소호방식에 의한 분류

1 개폐장치 (Switch-gear)

전기회로를 구성, 분리 또는 변경을 목적으로 사용되는 기구 또는 장치를 총칭한다.
차단기, 단로기, 퓨즈와 같은 기구뿐만 아니라 모선, 차단기, 단로기, 접지장치, 변성기 등을 금속제 함에 내장시킨 GIS(Gas Insulated Switchgear) 및 MCSG(Metal Clad Switchgear)를 포함한 넓은 의미로 사용한다.
개폐장치는 전류 개폐능력에 따라 분류하면 [표 1]과 같으며 이 기구는 사용목적에 따라 몇 개의 기기가 조합되어 사용되는 경우가 많다.

개폐기의 성능

기기 종류	정상전류			이상전류
	통전	투입	차단	통전	투입	차단
차 단 기 단 로 기 접지개폐기 퓨 우 즈	○ ○ × ○	○ △ × ×	○ × × ×	○ ○ ○ ×	○ × △ ×	○ × × ○

주 : ○ 가능, △ 조건부가능, × 불가능

2 차단기 (CB: Circuit Breaker)

개폐장치의 한 종류로서 정상상태의 電路뿐만 아니라 이상상태 특히, 단락상태의 電路도 개폐할 수 있는 기기를 말한다. 국제표준규격(IEC)에서는 “정상상태에서 전류를 투입․통전․차단하며, 특정시간에 전류를 투입․통전하 고, 단락과 같은 비정상상태에서 전류를 차단하는 성능을 가진 기계적 개폐장치를 말한다.” 라고 정의한다. 차단기의 구비요건으로 다음 성능을 갖추어야 한다.
(1) 투입상태에서 양호한 도체로, 정상 또는 단락고장상태와 같은 이상조건에서도 열적, 구조적으로 견디어야 한다.
(2) 개방상태에서 양호한 절연체로 상간 또는 상과 대지간 절연이 유지되어야 한다.
(3) 차단기 투입시에는 이상전압 발생이 없이 정격 또는그 이하의 발생전류를 정상적으로 차단하여야 한다.
(4) 차단기 개방시에는 접촉자 손상이 없이 신속, 안전하게 회로를 분리하여야 한다.
차단기는 사용회로에 따라 직류용, 교류용으로 분류되며 소호방법에 따라 자력식, 타력식 소호방식으로 구분되고, 소호매질에 따라 기중차단기(ACB), 유입차단기(OCB), 자기차단기(MBB), 공기차단기(ABB), 진공차단기(VCB), 가스차단기(GCB)로 분류된다. 또한 차단기 사용목적에 따라 발전기용, 선로용, 변압기용, 콘덴서회로용, 분로리액터 (Shunt Reactor)용 등으로 분류되기도 한다.

1) 직류차단기(DC Circuit breaker)
전류를 차단하는데 있어서 가장 유효 적절한 시점은 전류가 영점에 도달하는 순간인데, 교류전류는 그 특성상 자연적으로 전류 영점에 도달하기 때문에 교류차단기는 이순간에 전류를 차단할 수 있는 반면에, 직류전류는 자연적 으로 전류영점을 발생하지 않기 때문에 전류차단이 어렵다.
직류차단기에서 전류를 차단하기 위해서는 직류전류에 강제적으로 전류 영점을 발생시킬 수 있는 장치를 갖추어야 하며, 직류전류의 크기를 감소시키기 위하여 유도성회 로에 저장된 에너지를 소산시켜야 하고, 전류차단에 의해 야기되는 과전압을 억제하여야 한다.
직류차단방식을 전류 영점발생 방법에 따라 분류하면
◦ 역전압발생방식(Inverse voltage generating method)
◦ 전류전환방식(Current commutating method)
◦ 발산전류진동방식(Divergent current oscillation method)
◦ 역전류주입방식(Inverse-current injecting method) 등이 있다.

