기중 차단기가 고전류 보호를 위한 올바른 선택이 되는 이유는 무엇입니까?

기중 차단기란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

안 기중 차단기(ACB) 저전압 배전 시스템에 사용되는 스위칭 및 보호 장치입니다. 일반적으로 최대 1,000V AC의 전압과 630A~6,300A 이상의 정격 전류에서 작동하는 회로에 사용됩니다. ACB의 정의적인 특징은 이름에서 알 수 있듯이 대기압의 공기를 아크 소호 매체로 사용한다는 것입니다. 결함 조건에서 차단기가 열리면 분리 접점 사이에 형성되는 아크가 아크 슈트(아크를 나누고 냉각시키는 일련의 금속 분할판)로 끌려들어가 아크가 꺼질 때까지 저항을 빠르게 증가시킵니다. 이 아크 소호 메커니즘에는 절연 오일, 진공 차단기 또는 압축 가스가 필요하지 않으므로 ACB는 많은 대체 기술보다 유지 관리 및 검사가 더 간단합니다.

ACB 내부의 작동 메커니즘은 수동으로 충전되거나 모터로 충전되는 폐쇄 스프링 세트에 기계적 에너지를 저장합니다. 과부하, 단락, 지락 또는 기타 보호 기능을 감지하는 전자 트립 장치로부터 트립 신호가 수신되면 래치가 저장된 스프링 에너지를 해제하고 주 접점이 고속으로 분리됩니다. 접점 분리 속도는 매우 중요합니다. 접점이 더 빨리 열릴수록 아크 발생 시간은 짧아지고 아크 슈트와 주변 구성 요소에 더 적은 에너지가 축적됩니다. 최신 ACB는 트립 신호에서 접점 분리까지 10밀리초 이내에 접점 분리를 달성하고, 단락 오류의 경우 일반적으로 총 제거 시간(아크 소멸 포함)이 25~40밀리초 미만입니다.

공기 회로 차단기가 사용되는 곳

ACB는 저전압 배전 계층 구조(MDB)의 주요 수신 회로 차단기, 대형 하위 배전반의 1차 공급 장치, 저전압 스위치기어 어셈블리의 인컴 및 버스 커플러 위치 내에서 가장 높은 전류 수준에 설치됩니다. 높은 정격 전류, 강력한 아크 소호 기능 및 광범위한 보호 기능을 통해 열 손상, 화재 위험, 장비 파괴 또는 개인 안전과 같은 결함의 결과로 인해 최고 수준의 보호 및 선택성이 요구되는 모든 곳에서 표준 선택이 됩니다.

일반적인 설치 환경에는 산업 제조 공장, 상업용 고층 건물, 데이터 센터, 병원, 발전소, 변전소, 수처리 시설 및 해양 전기 시스템이 포함됩니다. 이러한 각 환경에서 ACB는 변압기 2차 배전망과 하류 배전망 사이의 게이트키퍼 역할을 하며, 오류 발생 시 ACB의 올바른 작동은 전기 사고의 범위와 기간을 제한하는 데 있어 가장 중요한 단일 이벤트입니다.

기중 차단기의 유형

고정형 ACB

고정형 ACB는 배전반이나 배전반에 직접 볼트로 고정되어 있으며 모선과 케이블을 분리하지 않고는 빼낼 수 없습니다. 이 설계는 인출형 설계보다 더 컴팩트하고 비용이 저렴하지만 차단기의 유지 관리, 테스트 또는 교체를 위해 회로의 전원을 차단하고 패널을 열어야 합니다. 고정 ACB는 공급 연속성에 허용할 수 없는 영향을 주지 않고 유지 관리를 위해 회로를 서비스에서 제외할 수 있는 설치(소규모 산업 설비, 2차 배전반 또는 유지 관리 일정 유연성이 적절한 시스템)에 적합합니다.

인출형(인출형) ACB

인출형 ACB는 메인 부스바나 케이블 연결을 방해하지 않고 차단기를 스위치기어 패널에서 테스트 위치 또는 분리 위치로 빼낼 수 있는 크래들 메커니즘에 장착됩니다. 연결된 위치에서 차단기의 기본 및 보조 분리 접점은 패널의 고정 접점과 맞물립니다. 차단기를 테스트 위치로 철회하면 제어 및 보조 회로 연결을 유지하면서 주 전원 접점이 분리되므로 트립 장치 및 보호 기능을 패널 라이브로 시뮬레이션된 오류 조건에서 테스트할 수 있습니다. 분리 위치로 완전히 철수하면 모든 연결이 분리되므로 배전반의 나머지 부분에 전원이 공급된 상태에서 유지 관리 또는 교체를 위해 차단기를 제거할 수 있습니다. 이러한 기능 덕분에 인출형 ACB는 병원, 데이터 센터, 지속적으로 운영되는 산업 공정 등 유지 관리 중에 다른 회로에 대한 공급 연속성이 요구되는 중요한 응용 분야의 표준 사양이 되었습니다.

