안녕하세요 소망이의 김기사입니다.이번 포스팅은 전기 자격증을 공부하고 있는 분이라면 바로 부르릉 외운 차단기의 종류와 특징에 대해 이야기해보도록 하겠습니다.
소원 김 운전자가 처음 전기 공부를 할 때 그야말로 영혼 없이 차단기의 종류를 외웠습니다. 고압차단기에 대해서 외울 때는 머리글자만 따서 ‘유진이가 공을 차러 간다.’라고 외웠어요. 여기서 유진이는 소망 김기사의 여동생 이름입니다. ㅎㅎ 사실 이렇게 외우기만 해서 그런지 자격증 합격 이후에는 그냥 그런 게 있구나~ 하는 정도로 잊어버리는 경우도 다반사입니다.
그러나 전기는 이론과 실무가 융합되어 있습니다. 따라서 그냥 외우기보다는 왜 이런 것들을 사용하는지 조금이라도 특징을 안다면 이해하기 쉽고 굳이 외우려고 하지 않아도 됩니다.이제 원하는 김 기사와 함께 차단기의 종류와 특징에 대해 몇 가지 알아보겠습니다.아크와의 전쟁, 차단기의 정의와 분류, 일단 우리가 전기에 대해서 모르는 상태에서 차단기에 대해서 이야기를 하면 보통 두꺼비 둥지에 있는 차단기부터 생각을 합니다. 소망 김 기사도 처음에 전기를 공부할 때는 그런 생각부터 했어요.그런데 이런 브레이커는 특징이 작아 누구나 쉽게 사용할 수 있습니다. 하지만 전기 자격증에서 나오는 브레이커는 크기도 그것보다 커서 뭔가 잘못 닿으면 펑! 하고 폭발할 것 같은 느낌입니다. 전기자격증 공부가 정말 성의가 없는 게 차단기에 대해서 얘기할 때 수변전실에서 쓰는 차단기라는 전재를 좀 얘기하면 되는데 지금 당장 전기자격증을 준비하는 사람이 수변전실에 얼마나 있을까요? 별로 없죠. 그렇기 때문에 쉽게 느껴지지 않을 수도 있습니다.그래서 앞으로 나올 브레이커는 수변전실에 있는 브레이커라는 것을 사전에 알아 두셨으면 합니다.그리고 브레이커의 핵심적인 역할은 전류를 안전하게 통과시키면서 고장이나 사고 발생 시 신속하게 전류를 차단하는 것입니다.여기서 단로기(DS)와 차단기(CB)가 구별됩니다.
단로기
단로기와 차단기의 공통점은 회로를 분리하는 데 사용하는 것입니다. 회로가 붙어 있는 상태에서 전류가 흐르기 때문에 회로를 분리한다는 것은 전류를 끊어 준다고 할 수 있지요. 단, 단로기는 부하가 없는 상태, 즉 무부하 상태에서만 회로를 분리할 수 있습니다. 가정이나 상점에서 사용하는 전기에 비해 수변전실에서 사용하는 전기는 대용량이기 때문에 전류를 끊는 과정에서 아크(arc)라는 놈이 발생합니다. 저희 영화 같은데 영상으로 전류를 끊는 과정에서 지지직~ 소리를 내면서 불꽃이 발생하는 걸 보신 적 있죠? 바로 이것이 아크입니다. 아크는 순간적으로 매우 강한 빛과 열을 발생하기 때문에 직접 보는 것은 매우 나쁩니다. 시력을 잃을 수 있어요.