3 소호방식에 의한 분류

1) 자력식(自力式) 차단기
소호방식에 의한 차단기 분류의 일종으로 차단해야 할전류 자체에 의한 아크 에너지 또는 電磁力에 의하여 아크를 소호하는 방식으로 유입차단기의 경우 아크 자체 에너지에 의해 절연유를 분해시켜 만든 가스압력으로 아크를 소호하며, 자기차단기의 경우 직접 아크를 이용하지는 않지만 통상 아크의 전류를 이용하여 磁界를 만들어 소호 하기 때문에 自力式이라 할 수 있다. 자력식의 경우 차단 전류 정격의 10～30% 정도의 小電流에서는 아크 에너지가 적기 때문에 아크 동요가 적어 냉각 및 이온 제거 작용이 활발치 못해 아크 소호시간이 길다. 진공차단기, 자기 차단기 등이 이에 해당된다

2) 타력식(他力式) 차단기
소호방식에 의한 차단기 분류의 일종으로 소호매체를 강제적으로 주입하거나 압축공기 및 가스를 주입하여 아크 자체의 에너지와 관계없이 타 에너지원으로 아크를 소호 하는 가스차단기, 공기차단기 등을 이른다. 他力式의 경우 차단전류와 무관하게 강한 소호에너지가 공급되므로 아크발생시간이 일정하나, 차단전류가 너무 클 때 아크온도 상승에 의한 소호실 압력이 커져 아크에 주입되는 소호매체의 흐름을 방해하여 아크소호시간이 길어지기도 하며 때로는 소호不能狀態로 가기도 한다

4 소호매질에 의한 분류

1) 유입차단기(OCB : Oil Circuit Breaker)
유입차단기는 절연유를 절연 및 소호매질로 사용하는 차단기를 말한다. 탱크형은 대지절연에도 절연유를 사용 하지만 애자형은 대지절연을 지지애자에 의한다. 소호매 질인 절연유는 아크에 의해 H 2 (수소), CH 4 (메탄), C 2 H 2 (아 세칠렌), C 2 H 4 (에틸렌) 등의 탄소화합물로 분해되며 이때 액체→기체화 팽창에 따른 소호실내 압력상승으로 절연유가 치환되며 분해가스중 70% 정도를 차지하는 수소가스의 열전도 특성에 따라 아크 열을 소호실외로 전달, 냉각 시키면서 아크를 소호시킨다.
강력한 소호력을 얻을 수 있는 소호실을 갖춘 것은 23kV이상 차단기에서 많이 사용하였으며 현재는 유지보 수의 번거로움과 진공, 가스차단기 개발, 대체로 사용이 점점 줄어들고 있는 추세다.

2) 자기차단기 (MBB :Magnetic blast Circuit Breaker)
자기차단기는 아크를 아크 슈트와 같은 이온을 소호할수 있는 자기회로를 갖고 있어 대기 중에서 전로를 차단할 수 있는 차단기를 말한다. 즉 대기 중에서 전자력에 의해 소호장치 내로 아크를 끌어들이는 것을 말한다.
자기차단기는 일반적으로 3.6～12kV 정도의 정격전압을 필요로 하는 기중차단기이며 전계의 주어지는 방식과 아크슈트의 구조를 분류하면 다음의 5종류로 된다.
(1) 취소코일 분할 - 치상 아크슈트식

(2) U형 자극 - V자 아크슈트식

(3) H형 자극 - V자 아크슈트식

(4) 솔레노이드 - 아크식

(5) de-ion 식

3) 공기차단기(ABB : Air blast Circuit Breaker)
공기차단기는 전로의 차단이 압축공기를 매질로 하는 차단기를 말한다. 즉 압축공기를 소호매체로 하는 것으로서 그 특성은 압축공기에 의해서 결정된다.
압축공기의 절연내력은 압력이 높아짐에 따라서 증가하 고, 약 7kgf/㎠․G에서 절연유와 동등 이상으로 된다. 실제로 차단기에서는 소호만이 아니고 조작력에도 압축공기가 사용되며 일반적으로는 15, 30, 50 kgf/㎠․G 등의 압력이 사용되고 있다.

