부하 개폐기와 회로 차단기의 차이점은 무엇입니까?
부하 개폐기(LBS)는 정상 부하 전류를 투입하고 차단하도록 설계되었으며, 회로 차단기는 단락과 같은 고장 전류를 추가로 감지하고 차단할 수 있습니다. 중요한 차이점은 LBS에는 단락 전류를 안전하게 제거할 수 있는 아크 소호 용량이 없으므로 보호 장치가 아닌 스위칭 장치라는 것입니다.
주요 내용
- A 부하 개폐기 정상 부하 전류와 제한된 과부하 전류(일반적으로 정격 전류의 3~4배)를 차단할 수 있지만 단락 고장 전류는 차단할 수 없습니다.
- A 회로 차단기 정격 차단 용량(Icu/Ics)까지 고장 전류를 자동으로 차단하기 위해 트립 메커니즘과 강력한 아크 소호 시스템으로 특별히 설계되었습니다.
- Per IEC 60947-3, LBS는 단락 투입 용량을 가질 수 있지만 단락 속보 유령을 찾는 방법.
- 단락 조건에서 LBS를 열면 지속적인 아크, 치명적인 장비 손상 및 심각한 인명 부상이 발생할 위험이 있습니다.
- 배전 네트워크에서 LBS는 일반적으로 전류 제한 퓨즈 전체 회로 차단기 없이 비용 효율적인 고장 보호를 달성합니다.
- 주어진 애플리케이션에 잘못된 장치를 선택하는 것은 단순한 엔지니어링 오류가 아니라 IEC 및 IEEE 표준에 따른 안전 위반입니다.
부하 개폐기 작동 방식
A 부하 개폐기(LBS) 간단한 단로기(절연기)와 회로 차단기 사이의 기능적 중간 지점을 차지합니다. 단로기는 무부하 조건에서만 작동할 수 있습니다., LBS는 전류가 회로를 통해 흐르는 동안 안전하게 열고 닫을 수 있도록 기본적인 아크 소호 메커니즘을 통합합니다. 단, 전류가 정상 작동 범위 내에 있어야 합니다.
LBS의 아크 소호
부하 상태에서 접점이 분리되면 갭에 전기 아크가 형성됩니다. 모든 스위칭 장치는 이 아크를 관리해야 하지만 아크를 관리할 수 있는 정도에 따라 장치의 기능 등급이 정의됩니다. LBS는 비교적 적당한 아크 소호 기술 — 일반적으로 SF₆ 가스 퍼퍼 메커니즘, 소형 진공 차단기 또는 밀폐된 공기 챔버 — 정상 부하 전류 및 적당한 과부하로 생성된 아크를 소호하는 데 충분합니다.
이러한 아크 제어 시스템은 정격 전류(In)에서 약 3~4× In까지의 전류 범위에 맞게 설계되었습니다. 해당 범위를 벗어나면 아크를 구동하는 전자기력이 아크 플라즈마를 탈이온화하고 접점 갭 전체의 유전 강도를 복원하는 소호 매체의 용량을 초과합니다.
정격 및 표준
LBS 장치는 IEC 60947-3 (저전압 스위치) 및 IEC 62271-103 (고전압 스위치)의 적용을 받습니다. 북미에서는, IEEE C37.71 그리고 ANSI C37.72 부하 차단 스위치의 성능 요구 사항을 정의합니다.
주요 LBS 정격은 다음과 같습니다.
- 정격 작동 전류(Ie): LBS가 정상 조건에서 지속적으로 전달하고 전환할 수 있는 최대 전류입니다.
- 단락 투입 용량(Icm): LBS가 접점을 용접하지 않고 닫을 수 있는 최대 고장 전류입니다. 이는 투입 정격이 아니라 속보 정격입니다.
- 단시간 내전류(Icw): LBS가 손상 없이 닫힌 상태를 유지하면서 정의된 시간(일반적으로 1초 또는 3초) 동안 전달할 수 있는 고장 전류 크기입니다.
- 기계적 및 전기적 내구성: 일반적인 LBS 장치는 정격 전류에서 5,000회 미만의 기계적 작동과 1,000회 미만의 전기적 작동에 대해 정격이 부여됩니다.
이 목록에서 중요한 누락은 단락 속보 용량입니다. IEC 60947-3은 부하 스위치가 “단락 투입 용량을 가질 수 있지만” “단락 차단 용량은 없다”고 명시적으로 명시합니다.”
