진공 차단기(VCB)에 대하여

진공차단기(Vacuum Circuit Breaker, VCB)는 고압의 전기를 개폐할 때 사용되는 차단기입니다. 수변전실에서 아주 중요한 역할을 하는 장치이며 개폐 시 발생하는 아크를 진공을 이용하여 소호하는 장치입니다. 

1. 진공차단기(VCB) 설치 위치

필자가 근무하는 곳은 위와 같이 진공차단기가 총 4대가 설치되어 있습니다. 이것은 22.9kV 수배전반의 전형적인 모습입니다. Main 진공차단기는 맨 위쪽에 있는 것이고 변압기 전단에 각각 1대씩 설치되어 있습니다. 맨 위쪽 진공차단기와 변압기 전단 진공차단기는 동일한 것이지만 맨 위쪽의 진공차단기 판넬에서는 저전압 및 정전 발생시 발전기를 동작시키는 a접점이 들어 있습니다. 즉 비상발전기를 돌리는 VCB판넬은 맨 첫 번째 것입니다. 그 외에 나머지 VCB에는 비상발전기를 돌리는 접점이 없습니다. 

또한 진공차단기(VCB)는 빠른 개폐가 장점이지만 빠른 개폐로 인한 충격전압인 Surge가 발생하기 때문에 진공차단기 2차측에는 항상 서지흡수기(Surge Absorber)가 설치되어야 합니다. 관련 내용은 피뢰기에 대한 포스팅을 참조하십시요. (피뢰기(Lightning Arrester)에 대하여)

2. 진공차단기 생김새 및 수동조작법

진공차단기는 PT&VCB판넬에 들어 있습니다. 왼쪽은 판넬 외부의 모습입니다. 문을 열고 내부를 보면 오른쪽의 진공차단기가 들어 있습니다. 

계수기의 경우는 진공차단기가 얼마나 작동하였는지를 보여주는 장치입니다. 신축건물인데도 제가 근무하는 곳의 진공차단기 계수기에는 156이 기록되어 있었습니다. 진공차단기의 경우에는 동작 횟수의 제한이 있습니다. 어차피 진공차단기가 많이 동작시키는 장치가 아니지만, 알고는 있어야 할 것 같습니다. 연속 10회 동작후에는 30분의 시간 후에 다시 동작시켜야 합니다. 그리고 시간당 20회, 하루에 100회의 동작횟수 제한이 있습니다. 그 이상 동작을 할 경우에는 성능에 문제가 생기기 때문에 메뉴얼에 저렇게 기록을 해 놓은 것으로 보입니다. 

진공차단기는 통상적으로 외부의 ON/OFF 스위치를 이용하여 동작시키지만 어쩔 수 없이 수동 조작을 해야 하는 경우도 있습니다. 수동 조작 방법은 아래와 같습니다. 

1) 먼저 수동 Charge 핸들을 위에서 아래로 내려줍니다. 반복해서 7~8회 왔다 갔다 해주면 투입스프링 Charge 표시기에 위 사진과 같이 Charge가 표시됩니다. 

2) 이때 수동 ON 버튼을 누르게 되면 차단기가 투입이 되면서 ON/OFF 상태표시기에는 ON이 표시가 되고 투입스프링 Charge 표시기에는 Discharge가 표시됩니다. 

3) OFF 버튼을 누르면 차단기가 OFF가 되면서 ON/OFF 상태표시기에 OFF가 표시됩니다. 

굉장히 간단하죠? 차단기를 ON 할 때만 수동으로 레버를 7~8회 내려주면 되고 OFF 시에는 OFF 버튼만 눌러주면 됩니다. 선풍기만큼이나 간단합니다. 

3. 진공차단기 내부 모습

출처: LS산전

상기 그림은 진공차단기 내부의 모습입니다. 왼쪽에서 보시면 전기는 상부 단자와 하부 단자를 통해서 흐릅니다. 이 사이에 스위치 역할을 하는 진공인터럽터(Vacuum interrupter, VI)가 있는데 이것이 진공차단기의 핵심소재가 되겠습니다. 오른쪽 그림에서 Contacts가 붙었다가 떨어졌다 하면서 스위치 역할을 해줍니다. 여기서 위쪽은 고정되어 있고 아래쪽만 움직이는 형태로 되어 있습니다. 그리고 당연히 내부는 진공으로 되어 있고요. 

