ATS 및 회로 차단기 협조 가이드: Icw 및 선택성 설명

대부분의 ATS 사양에서 중요한 협조 요소를 놓치는 이유

자동 절체 스위치를 지정할 때 대부분의 전기 엔지니어는 연속 전류 정격, 절체 시간 및 전압 호환성과 같은 명백한 매개변수에 집중합니다. 그러나 전 세계 수천 개의 설치에서 중요한 간과 사항이 숨어 있습니다. 바로 상위 회로 차단기와 ATS의 단락 전류 내성 기능 간의 협조 문제입니다. 이 격차는 불일치 보호 체계로 인해 전체 시설이 정전되는 불편한 트립이 발생하거나 장비를 전혀 보호하지 못하는 고장 조건에서 치명적이 됩니다.

근본적인 문제는 다음과 같은 복잡한 상호 작용에 있습니다. 회로 차단기 선택성 범주, 단시간 내전류(Icw) 정격및 ATS 고장 전류 허용 오차. 엔지니어가 선택적 협조를 달성하기 위해 의도적인 시간 지연이 있는 카테고리 B 회로 차단기를 지정하면 ATS가 해당 지연 시간(종종 100밀리초에서 1초) 동안 전체 고장 전류를 견뎌야 하는 시나리오가 발생합니다. 표준 3사이클 정격 ATS 장치는 이러한 확장된 고장 지속 시간을 견딜 수 없으므로 접점 용착, 아크 손상 또는 완전한 절체 스위치 고장이 발생합니다.

이 포괄적인 가이드는 병원, 데이터 센터 또는 중요한 산업 시설을 위한 비상 전원 시스템을 설계하든 ATS-차단기 협조를 마스터하고, 카테고리 A와 B 보호 장치 간의 차이점을 이해하고, 시간 기반 선택성 원칙을 올바르게 적용하고, 과전류 보호 전략에 맞는 절체 스위치를 지정하는 데 필요한 엔지니어링 수준의 통찰력을 제공합니다.

1부: 회로 차단기 범주 및 Icw 정격 이해

1.1 카테고리 A 대 카테고리 B 회로 차단기: 협조 전략의 기초

IEC 60947-2 표준은 저전압 회로 차단기를 협조 동작을 결정하는 두 가지 기본 보호 범주로 나눕니다. 카테고리 A 회로 차단기 순간적인 자기 트립 기능으로 작동하며 의도적인 단시간 지연을 제공하지 않습니다. 이러한 장치(일반적으로 몰드 케이스 회로 차단기(MCCB) 및 소형 회로 차단기(MCB))는 고장 전류가 감지되면 가능한 한 빨리 트립되도록 설계되었으며 일반적으로 10-20밀리초 이내에 트립됩니다. 카테고리 A 차단기는 단락 전류를 견디는 것이 아니라 차단하도록 설계되었으므로 Icw 정격을 갖지 않습니다.

모터 공급 회로, 최종 배전반 및 분기 회로 보호에 카테고리 A 차단기를 배치하여 즉각적인 고장 제거를 목표로 합니다. 빠른 작동 특성은 케이블과 하류 장비를 열 및 기계적 스트레스로부터 보호하지만 협조 유연성을 제공하지 않습니다. 보호 구역의 어느 곳에서든 고장이 발생하면 카테고리 A 차단기가 트립됩니다.

대조적으로 카테고리 B 회로 차단기, 는 정교한 시간 기반 협조 전략을 가능하게 하는 조정 가능한 단시간 지연 기능을 통합합니다. 이러한 장치(주로 공기 회로 차단기(ACB) 및 특정 고성능 MCCB)는 고장 전류가 감지되면 0.05초에서 1.0초 사이에 트립 응답을 의도적으로 지연시키도록 프로그래밍할 수 있습니다. 이 지연 시간 동안 하류 보호 장치가 먼저 고장을 제거하여 진정한 선택적 협조를 달성할 수 있습니다. 카테고리 B 차단기는 손상 없이 지연 기간 동안 고장 전류를 견딜 수 있는 능력을 인증하는 Icw 정격을 가져야 합니다.

기능	카테고리 A 차단기	카테고리 B 차단기
트립 특성	순간(10-20ms)	조정 가능한 지연(0.05-1.0s)
Icw 정격	제공되지 않음	필수 정격
일반적인 유형	MCB, 표준 MCCB	ACB, 고급 MCCB
주요 용도	공급/분기 회로	주 유입구, 버스 연결
협조 방법	전류 크기만	시간 지연 선택성
상대적 비용	Lower	더 높음
적용 복잡성	단순한	협조 연구 필요

이 근본적인 차이점을 이해하는 것은 ATS 설치를 위한 회로 보호를 선택할 때, 필수적입니다. 차단기 범주가 ATS 정격 요구 사항 및 협조 복잡성을 직접 결정하기 때문입니다.

1.2 Icw(단시간 내전류)란 무엇입니까?

정격 단시간 내전류(Icw) 는 카테고리 B 회로 차단기가 트립되거나 열적 또는 전기 역학적 손상 없이 지정된 기간 동안 전달할 수 있는 최대 RMS 대칭 단락 전류를 나타냅니다. IEC 60947-2는 0.05, 0.1, 0.25, 0.5 및 1.0초의 표준 테스트 기간을 정의하며, 차단기는 접점 열화, 절연 파손 또는 기계적 변형을 모니터링하면서 고장 내내 닫힌 상태를 유지합니다.

이 내성 기간 동안의 물리적 스트레스는 극심합니다. 열적으로 고장 전류는 전류의 제곱에 시간을 곱한 값에 따라 도체, 접점 및 버스바를 가열하는 I²t 에너지를 생성합니다. 0.5초 동안 유지되는 50kA 고장은 재료 온도 제한을 초과하지 않고 흡수해야 하는 1,250 MJ/s의 열 에너지를 생성합니다. 전기 역학적으로 고장 전류에 의해 생성된 자기장은 미터당 몇 톤을 초과할 수 있는 평행 도체 사이에 반발력을 생성합니다. 이러한 힘은 버스바를 구부리거나 접점 어셈블리를 손상시키지 않아야 합니다.

