안녕하세요, 센서와 스위치를 다잡는 센서보이 입니다.
이번 글에서는 회로차단기(Circuit Breaker)에 대하여 다루어 보겠습니다.
C/B, NFB, C/P 등 여러가지 용어로 불리는 제품인데요,
입력전원의 이상에서 장비 및 회로를 보호해 주는 굉장히 중요한 역할을 하는 제품입니다.
이렇게 중요한 제품이니 만큼, 제대로 선정하기는 다소 까다로울 수 있는데요.
회로차단기의 종류, 주요사양 및 모의선정까지 진행 해 보도록 하겠습니다.
회로차단기의 종류
회로차단기는 Magnetic / Thermal 두가지 방식으로 나눌 수 있습니다.
Magnetic 방식은 내부 코일에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자기장을 이용하는 방식입니다.
Thermal 방식은 내부 Bimetal(바이메탈)이 열에 의해 휘어지는 성질을 이용합니다.
Magnetic Circuit Breaker
Magnetic 차단기는 전자석을 이용하여 회로를 차단합니다.
Magnetic / Hydraulic-Magnetic / Thermal-Magnetic 으로 종류를 나눌 수 있으며, 간단한 특징은 아래와 같습니다.
- Magnetic은 가장 기본적인 제품이며, 전자석을 활용합니다.
- Hydraulic Magnetic은 Moving Core를 Oil 내부에 넣어 주변온도에 의한 영향을 최소화 하였습니다. 그리고, 내부 Oil을 조절하여 Time Delay를 좀 더 길게 설정할 수 있습니다.
- Thermal-Magnetic은 Magnetic과 Thermal의 기능을 둘 다 보유한 제품입니다.
Magnetic 차단기의 최대 장점은 차단된 회로를 Reset 하는데 필요한 회복시간이 없다는 것입니다.
아래 그림은 Magnetic 차단기의 내부 구조이며, 각 부의 명칭을 기입하였습니다.
동작 방식은 아래와 같습니다.
- Actuator를 On 시키면, Contact Bar가 Terminal에 부착되어 통전됩니다.
- 전류가 흐르는 동안, Coil은 전자석이 됩니다.
- 전자석의 힘이 강해짐에 따라, Moving Core는 점점 Amature 쪽으로 상승합니다.
- 허용전류 이상의 전류가 흐르면, Moving Core는 완전히 Coil 내부로 들어갑니다.
- 이 때, Moving Core는 Coil의 자기 코어가 되며, Moving Core 자체적으로도 자기력선이 발생합니다.
- 자기력이 강해짐에 따라, Amature가 Coil쪽으로 내려오게 됩니다.
- 이 때, 기구적으로 Contact Bar가 Terminal에서 다시 떨어집니다.
- 회로차단 완료, Actuator 또한 Off Position으로 이동합니다.
- 만일 인입전류가 너무 강력하면, Coil의 자기력 만으로 Amature는 동작하게 됩니다. (딜레이 없이 즉각차단)
- Arc 용접 방지를 위해 On/Off 시 Contact Bar에서 발생하는 Arc는 주변의 Arc Grid가 흡수합니다.
Thermal Circuit Breaker
Thermal 차단기는 Bimetal(바이메탈)을 활용한 차단기 입니다.
바이메탈은 두가지 금속을 합쳐놓은 소자로써, 서로 다른 열팽창 계수에 의해 한쪽으로 휘게 됩니다.
구조가 단순하기 때문에 가격이 매우 저렴하다는 장점이 있습니다.
다만, Reset을 위해서는 Bimetal이 식어야 한다는 문제가 있고, 주변 온도에 영향을 많이 받습니다.
아래 그림은 Thermal 차단기의 내부 구조이며, 각 부의 명칭을 기입하였습니다.
동작 방식은 아래와 같습니다.
- Actuator를 On 시키면, Contactor가 Terminal에 부착되어 통전됩니다.
- 전류가 흐르는 동안, Bimetal에는 전류에 의한 발열이 발생합니다.
- 발열이 임계치 이상 발생하게 되면, Bimetal의 휨세에 의해 Trip Mechanism이 동작하게 됩니다.
- Trip Mechanism에 의해 Contactor가 Terminal에서 떨어지게 됩니다.
- 회로차단 완료, Actuator 또한 Off Position으로 돌아갑니다.
- Thermal 방식의 차단기는 Bimetal이 식어서 원래자리로 돌아갈 때까지 On 시킬 수 없습니다.
회로차단기 선정을 위해 필요한 정보
회로차단기는 장비 및 회로 보호를 위해 신중하게 선정해야 합니다.
설계치보다 높은 용량을 사용했을 경우, 정상적인 운용에는 문제가 없으나 과전류에 의한 파손을 제대로 보호하지 못할 수 있습니다.
설계치보다 낮은 용량을 사용할 경우, 정상적인 운용이 안될 수 있습니다. (정상 전류에도 트립됨)
차단기 선정을 위한 필수 정보
- Trip Current (또는 전압차단을 원할경우 Trip Voltage)
- Voltage Rating
- Pole
- Application 또는 Dimension
차단기 선정을 위한 부가 정보
- Terminal
- Mounting
- Time Delay
- Approval
- Other special requirements
회로차단기 모의 선정
회로 차단기는 제조사 별로 표기된 용어 등이 조금씩 다르고, 너무나 많은 옵션이 존재하기 때문에, 선정이 다소 어려울 수 있습니다.
앞서 살펴본 내용들을 활용하여, 인터넷에서 찾은 아무 제조사의 Data Sheet로 하기 모의사양에 대해 선정하여 보겠습니다.
모의사양
- Trip Current : 10A / 2 Poles
- Voltage Rating : 220 Vac
- Application : 의료장비의 전원스위치 (크기가 작은 Rocker Type)
- Terminal : Quick Connect
- Approval : 의료장비를 유럽으로 수출하고자 함
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