모양이 좀 복잡하게 생겨서 그렇지 원리는 단순합니다. 우리가 일반적으로 쓰는 스위치와 유사하지만, 차이점은 고압이다 보니 개폐 시에 발생하는 아크(Arc)를 소호 하기 위해서 저런 구조가 나오는 것이지요. 지난번 전력퓨즈 때도 언급하였던 것처럼, 고압용 전력퓨즈는 저압용 퓨즈와 원리는 동일하나 아크를 소호하기 위해서 내부에 규사를 충진했거나 붕산을 사용한 것과 같은 맥락으로 보입니다. (전력 퓨즈(Power Fuse)에 대하여 참조)

4. 진공차단기 판넬 접점에 대하여

상기 도면은 진공차단기 VCB Schematic Diagram입니다. 가운데 있는 GIPAM은 디지털 전력 보호 감시 장치라고 불리우며, PT와 CT의 값을 받아서 계측값을 Display 해주기도 하고, 사고에 대해 판단을 해주기도 합니다. GIPAM에 물려 있는 보호 요소로는 OCR(과전류), OCGR(지락과전류), OVR(과전압), UVR(저전압), OVGR(지락과전압), SGR(선택지락), POR(결상)등입니다. 

먼저 하단 가운데 붉은색의 27X릴레이 상단에 보시면 GIPAM에 UVR이라고 되어 있습니다. 즉 정전 시에는 GIPAM 내부의 a접점이 붙어서 27X 릴레이를 여자시킵니다. 그러면 오른쪽 상단을 보시면 27X 릴레이가 작동하면 발전기가 가동되는 것을 알 수 있습니다. 

한가지 흥미로운 점은 필자가 근무하는 곳의 GIPAM은, GIPAM에 OCR, OCGR, OVR, UVR, OVGR, SGR, POR등을 연결할 수 있는 단자가 있음에도 불구하고 이런 단자들을 전혀 사용하지 않았습니다. 대신 알람이 울리면 VCB가 Trip이 되게 되어 있습니다. 가운데 하늘색 원에 86X 릴레이가 있고 상부의 GIPAM에 보면 ALRAM에서 나온 것을 볼 수 있습니다. 즉 알람이 울리면 86X가 여자 되어 왼쪽의 VCB를 Trip 되도록 해놓았습니다. 

상기 사진의 왼쪽에 보시면 UVR을 제외하고는 단자가 출력으로 나간 것이 아무것도 없습니다. 단자가 나간 것이 A02, A04의 ALARM만 출력이 나갔지요. 즉 알람이 울리면 진공차단기가 트립 된다는 것인데 과연 이렇게 하는 것이 맞는 것인지 의심이 됩니다. 잘 알아보고 업체에 따져볼까 생각 중입니다. 인터넷에서 다른 곳의 공사한 곳을 살펴보았는데 저렇게 해놓지는 않은 것으로 생각됩니다. 

 참고로 UVR은 순간 정전 때문에라도 최근에는 Trip으로 걸어놓지 않은 곳이 있다고 합니다. 최근에는 한전에서 전력공급을 잘 해줘서 정전되어봐야 순간 정전이 되기 때문에 UVR을 일부러 걸어 놓지 않습니다. 만약 UVR을 걸어 놓으면 순간 정전 시에도 릴레이가 작동하여 진공차단기가 작동하여 전원을 꺼버립니다. 

그러면 진공차단기는 수동으로 Trip 해제를 해야 하기 때문에 누군가 와서 Trip 해제를 시켜주고 해야 하는데, 그렇게 되면 순간 정전으로 끝날 일이 장시간 정전이 되어버리기 때문입니다. 물론 GIPAM에서 동작 시간을 설정하는 것으로 커버할 수도 있겠지만, 아예 UVR을 설정하지 않는 곳도 있는 것 같습니다. 

오른쪽은 CT, PT에서 흘러들어온 선들이 연결된 곳이라고 보시면 됩니다. CT는 IR, IS, IT 이런 식으로 PT는 VR, VS, VT등으로 표현이 되어 있습니다. IR은 R상 CT에서 온 선이고 IS는 S상 CT에서 온 선입니다. 나머지도 동일하게 이해하시면 될 것 같습니다. 

오늘은 진공차단기에 대해서 포스팅하였습니다. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.