ATS 협조에 Icw가 중요한 이유: 하류 공급 장치와의 선택성을 달성하기 위해 상위 카테고리 B 차단기를 0.2초 단시간 지연으로 구성하면 ATS를 포함하여 직렬의 모든 장치가 전체 지연 시간 동안 고장 전류를 견뎌야 합니다. 0.5초 동안 Icw = 42kA로 정격된 차단기는 0.5초 동안 42,000암페어를 견딜 수 있지만 ATS에 동등한 단시간 내성 기능이 없으면 시스템 안정성을 향상시키기 위해 설계된 협조 체계에서 실패하는 약점이 됩니다.

브레이커 유형	일반적인 Icw 범위	일반적인 시간 정격	응용 프로그램 예제
헤비 듀티 MCCB	12-50 kA	0.05s, 0.1s, 0.25s	배전반 메인
공기 회로 차단기(ACB)	30-100 kA	0.1s, 0.25s, 0.5s, 1.0s	서비스 입구, 버스 커플링
컴팩트 ACB	50-85 kA	0.25s, 0.5s, 1.0s	발전기 메인, UPS 입력

전문가 팁: 차단기 데이터시트의 Icw 값은 일반적으로 최대 지연 시간(종종 1.0s)을 가정합니다. 협조 연구에 더 짧은 지연(예: 0.1s)이 필요한 경우 열 스트레스 I²t가 0.1s에서 1.0s보다 훨씬 적기 때문에 더 낮은 Icw 정격의 차단기를 사용할 수 있습니다. 항상 I²t(고장) < I²cw × t(지연)인지 확인하십시오.

1.3 관련 정격: Icu, Ics 및 Icm

회로 차단기의 단락 회로 성능은 고립된 사양이 아닌 조정된 시스템으로 이해해야 하는 상호 관련된 네 가지 정격을 포함합니다.

Icu (최대 단락 회로 차단 용량) IEC 60947-2에 명시된 테스트 조건에서 차단기가 안전하게 차단할 수 있는 최대 RMS 대칭 고장 전류를 정의합니다. Icu에서 차단 후 차단기가 손상되어 지속적인 사용에 적합하지 않을 수 있지만 안전상의 위험을 초래해서는 안 됩니다. Icu를 생존 임계값으로 생각하십시오. 차단기는 간신히 살아남았습니다. 중요한 설치의 경우 사용 가능한 고장 전류가 모든 작동 시나리오에서 Icu보다 훨씬 낮게 유지되기를 원합니다.

Ics (사용 단락 회로 차단 용량) 차단기가 차단한 다음 완전한 성능 기능을 그대로 유지하면서 정상 작동을 계속할 수 있는 고장 전류 레벨을 나타냅니다. IEC 표준은 Ics를 Icu의 백분율로 정의합니다. 일반적으로 차단기 설계 및 의도된 적용에 따라 25%, 50%, 75% 또는 100%입니다. 중요한 미션의 전환 스위치 시스템의 경우 병원, 데이터 센터 또는 비상 전원 설치에서 Ics = Icu의 100%인 차단기를 지정하면 최대 정격 고장 이벤트조차도 보호 시스템의 무결성을 저하시키지 않습니다.

Icm (정격 투입 전류) 정격 전압에서 차단기가 안전하게 투입할 수 있는 최대 피크 순간 전류를 지정합니다. 이 정격은 기존 고장 상태로 전환할 수 있는 ATS 전환 작업 및 발전기 동기화 시퀀스 중에 중요해집니다. Icm과 Icu의 관계는 고장 루프의 역률에 따라 달라집니다. Icm = k × Icu, 여기서 k는 1.5(높은 임피던스, 저항성 고장)에서 2.2(낮은 임피던스, 전력 시스템에서 일반적인 유도성 고장)까지 다양합니다. cos φ = 0.3에서 Icu = 50kA로 정격된 차단기의 경우 Icm ≈ 110kA 피크를 예상하십시오.

일반적인 실수: 엔지니어는 종종 업스트림 차단기의 Icu가 사용 가능한 고장 전류를 초과하는지 확인하지만 시간 지연이 사용될 때 Icw 적절성을 확인하지 못합니다. 발전기-ATS-유틸리티 조정 체계의 경우, 이러한 간과는 치명적일 수 있습니다. 차단기는 고장에서 살아남지만(Icu 충족) 단시간 정격이 확인되지 않았기 때문에 0.3초 지연 창 동안 ATS 접점이 용접되었습니다.

2부: 선택성 원칙 및 조정 전략

2.1 선택성(차별)이란 무엇입니까?

선택성, 차별 또는 조정이라고도 하는 선택성은 고장 바로 업스트림의 보호 장치만 작동하고 다른 모든 업스트림 장치는 닫힌 상태로 유지되도록 배전 시스템에서 과전류 보호 장치의 전략적 배열을 설명합니다. 엔지니어링 목표는 정전 범위를 최소화하는 것입니다. 고장의 영향을 받는 설치의 가장 작은 섹션을 격리하는 동시에 다른 모든 부하에 대한 서비스 연속성을 유지합니다.

공통 주 차단기에서 공급되는 개별 피더 차단기를 통해 20개의 제조 셀에 전원을 공급하는 배전 시스템을 고려하십시오. 선택성이 없으면 셀 1의 접지 오류로 인해 주 차단기가 트립되어 20개의 셀이 모두 정전되고 전체 시설에서 생산이 중단될 수 있습니다. 적절한 선택성을 사용하면 셀 1 피더 차단기만 열려 정전을 한 셀로 제한하는 반면 다른 19개의 셀은 계속 작동합니다.

두 가지 기본 메커니즘이 선택성을 가능하게 합니다. 전류 선택성 (암페어 선택성 또는 크기에 의한 차별이라고도 함) 및 시간 선택성 (의도적 지연에 의한 차별). 대부분의 조정된 보호 체계는 서로 다른 고장 전류 범위에서 두 메커니즘을 모두 사용하여 높은 고장 레벨에서 부분 선택성을 달성하고 시스템 임피던스가 자연스럽게 다른 위치에서 고장 크기를 구별하는 낮은 전류에서 완전 선택성을 달성합니다.

2.2 전류 선택성: 크기에 의한 자연스러운 조정

전류 선택성은 케이블과 변압기의 자연스러운 임피던스를 활용하여 배전 레벨 간의 고장 전류 크기 차이를 만듭니다. 50미터 피더 케이블의 부하 끝에서 발생하는 고장은 케이블 임피던스로 인해 피더 원점에서 발생하는 고장보다 훨씬 적은 전류를 끌어옵니다. 업스트림 차단기의 순간 트립 임계값을 다운스트림 차단기가 보게 될 최대 고장 전류보다 높게 설정하면 선택성이 자동으로 달성됩니다. 다운스트림 장치는 더 낮은 전류에서 트립되고 업스트림 장치는 보호 구역의 고장에만 응답합니다.

