배선용차단기(MCCB)에 대하여

안녕하세요? 오늘은 배선용 차단기(Molded Case Circuit Breaker, MCCB)에 대하여 말씀드리겠습니다. 배선용 차단기(MCCB)는 저 전압 배전 시스템에서 과부하 및 단락 사고가 발생하였을 때 이를 차단하기 위해서 설치합니다. 만약 배선용 차단기가 없다면 과부하나 단락이 발생하여도 전류가 계속 흘러서 화재가 발생하거나 기기가 손상되는 일이 발생할 것입니다. 과거에는 MCCB가 아니고 NFB(No Fuse Breaker)라는 용어를 썼는데 일본식 표현이라고 합니다. 

1. 배선용 차단기 외형

위 사진은 필자가 근무하는 곳의 수많은 배선용 차단기 중의 하나입니다. 먼저 정격전류는 225A로 한가운데에 쓰여 있습니다. 

2. 배선용 차단기 트립

배선용 차단기(MCCB) 트립에 대해 말씀드리겠습니다. 위에서 보시는 바와 같이 조작핸들이 맨 위에 있으면 ON, 맨 아래 있으면 OFF, 중간에 있으면 TRIP입니다. 트립 버튼을 누르거나 실제로 트립이 일어나면 조작핸들이 트립의 위치에 오게 되는데 이때는 아무 글씨도 보이지 않습니다. 만약 단락 등의 사고가 발생하여 트립이 일어났다면 조작핸들은 바로 위로 올려서 ON을 시킬 수 없습니다. 반드시 OFF 위치로 조작핸들을 내린 다음 ON 위치까지 올려야 다시 올릴 수 있습니다. 이때 주의할 점은 사고가 발생하였다면 반드시 사고의 원인을 제거한 후에 배선용 차단기를 복구시켜야 하겠습니다.  

3. 배선용 차단기의 동작 특성(장한시 동작전류와 순시 동작전류)

위 사진에서 왼쪽의 Ir 이 쓰여있는 쪽이 장한시 동작전류 조정 다이얼이고 오른쪽의 Ii 로 써있는 곳이 순시 동작전류 다이얼입니다. 한시라는 말의 개념 차체가 이상 전류가 발생하였을 때 일정 시간 후에 동작하는 것을 의미합니다. 장한시는 한시를 길게 한다고 보시면 될 것 같습니다. 그래서 정격전류에 도달했어도 긴 시간 후에 트립을 한다고 보시면 됩니다. 여기서 장한시 전류는 정격전류의 1배, 0.9배 0.8배 등으로 설정할 수 있는 것을 볼 수 있습니다. 

장한시 전류 특성이 있는 이유는 모터 등의 기기가 처음 시동 시에는 많은 전류를 사용하기 때문에 이 때 트립이 되면 모터를 기동할 수 없습니다. 또한 일시적으로 부하가 정격전류에 도달하는 경우도 있는데 이럴 경우 무조건 트립을 시켜버리면 트립이 되는 횟수가 너무 많기 때문에 필요한 것입니다. 그렇다고 정격이 살짝 넘었는데 트립이 아예 되지 않는다면 그것 역시도 사고의 우려가 있기 때문에 일정 시간 동안 과전류가 유지가 되면 트립이 되는 것입니다.

순시전류 동작특성은 과전류를 훨씬 넘은 단락 전류에 대한 이야기입니다. 순시라는 말이 매우 짧은 시간에 급히 차단한다는 말입니다. 위의 한시처럼 시간을 두는 것이 아니라 발생 즉시 차단기가 떨어진다는 것입니다. 단락 전류와 같은 것은 과부하전류와는 차원이 다르게 많은 양의 전류가 흐릅니다. 이럴 경우에는 시간을 두지 않고 즉시 차단하는 것이 필요합니다. 이것을 정격전류의 5~10배까지 설정할 수 있는 것으로 나옵니다. 아래 그래프를 보시면 장한시와 순시를 더 쉽게 이해하실 수 있습니다. 