압축공기는 절연 및 소호가 우수한 것 외에 간단하게 대기로부터 공기압축기를 통해서 보충할 수 있으며 또한 관로를 통해 조작력을 자유롭게 전달할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 차단기 동작시 발생소음이 크고 콤프레샤, 압축공기 저장탱크, 배관 누기등 유지보수가 어려운 단점이 있어 80년대 중반이후 가스차단기로 대체되고 있다. 공기차단기의 아크소호는 압축공기를 아크에 불어서 냉각시켜 아크전류가 영으로 된후는 conductor의 ion을 급속히 불어날리거나 재결합 시킴으로써 이루어진다.

4) 진공차단기(VCB : Vacuum Circuit Creaker)
진공차단기는 전로의 차단을 높은 진공속에서 행하는 차단기를 말한다.

즉 고진공 속에서 소호를 하는 것이다. 높은 진공중에 서의 절연내력은 상당히 높고, 또한 금속증기나 전하입자의 확산에 의한 소호작용이 크기 때문에 이러한 특징을 살려 진공용기 내에서 전로의 개폐를 수행하는 것이 진공 차단기이다.

대기압의 상태에서 서서히 압력을 내리면 최초에는 절연내력이 낮아지지만 계속 압력을 내리면 절연내력은 다시 상승한다. 그래서 10 -3 [torr] 이하로 되면 높은 절연내 력을 거의 일정하게 얻을 수가 있다. 진공차단기는 이 영역을 이용한 것이다.
진공중에서 절연파괴전압은 전극의 재료 및 표면상태에 따라 많은 차이가 있다. 일반적으로 융점이 높은 재료 또는 기계적 강도가 큰 재료가 절연파괴 전압이 높다. 전극 표면에 돌기가 있으면 전압은 급격하게 저하되므로 이것을 제거하기 위하여 특수처리를 한다.
또한 전극표면이 오염되거나 유기물이 부착되어 있으면 비교적 낮은 전압에서 절연파괴가 발생되므로 전극의 표면을 충분히 깨끗하게 하도록 주의를 하여야 한다.

진공차단기의 특징은 소형으로서 무게가 가볍고 불연 성, 저소음으로서 수명이 길며 차단기로서 기본적으로 필요한 고속도 개폐가 가능하고 차단성능이 우수하다는 장점이 있어 사용이 확대되고 있다.
그러나 진공차단기를 적용할 때에는 전류재단현상, 고진공도의 유지 및 전극의 내융착성등의 문제점이 있다.
공칭전압 30kV 정도까지 사용되며 정격전류 400～ 3000A, 정격차단전류 5～40kA, 정격차단시간 5cycle 제품이 일반적이다.

5) 가스차단기(GCB : Gas Circuit Breaker)
가스차단기는 전로의 차단이 육불화유황(SF 6 )과 같은 특수한 기체인 불활성 가스를 소호매질로 사용하는 차단 기를 말한다.
가스차단기의 특징은 SF 6 가스의 물리적, 화학적, 전기적 성질이 우수하고, 소호능력이 우수하여 아크가 안정되고 절연회복이 빨라 고전압 대전류 차단에 적합하다. 차단 시에 외부로 가스를 배출하지 않아 공기차단기와 달리 소음공해가 없으며, 변압기의 여자전류차단과 같은 소전류 차단에도 안정된 차단이 가능하다. 개폐 과전압의 발생이 적고, 아크 감소후 절연회복이 우수하여 근거리선로 고장, 탈조차단, 이상지락등 가혹한 조건에서도 강하며 소형으로 축소할 수 있는 장점을 갖고 있기 때문에 최근에 유입 차단기 및 공기차단기를 대체하여 급속하게 사용이 증가 되고 있다.
현재 사용되고 있는 대표적 가스차단기는 차단부 압력 방식에 따라 이중압력형과 단일압력형으로 분류되며, 구조적으로 보면 애자형(Live Type)과 Tank형(Dead Tank Type)으로 분류된다.
이중압력형은 초기에 제작 보급되었던 것으로 구조가 복잡하고 신뢰성 및 보수면에서 단일압력형 보다 열등하 다. 단일압력형(Puffer type)은 구조가 간단해서 신뢰성이 높고 보수가 용이하기 때문에 최근 많이 사용되고 있다. 가스차단기는 절연내력을 높이기 위하여 고압의 가스밀 폐탱크를 갖고 있으며 가스기밀이 불량한 경우 부식성 가스를 발생하거나, 수분이 가스 중에 있으면 절연내력이 저하되는 경우가 있어 가스중의 이물질과 수분 관리에 충분한 주의가 요구된다.
차단기 정격은 1100kV, 50kA, 8000A까지 제작되고 있으며 국내에서도 800kV, 50kA, 8000A급 가스차단기가 개발되었다.