예: 75미터의 50mm² 구리 케이블을 통해 100A 피더 차단기에 전원을 공급하는 400A 주 차단기. 주 차단기 위치의 단락 회로 전류는 35kA에 도달할 수 있지만 케이블 임피던스는 피더 차단기의 부하 단자에서 최대 고장 전류를 약 12kA로 제한합니다. 주 차단기의 순간 트립을 25kA로 설정하고 피더의 자기 트립을 15kA로 설정하면 선택성 창이 생성됩니다. 25kA 미만의 전류를 끌어오는 모든 고장은 피더 차단기만으로 제거됩니다.

전류 선택성의 제한은 선택성 제한입니다. 업스트림 및 다운스트림 장치의 시간-전류 곡선이 교차하는 고장 전류 레벨입니다. 이 전류 미만에서는 다운스트림 장치만 작동합니다. 위에서는 두 장치가 동시에 트립될 수 있습니다(선택성 손실). 일반적인 MCCB 조정 쌍의 경우 선택성 제한은 차단기 정격 및 제조업체에서 제공하는 선택성 표에 따라 3-15kA 범위입니다.

부분 선택성 은 조정이 선택성 제한까지 유지되지만 더 높은 고장 전류에서는 손실될 때 존재합니다. 완전 선택성 은 조정이 다운스트림 장치의 전체 차단 용량까지 확장됨을 의미합니다. 설치의 경우 자동 전환 스위치 고장 보호 는 다운스트림 고장 시 업스트림 차단기 안정성을 보장해야 하며, 완전 선택성은 사양 또는 코드 요구 사항에 의해 종종 의무화됩니다.

2.3 Icw를 사용한 시간 선택성: 의도적 지연 엔지니어링

시간 선택성은 업스트림 보호 장치에 의도적인 지연을 도입하여 다운스트림 장치가 먼저 고장을 제거할 수 있는 조정 창을 만듭니다. 이 접근 방식은 전류 선택만으로는 완전한 조정을 달성할 수 없을 때, 특히 레벨 간의 임피던스 차별화가 최소화되는 전원 근처의 높은 고장 전류 레벨에서 필수적입니다.

원리는 간단합니다. 업스트림 카테고리 B 차단기를 단시간 지연(일반적으로 0.1초, 0.2초 또는 0.4초)으로 구성한 다음 다운스트림 차단기를 점진적으로 더 짧은 지연 또는 순간 트립으로 설정합니다. 고장이 발생하면 고장에 가장 가까운 다운스트림 차단기가 10-30ms 내에 작동하는 반면 업스트림 차단기는 사전 설정된 지연 시간 동안 의도적으로 닫힌 상태를 유지합니다. 다운스트림 차단기가 고장을 성공적으로 제거하면 업스트림 장치는 트립되지 않습니다. 다운스트림 장치가 고장나거나 고장이 차단 용량을 초과하면 업스트림 차단기가 지연 후 작동하여 백업 보호를 제공합니다.

중요 요구 사항: 업스트림 카테고리 B 차단기는 전체 지연 기간 동안 고장 전류를 견딜 수 있는 적절한 Icw 정격을 보유해야 합니다. 지배 방정식은 다음과 같습니다.

I²t(고장) < I²cw × t(지연)

여기서 I²t(고장)은 고장의 열 에너지(전류 제곱 × 시간)를 나타내고 I²cw × t(지연)은 차단기의 내전류 용량을 나타냅니다.

조정 레벨	장치 유형	트립 지연 설정	30kA 고장에서 필요한 Icw
레벨 3 – 주 인커머	ACB 1600A	0.4초 지연	0.5초 동안 42kA
레벨 2 – 하위 배전	MCCB 400A	0.2초 지연	0.25초 동안 35kA
레벨 1 – 피더	MCCB 100A	즉시	해당 없음(카테고리 A)

이 캐스케이드에서 레벨 1의 30kA 고장은 100A 피더 차단기에 의해 20ms 내에 제거됩니다. 400A 차단기는 0.2초 동안 기다립니다(Icw 정격에 따라 최소 0.25초 동안 30kA를 견뎌야 함). 고장이 제거된 것을 확인하고 닫힌 상태를 유지합니다. 1600A 주 차단기는 0.4초 동안 기다립니다(최소 0.5초 동안 30kA를 견뎌야 함). 또한 닫힌 상태를 유지합니다. 결과: 고장난 피더만 전원을 잃습니다.

일반적인 실수: 엔지니어는 때때로 ATS를 포함한 모든 직렬 연결 장비가 확장된 고장 지속 시간을 견딜 수 있는지 확인하지 않고 “조정 개선”을 위해 주 차단기에서 순간 트립을 비활성화합니다. 이렇게 하면 지연된 트립이 활성화되기 전에 장비 손상이 발생하는 보호 격차가 생성됩니다.

2.4 중요 시스템의 선택성: NEC 및 생명 안전 요구 사항

미국 전기 규정(NEC) 700.28조는 비상 시스템 과전류 장치에 대한 선택적 조정을 의무화하여 “과부하에서 최대 사용 가능한 고장 전류까지 사용 가능한 모든 과전류 범위에 대해 과전류 보호 장치 및 해당 정격 또는 설정을 선택하고 설치하여 달성된 조정”을 요구합니다. 유사한 요구 사항은 의료 시설에 대한 NEC 517조와 중요 운영 전력 시스템에 대한 708조에 있습니다.

이러한 코드 요구 사항은 ATS 사양 전략에 근본적인 영향을 미칩니다. 비상 전력 배전에서 코드 준수 선택적 조정을 달성하기 위해 엔지니어는 종종 ATS에 전원을 공급하는 업스트림 차단기에서 순간 트립 기능을 비활성화하거나 크게 지연해야 합니다. 일반적으로 40kA 고장 시 1-2주기(16-32ms) 내에 트립되는 주 차단기는 다운스트림 비상 피더와 조정하기 위해 0.3초 지연되도록 설정될 수 있습니다.

