전기안전관리_013_수배전설비 - 차단기 (CB)

출처 : 한국전기기술인협회 전기안전관리교육 특별과정

 

1. 개요

개폐장치의 한 종류로서 정상상태의 전로뿐만 아니라 전력설비 운전 중 사고가 발생하면 고장부분을 재빨리 분리시켜서 사고의 확산을 방지함과 동시에 설비 및 기기를 보호하는 기능을 갖는 것이 차단기이다.

 

1) 차단기의 종류와 특성

 (1) 진공차단기 (VCB : Vacuum Circuit Breaker)

- 진공에서의 높은 절연 내력과 아크 생성물이 진공 중으로 급속히 확산하는 현상을 이용하여 소호하는 구조

- 매우 높은 절연 내력을 가지고 있고 차단기의 형태가 소형이고 가벼우며, 기름을 사용하지 않으므로 화재의 위험이 없어 최근에 많이 채용

- 동작시 높은 서지 전압을 발생시키는 결점이 있어서 고압모터나 건식변압기, 몰드변압기에는 개폐서지에 대한 대책으로서 서지흡수기를 설치한다.

차단기 종류		진공차단기 (VCB)
전압등급		3kV	6kV	10kV	20kV	30kV
전동기		적용	적용	적용	-	-
변압기	유입식	불필요	불필요	불필요	불필요	불필요
	몰드식	적용	적용	적용	적용	적용
	건식	적용	적용	적용	적용	적용
콘덴서		불필요	불필요	불필요	불필요	불필요
변압기와 유도기기 와의 혼용 사용시		적용	적용	-	-	-

서지흡수기 정격

적용회로전압 [kV]	4.5	9.0	22.9
정격전압 [kV]	4.5	9.0	18
공칭방전전류 [A]	100
방전내량 [kA]	25
제한전압(V300A) [kV]	13 이하	26 이하	52 이하
기준전압 [kV]	8.5이상	17 이상	34 이상
정격주파수 [Hz]	60

(2) 가스 차단기 (GCB : Gas Circuit Breaker)

- 불활성 가스인 SF6 가스를 이용한 차단기로 개폐시에 발생한 아크를 SF6 가스를 분사하여 소호하는 방식

- SF6 가스는 무취, 무해, 무동, 불연성, 비폭발성의 성질을 가지고 있음

- 보수 점검 횟수가 적고 차단성이 좋을 뿐만 아니라 소음이 작다

- 가격이 고가이며 154kV 이상 계통의 차단기로 많이 사용된다.

 

(3) 기중 차단기 (ACB : Air Circuit Breaker)

- 저압용 차단기로 자연 공기 내에서 개방할 때 접촉자가 떨어지면서 자연 소호에 의한 소호 방식을 가지는 차단기로서 교류 또는 직류 차단기로 많이 사용

- 직류용 차단기로 사용될 경우 단락 전류를 차단할 때 개폐 시간이 극히 짧고 한류작용을 나타내 고속도 차단기라고도 함.

 

2. 차단기의 선정

특고압계통에서 주로 사용하는 진공차단기 (VCB) 의 정격선정은 다음과 같다.

 

1) 정격전압

- 정격전압은 회로의 사용전압에 따라  정해지며 차단기에 인가될 수 있는 계통 최고 전압을 말한다.

- 3상의 정격전압은 선간전압의 실효값으로 표시한다.

- 정격전압 = 공칭전압 X 1.2/1.1

계통의 공칭전압 [kV]	정격전압 [kV]
22.9	24 (25.8)
6.6	7.2

 

2) 정격전류

- 차단기의 정격전류는 정격 전압 및 정격 주파수에서 규정의 온도 상승 한도를 초과하지 않고 차단기에 연속적으로 흘릴 수 있는 전류의 상한값을 말한다.

- 정격전류의 선정은 최대 부하전류에 의하여 결정되지만 장래의 증설 계획을 고려하여 여유가 있는 차단기를 선정한다.

- 차단기의 정격전류는 보통 630[A], 1250[A], 2000[A], 2500[A] 등이 있으며, 다음과 같이 계산하여 참고값으로 하고 있다.