5 SF 6 가스 (Sulfur-hexafluoride Gas)

가스절연 전력용 기기에 사용되는 SF 6 가스의 물리․화 학․전기적 성질중 우수한 주요 내용은 다음과 같다.

1) 물리․화학적 성질
가. 열전도성이 뛰어나다. 즉 열전도율은 공기보다도 약간 작지만 대류를 고려한 실제의 열전도율은 공기의 1.6배, 강제냉각방식은 공기보다 4배의 우수한 열전 도율을 갖고 있어 전력기기의 냉각작용에 효과적이 다.
나. 화학적으로 불활성이다. 즉 SF 6 는 원자의 공유결합이 강한 분자구조이기 때문에 화학적으로 매우 안정된 가스이다.
다. 무색, 무취, 무해, 불연성의 가스로 SF 6 가스 전력 용기기의 안전성을 보증하고 있다.
라. 열적안정성이 뛰어나다. 촉매가 없는 상태에서 약 500℃까지 분해되지 않는다.

2) 전기적 성질

가. 절연내력이 높다. SF 6 가스는 전기적으로 負性가스라 불려지며 가스분자로부터 전리된 자유전자를 포착하여 절연파괴의 진전을 제거한다. 평등전계중 1기압에서 공기의 2.5～3.5배, 3기압에서 절연유와 같은 수준의 절연내력을 갖고 있다.
나. 소호성능이 뛰어나다. SF 6 가스 중의 아크는 냉각되 기가 쉽고 고온에서 전기전도성이 좋다. 그러기 때문에 SF 6 가스 중의 아크는 기중의 아크보다 안정되고 시정 수도 작아서 전류차단에 우수한 특성을 갖는다.

SF 6 가스차단기는 개폐능력 및 단락전류차단능력이 크고 SF 6 가스 피뢰기에서는 속류차단 능력이 우수
하다.
다. 아크가 안정되어 있다. SF 6 가스중의 소전류 아크방 전은 전류영점 부근에서 낮은 전류수준까지 안정되게 유지되는 것으로서 전류차단현상에 의한 이상전 압이 발생되지 않아 차단저항은 필요 없다.
라. 절연회복이 빠르다. 아크 감소후의 절연회복은 공기나 다른 가스보다 탁월하며 근거리선로 고장, 탈조 차단, 이상지락 등의 가혹한 조건에서도 강하다.
단점으로 환경규제에 의해 생산이 제한되고 있으며 액화온도가 높아 저온지방에서는 보온장치를 구비 하거나 액화온도가 낮은 질소가스(N 2 )를 혼합하여 사용한다.

3) SF 6 가스압력 특성곡선
SF 6 가스는 온도가 낮아질수록 낮은 압력에서 액화되는 특성을 갖고 있다. 또한 온도가 올라가면 팽창하여 압력이 상승한다.