이렇게 하면 조정 역설이 발생합니다. 코드 준수 선택성에 필요한 바로 그 지연으로 인해 표준 3주기 내전류 정격이 견딜 수 없는 확장된 고장 노출에 ATS가 노출됩니다. 전환 스위치 단락 회로 정격 이해 비상 시스템 설계에서 선택 사항이 아닌 필수가 됩니다. 조정 지연을 견딜 수 있는 단시간 정격 ATS 장치를 지정하거나 시간 지연 없이 고유한 선택성을 제공하는 전류 제한 장치(퓨즈)를 사용하여 보호 체계를 재설계해야 합니다.

전문가 팁: 비상 시스템용 차단기 설정을 확정하기 전에 ATS 단락 회로 내성 등급을 제약 조건으로 포함하는 완전한 조정 연구를 수행하십시오. 많은 엔지니어들이 선택한 차단기 설정으로 NEC 700.28 준수를 달성하려면 더 비싼 단시간 정격 전환 스위치로 업그레이드해야 한다는 사실을 너무 늦게 발견합니다. 이는 적절한 초기 단계 조정 분석으로 피할 수 있었던 변경 주문입니다.

3부: ATS 단락 회로 등급 및 조정 요구 사항

3.1 ATS 내성 및 투입 등급(WCR): 기본 사항 이해

모든 자동 전환 스위치에는 내성 및 투입 등급(WCR) 이 있으며, 이는 지정된 과전류 보호 장치(OCPD)로 보호될 때 전환 스위치가 안전하게 견딜 수 있는 최대 예상 단락 회로 전류를 정의합니다. 이 등급은 독립 실행형 장비 기능이 아니며 ATS와 특정 유형 및 업스트림 보호 설정의 테스트 및 인증된 조합을 나타냅니다.

표준 ATS 등급은 일반적으로 3사이클 내성 테스트 (60Hz에서 약 50밀리초)를 기반으로 하며, 이 동안 전환 스위치는 접점 용접, 절연 파손 또는 기계적 손상 없이 업스트림 OCPD가 열리는 동안 고장 전류를 견뎌야 합니다. 테스트는 기존 고장에 투입하고 접점이 닫힌 상태에서 발생하는 고장을 포함하여 최악의 고장 시나리오에 장치를 적용하는 UL 1008(전환 스위치 장비 표준) 프로토콜을 따릅니다.

ATS 제조업체의 기술 데이터는 일반적으로 WCR을 두 가지 형식으로 제공합니다.

“특정 차단기” 등급 명시적으로 식별된 회로 차단기 모델, 등급 및 트립 설정과 함께 사용하도록 ATS를 인증합니다. 예를 들어 “Square D 모델 HDA36100, 100A 프레임, 자기 트립이 10×In으로 설정되고 순간 트립이 활성화된 경우 100kA SCCR”입니다. 이는 최대 등급을 제공하지만 설계 유연성을 제한합니다.

“모든 차단기” 등급 지정된 특성을 충족하는 모든 회로 차단기(일반적으로 순간 트립 기능 및 3사이클 차단을 요구함)와 함께 사용하도록 ATS를 인증합니다. 예를 들어 “순간 트립 및 최대 3사이클 차단 시간을 갖춘 ≥100A 정격의 모든 회로 차단기로 보호되는 경우 42kA SCCR”입니다. 이는 설계 유연성을 제공하지만 종종 고장 전류 등급이 감소합니다.

상업용 및 경공업용 ATS 장치의 일반적인 WCR 값은 프레임 크기 및 구조에 따라 10kA에서 100kA 범위이며 일반적인 등급은 22kA, 42kA, 65kA 및 85kA입니다.

ATS 프레임 크기	일반적인 3사이클 WCR 범위	일반적인 OCPD 요구 사항
30-100A	10-35 kA	모든 차단기, 순간 트립
150-400A	22-65 kA	특정 차단기 또는 전류 제한 퓨즈
600-1200A	42-100 kA	문서화된 설정이 있는 특정 차단기
1600-3000A	65-200 kA	엔지니어링된 조정, 종종 퓨즈 사용

전문가 팁: “모든 차단기”라는 용어는 다소 오해의 소지가 있습니다. 이는 실제로 “3사이클 이내에 차단되는 순간 트립이 있는 모든 차단기”를 의미합니다. 여기에는 선택적 조정을 시도할 때 많은 엔지니어를 놀라게 하는 제한 사항인 단시간 지연으로 구성된 카테고리 B 차단기가 제외됩니다.

3.2 단시간 정격 ATS: 시간 지연 조정용 엔지니어링 솔루션

의도적인 시간 지연을 사용하는 카테고리 B 회로 차단기와의 조정을 가능하게 하기 위해 ATS 제조업체는 단시간 정격 전환 스위치 를 제공하며, 이는 최대 30사이클(0.5초)의 연장된 기간 동안 지정된 고장 전류를 견딜 수 있도록 테스트되었습니다. 이러한 특수 장치는 표준 전환 스위치를 파괴할 수 있는 지속적인 고장 조건에서 접점 무결성, 아크 차단 기능 및 구조적 안정성을 검증하는 UL 1008 조항에 따라 엄격한 테스트를 거칩니다.

일반적인 단시간 등급은 더 높은 전류가 더 짧은 기간 동안 허용되는 시간-전류 관계를 따릅니다.

• 0.3초 동안 30kA(18사이클)
• 0.2초 동안 42kA(12사이클)
• 0.1초 동안 50kA(6사이클)

단시간 정격 ATS 장치에 대한 엔지니어링 절충안은 상당합니다. 구성에는 향상된 접점 재료(종종 은-텅스텐 합금), 전자기 반발을 방지하기 위한 증가된 접점 압력 스프링 힘, 고급 소호 기능이 있는 견고한 아크 슈트 및 전자기력을 견딜 수 있도록 강화된 프레임 구조가 필요합니다. 이러한 개선 사항은 일반적으로 표준 3사이클 정격 등가물에 비해 ATS 비용을 30-60% 증가시키고 물리적 크기를 20-40% 증가시킬 수 있습니다.

가용성은 또 다른 제약 조건입니다. 대부분의 제조업체는 강화된 구성을 수용할 수 있는 더 큰 프레임(≥400A)으로 단시간 등급을 제한합니다. 일부 등급은 중성선 극이 다른 열 응력 패턴에 직면하는 4극 설계에서 균일한 단시간 내성을 달성하는 복잡성으로 인해 단상 애플리케이션용 3극 구성에서만 사용할 수 있습니다.