회로 차단기 작동 방식
A 회로 차단기 밀리초 내에 과부하 및 단락을 포함한 비정상 전류를 자동으로 감지하고 차단하도록 설계된 보호 스위칭 장치입니다. IEC 60947-2, 에 따라 회로 차단기는 “정상 회로 조건에서 전류를 투입, 전달 및 차단할 수 있으며 단락과 같은 특정 비정상 회로 조건에서 특정 시간 동안 전류를 투입, 전달 및 차단할 수 있습니다.”
트립 메커니즘
회로 차단기는 고장 조건이 감지되면 자동 개방을 트리거하는 통합 감지 및 작동 시스템을 통합합니다. 세 가지 주요 트립 메커니즘은 다음과 같습니다.
- 열 트립(바이메탈 요소): 래치 메커니즘을 기계적으로 해제하는 바이메탈 스트립을 구부려 지속적인 과부하에 반응합니다. 응답 시간은 전류 크기에 반비례합니다.
- 자기 트립(솔레노이드/전자기): 작동 메커니즘을 즉시 해제하는 전자기석에 에너지를 공급하여 높은 크기의 고장 전류에 반응합니다. 이는 단락 보호에 필요한 빠른 응답을 제공합니다.
- 전자 트립 장치: 전류 변압기와 마이크로프로세서 기반 로직을 사용하여 프로그래밍 가능하고 정확한 보호 곡선을 제공합니다. 몰드 케이스 회로 차단기(MCCB) 및 공기 회로 차단기(ACB)에서 일반적입니다.
의 더 자세한 비교를 위해 MCCB 대 MCB 및 더 넓은 범위의 회로 차단기 유형, 이러한 리소스는 추가 컨텍스트를 제공합니다.
차단 용량 등급
고장 조건에서 회로 차단기의 성능은 특정 표준화된 정격(Icu, Ics, Icw, Icm):
- 최종 단락 차단 용량(Icu): 차단기가 차단할 수 있는 최대 고장 전류이며, 그 후에는 재사용할 수 없습니다.
- 서비스 단락 차단 용량(Ics): 차단기가 차단할 수 있고 지속적인 서비스를 위해 완전히 작동 가능한 상태를 유지할 수 있는 고장 전류 레벨.
- 단락 투입 용량(Icm): 차단기가 고장 시 닫을 수 있는 최대 비대칭 전류.
- 단시간 내전류(Icw): 차단기가 선택적 협조와 관련하여 지정된 시간 동안 닫힌 위치에서 전달할 수 있는 전류.
LBS 사양에는 없는 이러한 정격은 회로 차단기가 진정한 보호 장치 역할을 할 수 있도록 합니다.
단락 차단 물리학: LBS가 부족한 이유
부하 개폐기가 단락 회로를 제거할 수 없는 이유를 이해하려면 실제로 발생하는 상황을 원자 수준에서 조사해야 합니다. 고장 전류 하에서 접점 분리.
고장 조건 하에서의 아크 에너지
접점이 분리되면 전류가 단순히 멈추지 않습니다. 넓어지는 간극의 전위는 접점 사이의 가스 분자를 이온화하여 전도성 플라즈마 채널, 즉 전기 아크를 생성합니다. 이 아크에 포함된 에너지는 전류의 크기와 아크가 지속되는 시간에 비례합니다.
정상 부하 조건(수백 암페어)에서는 아크 에너지가 적당합니다. LBS 내부의 기본 퍼퍼 메커니즘 또는 가스 챔버는 몇 사이클 내에 이 아크를 늘리고 냉각하고 탈이온화하여 간극의 유전 강도를 성공적으로 복원할 수 있습니다.
단락 회로 조건(수만 암페어)에서는 물리학이 극적으로 변합니다. 아크 에너지는 전류의 제곱에 따라 증가합니다. 50kA 고장은 약 500A 부하 전류의 아크 에너지의 약 10,000배를 생성합니다. 전자기력이 엄청나게 커져 아크를 챔버 벽에 대고 바깥쪽으로 밀어냅니다. 플라즈마 온도는 20,000°C를 초과할 수 있습니다. 접점 재료가 빠르게 부식되어 이온화를 더욱 유지하는 금속 증기가 생성됩니다.
고장 전류 하에서 LBS 아크 챔버가 고장나는 이유
LBS 아크 소호 시스템은 가스 부피, 챔버 형상, 접점 이동 거리 및 탈이온화 용량 측면에서 정상 범위 전류에 맞게 설계되었습니다. 단락 회로 크기의 전류에 노출되면:
- 불충분한 유전 회복: 접점 사이의 간극이 충분히 빨리 탈이온화될 수 없습니다. 잔류 플라즈마가 전도성을 유지하기 때문에 각 전류 제로 교차 후 아크가 다시 발생합니다.
