Circuit protector(회로 보호용 차단기)의 원리와 용도 – 전장설계 기초 교육 Part3

1. Circuit protector(회로 보호용 차단기) 원리와 용도

출처:Honeywell 카달로그

1.1. Circuit protector(회로 보호용 차단기) 원리

회로 보호용 차단기는 전기회로에서 유도성 부하를 제외한 저항성 부하(저항:히터), 용량성 부하(콘센서:SMPS)와 같은 부하에 사용 됩니다.

퓨즈와 거의 동일한 역활(기기보호)을 하지만, 퓨즈는 한번 차단이 된다면 더이상 사용이 불가하여 새롭게 교체를 해야하는 번거로움이 있습니다.

회로 보호용 차단기는 교체가 필요하지 않고, 반영구적으로 사용이 가능하기 때문에 장기적인 부분에서는 회로 보호용 차단기가 더 경제적입니다.

1.1.1. 동작원리

출처: 대륙 홈페이지

장치에 과전류가 흐르면, 수동조작과 다르게 다른 부품이 일을 합니다. 위 사진의 Armature와 바로 아래 있는 Coil 감긴 나사 모양의 부품을 ODP(Oil Dash Pot)라고 합니다.

평소 Armature와 ODP는 붙어 있지 않고 비스듬하게 떨어져 있습니다. 하지만 보호할 수 있는 전류를 초과하면 Plug는 자력으로 Armature를 끌어당깁니다. ODP와 Armature는 맞붙게 됩니다.

이렇게 Armature가 이동하면 Armature leg가 Latch Ass’y를 회전시켜 Lever와 Latch Ass’y의 걸림부를 개방합니다. 가동 접점은 Spring의 반발력으로 올라오며 가동 접점과 고정점점이 떨어집니다.

접점이 떨어지면 더 이상 전류가 흐르지 않아 장치가 멈추게 됩니다.

가동접점은 Spring의 반발력으로 올라가며 회로가 차단됩니다. 이때 핸들은 자동으로 Off상태로 Reset됩니다.

출처: 대륙 홈페이지

위 그림을 보시면 더 이해하기 쉬우실 겁니다.

ODP안에는 쇠로 된 Plunger, 스프링, 플러그, 실리콘 오일이 있습니다. 실리콘 오일의 점도에 따라서 동작 특성이 나눠집니다. 동작 특성은 대부분의 메이커가 순시형, 중속형 으로 나눠지고, ODP 내부 오일의 종류에 따라 차단되는 속도가 다릅니다. 순시형은 오일이 들어있지 않고, 중속형은 오일이 들어가 있습니다.

점도가 높을수록 동일한 시간에 과전류가 흘러 Coil에 동일한 기자력이 발생해도 오일의 점도에 따라 차단되는 시간이 달라집니다.

• 회로 보호용 차단기는 전기를 공급하면 ODP 에 코일이 기전력이 발생.
• ODP 에 정격 전류 이상이 되면, Armature 가 Plug가 붙어 전기를 차단.
• ODP 내부 오일 점도에 따라 순시형과 종속형으로 나누어 진다.

1.2. Circuit protector(회로 보호용 차단기) 용도

위 그림 중 그래프가 보이는데요, 그래프가 뜻하는 것은 회로 보호용 차단기 Trip 곡선 입니다. Trip 곡선은 차단기가 여러 종류가 있지만, 꼭 회로 보호용 차단기를 사용해야 하는 경우가 있습니다.

추가 설명으로, 배선용 차단기와 다른점은 (크기, 사이즈, 정격차단전류를 제외) 가장크게 다른점은, 위 그래프와 다르게 동작 특성이 다릅니다.
[배선용 차단기 설명 글]

• 배선용 차단기와 차이점은 동작 특성이 다름.
• 동작 특성이 달라 차단하는 대상(용도)이(가) 다름
• 결론: 동작 특성에 따라 차단하는 대상이 다름.

1.2.1. 민감한 장치의 부하 차단

Controller, SMPS등 과 같이 민감한 기기를 차단할 때, 사용합니다. 

즉, 반도체, 내부회로, 회로기판 등 민감한 기기가 갑자기 큰 전류가 들어왔을 때, 빠르게 차단해 기기를 보호하는 역할을 합니다.

위 Trip 곡선을 보시면 [배선용 차단기 설명 글]와 동작특성이 차이가 나는 것을 알 수 있습니다.

배선용 차단기와 회로 보호용 차단기의 차이는 (크기, kA 등 제외) 동작특성에 있습니다. 간단하게 설명드리면, 정격 전류보다 큰 전류가 들어왔을 때, 둔하게 반응하는 것은 배선용 차단기 민감하게 반응하는 것은 회로 보호용 차단기 이렇게 생각하시면 되겠습니다. 

그러므로 민감한 장치, Controller 와 같은 것을 차단할 때 사용합니다.

※ 용량선정시 기기 메뉴얼 을 활용하여, 해당 전류 및 KVA를 활용하여 선정합니다. (추후 용량 선정 글에서 자세히 말씀드리겠습니다.)

• 회로 보호용 차단기는 배선용 차단기보다 동작 특성이 민감.
• 주로 사용되는 곳은 유도성 부하가 아닌 반도체 소자가 들어 있는 Controller류에 차단용도로 사용.

1.2.2. 전원 분배

Controller, SMPS 등 전원을 분배할 때, 사용합니다. 

분배 하실 때, 주의 할 점은 [SMPS의 원리와 용도 글]에서 설명이 되었지만, 30V 초과인 전압은 위험 전기로 분류되어 기계적으로 공급받는 Panel에서 ‘Pad lock’ 장치가 되어 있어야 합니다.

회로 보호용 차단기 같은경우, 30V 초과의 전압을 분배 하는 용도로는 거의 사용 되지 않습니다.

• 국내 제품 및 장비에서 많이 쓰이는 ‘LS-Electric’社, ‘Honeywell’社 제품에서는 Pad Lock X
• ‘Schneider-Electric’社 및 ‘Eaton’社 제품에는 있지만, Panel Door 에 장착해서 나오는 타입 X
• 결론: 30V 초과인 전압 분배 시, 배선용 차단기 사용.

분배할 시, 예를 들면, 하나의 SMPS 에서 각각의 장비에 DC Power 을 분배할 때 사용합니다.

• 보통 AC 전압를 분배 할 때, 배선용 차단기를 이용하고, DC 전원(ex: DC24V) 은 회로 보호용 차단기를 이용.