단시간 정격 ATS를 지정해야 하는 경우: NEC 조항 700.28(비상 시스템), NEC 조항 517에 따른 의료 시설, 티어 III/IV 안정성 요구 사항이 있는 데이터 센터 또는 시간 지연 차단기를 사용한 자동 전환 스위치 조정 이 중요한 부하에 대한 서비스 연속성을 유지하는 데 필요한 모든 설치에서 NEC 조항 700.28(비상 시스템)에 따른 선택적 조정이 필요한 중요한 애플리케이션입니다.

3.3 회로 차단기를 사용한 ATS 조정: 의사 결정 프레임워크

ATS와 업스트림 OCPD 간의 조정 관계는 고장 보호 적절성뿐만 아니라 정상 및 비상 작동 중 시스템 안정성을 결정합니다. 의사 결정 프레임워크를 이해하면 비용이 많이 드는 사양 오류를 방지할 수 있습니다.

시나리오 1: 업스트림 카테고리 A 차단기(순간 트립)

이는 가장 간단하고 일반적인 조정 사례입니다. 업스트림 카테고리 A 차단기는 순간 자기 트립으로 작동하여 1-3사이클(16-50ms) 내에 고장을 제거합니다. ATS 사양 요구 사항은 간단합니다.

ATS WCR ≥ ATS 위치에서 사용 가능한 고장 전류

단락 회로 계산에서 ATS에서 35kA를 사용할 수 있는 것으로 나타나면 선택한 차단기 유형(특정 또는 “모든 차단기”)에 대해 최소 35kA WCR의 ATS를 지정합니다. 고장이 표준 3사이클 테스트 창 내에서 제거되므로 ATS는 단시간 등급을 가질 필요가 없습니다.

시나리오 2: 시간 지연이 있는 카테고리 B 차단기(선택적 조정)

이 시나리오는 상당한 복잡성을 야기합니다. 업스트림 카테고리 B 차단기는 다운스트림 피더와 조정하기 위해 단시간 지연(일반적으로 0.1초 ~ 0.5초)으로 구성됩니다. 이 지연 동안 ATS는 차단기가 차단을 제공하지 않고 전체 고장 전류를 견뎌야 합니다.

사양 요구 사항은 다음과 같습니다.

1. ATS는 단시간 등급을 가져야 합니다. 차단기 지연 설정과 일치하거나 초과합니다.
2. ATS 단시간 전류 등급 ≥ 사용 가능한 고장 전류
3. 차단기 Icw 등급 ≥ 사용 가능한 고장 전류 지연 기간 동안
4. I²t 에너지 확인: I²t(고장) < I²cw(차단기) × t(지연) AND I²t(고장) < I²cw(ATS) × t(등급)

예: 엔지니어는 다운스트림 조정을 위해 0.3초 단시간 지연으로 구성된 800A ACB로 보호되는 600A ATS를 지정합니다. ATS 위치에서 사용 가능한 고장 전류는 유틸리티 소스에서 42kA입니다. 필요한 사양:

• ATS: 최소 42kA 단시간 내전류 0.3초 (또는 I²t 분석에서 적절하다고 확인될 경우 더 짧은 시간의 더 높은 정격)²ACB: Icw ≥ 42kA, 최소 0.3초 (Icw = 50kA, 0.5초면 적절함)
• 확인: (42kA)² × 0.3s = 529 MJ/s < 차단기 및 ATS I²t 성능
• 결정 요인² 카테고리 A 보호²카테고리 B 시간 지연 보호

ATS 정격 유형	표준 3사이클 WCR	단시간 정격 WCR 필요
협조 복잡성	복잡 - I²t 분석 필요	단시간 ATS의 경우 30-60% 더 높음
설계 위험	단순한	낮음 - 표준 적용2높음 - 상세한 연구 필요
상대적 비용	Lower	소규모 상업, 주거
병원, 데이터 센터, 비상 시스템	3.4 일반적인 협조 실수: 실제로 발생하는 문제	그림 5: 협조 불일치의 결과를 보여주는 나란히 분석. 왼쪽: 단시간 정격 ATS는 지연된 고장 제거에도 손상되지 않고 유지됩니다. 오른쪽: 표준 3사이클 ATS는 50ms 정격 창을 초과하는 고장 전류에 노출되면 치명적으로 고장납니다.
응용 프로그램 예제	수백 건의 ATS 설치 및 협조 연구를 검토한 결과, 안전과 신뢰성을 저해하는 몇 가지 반복적인 오류가 발생합니다.	실수 1: 시간 지연 업스트림 차단기와 함께 표준 3사이클 ATS 사용

. 이것은 가장 흔한 오류입니다. 엔지니어는 0.2초 차단기 지연이 필요한 선택적 협조를 지정하지만 ATS 사양을 표준에서 단시간 정격으로 업그레이드하지 못합니다. 첫 번째 중요한 고장 발생 시 ATS 접점이 닫히거나 아크 손상이 발생합니다. 이는 정격 내전류 지속 시간의 4배인 200ms 동안 고장 전류에 노출되었기 때문입니다. 이제 시스템에 고장난 절체 스위치가 있고 비상 전원 기능이 없을 수 있습니다.

. NEC 110.24에서는 서비스 장비의 사용 가능한 고장 전류에 대한 현장 표시를 요구합니다. ATS 설치의 경우 현장 표시는 업스트림 OCPD 특성에 대한 ATS의 의존성을 고려해야 합니다. 많은 설치에서 ATS 정격이 특정 차단기 설정에서만 유효하다는 것을 문서화하지 않고 계산된 고장 전류만 잘못 표시합니다. 유지 보수 담당자가 나중에 차단기 설정을 수정하면(이전에 비활성화된 순간 트립을 활성화하는 등) 이를 인지하지 못한 채 ATS 정격을 무효화합니다.

실수 3: 비상 시스템에 대한 NEC 700.28 선택적 협조 요구 사항 무시. 엔지니어는 때때로 NEC 700.28에서 선택적 협조를 의무화한다는 사실을 인식하지 못한 채 표준 배전 보호 방식을 비상 시스템에 적용합니다. 결과 설계에서는 모든 차단기에서 순간 트립을 사용하거나(선택성 없음) 과부하 범위에서만 선택성을 달성하고 단락 조건에서는 선택성을 달성하지 못합니다(부분 선택성). 검사 중 코드 준수 실패로 인해 비용이 많이 드는 재설계가 필요합니다.