- 아크 챔버의 열 파괴: 집중된 에너지가 아크 슈트 재료를 녹이거나 파괴합니다.
- 접점 용접: 전자기력이 접점을 함께 쾅 닫거나 용융된 접점 재료가 간극을 연결하여 메커니즘이 전혀 열리지 않도록 합니다.
- 지속적인 아킹 및 화재: 접점이 부분적으로 분리되는 경우 아크가 무기한 지속되어 극심한 열, 용융 금속 분출 및 아크 플래시를 생성할 수 있습니다. 이는 장비와 인력 모두에게 직접적인 위협이 됩니다.
회로 차단기는 고장 수준 에너지에 맞게 특별히 설계된 엔지니어링을 통해 이러한 문제를 해결합니다. 고성능 아크 슈트 어셈블리 아크를 여러 개의 더 짧은 아크로 분할하여 총 아크 전압을 극적으로 증가시키는 적층 탈이온 플레이트; 아크 연장을 강제하는 강력한 스프링 구동 또는 자기 블로우아웃 메커니즘; 고장 수준 차단의 열 충격에 대해 정격이 지정된 아크 저항성 은 합금 복합 재료로 만들어진 접점.
LBS 대 회로 차단기: 비교 표
| 기능 | 부하 개폐기(LBS) | 회로 차단기 |
|---|---|---|
| 주요 기능 | 부하 전류 켜기/끄기 전환 | 자동 고장 감지 및 차단 |
| 단락 차단 | 아니요 | 예(정격 Icu/Ics) |
| 아크 소호 방법 | 기본 SF₆ 퍼퍼, 진공 또는 공기 챔버 | 탈이온 플레이트, 자기 블로우아웃, 진공 또는 SF₆가 있는 고급 아크 슈트 |
| 주요 IEC 표준 | IEC 60947-3 / IEC 62271-103 | IEC 60947-2 / IEC 62271-100 |
| 일반적인 전류 정격 | 200 A–1,250 A(MV: 최대 630 A 일반) | 1 A–6,300 A+(MCB ~ ACB) |
| 단시간 내전류(Icw) | 예 — 닫힌 상태에서 고장 전류를 전달할 수 있습니다. | 예 — 차단할 수도 있습니다. |
| 고장 전류 차단 | 정격 없음 | 최대 150 kA+(유형에 따라 다름) |
| 일반적인 애플리케이션 | RMU 피더, 변압기 절연, 케이블 루프 | 주 보호, 피더 보호, 모터 회로, 개폐 장치 패널 |
| 페어링 요구 사항 | 고장 보호를 위해 퓨즈 또는 업스트림 CB와 페어링해야 합니다. | 자체 포함 보호(업스트림 장치와 조정될 수 있음) |
| 상대적 비용 | Lower | 더 높음 |
LBS + 퓨즈 조합을 사용하는 경우
중전압 배전 네트워크에서 가장 일반적이고 비용 효율적인 보호 전략 중 하나는 부하 개폐기를 전류 제한 고전압 퓨즈. 와 페어링하는 것입니다. 이 조합은 중요한 절충점이 있지만 회로 차단기와 기능적으로 동일한 기능을 더 저렴한 비용으로 제공합니다.
조합 작동 방식
이 배열에서 LBS는 정상 조건에서 변압기 피더, 케이블 링 세그먼트 또는 분기 회로를 활성화 및 비활성화하는 일상적인 스위칭을 처리합니다. 퓨즈는 LBS가 할 수 없는 단락 회로 보호를 제공합니다. 고장이 발생하면 전류 제한 퓨즈가 첫 번째 반 주기(일반적으로 5ms 미만) 내에 작동하여 예상 고장 전류가 피크에 도달하기 전에 회로를 차단합니다. 이 빠른 동작은 열 에너지(I²t)와 다운스트림 장비가 견뎌야 하는 최대 전자기력을 모두 제한합니다.
엔지니어링 근거
LBS + 퓨즈 방식은 다음과 같은 경우에 선호됩니다.
- 보호되는 회로에 비교적 예측 가능한 부하 프로파일이 있습니다(예: 배전 변압기 피더).
- 필요한 스위칭 빈도가 낮습니다(연간 수백 회 미만 작동).
- 예산 제약으로 인해 완전한 진공 또는 SF₆ 회로 차단기를 사용할 수 없습니다.
- 설치 공간이 제한된 RMU와 같은 소형 스위치기어 인클로저에 설치됩니다.
