웃는남자 (0x4C61756768696E674D616E)

차단기는 부하전류를 개폐함과 동시에 단락 및 지락사고 발생 시 각종 계전기와의 조합으로 신속히 전로를 차단하여 기기 및 전선을 보호하는 장치이며 고압 차단기와 저압 차단기로 분류할 수 있다.

1. 고압 차단기

• 유입차단기 (OCB; Oil Circuit Breaker)

유입차단기는 전로개폐 시 발생되는 arc를 절연유의 소호작용에 의하여  arc를 소호하는 구조이다.

-. 장점 : 가격이 저렴하고 취급이 간단하다.

-. 단점 : 화재발생의 우려가 있고, 설치 면적이 크다.

• 진공차단기 (VCB : Vacuum Circuit Breaker)

전로의 차단을 고진공 용기 내에서 행하는 것으로 고진공 중에서의 높은 절연특성을 이용하는 차단기이다.

진공차단기의 특징은다음과 같다. 

-. 차단시간이 짧다. (3~5 cycle)

-. 개폐 수명이 길다. (arc 전압과  arc 에너지가 작아 접점의 소모가 적다).

(부하 개폐 시 수명 : 10,000회 정도, 무부하 개폐 시 수명 (기계적) : 6,000회 정도)

-. 차단성능이 우수하다.

-. 소형 경량이다. (큐비클 내 다단적재 가능)

-. 안정성이 높아 방재 겸용으로 사용이 가능하다 (빌딩, 화학공장, 선박, 지하철 등).

-. 보수, 점검이 용이하다.

• 공기차단기 (ABB. ABCB : Air Blast Circuit Breaker)

차단기 개방 시 발생되는 arc를 압축된 공기, 10 ~ 30 kg/cm^2로 차단기 주접점에 불어넣어 소호하는 방식이다.

-. 장점 : 유입차단기에 비해 화재의 위험이 적고 차단능력이 우수하며 유지보수가 간단하다.

-. 단점 : 압축공기 등의 부대설비가 필요하다.

• 가스차단기 (SF6 Gas Circuit Breaker)

SF6(육불화황)의 불활성 가스를 이용한 차단기로, 전로의 개폐에서 차단기 개방시 발생되는 arc를 SF6 가스를 불어넣어 소호하는 방식이다.

-. 차단성능이 우수하며 소음이 작다.

-. 불활성, 비연소성으로 화재의 위험이 적다.

-. 가격이 고가이며 설치시 면적이 작다. 따라서 초고압계통에서 주로 사용한다.

2. 저압 차단기

• 기중차단기 (ACB : Air Circuit Breaker)

기중차단기는 대기의 공기 내에서 회로를 차단할 때 접촉자가 떨어지면서 공기의 자연소호방식에 의한 차단기로 교류 600V 이하의 저압이나 직류차단기로 많이 사용되고 있다.

• 배선용 차단기 (MCCB : Molded Case Circuit Breaker)

배선용 차단기란 교류 600V 이하, 직류 250V 이하의 저압 옥내 전로의 보호를 위하여 사용하며 개폐기구, 트립 장치 등을 절연물의 용기 내에 조립한 것으로 통전상태의 전로를 수동 또는 전기 조작에 의하여 개폐가 가능하고 과부하, 단락사고 시 자동으로 전로를 차단하는 기구이다.

-. 특징

 ㄱ. 과부하 및 단락사고 차단 후 재투입이 가능하다.

 ㄴ. 개폐기구 및 트립 장치 등이 절연물인 케이스에 내장되어 있어 안전하게 사용가능하다.

 ㄷ. 각 극을 동시에 차단하므로 결상의 우려가 없다.

  ㄹ. 전기조작, 전기신호 등의 부속장치를 사용하여 자동제어가 가능하다.

-. 필요성

 ㄱ. 저압 옥내 전로에서는 인입구 가까운 곳에 용이하게 개폐할 수 있는 장소에 개패기를 시설할 것

 ㄴ. 저압 옥내 간선의 전원측 전로에는 그 저압 옥내 간선을 보호하는 차단기를 시설할 것

 ㄷ. 저압 옥내 간선과의 분기점에서 전선의 길이가 3m 이하인 곳에 개폐기 및 과전류 차단기를 시설할 것

출처 : 전력사용시설물 설비설계 - 성안당

1. 유입 변압기 (Oil-filled Transformer)

철심에 감은 코일을 절연유로 절연한 것으로, 일반적으로 A종 절연 (허용 최고온도 105℃) 변압기이다. 일반적으로 옥외용으로 널리 사용된다.

• 장점

-. 일반적으로 널리 사용되며, 가격이 저렴하다.

-. 소음이 적으며 충격 내 전압이 높아 차단기 2차측에 별도의 SA를 시설하지 않아도 된다.

-. 옥내, 옥외 등 설치 장소에 구애를 받지 않는다.

• 단점

-. 절연유의 발화온도가 낮고 연소성이 있으므로 대용량 변압기는 안전장치가 필요하다.

-. 절연물의 내열온도가 A종 (105℃)으로 과부하 시 열화되기 쉽다.

-. 옥내에 설치할 경우 오일의 유출 등을 고려한 시설이 요구된다.

2. 건식 변압기 (Dry type Transformer)

유입변압기에 비해서 전기 절연유 (실리콘유 등 합성유를 포함)를 사용하지 않는 변압기를 건식 변압기라 하며, 건식 변압기는 빌딩이나 특히 화재의 위험성이 있는 장소의 전원 변압기로 사용되고 있다.