전동 ACB

고정형 및 인출형 ACB 모두 패널에서 수동 개입 없이 차단기를 원격으로 전기적으로 닫고 열 수 있는 모터 작동식 메커니즘으로 지정할 수 있습니다. 전동 ACB는 건물 관리 시스템(BMS), SCADA 플랫폼 또는 전용 전력 관리 계전기를 통해 제어할 수 있으므로 전기 기술자를 패널 위치에 파견하지 않고도 부하 관리 체계, 공급원 간 자동 전환, 원격 오류 제거 및 복구가 가능합니다. 또한 모터 스프링 충전 메커니즘은 폐쇄 작동 후 즉시 폐쇄 스프링이 재충전되도록 보장하여 수동 스프링 충전 없이도 차단기가 신속하게 재폐로될 수 있도록 준비합니다.

주요 등급 및 의미

특정 용도에 맞는 ACB를 선택하려면 차단기 명판과 제조업체의 기술 데이터시트에 지정된 주요 등급을 이해해야 합니다. 이러한 정격을 잘못 적용하는 것은 오류 상태에서 ACB 오류의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다.

단시간 내전류 정격(Icw)은 ACB 애플리케이션에서 특히 중요하며 특정 정격 이하의 배선용 회로 차단기(MCCB)에는 없는 기능을 나타냅니다. Icw를 사용하면 ACB가 닫힌 상태를 유지하고 트리핑 없이 정의된 기간(일반적으로 1초) 동안 오류 전류를 전달할 수 있습니다. 이 기능은 배전 시스템에서 선택성(차별성)을 달성하는 데 필수적입니다. 업스트림 ACB는 닫힌 상태로 유지되고 다운스트림 차단기가 오류를 제거하여 설치의 더 넓은 부분에 전원을 차단하는 업스트림 트립을 유발하는 대신 오류가 발생한 회로에 대한 공급 중단 범위만 제한합니다.

전자 트립 장치: 최신 ACB의 지능

전자 릴리스 또는 지능형 트립 장치라고도 하는 전자 트립 장치(ETU)는 ACB의 각 극을 통해 전류를 모니터링하고 정의된 보호 임계값을 초과할 때 트립 명령을 실행하는 마이크로프로세서 기반 제어 모듈입니다. 최신 ETU는 이전의 열 자기 트립 메커니즘을 하드웨어 구성 요소를 교체하지 않고도 각 설치의 특정 요구 사항에 맞게 구성할 수 있는 완전히 조정 가능하고 정밀하게 특성화된 보호 기능으로 대체합니다.

과부하 보호(장시간 지연 — LTD)

장시간 지연 기능은 단락 레벨 미만일 때 지속되면 열 손상을 일으킬 수 있는 지속적인 과부하 전류로부터 케이블과 장비를 보호합니다. 픽업 전류(Ir)는 일반적으로 차단기 정격 전류의 40%~100% 범위에서 조정 가능하므로 보호 임계값을 최대 차단기 정격에 기본 설정하는 대신 실제 케이블 전류용량에 일치시킬 수 있습니다. 시간 지연(tr)도 조정 가능하며, 지속적인 과부하로부터 보호하면서 단기 과부하 전류(예: 모터 기동 돌입)를 트립 없이 통과시키는 역시간 특성을 특징으로 합니다.

단락 보호(단시간 지연 - STD 및 순시)

단시간 지연(STD) 기능은 높은 수준의 결함 전류를 감지하고 의도적인 시간 지연(대부분의 ETU에서 0.05~0.4초 범위로 조정 가능) 후에 차단기를 트립하여 다운스트림 보호 장치가 먼저 작동할 수 있도록 합니다(선택성). 순시 기능(I)은 결함 전류가 매우 높은 임계값(일반적으로 정격 전류의 10~15배로 설정됨)을 초과할 때 의도적인 지연 없이 차단기를 트립합니다. 이는 손상 가능성이 너무 심각하여 지연이 허용되지 않는 근접 결함을 나타냅니다. 조정 가능한 STD와 순간 설정의 조합을 통해 보호 엔지니어는 차단기의 응답 곡선을 맞춤화하여 다운스트림 장치의 선택성과 심각한 결함의 빠른 제거를 모두 달성할 수 있습니다.

지락 보호

EFP(지락 보호)는 접지 도체에 흐르는 잔류 전류(상 도체를 떠났지만 중성선을 통해 반환되지 않은 전류)를 감지하여 의도하지 않은 접지 경로를 통해 흐르고 있음을 나타냅니다. TN-S 및 TT 접지 시스템에서 ACB의 접지 결함 보호는 단락 보호를 작동하기에 충분한 전류를 생성하지 못할 수 있는 고임피던스 접지 결함에 대한 백업 수준의 보호를 제공합니다. 지락 픽업 임계값(Ig)은 독립적으로 조정 가능하며 시간 지연(tg)은 다운스트림 잔류 전류 장치(RCD)와 조정되도록 설정할 수 있습니다.