아크를 이용한 용접 기부가 많이 들수록 이 과정에서 많은 열과 빛이 발생하고 이로 인해 접점 부위의 절연이 파괴될 수 있습니다. 별로 좋은 현상은 아닙니다. 여기서 차단기랑 차이가 나요. 브레이커는 빠른 속도로 아크를 제거하는 기능까지 갖춰야 합니다. 보통 많은 전기 교재에서는 이를 어려운 일본식 한자어를 사용하여 ‘아크를 소호하다’라는 표현을 사용합니다.;;
아크로 인해 손상된 절연 절연이 저렇게 파괴될 정도로 아크는 무서워요. 뿐만 아니라 인체의 화상이나 감전의 우려도 있습니다. 그래서 항상 단로기를 작동해서 회로를 분리할 때는 차단기를 분리하라는 것이 전기 자격 시험에서 단골처럼 출제되는 것입니다. 왜냐하면 단로기는 무부하 회로 분리를 위해 사용하고 아크를 제거할 수 없기 때문입니다. 우선 차단기로 부하 회로를 분리하고 아크를 제거한 후 단로기를 사용해야 합니다.마찬가지로 접속할 때는 단로기에서 접속하여 차단기에 접속해야 합니다. 이 절차는 매우 중요합니다.그럼 브레이커에 대해서 좀 더 알아보도록 하죠.
소망 김기사가 쓴 ‘김기사의 e-쉬운 전기’의 3장수 변전의 이해를 살펴보면 다음과 같은 표가 있습니다.
아마 많은 분들이 접한 단어일 거예요. 그런데 저렇게 6개로 분류된 차단기는 또 2개와 4개로 분류가 됩니다. 상부의 기중차단기(ACB)와 자기차단기(MBB)는 저압용, 그리고 나머지 진공차단기(VCB), 유입차단기(OCB), 가스차단기(GCB), 공기차단기(AB)는 고압용입니다.왜 이렇게 차단기를 구분하는지. 수변전실 자체가 한전이 공급하는 특고압인 22.9kV를 우리가 사용하는 저압인 220/380V로 바꾸는 변압기가 있는데, 이 변압기를 보호하기 위해 차단기를 설치하기 때문입니다.즉, 저압용 차단기는 변압기 2차측, 고압용 차단기는 변압기 1차측에 설치합니다. 어쨌든 변압기는 수변전실에서 가장 중요한 것이고, 이를 보호하기 위해 차단기를 설치해야 하기 때문입니다.저압차단기의 기중차단기와 자기차단기, 변압기의 2차측에서 사용하는 차단기에 대해 알아보겠습니다.
저압차단기인 기중차단기(ACB)를 먼저 소개하는 것은 저압차단기로 널리 쓰이는 기중차단기입니다. 기중 차단기(Aircuit Breaker)는 전류를 차단할 때 생기는 아크를 대기 중의 공기를 이용하여 제거합니다. 압축 공기를 사용하는 공기 차단기와는 다릅니다. 저압으로 용량이 200A 이상인 경우에 사용할 것을 권장하며 차단기 자체의 절연물질을 이용하여 차단한다. 일반적으로 큐비클의 저압 간선 메인 스위치로 사용하는 경우가 많습니다. 기중차단기의 가장 큰 장점은 대용량 차단에서도 유리하지만 보호계전기와 연계가 가능하므로 과전류나 과전압, 부족전압에서도 활용이 가능하고 단락 및 지락사고시에도 사용이 가능하여 신뢰성이 높습니다. 그럼 200A가 넘는 곳에서는 반드시 기중 차단기를 설치해야 하나요? 꼭 그렇지는 않아요.
300A 배선용 차단기 수변전실이 아닌 EPS실이나 발전기실에서는 계전기와 연동할 필요가 없기 때문에 기중 차단기가 아닌 일반 배선 차단기를 사용하는 경우도 많습니다. 위 사진 역시 소망 김기사가 갔던 성남 모 아파트 지하전기실 배전반에서 찍은 사진입니다. 300AMCB가 잘 정착되어 있습니다. 물론 저압입니다.
자기 차단기(Magnetic Blow-outcircuit-Breaker)는 차단 시 아크를 아크 차단 전류와 자기장 사이의 전자력으로 아크 제거실로 끌어들여 아크를 제거합니다. 전류재단(chopping)에 의한 고전압 발생이 없으며 주파수에 영향이 없어 직류 사용이 가능합니다. 여기서 전류 재단은 전류가 차단될 때 전류가 0점이 되어야 차단되는데 0점이 오기 전에 강제로 차단함으로써 과전압이 생기는 현상을 말합니다.또한 화재 위험 없이 구조가 간단하여 보수 점검이 용이한 편입니다. 우리가 흔히 배전반이나 분전반에서 볼 수 있는 배선차단기나 누전차단기, 바로 자기차단기의 원리를 이용해서 만든 것입니다. 다만 껍질을 몰드로 덮어 만든 배선 차단기의 경우 영어로 MCCB(Molded Case Circuit Breaker)로 사용합니다.고압차단기의 진공차단기, 유입차단기, 가스차단기, 공기차단기, 이번에는 변압기의 1차측인 고압부분에 부착되는 차단기의 종류와 특징을 살펴보겠습니다.