사용하는 절연물의 종류에 따라 건식 변압기는 몇가지 종류가 있으며, 몰드 변압기를 제외하고 경제적인 측면에서 소량의 경우에는  B종 이, 대용량에서는  H종 건식 변압기가 주류를 이루고 있다.

• 장점

-. 화재의 위험이 없고 가볍다.

-. 유지보수가 편리하다.

• 단점

-. 타 변압기에 비하여 소음이 크다.

-. 일반적으로 저압이 사용되며 6.6kV 이하에서 주로 사용된다.

-. 특고압의 경우 공기의 조건에 따라 절연특성이 불안하다.

-. 권선이 외부로 노출되어 접촉에 의한 사고 위험이 있다.

3. 몰드 변압기 (Mold Transformer)

최근 건축물의 고층화, 고밀집화, 다양화에 따라 수변전 설비도 안정성, 고신뢰성이 요구되고 있으며 이에 따라 변압기도 건식화되어 가고 있다. 또한, 성(省)에너지적인 측면에서도 소형 경량화, 저손실 및 보수, 점검이 간단하고 설치면적이 적은 몰드 변압기의 이용이 보편화되고 있는 실정이다.

• 장점

-. 난연, 절연에 신뢰성이 있다.

-. 내진 내습성에 좋다.

-. 소형, 경량화가 가능하다.

-. 저젼력 손실이 일어난다.

-. 단시간 과부하에 좋다.

-. 반입, 반출이 용이하다.

• 단점

-. 가격이 비싸다.

-. 500kVA급 이상의 대형은 잔류응력이나 집중응력이 발생하기 쉽고 자기발열에 의해 crack의 요인이 있다.

-. 실용상 1,500kVA를 초과하는 경우에는 소음방지에 별도 대책이 필요하다.

-. 내전압 성능이 낮으므로 특히 VCB와 같이 고속도 차단걔폐하는 차단기와 조합할 경우에는 서지 흡수기 (surge absorber)를 채용해야 한다. 단 유입식 oil 성능에 의해 소음의 문제가 경감되고, 내전압 성능이 우수하여 서지 흡수기가 필요하지 않다.

-. epoxy 수지표면의 전위가 거의 상규 대지전압 (13,200V)이 되므로 사람이 수지 표면에 접촉할 때에는 충전전류는 작지만 충격을 받을 수 있으므로 주의를 요한다.

-. 옥외 설치 및 대용량 제작이 곤란하다.

4. 아몰퍼스 변압기 (Amorphous Transformer)

변압기의 손실은 권선에서 발생하는 부하손과 철심에서 발생되는 무부하손으로 대별되며 철심 소재를 기존의 방향성 규소강판 대신 철(Fe), 붕소(B), 규소(Si) 등이 혼합된 용유금속을 급속냉각 (10^-6 ℃/s)시켜 만들어진 비정질 자성자료인 아몰퍼스메탈을 사용하여 무부하손을 절감한 변압기이다.

5. 초전도 변압기 (Super Conducting Transformer)

기존 변압기의 권선을 구리 대신 초전도선을 사용하여 소형화한 것이 초전도 변압기이다. 국내에서 개발된 변압기는 초전도 전류제한기를 직렬로 연결하여 단락사고에 대비하는 구조로 만들었으며, 용량 5kVA, 전압 220/110V, 전류 22.5/25A이고, 무부하 시험과 운전 특성시험을 완료한 상태이다.

• 초전도 특성

-. 전기적 저항의 zero화 : 초전도란 어떤 온도 이하에서 전기저항이 완전히 '0'이 되는 현상을 말한다. 전기적인 의미로는 저항이 없기 때문에 전류가 흘러도 열이 발생하지 않아 대전류를 흘려 강자장을 발생할 수 있음을 의미한다. 이러한 기술이 실용화되면 손실없이 대전류의 수송이 가능하리라 기대된다.

-. Meissner 효과 : 보통의 금속은 자장 중에 놓이면 재료의 내부 자력선이 통과하게 된다. 그러나 초전도 상태에서 임계저장 이하인 경우는 재료의 내부에 자력선이 침투하지 못하는 반자성체의 성질을 갖는 Meissner효과가 나타난다.

-. 전류 및 자계 밀도의 임계값 존재 : 전기저항이 0이 되고 자력선이 초전도체를 침투하지 못하는 상태에서 고유의 임계온도 이외에 전류와 자계 밀도에서 임계값을 가지고 있어 어느 이상의 임계값을 벗어나면 초전도 성질이 깨지는 특성을 가지고 있다.

• 기술적 특성

-. 전력기기에 이용이 가능한 재료의 한정 : 고자장과 고전류 밀도가 가능하여야 하므로 사용재료가 한정되어 있다. 현재까지 발견된 재료는 NbTi, Nb3Sn 등이 있다.

-. 경제성 : 종래 기기의 30 ~ 50% 정도로 용량이 클수록 손실이 줄어드는 경향이 있어 대용량 변압기에 적합하다.

-. 문제점 : 단락사고 등 큰 사고전류가 흐를 때 초전도체 기능이 상실되며 quench 현상이 발생하기 때문에 이를 방지하기 위하여 초전도선을 사용하는 관계로 재료비가 증가한다. 또한 이를 해결하기 위해 현재까지는 보조권선을 설치하여 주권선의 quench가 발생하였을 때 보조권선의 누설 임피던스를 크게 하는 방법으로 사고 전류를 제한한다.

Quench 현상 : 초전도 코일이 초전도 상태에서 상전도 상태로 변하는 현상

출처 : 전력사용시설물 설비 설계 - 성안당