로에 사고가 있는 경우 급속히 차단하는데 필요한 방식

16) 차단기의 동작책무(動作責務) DUTY CYCLE

차단기가 대전류를 차단하는 경우 접촉자 주위에 이온 등 도전성 가 스가 잔존하고 있어 다음 재투입 후 재 차단을 보증할 수 없기 때문에 차단기의 사용상태에 따라 C, O 및 CO (투입 즉시 차단)를 어떤 시 간 간격으로 행하는 일련의 동작. O - t - CO - t` - CO

※ 표준 동작 책무 : 갑호, 을호, 병호 3종류, 갑호, 을호는 현재 A,B 와 같은 책무, 병호(O-2분-CO)는 50MVA미만의 소용량 차단기를 대상으로 한 것으로 현재는 폐지되어 있다

※ A : O - 1분 - CO - 3분 - CO 및 B : CO - 15초 - CO

차단기의 동작책무

종별	기호	동작책무	비고
일반용	A	O-(1분)-CO-(3분)-CO	전기조작
	B	CO-(15초)-CO
	M	O-(2분)-CO	수동조작
고속 재투입용	R	O-(0.35초)-CO-(1분)-CO	전기조작

O : 차단동작

CO : 투입동작에 이어 지체 없이 차단동작을 하는 것

17) 차단 ㆍ투입 : 전기현상을 기술할 때 사용

18) 트립ㆍ폐로 ㆍ개로 : 단순히 동작을 표현하는 경우에 사용