 

정격전류 = (P / √3Vcosθ) x 2 [A]     (P : 설비용량, V : 정격전압, cosθ : 역률)

 

3) 차단전류

- 모든 정격 및 규정된 조건하에서 규정된 표준 동작책무와 동작 상태에 따라 차단할 수 있는 지상역률의 차단전류의 한도를 말하며, 보통 직류분 비율이 대략 20% 이하 일 때의 교류분 실효값으로 나타낸다

- 차단기의 차단전류는 설치하는 계통의 단락전류 보다 큰 것으로 선정한다.

정격전압 [kV]	차단전류 [kA]
24 (25.8)	12.5, 16, 25
7.2	12.5, 25, 31.5

 

4) 차단용량

- 차단용량 = √3 X 정격전압 X 정격차단전류 [MVA]

- 차단기는 전기적 강도와 기계적 강도를 함께 표현한 [MVA]로 표시한다.

정격전압 [kV]	차단전류 [kA]	차단용량 [MVA]
24 (25.8)	12.5, 16, 25	520, 670, 1000
7.2	8, 12.5, 25, 31.5	1000, 160, 310, 410

 

5) 정격투입전류

- 차단기가 고장 전로를 차단한 후 재투입을 할 때 만약 전로의 고장 원인이 아직 제거되지 않았다면 재투입으로 접촉자가 닫히는 순간 곧바로 고장전류가 다시 흐르게 된다. 이때 고장전류에 의한 전자력이 작용하는데 이 반발력을 이기고 재투입이 될 수 있는 고장전류의 순시치의 최대치를 정격투입전류라 한다.

- 고장전류의 최대치는 최초의 1/2 사이클 시점에 나타나므로 정격 투입전류는 이때의 값으로 규정하는데 직류분의 감쇠를 고려하여 50[Hz] 계통은 정격 차단 전류의 2.5배를, 60[hZ] 계통은 정격차단전류의 2.6배를 적용한다.

 

6) 정격차단시간

- 차단기가 개극시간과 아크가 소호되는 순간까지의 시간

- VCB 정격차단시간은 5 [c/s] 이나 최신제품은 3 [c/s]이다.

 

7) 표준동작 책무 (Standard Duty Cycle)

- 차단기가 규정된 조건하에서 차단 투입 차단 등의 동작을 일정시간 간격으로 행하는 일련의 동작을 말하고, 이것을 기준으로 차단기의 차단성능, 투입성능 등을 규정한 동작책무를 표준동작책무라 한다

 

반응형

3. 차단기의 안전관리

1) 차단기의 운용

- 차단기는 유지보수 또는 검사 및 고장발생 시에만 동작하므로 차단기의 오동작, 투입불능, 차단불능, 제어전압의 확인 등을 사전에 주기적으로 점검한다.

- 차단기가 동작한 후에 검전기 등으로 확인하고 잔류전하 방전하고 작업한다.

- 계통연계와 관련된 차단기는 인터록 기능을 확실하게 점검하여야 한다.

- 차단기의 수동조작 기구는 반드시 정해진 위치에 있어야 한다.

항목	점검 및 체크 포인트
외관	오손, 균열, 변색, 이상음, 이상한 냄새
조작제어기기	단자나사의 이완, 핀류의 절손, 탈락
제어전압	정상전압 측정확인 (DC 110V)
도색	변색, 손상, 오손
접지선	설치의 이완, 부식
공기탱크	공기누설
압력계	압력의 적부
지지애자	오손, 균열, 파손
차단기	기름누설, 단자의 이완 파손
개폐조작	개폐동작 확인, 개폐표시기의 동작
진공밸브	균열, 파손
조작장치	볼트, 너트의 이완, 핀류의 절손, 탈락, 진애
개폐표시동작횟수	차단기의 동작회수계 동작

 

2) 절연저항 측정

1,000V 이상의 절연저항계로 충전부와 대지간, 상과 상간의 절연저항을 측정

한전 표준규격 150에 의한 차단기의 절연저항 기준

정격전압	절연저항 (MΩ)
	주회로와 대지간 또는 주회로간	조작회로 및 제어회로 대지간
25.8 이하	500 이상	2 이상
72.5 이상	1,000 이상

 

3) 고장의 원인과 대책

- VCB 진공밸브 (VI : Vacuum Interrupter) 의 진공도 저하는 감전사고가 발생하는 원인이 되므로 점검을 철저히 하여 이상이 발견되면 즉시 교체 사용하도록 한다.