실수 4: 발전기 대 유틸리티 소스 임피던스 차이를 고려하지 않음. 대기 발전기의 사용 가능한 고장 전류는 일반적으로 발전기 과도 리액턴스로 인해 유틸리티 서비스보다 4-10배 낮습니다. 65kA 정격 차단기로 보호되는 ATS는 유틸리티에서 52kA를 볼 수 있지만 발전기에서는 15kA만 볼 수 있습니다. 엔지니어는 때때로 유틸리티 고장 수준만을 기준으로 ATS 정격을 지정한 다음 발전기 부하 테스트 중에 다음을 발견합니다.

발전기 소스 협조. 별도의 분석이 필요한 다른 시간-전류 협조 문제를 야기합니다.

: 중요한 애플리케이션에 대한 ATS 사양을 확정하기 전에 유틸리티 및 발전기 고장 소스를 모두 포함하고 차단기 지연 설정을 포함한 모든 보호 장치 시간-전류 곡선을 모델링하고 최악의 시나리오에 대한 ATS 내전류 성능을 확인하고 검증된 협조를 유지하는 OCPD 설정을 문서화하는 완전한 협조 연구를 수행하십시오. 이 연구는 면허가 있는 PE가 날인하고 프로젝트 종료 문서에 포함되어야 합니다.. 4부: 실용적인 사양 및 설계 전략 4.1 단계별 협조 프로세스: 엔지니어링 방법론 성공적인 ATS-차단기 협조에는 입증된 방법론에 따른 체계적인 분석이 필요합니다. 안정적인 결과를 보장하는 엔지니어링 프로세스는 다음과 같습니다.

전문가 팁1단계: ATS 위치에서 사용 가능한 고장 전류 계산.

서비스 입구, 변압기 2차측 또는 발전기 단자에서 사용 가능한 고장 전류를 사용하여 단락 회로 분석을 수행한 다음 케이블 임피던스, 변압기 임피던스 및 소스 임피던스를 고려하여 제안된 ATS 위치에서 고장 전류를 계산합니다. 유틸리티 및 발전기 소스를 별도로 분석합니다. 이는 매우 다른 고장 전류 수준을 나타내기 때문입니다. 산업 표준 소프트웨어(SKM PowerTools, ETAP, EASYPOWER) 또는 IEEE 141(Red Book)에 따른 수동 계산 방법을 사용합니다.

2단계: 선택적 협조 요구 사항 결정

해당 코드(NEC 조항 700, 517, 708), 소유자 요구 사항 사양 및 운영 중요도 분석을 검토합니다. 선택적 협조가 필수인지(비상 시스템, 의료), 권장되는지(중요 프로세스) 또는 선택 사항인지(일반 배전)를 결정합니다. 필요한 협조 수준을 문서화합니다. 총 선택성(모든 고장 전류) 또는 부분 선택성(선택성 제한까지).

3단계: 업스트림 OCPD 유형 및 설정 선택

협조 요구 사항에 따라 적절한 보호 전략을 선택합니다.

순간 트립이 허용되는 경우

: 카테고리 A 차단기가 적합합니다. 더 간단하고 비용이 저렴합니다. 표준 ATS 정격 확인으로 4단계를 진행합니다.

선택성을 위해 시간 지연이 필요한 경우

: 카테고리 B 차단기가 필요합니다. 다운스트림 장치와의 협조 연구를 기반으로 필요한 지연 설정(0.1초, 0.2초, 0.4초)을 결정합니다. 차단기가 사용 가능한 고장 전류에서 선택한 지연에 대해 적절한 Icw 정격을 가지고 있는지 확인합니다. 단시간 정격 ATS가 필요함을 인식합니다.

• 4단계: OCPD 특성에 ATS 정격 일치OCPD 선택과 ATS 정격을 상호 참조합니다.
• 시간 지연 OCPD → 단시간 정격 ATS 필요: 단시간 내전류 정격 ≥ 사용 가능한 고장 전류 및 시간 정격 ≥ 차단기 지연 설정을 가진 ATS를 선택합니다. 예: 0.2초 차단기 지연에는 최소 0.2초 단시간 정격(또는 I²t 분석에서 유효한 경우 더 짧은 시간의 더 높은 전류 정격)이 있는 ATS가 필요합니다.

순간 OCPD → 표준 3사이클 ATS 허용

: OCPD 선택과 일치하는 특정 또는 "모든 차단기" 정격 범주에 대해 ATS WCR ≥ 사용 가능한 고장 전류인지 확인합니다.

• 5단계: 다운스트림 협조 체인 확인유틸리티 서비스에서 ATS를 거쳐 부하 피더까지 전체 배전 시스템이 모든 수준에서 협조를 유지하는지 확인합니다. 직렬로 연결된 모든 장치에 대한 시간-전류 곡선을 플롯합니다. 적절한 시간 분리(인접한 수준 간 최소 0.1초) 및 전류 크기 분리(전류 선택성의 경우 비율 ≥ 1.6:1)를 확인합니다. 작동 고장 전류 범위 내에서 곡선 교차가 발생하지 않는지 확인합니다.²4.2 엔지니어링 모범 사례: 전문 표준.
• 이러한 사례를 구현하면 전문 엔지니어링과 사양 룰렛이 구별됩니다.ATS 및 OCPD를 지정하기 전에 항상 포괄적인 단락 회로 연구를 수행하십시오.

. 경험 법칙 추정치 또는 "일반적인" 값에 의존하지 마십시오. 사용 가능한 고장 전류는 유틸리티 용량, 변압기 크기, 케이블 길이 및 소스 임피던스에 따라 크게 달라집니다. 임피던스 계산에서 20% 오류가 발생하면 고장 전류에서 30% 오류가 발생하여 잠재적으로 모든 보호 장치 정격이 무효화될 수 있습니다.

건설 문서에 OCPD 유형, 설정 및 ATS 정격 관계를 문서화합니다.