고압차단기의 진공차단기(VCB) 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker)는 공기가 없는 진공상태에서 절연내력이 매우 높은 것을 응용하여 고진공의 그릇 안에서 전류를 차단하고 아크를 제거합니다. 공기가 없으면 연소가 안 된다는 걸 이용한 거죠. 현재 수변전실의 고압 부분에서 가장 일반적으로 사용되는 것으로 크기가 작고 가볍습니다. 고속으로 회로 개폐가 가능하여 차단 성능이 우수하고 저소음이고 수명도 긴 편입니다. 아울러 화재의 우려가 없기 때문에 안전하기까지 하고, 많은 수변전실에서 확실히 정착되어 있지요.
수변전실 고압 부분에 있는 진공차단기, 실제로 소망 김모 운전사를 아시는 분이 전기과장을 맡고 있는 모 빌딩의 수변전실에는 이렇게 진공차단기가 케이스까지 씌운 채로 있었습니다.
외국에서 사용되는 유입 차단기 유입 차단기(Oil Circuit Breake)는 유입 변압기와 마찬가지로 절연유 자체가 아크를 제거합니다. 좀 더 자세히 살펴보면 아크로 인해 절연유가 분해되고 이때 메테인, 아세틸렌 등과 함께 대략적인 수소가스가 발생합니다. 이 수소 가스의 강력한 냉각 작용에 의해 아크가 제거됩니다. 그러나 화재 위험을 비롯한 성능 저하, 보수 어려움 등으로 현재 생산도 중단돼 거의 사용하지 않고 있습니다. 기름으로 차단한다는 게 좀 특이하긴 해요. 후후 오일 차단기라고도 하죠.
가스차단기(Gas Circuit Breaker)는 수변전실보다는 발전소나 변전소와 같은 거대 용량의 전류를 차단할 때 사용하는 것으로 절연내력이 우수한 육불화황(SF6) 가스를 이용하여 아크를 제거합니다. 거대 용량의 전류를 차단하는 것에 비해 비교적 적은 면적에 설치가 가능하며 외부에 노출되지 않아 밀봉되어 있어 기후, 먼지, 증기, 염해 등으로부터 피해가 없습니다. 또한 소음이 적고 아크 제거 후 절연 회복이 빠르다는 장점을 가지고 있습니다.
공기 차단기(Air Blastcircuit Breaker)는 기중 차단기와 마찬가지로 공기를 이용하지만 압축 공기를 이용하여 아크를 제거한다는 점이 다릅니다. 공기는 압력이 7kg/cm2 정도가 되면 절연유와 거의 같은 절연내력을 갖게 됩니다. 이를 응용하여 10~30kg/cm2의 압축공기를 차단부에 분사하여 아크를 제거함으로써 고압에서도 사용할 수 있습니다. 생일에 촛불을 훅 불어서 끄는 원리라고 보시면 됩니다.공기 차단기는 화재 위험도 없고 전류 크기에 관계없이 아크 제거력이 일정해 차단 성능이 유리합니다. 그리고 개폐 빈도가 높은 장소에서 사용하셔도 되고 구조가 간단하여 수리 및 점검이 용이합니다. 그러나 공기배출 시 순간적으로 소음이 발생하여 공기저장용 고압용기가 필요하며, 이 고압용기로 압축공기 누출을 주의해서 관리하여야 합니다. 현재는 많이 사용하지 않습니다.
아무 생각 없이 접하던 차단기의 종류도 사실 과학기술이 발전하면서 성능도 우수해지고 점차 편리해지고 있습니다. 그만큼 전기공학 기술도 발전하게 된 거죠. 도움이 되었으면 좋겠습니다. 감사합니다。