고장 전류 차단기의 분류 및 특성과 점검 방법

 

전기 설비의 고장이 발생했을 때는 신속하게 전류 공급을 중단하여 감전 및 화재와 같은 사고를 방지하여 안전을 확보하여야 한다. 그 역할을 담당하고 있는 전력 부품 중 하나가 바로 차단기이다. 앞서 설명한 개폐기와 다르게 차단기는 전류의 공급과 차단 역할 뿐만 아니라 고장 전류를 자동으로 감지하고 전류 공급을 신속하게 중단시켜줄 수 있는 기능이 포함되어 있다. 이번 장에서는 차단기를 종류별로 분류하여 알아보고 각각의 특성을 정리해보고자 한다.

차단기의 분류 및 특성

수전 설비에 사용되는 특별 고압 차단기의 종류는 차단기 개폐 시 발생하는 아크를 소호시키는 방식에 따라 분류된다. 유입 차단기(OCB), 공기 차단기(ABB), 자기 차단기(MBB), 진공 차단기(VCB), 가스 차단기(GCB) 등이 있으며 주로 진공 차단기와 가스 차단기를 사용한다. 진공 차단기는 Vacuum Circuit Breaker로 진공에서 높은 절연 내력을 가지고 있어 이를 이용하여 진공 중에 아크 생성물이 급속하게 확산하는 것을 감지하고 소호하는 방식의 차단기이다. 장점으로는 매우 높은 절연 내력을 가지고 있고 차단기의 형태가 소형으로 다른 차단기에 비해 가볍다는 것이다. 또한 기름을 사용하지 않아 화재의 위험이 없어 화재 안전으로부터 자유로워 최근에 전력 설비 구축에 많이 사용되고 있는 추세이다. 다만 차단기 동작 시 높은 서지 전압(Surge Voltage)이 발생하기 때문에 진공 차단기의 2차측에 고압 모터 및 몰드 변압기가 설치되는 경우에는 서지 흡수기(Surge Absorber)를 설치하여야 한다. 다음은 가스 차단기(Gas Circuit Breaker)로 공기나 절연유를 대신하여 절연 능력이 뛰어난 불활성 가스 SF6를 이용한 차단기로 개폐 시 발생한 아크에 가스를 분사하여 소호시키는 방식의 차단기이다. 이때 사용되는 SF6는 비폭발성의 불연성 가스로 무독성 및 무해한 성질을 가지고 있다. 차단기의 종류로는 높은 압력의 가스통에서 낮은 압력 계통으로 가스를 분사하여 소호하는 밀폐 사이클의 2중 가스압 방식과 단일 압력을 사용하는 단일 가스압 방식이 있다. 고장 전류 차단 능력이 뛰어나며 소음이 적고 고장 발생이 적어 보수 점검 횟수를 줄일 수 있다는 장점이 있지만 가격이 높고 설치 면적이 넓어 초고압 계통에서 주로 사용이 된다. 자기 차단기(Magnetic Blast Circuit Breaker)는 고장 전류로 인한 차단기 개폐 시 자계를 형성하여 아크로 인해 발생하는 전자를 아크 소호실로 이동시키는 방식으로, 아크가 지속해서 발생하는 것을 억제하는 방식의 차단기이다. 주로 고압 전로에서 사용되며 화재의 염려가 없어 많은 전력 설비에서 사용된다. 또한 절연유를 사용하지 않고 열화가 없어 보수를 간단히 할 수 있다는 장점이 있지만, 소호 능력이 특고압에는 적절하지 않아 주로 소형의 큐비클 내장형에 사용된다. 공기 차단기(Air Blast Circuit Breaker)는 차단기를 개방할 때 접촉면이 떨어지면서 발생하는 아크에 수십 기압의 강력한 압축 공기를 불어 소호시키는 방식으로 주로 고압 회로에 사용된다. 이 차단기의 장점으로는 고장 전류의 크기에 상관없이 일정한 압축 공기를 불어 넣기 때문에 소호 능력이 변하지 않아 차단 능력이 뛰어나다는 것이다. 또한 화재의 위험성이 낮고 유지 보수 및 점검이 용이하다. 하지만 고압의 압축 공기를 유지하기 위한 별도의 컴프레셔 등의 부대시설을 설치하여야 하며 차단기 동작 시 소음이 크다는 것은 단점으로 꼽힌다. 그 외에도 아크 발생 시 절연유를 분사시켜 발생한 수소 가스를 냉매로 활용하여 아크를 냉각 및 소호하는 방식의 유입 차단기(Oil Circuit Breaker)가 있다.

 

 

차단기의 점검 및 조작 방법

특별 고압 차단기는 정상적인 동작을 하는지 혹은 설치 상태가 적절한지에 따라 점검 방법을 달리 한다. 먼저 차단기의 절연용으로 사용되는 부싱의 상태나 절연유의 누유 여부를 확인하기 위한 점검이 필요하다. 이는 차단기를 관통하여 흐르는 전류의 외부 유입을 차단하는 용도로 사고와 직결되는 만큼 주기적인 점검을 하여야 한다. 또한 차단기의 기능이 정상적으로 동작하는지를 확인하기 위해 정격 전압 하에서 정격 차단 시간을 초과하지는 않는지 확인하는 것이 중요하다. 차단 시간 내 동작하지 않는 경우 고장 전류의 차단이 불가할 수도 있기 때문에 점검이나 교체를 고려해야 한다. 그리고 차단기의 전원측과 부하측 상의 일치 여부 및 각 상과 상 사이 또는 1차와 2차 사이의 충전 선로 이격 거리를 규정에 맞게 설치하였는지를 확인하여야 한다. 규정에 맞지 않게 설치가 되어 있는 경우 법적인 문제가 발생할 수 있기 때문에 반드시 확인하고 필요하다면 재설치를 해야할 수도 있다. 차단기의 조작은 책임자의 승인 하에 담당자가 정해진 순서에 따라 조작하여야 한다. 차단기의 개방 후에는 전하의 방전 상태를 반드시 검전기를 통해 확인한다. 이 모든 작업은 고압용 절연 장갑과 안전화 등 필요한 모든 안전 장구를 착용한 후에 실시하여 사고가 발생하지 않도록 주의하여야 한다.

 

 

 

이번 장에서는 차단기의 종류와 특징 그리고 점검 방법 등에 관해 알아보았다. 차단기는 고장 전류나 이상 전류 발생 시 자동으로 차단해주는 장치로 정상 작동을 하지 않는 경우 큰 사고로 이어질 수 있으므로 수시로 점검하여 이상이 발생하는 경우에는 지체없이 수리나 교체를 하는 것이 사고를 예방하는 길임을 기억하여야 할 것이다. 이렇게 차단기를 철저하게 관리한다면 사고없이 안전하게 전기 설비를 운용할 수 있을 것이다.