. "ATS 모델 XYZ 정격 65kA SCCR은 차단기 모델 ABC, 800A 프레임, 설정: Ir=0.9×In, Isd=8×Ir, tsd=0.2s, Ii=OFF(순간 비활성화됨)로 보호되는 경우에만 유효합니다."라고 명시적으로 명시하는 보호 협조 보고서를 작성합니다. 이 정보를 단선 다이어그램 및 패널 일정에 포함합니다. NEC 110.24에 따라 종속성이 명시된 장비를 현장 표시합니다.

향후 부하 증가 및 고장 수준 변화를 고려하십시오.

Always conduct comprehensive short-circuit study before specifying ATS and OCPDs. Never rely on rule-of-thumb estimates or “typical” values. Available fault current varies dramatically based on utility capacity, transformer size, cable length, and source impedance. A 2% error in impedance calculation can produce a 30% error in fault current, potentially invalidating all protective device ratings.

Document OCPD type, settings, and ATS rating relationship in construction documents. Create a protection coordination report that explicitly states: “ATS Model XYZ rated 65kA SCCR is valid ONLY when protected by Breaker Model ABC, 800A frame, with settings: Ir=0.9×In, Isd=8×Ir, tsd=0.2s, Ii=OFF (instantaneous disabled).” Include this information on one-line diagrams and panel schedules. Field-mark equipment per NEC 110.24 with dependency noted.

Consider future load growth and fault level changes. 변전소 업그레이드 또는 인근 추가 발전 설비 연결 시 유틸리티 고장 전류가 증가할 수 있습니다. 장비 교체 없이 합리적인 미래 성장을 수용할 수 있도록 계산된 값보다 20~30% 높은 보호 장치 정격을 지정하십시오.

제조업체 조정 표 및 테스트 데이터 사용. 곡선 플롯만으로 조정이 존재한다고 가정하지 마십시오. 에너지 선택성과 전류 제한 특성은 시간-전류 곡선에서 드러나지 않는 방식으로 조정에 영향을 미칩니다. 테스트된 조합을 문서화한 제조업체 제공 선택성 표를 참조하거나 맞춤형 애플리케이션에 대한 공장 테스트 데이터를 요청하십시오.

설치된 OCPD 설정이 설계 의도와 일치하는지 현장에서 확인. 건설 품질 관리에는 전자 트립 장치가 공장 기본 설정으로 유지되지 않고 조정 연구에 따라 프로그래밍되었는지 확인하는 것이 포함되어야 합니다. 단 하나의 잘못된 지연 설정으로 인해 몇 달 동안의 엔지니어링 조정 분석이 무효화됩니다.

4.3 비용-편익 분석: 지능적인 절충

단시간 정격 ATS 장치는 프리미엄 가격을 요구합니다. 일반적으로 동등한 표준 정격 모델보다 30~60% 높습니다. 이 투자가 엔지니어링 및 경제적으로 타당한 경우는 언제입니까?

필수 투자 시나리오 단시간 정격 ATS가 협상 불가능한 경우:

• NEC 700.28 선택적 조정 준수가 필요한 비상 전원 시스템
• NEC Article 517(환자 치료 구역)에 따른 의료 시설
• NEC Article 708에 따른 중요 운영 전원 시스템(COPS)
• Tier III/IV 안정성 사양을 갖춘 미션 크리티컬 데이터 센터
• 해당 코드 또는 계약 사양에서 선택적 조정을 명시적으로 요구하는 모든 애플리케이션

고가치 투자 시나리오 단시간 정격 ATS가 운영상의 이점을 제공하는 경우:

• 생산 중단 시간이 시간당 ₩10,000을 초과하는 제조 시설
• 고장 격리로 인해 다중 임차인 정전이 방지되는 다양한 임차인이 있는 상업용 건물
• 고장 발생 시 부분 작동 유지가 높은 가치를 갖는 캠퍼스 배전 시스템
• 여러 발전기 세트가 있는 시설 발전기 병렬 연결 전략 조정된 보호로부터 이익을 얻습니다.

대체 전략 더 낮은 비용으로 적절한 보호를 제공할 수 있는 경우:

업스트림 전류 제한 퓨즈: Class J, L 또는 RK1 퓨즈는 시간 지연 없이 에너지 제한 특성을 통해 고유한 선택성을 제공합니다. ATS 업스트림의 퓨즈 분리기는 우수한 조정을 달성하면서 표준 정격 ATS를 사용할 수 있도록 할 수 있습니다. 절충: 퓨즈는 작동 후 교체가 필요한 단발성 장치인 반면 차단기는 재설정됩니다.

더 높은 임피던스 소스: 의도적으로 더 높은 임피던스를 가진 발전기 또는 변압기를 지정하면 ATS에서 사용 가능한 고장 전류가 줄어들어 적당한 차단기 지연에도 표준 정격이 적절할 수 있습니다. 절충: 임피던스가 높을수록 전압 강하가 증가하고 모터 시동 기능에 영향을 줄 수 있습니다.

영역 선택적 인터로킹(ZSI): 차단기 트립 장치 간의 고급 통신은 다운스트림 차단기가 고장 발생 시 업스트림 장치에 “제한” 신호를 보내는 지능형 선택성을 가능하게 합니다. 이렇게 하면 필요한 지연 시간이 줄어들어 표준 ATS 정격이 허용될 수 있습니다. 절충: 시스템 복잡성 증가 및 차단기 비용 증가.

4.4 VIOX 엔지니어링 지원: 기술 리소스 및 조정 서비스

VIOX Electric은 ATS-차단기 조정이 대기 전원 시스템 설계에서 가장 기술적으로 어려운 측면 중 하나임을 인식합니다. 당사의 엔지니어링 팀은 사양이 안전 규정 준수와 운영 안정성을 모두 달성할 수 있도록 포괄적인 지원 서비스를 제공합니다.

당사의 기술 리소스 라이브러리에는 다음을 다루는 자세한 애플리케이션 가이드가 포함되어 있습니다. 회로 차단기 정격 기본 사항, 절체 스위치 선택 기준및 발전기-ATS 통합 전략. 이러한 리소스는 정보에 입각한 장비 선택 및 시스템 설계에 필요한 기술적 깊이를 제공합니다.

복잡한 조정 문제의 경우 VIOX는 단락 분석 검증, 시간-전류 조정 연구, SCCR 유효성 검사 및 NEC 선택적 조정 준수 검토를 포함하는 엔지니어링 컨설팅 서비스를 제공합니다. 당사의 애플리케이션 엔지니어는 귀사의 설계 팀과 직접 협력하여 특정 애플리케이션 요구 사항에 대한 안전, 안정성 및 비용 효율성의 균형을 맞추는 보호 체계를 개발합니다.

