고압 차단기의 종류와 특성

고압차단기란?

차단기는 부하전류를 안전하게 개폐하고 단락, 지락 등 사고시 각종 계전기와 조합하여 신속하게 전로를 차단하여 선로 및 기기를 보호하기 위한 기기로 고압 차단기와 저압차단기로 구분이 된다. 차단기는 여러 기능을 필요로 하는데 우선 투입상태에서는 부하전류를 안전하게 통전 할 수 있어야 하며 차단상태에서는 상간, 대지 간 절연을 유지하여야 한다. 그리고 사고시 이상전압 발생이 없고 신속히 차단되어야 하며 재점호가 없어야 하고 열적·기계적으로 견고해야 한다. 마지막으로 소형, 경량, 저소음, 유지보수용이, 경제성이 있어야 한다.

 

차단기는 어떻게 동작되는가?

선로의 고장전로를 개폐할 때는 거대한 에너지의 급격한 분출로 인하여 아크가 발생하는 차단기는 이 아크를 소호시킬 수 있는 능력을 지닌 개폐기이다. 차단기의 소호방식에는 냉각효과, 확산효과, 가압효과, 치환효과, 벽면효과 소호가 있다. 냉각효과는 아크에 의해 전리된 가스의 도전율을 냉각에 의해서 억제하고, 아크가 사리진 이후의 절연회복을 좋게 한다. 확산효과는 아크로 인하여 발생되는 금속증기를 그 주위의 이온밀도가 낮은 부분으로 확산시키기 때문에 증기 밀도를 감소시킨다. 가압효과는 아크 주위의 소호 매질의 압력을 높임으로써 열전도에 의한 냉각효과를 크게함과 동시에 절연내력도 높인다. 치환효과는 아크 발생 시에 전극에 새로운 매질을 불어넣어 절연내력을 높인다. 마지막으로 벽면효과는 아크를 절연물의 좁은 틈으로 강제로 밀어 넣어서 온도가 상대적으로 낮은 절연물 표면에서 이온이나 전자의 중화가 이루어져서 절연이 회복된다. 일반적으로 소호방식에 따른 분류를 할 때 유입차단기(OCB), 진공차단기(VCB), 가스차단기(GCB), 공기차단기(ABB), 자기차단기(MBB) 및 기중차단기(ACB) 등으로 나누며, 최근에는 저압차단기로 쓰이는 ACB, MCCB 등을 제외하고는 거의 VCB와 GCB가 주로 사용되고있다.

 

진공차단기의 특성

진공차단기는 전류 차단 후의 절연회복 능력이 커서 차단시간이 짧고, 차단성능이 주파수의 영향을 받지 않는다는 장점이 있다. 또한 전자이온의 급속하게 확신되기 때문에 아크가 작다. 이로인해 전류 차단에 따른 접점 소모가 작고 개폐기 수명이 길다.  그리고 절연내력이 커서 접점 간격을 작게 할 수 있으므로 소형 경량이어서 다단 적재가 가능하다. 진공 Interrupter부가 완전 밀봉형이기 때문에 아크나 열가스의 방출이 없어안전하며 소음도 작다. 진공 Interrupter부는 보수를 할 필요가 없으며 기름을 사용하지 않으므로 화재의 위험성이 없다.
마지막으로 진공 밸브는 자력 소호형이고, 전극이 개로 되면 항상 소호 가능 상태가 된다는 특징이 있다. 즉, 다빈도 개폐에 강하다는 특성을 가지고있다.

가스차단기의 특성

가스차단기는 SF (육불화황)가스를 소호 매체로 사용하는 차단기이다. SF, 가스는 안정도가 매우 높은 불활성 기체로서 불연성, 무독성, 무색,무취의 기체이며, 보통 5기압 정도로 사용하게 되며 소호하는 능력이 공기의 100배 정도로 매우큰 특성을 지닌다.

전기적 부특성에 의한 소호

아크에 의해 SF,가스가 분해되면 4000[K] 근처에서 아크 중의 전자를 포확하여 전기적 부특성을 띄게된다. 부특성을 띈 SF6가스의 질량이 전자에 비하여 매우 크므로 그 이동속도가 아주 느리기 때문에 아크가 지는 공간 전도성이 상실되어 소호된다.

 열화학 작용에 의한 소호

 SF 가스의 우수한 소호 특성 때문에 차단점당 분담 전압을 높일 수 가 있으므로 차단기 전체의 소형경량화가 가능하다. 전류 차단 후의 절연회복이 빠르기 때문에 재뇌격이나 다중뇌 등에 대해서도 신뢰성이 높으며 근거리 선로 고장, 탈조고장, 이상지락 등의 가혹한 조건에서 강하다. 단점으로는 SF,가스 중에 수분이 존재하면 내전압 성능이 저하하고, SF 가스의 액화온도가 높아서 겨울철에는 보온장비 등의 필요하다.

 

이렇게 대표적인 고압차단기인 가스차단기와 진공차단기에 대하여 알아보았다. 각각의 장단점을 확인하고 필요한 위치에 사용하는 것이 좋겠다.