ACB와 MCCB: 올바른 기술 선택

기중 회로 차단기와 배선용 회로 차단기(MCCB) 사이의 경계를 잘못 이해하는 경우가 많습니다. 두 기술 모두 과전류 및 단락 보호 기능을 제공하지만 전류 정격 범위, 차단 용량, 보호 조정 가능성, 유지 관리성 및 비용이 크게 다릅니다. 이러한 차이점을 이해하면 사양 부족(ACB 기능이 필요한 위치에 MCCB 사용)과 사양 초과(MCCB가 더 낮은 비용으로 동일하게 성능을 발휘할 수 있는 ACB 선택)를 방지할 수 있습니다.

• 현재 등급: MCCB는 표준 제품 라인에서 최대 약 1,600A까지 제공됩니다. 이 수준 이상에서는 ACB가 유일한 실용적인 선택입니다. 630A~1,600A 등급의 경우 두 기술을 모두 사용할 수 있으며 결정에는 다른 요소가 관련됩니다.
• 단시간 내전류(Icw): 이 등급은 가장 명확한 차별화 요소입니다. ACB는 높은 결함 전류 수준에서 시간 등급 선택성을 활성화하는 Icw 등급을 정의했습니다. 약 800A 미만의 표준 MCCB는 일반적으로 의미 있는 Icw 등급이 없습니다. 즉, 높은 오류 전류에서 순간적으로 트립되므로 근접 오류에 대한 다운스트림 장치의 선택성을 달성하는 것이 불가능합니다.
• 보호 조정성: ACB 전자 트립 장치는 모든 기능에 걸쳐 완전히 조정 가능한 보호 매개변수를 제공합니다. MCCB 보호 설정은 일반적으로 더 제한적이며 일부 낮은 등급 장치는 고정된 열-자기 특성만 제공합니다.
• 유지 관리성: ACB는 검사 및 유지 관리를 위해 설계되었습니다. 접점, 아크 슈트 및 작동 메커니즘을 현장에서 검사하고 서비스할 수 있습니다. MCCB는 서비스 수명이 끝나면 유지 관리가 아닌 교체되는 대부분의 밀봉된 장치입니다.
• 비용: ACB는 동일한 전류 등급에서 MCCB에 비해 상당한 비용 프리미엄을 가지고 있습니다. 이 프리미엄은 위에서 설명한 추가 기능으로 정당화되지만 해당 기능이 애플리케이션에서 필요하지 않은 경우에는 지불해서는 안 됩니다.

선택 기준 및 실제 사양 단계

ACB를 올바르게 지정하려면 제조업체 카탈로그에서 제품을 선택하기 전에 완료해야 하는 정의된 계산 및 결정 순서가 필요합니다. 이 프로세스의 단계를 건너뛰면 잘못된 적용이 발생하고, 이로 인해 성가신 트립이 발생하는 것부터 오류를 안전하게 차단하지 못하는 것까지 다양한 결과가 발생합니다.

먼저 회로의 최대 연속 부하 전류를 기반으로 정격 전류(In) 요구 사항을 설정하고 주변 온도 및 설치 방법에 적용 가능한 경감 계수를 적용합니다. 변압기 임피던스, 케이블 임피던스 및 시스템 오류 수준 데이터를 사용하여 설치 지점의 예상 단락 전류(PSCC)를 계산합니다. 이 수치는 ACB의 Icu 등급을 초과해서는 안 되며 이상적으로는 오류 제거 후 일상적인 서비스 가능성을 위한 Ics 등급을 초과해서는 안 됩니다. 다운스트림 장치의 선택성에 Icw 등급이 필요한지 여부를 결정하고, 그렇다면 어떤 시간 지연과 전류 수준을 달성해야 하는지 결정합니다. 어떤 보호 기능이 어떤 설정에서 필요한지 등 ETU 보호 요구 사항을 설정하고 선택한 트립 장치 변형에서 이러한 요구 사항을 사용할 수 있는지 확인합니다. 마지막으로 BMS 또는 SCADA 시스템과의 통합에 필요한 고정 또는 인출형, 전동 또는 수동, 보조 접점 및 신호 출력, 스위치기어 어셈블리와 호환되는 버스바 연결 방향 등 기계적 요구 사항을 확인합니다.

ABB, Schneider Electric, Siemens, Eaton 및 Chint를 포함한 주요 ACB 제조업체는 시스템 결함 수준 및 장치 등급이 입력되면 선택성 및 판별 계산을 자동화하는 세부 선택 소프트웨어 및 조정 도구를 출시합니다. 경험에 근거한 추정에 의존하기보다는 설계 단계에서 이러한 도구를 사용하는 것이 보호 시스템이 실제 결함 조건에서 의도한 대로 작동하는지 확인하는 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다. 이는 궁극적으로 결함이 발생할 때 중요한 유일한 성능입니다.