6 단로기 (DS : Disconnecting Switch)

단로기는 정격전압이하에서 단지 충전된 전로를 개폐하기 위한 기기로 부하전류의 개폐는 원칙적으로 하지 않는 다. 즉 충전된 전로를 개폐하여 회로의 접속변경, 구분이
나 차단기 등의 점검보수시 전원으로부터 분리를 확실하게 하기 위하여 사용되며 고압에서 초고압까지 사용되고 있다. 그 명칭도 국가 또는 제작사에 따라 다르며 Line switch, Isolator, Air switch 등으로 부르고 있다.
단로기는 도전부(브레이드), 접촉자, 지지애자 및 조작 장치로 구성되며 소용량은 단순한 칼날형 접촉이 사용되지만 대전류용은 조작력 일부를 이용하여 접촉력을 높이는 방식을 채용한다. 특히 옥외용에서는 충분한 접촉력을 얻기 위해 고정접촉자(固定接觸子)에 브레이드가 들어가서 회전하여 죄는 것, 쐐기접촉을 하는 것, 브레이드 끝에 구형 또는 원통형 접촉자가 있어 상대방 접촉자와 맞물려 접촉하는 것 등 여러 가지 방식이 있다.
단로기는 브레이드 개폐방향에 따라 수평절형, 수직절 형, 팬토그라프형 등이 있으며 단로점 수에 따라 1점절 또는 2점절형 등이 있다. 72kV이상에서는 수직 1점절형, 수평 1, 2점절형이 많이 사용되고 있다.
송전선로 인출측 단로기는 휴전작업시 선로접지를 위하여 접지장치 부착형이 많이 사용된다. 또한 개방시 극간 절연에 대한 협조 및 접촉부 손상예방을 위해 선로측에 방전캡을 부착하기도 하며 특히 고전압용 GIS에 사용되는 단로기는 개폐써지의 영향이 크므로 이에 대한 대책으로 저항을 삽입하기도 한다.

1) 단로기 개폐능력(DS Breaking capacity)
단로기는 차단기나 부하개폐기와 달리 부하전류를 개폐 하는 능력이 없어도 된다. 단 소전류의 여자전류, 충전전 류는 개폐할 수 있으며 154kV에 사용되는 단로기는 여자 전류 3A, 충전전류 1A의 개폐능력을 갖는다. 또한 이중모 선방식에서 모선루프(Loop)절체에 이용되는 단로기의 경우 모선루프(Loop)개폐성능을 갖추어야 한다.

7 접지개폐기 (ES : Earthing Switch)

전로를 점검․보수하기 위하여 전로를 대지에 접지시키는 개폐기로 전로의 충전전류 또는 이상시 유입되는 고장 전류를 안전하게 대지로 통전할 수 있는 충분한 용량을 갖추어야 한다. 접지개폐기는 단로기와 일체형으로 설치 되는 방식과 독립적으로 설치되는 방식이 있으며 사용목적에 따라 선로접지개폐기, 기기접지개폐기 등으로 호칭되고 있다.

8 폐쇄배전반 (MCSG : Metal Clad Switch Gear)

금속체 큐비클내 Unit 회로의 모선, 단로기, 차단기, 변성기의 주장치를 내장하고 이를 감시․제어 보호하는 계기, 조작Switch, 계전기 등을 조합시킨 개폐장치이다. 차단기는 주로 진공차단기를 사용하며 차단기의 인출, 삽입 으로 단로기의 역할을 수행하므로 단로기를 따로 설치하지 않으며 금속함내에서는 공기로 절연된다.
가. 폐쇄배전반의 장점은
(1) 제어 및 조작회로의 구조가 동일하게 되어 있어 상호 호환성이 있고 증설이 용이하다.
(2) Compact화되어 설치면적이 축소되고 유지 보수비가 적게 든다.
(3) 접지된 금속함으로 도체부분을 밀폐시켜 안전을 확보할 수 있다.
(4) 공장에서 조립한 채로 설치가 가능하여 설치공기가 단축된다.
나. 단점은
(1) 기기장치들이 공기 중에 노출되어 結露現狀 등에 의한 기기의 열화가 촉진된다.
(2) 기기고장이 타기기에 영향을 주어 고장복구에 장시 간이 소요된다.
(3) 정전작업 시 도전부가 밀폐되어 사선 및 활선 구간의 구분이 어렵다.