- 접촉자 및 단자대의 접촉불량으로 과열되면 대형사고로 이어지므로 열화상 측정기를 활용하여 발열상태를 점검한다.

- 환경불량으로 인하여 분진, 오염 등으로 절연불량이 되면 사고로 이어지므로 설치환경을 개선하고 분진과 오염된 부분을 보수하여 사용한다.

- 소동물 (쥐,고양이 등)이 침입할 우려가 잇는 장소는 철저히 폐쇄 한다.

 

4) 차단기의 유지보수 기준

(1) 진공차단기의 유지보수 점검주기

구분	유지 보수 점검 주기
	일반 사용 환경	열악한 환경 (먼지, 습기가 많은 곳)
일상점검	6개월	1개월
정기점검	설치후 1~2년, 그후로부터 3년	정기점검
특별점검	필요시 마다	필요시 마다

 

(2) 진공차단기의 일상점검 항목

점검항목	점검	점검방법	조치
개폐표시기	정상작동 확인	육안	원인 조사 수리
제어회로	컨넥터 접속상태 확인	육안	원인 조사 수리
개폐도수계	동작횟수 확인	육안	동작횟수 10,000회 이상 교체
기타	비정상적 소음, 냄새 확인	육안	주전원을 차단하고 원인조사, 수리

 

(3) 진공차단기의 특별점검 항목

NO	점검항목	점검방법
1	차단기가 여러 번 단락전류를 차단시	진공밸브 접점소모상태 및 동작횟수 확인
2	동작 중 이상징후가 발견시	결손부분 점검

 

(4) 진공차단기의 정기점검 항목

점검항목		점검	점검방법	조치	점검주기
기구부		오손, 먼지 기타 이물 부착 윤활되는 부분 Oil Dashpot누유 C-Ring, 스프링핀과 분할핀의 찌그러짐과 빠짐	육안 및 수동동작으로 부드럽게 동작하는지 확인	이물질을 깨긋이 닦고 구리스 도포 필요하면 부품교체	정기점검시, 매 5,000회 동작마다
제어회로	결선	단선된 것, 헐거운 것	육안	느슨한 부위는 단단히 조인다 필요하면 부품교체	정기점검시
	투입, 트립 장치	가동부 부품 확인, 코일변색 확인
	보조 스위치	링크와 접점 상태를 확인
주회로 단자		주회로 단자 체결상태 확인	육안	체결 토크확인  필요하면 부품교체	정기점검시, 매 5,000회 동작마다
진공밸브 진공도		진공도가 정상인가 확인	내전압시험 체크	문제발생시 진공밸브 교체	정기점검시, 매 5,000회 동작마다
보조장치 개폐 표시기		정상작동 여부 확인	육안	고정볼트 확인 필요하면 부품교체	정기점검시
절연저항		주회로	Megger	원인을 찾아 세정 필요하면 부품교체	정기점검시
		제어회로	Megger
내전압시험		정격전압 : 7.2, 24 [kV]	내전압 시험기로 측정, 체크	이물질을 깨끗이 닦는다 필요하면 부품교체	정기점검시, 매 5,000회 동작마다
		상용주파내전압 : 20, 50 [kV]
동작 특성 시험		투입-차단 동작시험 트립프리 시험 최소동작전압 확인	수동동작시험 후 전기적 동작시험 실시	문제점 발견시 점검, 수리 필요하면 부품교체	정기점검시, 매 6년마다
차단기 공용 부품		절연 프레임 절연튜브 열수축 튜브	육안으로 물방울 습기, 얼룩, 변색, 손상 등 체크	마른 천으로 깨끗이 닦는다	정기점검시

 

 

초보 전기안전관리자를 위한 VCB점검방법

 

전기안전관리_013_수배전설비 - 전력퓨즈(PF)

 

전기안전관리_014_수배전설비 - 변압기 (TR)