전기

회로차단기 MCB와 누전차단기 ELB 동작 원리

회로차단기 MCB와 누전차단기 ELB 동작 원리

●  회로 차단기 ( NFB,MCB,MCCB)의 구조 및 원리 

저압회로에서 배선용 차단기는  NFB, MCB, MCCB 등으로 표기 한다.(이하 MCB 로 표기)
이런 제품들이 보편화 되기 전에는 두꺼비집 이라는 별칭으로 나이프스위치(Knife Switch) 에 납선을 연결하여 퓨즈 역할을 하도록 만들어진 제품을 많이 사용하였다. 전기를 끊거나 접속하는 부분의 나이프 스위치 모양이 두꺼비 처럼 등이 볼록 나오고 그 아래 지정 전류 이상이 흐르면 녹아 내리도록 납으로 된 철사모양의 퓨즈를 연결하는 구조이였다. 요즘도 완전히 사라진 제품은 아니다. 아뭏든 아직도 가정용 분전함 을 두꺼비집 이라 부르는 유래는 이 나이프스위치 로 인해 굳어진 명사가 아닐까 싶다.

MCB 자동차단 원리

아래 그림에서 1,3 에 전원을 연결하고
2,4 번에 부하(전등또는 전기제품류)가 물려져 있는경우
MCB 손잡이를 올리면 전기가 흐르고 부하가 자동된다.
작동중 이상전류(지정한 전류보다 과도하게 높은전류)가 흐르면
바이메탈에 열이 나기 시작하고 일정시간이 지나도 계속 열이나면 한쪽으로 휘는 힘을 TM 에 전달하여 MCB 를 자동으로 끊어지도록 작동한다.

제조사 마다 모양은 여러가지 이지만 대략의 구성은 사진과 같다.

내부 구성및 회로표시(도면)

*참고 바이메탈의 원리 : 팽창계수가 다른 두가지 금속을 덧대어 붙힌구조 로 열이 나면 팽창계수가 낮은쪽 금속 쪽으로 휘어지는 원리를 이용하여 TM (Trip Mechanism) 에 힘을 전달하여 원하는 작동을 하도록 만든 장치
 
* MCB 는 합선 , 과부하시  차단 된다
MCB - 과부하 차단 보호가 목적 이다.
누전시 흐르는 누설 전류가 MCB의 정격전류를  넘어서도 MCB 는 차단(OFF) 된다.
과부하란  합선에 의한 과대전류,  기기나 기계의 과다 사용으로 인한  전류의 과다한 흐름, 
그리고 누전에 의한 과전류를 말한다.

●  누전 차단기 ( ELB,ELCB) 의 구조 및 원리 
저압회로에 사용되는 누전 차단기를  ELB (또는 ELCB) 라고  표기 하며 ,
* ELB는 누전, 합선 , 과부하시 모두 차단 되도록 만들어져 있다.

제조사에 따라 모양은 여러가지 이지만 원리는 똑같다.

(제조사 마다 자기들 만의 고유 기호를 사용하여 ELB 나 ELCB 가 아닌 다른 부호를 사용하는경우도 많다.)

아래 EBS 52Fb 는 아마도 Earth Breaking Switch / 50A Frame 2극 을 의미할 것이다.

위 제품의 경우 대부분의 특성에 대한 설명이 제품에 인쇄되어있어 이해가 편하다.

여기서 50AF / 20A 부분은 MCB(과부하보호)기능으로 회로 부하전류 50A 까지 사용할수있는 프레임(Frame)이고

20A 이상 일정시간 흐르면 트립(Trip) 되어 회로가 차단(Off) 되로록 만들어져있다.

30mA 로 표시된 부분은 누설전류가 30mA 이상 흐르면 즉시(0.03초이내) 트립 되도록 만들어져있다는 의미이다.

ELB 는 MCB 구조에 추가적으로 누설전류가 검출되면 차단하는 기능이 추가되어있다.

ELB의 핵심부품은 위 그림에서 보이는 영상변류기 ZCT(Zero Current Transformer)이다.
ZCT는 일종의 변류기 CT(Current Transformer)로서 전류를 전압값으로 변환시키는 장치이다(구멍에 전선이 그냥 통과 하였으므로 1차측은 한 Turn에 해당하고, 2차측은 많은 Turn으로 되어있는 변압기의 원리와 같다.
일반 CT는 한 상의 전선만 통과하여 전류의 측정에 사용되나 ZCT는 한 구멍에 전류의 방향이 다른 양극의 전선이 동시에 통과하므로 서로 상쇄되어 정상 상태에서는 출력전압이 발생하지 않는다.

누전이 발생하면 한극에서 출발한 전류가 다른극으로 100% 돌아오지 않게되고,  그 전류의 차이가 설정값 이상이면 제어회로의 판단에 따라 Trip Coil(TC)이 여자되어 Trip Mechanism(TM)을 동작시켜 접점이 열리게 된다.

TEST 버튼은 설치된 저항을 통하여 한상의 전류를 ZCT에 통과 시킴 으로서 누전과 같은 효과를 인위적으로 만드는 것이다.

누전차단기는 배선차단기와 마찬가지로 과전류차단기능을 포함하고 있는데, 누전차단기에 흐르는 전류는 그림에 보이는 바이메탈을 통과하도록 되어있으므로 정격전류 이상의 전류가 흘렀을 때 바이메탈이 휘어져 Trip Mechanism을 동작시켜 접점이 떨어지게 된다(온도 상승에 의한 동작이므로 전류의 량과 통전시간이 동시에 고려된다).

누전차단기에 표시된 입력단자와 출력단자를 바꾸어 설치하였을 경우에는 누전발생시 정확한 동작을 보장할 수 없으므로 주의해야 한다.

누전차단기는 공급되는 전원을 받아 작동전원으로 사용하고 있다. 외부에서 유입되는 과도한 Surge전류에 의해 제어회로 내부의 부품이 고장을 일으키거나 일시적인 오동작으로 누전이 없는데도 Trip이 되거나 Test버튼을 눌러도 Trip이 되지않는 경우에는 누전차단기를 교체해야 한다.

삼상 누전차단기는 한극이 추가되어 접점의 수가 3개이고 ZCT를 통과한 전선의 수가 3가닥인 점이 단상과 다를 뿐이다. 단상의 경우 전류를 스칼라 량으로 생각해도 무방하나, 삼상의 경우는 삼상전류의 백터합은 "0"이라는 원리가 적용되는 것이다. 단상의 각선 전류의 백터합도 "0"이다

**   ELB 와  MCB 의 차이점 및 ELB 전용제품.
ELB - 과부하 차단도 목적이 되지만 주 목적은 누전 차단이 목적 이다. 누전 차단 만을 목적으로 하는 누전차단기도 있다. 시험버튼이 청색 혹은 녹색이면 그 ELB는 누전만을 차단하고 과부하시에는 차단되지 않음.