위 사진의 왼쪽 그래프를 보시면 장한시 동작전류와 순시 동작전류에 대한 시간을 알 수 있습니다. 여기서 가로축이 정격전류의 배수이고 세로축이 동작 시간입니다. 예를 들어서 정격전류의 0.5배에서는 동작 시간이 무한대로 되어서 동작하지 않습니다. 정격전류의 1배에서는 대략 2,000초 정도 되어 있습니다. 정격전류의 2배에서는 20~30초 사이에 동작합니다. 정격정류의 10배에서는 0.4초 정도로 되어 있습니다. 정격전류의 약 30배 정도 되니까 순시 특성으로 동작합니다. 즉 0.02초 정도에서 무조건 트립하게 되어 있습니다. 여기서 장한시 특성은 전류의 크기가 커질수록 트립 시간이 짧아지는 특성이 있고 순시는 전류가 크거나 작거나 큰 차이가 없이 거의 0.02초에서 동작하는 것으로 되어 있습니다. 

주위 온도 보정 곡선에서 보시면 주위 온도가 40℃일 때 정격이 100%임을 볼 수 있습니다. 그리고 온도가 올라가거나 내려가면 정격이 상당히 변화되는 것을 볼 수 있습니다. 먼저 주위 온도가 40℃보다 낮을 경우 그래프상으로 정격이 최고 110% 이상 올라가는 것을 볼 수 있습니다. 이렇게 되면 정격보다 높은 전류가 흘러도 동작이 잘 안 되게 됩니다. 반대로 주위 온도가 40℃보다 높을 경우는 정격전류가 낮아지고 이것은 배선용 차단기를 예민하게 만들어서 수시로 동작하게 합니다. 겨울이나 여름에 옥외에 설치된 차단기의 경우 이런 영향들을 받을 것으로 예상이 됩니다. 

 

4. 배선용 차단기 내부

출처: youtube

배선용 차단기 내부를 설명하기 위해 다소 구조가 다른 그림을 가져왔습니다. 구조는 다르지만, 원리는 동일합니다. 

여기서 중요한 것은 BIMETAL STRIP과 MAGNETIC COIL입니다. BIMETAL은 과전류가 발생하였을 때 열을 받아서 휘게 되고 상부의 기기를 눌러서 차단기가 떨어지게 만듭니다. BIMETAL의 특성상 가열되어 휘게 되기까지 시간이 걸리므로 이것은 위에서 설명해 드린 장한시 특성에 해당됩니다. MAGNETIC COIL은 단락 전류가 발생하였을 때 자석으로 작용하여 접점을 떨어뜨리게 됩니다. 이것은 위에서 설명해 드린 순시 특성에 해당합니다. 이렇게 배선용 차단기에는 두 개의 동작 특성을 만족시키기 위한 트립 장치가 2개 들어 있습니다. 

ARC CHUTE는 배선 용차단기 ON/OFF시 발생하는 아크를 소호하는 장치입니다. 제가 일전에 포스팅한 ACB 관련 글을 보시면 이해하시기 편할 것 같습니다. 원리가 동일하기 때문에 관련 글을 참조하시면 되겠습니다. (기중차단기(ACB)에 대하여)

5. 취급시 주의사항 및 기타사항

배선용 차단기 상부에 보시면 위와 같이 아크 가스 배출구가 있습니다. 제가 일부러 잘 보이게 하기 위해 한쪽을 까 놓았습니다. 이곳이 막히면 아크 가스를 배출할 수 없으므로 전류 차단이 안 될 수 있습니다. 물론 이런 일은 드물겠지만 알고는 있어야겠지요. 특히 배전반 내부에 먼지가 많거나 이물질이 많은 경우에는 주의해야겠습니다. 

또한 전원을 단자에 물릴 때 느슨하게 물려서 과열되어 화재가 발생하는 경우가 있습니다. 단자를 느슨하게 조이면 그 부분의 저항이 증가하게 되고 열이 발생하는 것이지요. 사소한 것 같지만 전기는 사소한 것이 큰 문제를 발생시킵니다. 그래서 매뉴얼에 보면 단자를 조일 때 표준 조임 토크 값까지 설정하고 있습니다. 

MCC 배선용 차단기

위의 왼쪽 사진은 MCC(Motor Control Center)에 있는 배선용 차단기 입니다. MCC에는 배선용 차단기에 저와 같이 스위치를 하나 더 붙여서 사용합니다. 자세히 보시면 작업시에 자물쇠로 시건을 할 수 있는 부분이 있습니다. 또한 TRIP와 RESET을 돌려서 할 수 있게 되어 있습니다. 오른쪽 사진을 보시면 원형 스위치 안쪽에 배선용 차단기가 있음을 알 수 있습니다. 

오늘은 배선용 차단기(MCCB)에 대하여 알아보았습니다. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.