절체 스위치 조정 문제에 대해 논의하고 당사의 엔지니어링 리소스에 액세스하려면 VIOX 기술 지원에 문의하십시오. 당사는 중요한 부하가 중단 없는 작동을 요구할 때 귀사의 대기 전원 시스템이 안정적인 성능을 제공하도록 최선을 다하고 있습니다.

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자주 묻는 질문

Q1: 카테고리 A와 카테고리 B 회로 차단기의 차이점은 무엇입니까?

카테고리 A 차단기는 순간 트립으로 작동하며 의도적인 단시간 지연이 없습니다. 가능한 한 빨리(일반적으로 10~20ms) 고장을 제거하도록 설계되었습니다. 카테고리 B 차단기는 시간 기반 선택적 조정을 가능하게 하기 위해 조정 가능한 단시간 지연(0.05~1.0초)으로 구성할 수 있으며 지연 기간 동안 고장 전류를 견딜 수 있는 능력을 인증하는 Icw 정격을 갖습니다. 카테고리 A 차단기는 피더 및 분기 회로에 사용됩니다. 카테고리 B 차단기는 조정이 필요한 주 유입구 및 버스 연결 위치에 배치됩니다.

Q2: 모든 자동 절환 스위치에 Icw 정격이 있습니까?

아니요. 단시간 정격 ATS 장치만 Icw 사양을 갖습니다. 표준 ATS 장치는 3사이클(50ms) 내압으로 정격화되어 있으며 3사이클 창 내에서 고장을 제거하는 순간 트립 보호와 함께 사용하도록 설계되었으므로 Icw 정격이 없습니다. 애플리케이션에 시간 지연 회로 차단기와의 조정이 필요한 경우 조정 지연 요구 사항에 맞는 Icw 정격을 가진 단시간 정격 ATS를 지정해야 합니다.

Q3: 시간 지연 회로 차단기와 함께 표준 3사이클 ATS를 사용할 수 있습니까?

아니요. 이는 ATS 고장을 초래하는 위험한 부적합입니다. 표준 3사이클 ATS는 상위 차단기가 트립되는 동안 약 50밀리초 동안의 고장 전류를 견딜 수 있도록 테스트됩니다. 선택적 협조를 위해 상위 차단기를 0.2초 지연(200밀리초)으로 구성하면 ATS는 정격 내구 시간의 4배 동안 고장 전류에 노출되어 접점 용착, 아크 손상 또는 치명적인 고장을 일으킬 수 있습니다. 시간 지연 차단기에는 단시간 정격 ATS 장치가 필요합니다.

Q4: ATS가 차단기 협조 시 단락 전류를 견딜 수 있는지 어떻게 계산합니까?

고장에서 발생하는 열 에너지(I²t)가 차단기와 ATS의 내압 용량보다 모두 작은지 확인하십시오. I²cw(ATS) × t(정격). 예: 0.3초 차단기 지연이 있는 40kA 고장은 I²t = (40kA)² × 0.3s = 480 MJ/s를 생성합니다. ATS는 ≥ 0.3초 동안 ≥ 40kA의 단시간 정격을 가져야 하고 차단기는 최소 0.3초 동안 Icw ≥ 40kA를 가져야 합니다. 이러한 계산에는 항상 10~20%의 안전 여유를 포함하십시오.²Q5: ATS 설치에서 "선택적 조정"은 무엇을 의미합니까?²t(고장) < I²cw(차단기) × t(지연) AND I²t(고장) < I²단시간 정격 ATS는 다음 경우에 필수입니다. (1) 업스트림 회로 차단기가 선택적 조정을 위해 의도적인 시간 지연(카테고리 B 차단기)을 사용하는 경우 또는 (2) NEC 또는 계약 사양에서 비상, 의료 또는 중요 운영 전원 시스템에 대한 선택적 조정을 명시적으로 요구하는 경우. 또한 고장 발생 시 최대 서비스 연속성을 유지하는 것이 30~60%의 비용 프리미엄을 정당화하는 운영상의 가치를 제공하는 모든 미션 크리티컬 애플리케이션에도 권장됩니다.²전기 배전실에 보이는 접점과 업스트림 회로 차단기가 있는 산업용 600A ATS 설치² 내부 구성 요소, 트립 특성 및 Icw 정격을 보여주는 카테고리 A와 카테고리 B 회로 차단기의 기술적 비교.

아크 소호 및 열 분포를 보여주는 회로 차단기 접점 어셈블리의 클로즈업

선택적 협조는 ATS 하류 배전 시스템의 어느 곳에서든 고장이 발생했을 때 고장 바로 상류의 보호 장치만 작동하는 것을 의미합니다. 즉, ATS 상류 차단기는 닫힌 상태를 유지하여 고장난 분기를 제외한 모든 부하에 전원을 공급합니다. 이를 위해서는 회로 차단기 유형, 정격 및 설정을 적절하게 선택하고 ATS 단락 회로 내성 기능과 조정해야 합니다. NEC 조항 700.28에서는 비상 시스템에 대한 선택적 협조를 의무화하고 있으며, 이는 종종 단시간 정격 ATS 장치에 대한 요구 사항을 유발합니다.

Q6: 단시간 정격 ATS는 언제 필요합니까?

시간 지연 및 Icw 정격을 사용하여 ATS 회로 차단기 선택적 조정을 보여주는 기술 다이어그램.

Q7: 발전기 소스 임피던스가 ATS 협조에 어떤 영향을 미칩니까?

발전기 전원은 일반적으로 과도 리액턴스로 인해 유틸리티 전원보다 4~10배 낮은 고장 전류를 나타냅니다. 이로 인해 두 가지 뚜렷한 협조 시나리오가 발생하며, 유틸리티 전원 고장(전류가 더 높고 잠재적으로 더 심각함)과 발전기 전원 고장(전류가 더 낮고 협조 요구 사항이 다름)에 대해 별도로 분석해야 합니다. ATS는 두 전원 중 최대 고장 전류에 대해 정격이 지정되어야 하며, 협조 연구에서는 두 시나리오 모두에서 선택성을 검증해야 합니다. 일부 설치에서는 이러한 차이를 수용하기 위해 다른 차단기 설정 또는 이중 정격 장치가 필요합니다.