단점은 퓨즈 작동이 일회성 이벤트라는 것입니다. 퓨즈가 끊어지면 기술자가 서비스를 복원하기 전에 물리적으로 교체해야 합니다. 반면 회로 차단기는 부품 교체 없이 수동으로 또는 자동 재폐로 방식을 통해 다시 닫을 수 있습니다. 서비스 복원 시간이 가장 중요한 중요 피더의 경우 회로 차단기가 여전히 더 나은 선택입니다.
조정 요구 사항
퓨즈와 LBS 간의 적절한 조정이 필수적입니다. 퓨즈는 LBS의 단시간 내전류 정격(Icw) 내에서 모든 고장 전류를 차단하도록 정격이 지정되어야 합니다. 퓨즈 차단 시간이 LBS의 Icw 지속 시간을 초과하면 스위치가 고장을 차단하려고 시도하지 않았더라도 열 손상을 입을 수 있습니다. 이 조정 분석은 보호 설계의 필수적인 부분입니다.
선택 가이드: 애플리케이션에 필요한 장치는 무엇입니까?
LBS와 회로 차단기 중에서 선택하는 것은 선호도의 문제가 아니라 특정 설치의 보호 요구 사항, 작동 요구 사항 및 적용 가능한 규정에 따라 결정됩니다.
다음과 같은 경우 LBS를 선택하십시오.
- 주요 요구 사항은 유지 보수를 위한 수동 또는 전동 부하 스위칭 및 절연입니다.
- 고장 보호는 별도의 장치(퓨즈 또는 상류 회로 차단기)에서 제공됩니다.
- 애플리케이션은 예측 가능한 부하가 있는 2차 배전 네트워크, 변압기 피더 또는 케이블 링에 있습니다.
- 비용 최적화 및 소형 설치 공간이 우선 순위입니다.
다음과 같은 경우 회로 차단기를 선택하십시오.
- 애플리케이션에 과부하 및 단락의 자동 감지 및 차단이 필요합니다.
- 재폐로 기능이 필요합니다(수동 또는 자동).
- 설치가 주 보호 또는 중요 피더 보호 역할을 합니다.
- 높은 스위칭 내구성이 필요합니다(모터 스위칭, 커패시터 뱅크 스위칭).
- 설치 지점에서의 예상 고장 전류가 LBS + 퓨즈 조합의 용량을 초과합니다.
설계하는 패널 빌더의 경우 저전압 스위치기어 어셈블리, 규칙은 간단합니다. 모든 회로에는 설치 지점에서 최대 예상 단락 전류를 차단하도록 정격이 지정된 장치가 있어야 합니다. 해당 장치가 회로 차단기가 아닌 경우 적절하게 조정된 퓨즈 또는 기타 전류 제한 장치가 해당 역할을 수행해야 합니다.
자주 묻는 질문
부하 개폐기로 단락 회로를 보호할 수 있습니까?
아니요. LBS는 IEC 60947-3에 따른 단락 차단 용량이 없습니다. 따라서 항상 전류 제한 퓨즈와 함께 사용하거나, 고장 전류를 처리하기 위해 상류 회로 차단기로 보호해야 합니다. 잠재적인 단락 회로에 노출된 회로에서 LBS를 단독으로 사용하는 것은 전기 안전 표준을 위반하는 것입니다.
단락 회로 발생 시 부하 개폐기를 열려고 하면 어떻게 되나요?
LBS 내부의 아크 소호 메커니즘은 고장 수준의 에너지를 처리하도록 설계되지 않았습니다. 그 결과 지속적인 아크 발생, 접점 용접 가능성, 아크 챔버 파괴, 용융 금속 분출 및 아크 플래시 부상 또는 화재의 심각한 위험이 발생합니다. LBS가 완전히 열리지 않아 고장이 해결되지 않을 수 있습니다.
Icw와 Icu의 차이점은 무엇입니까?
Icw(단시간 내전류) 는 장치가 손상 없이 지정된 시간 동안 닫힌 상태로 유지하면서 전달할 수 있는 고장 전류입니다. Icu(최대 단락 차단 용량) 는 회로 차단기가 성공적으로 차단 하고 제거할 수 있는 최대 고장 전류입니다. LBS는 Icw 정격이 있지만 Icu 정격은 없습니다. 이러한 정격에 대한 자세한 분석은 다음에서 확인할 수 있습니다. 회로 차단기 정격 가이드.
LBS는 단로기 또는 아이솔레이터와 동일한가요?
아니요. 단로기(절연기)는 무부하 조건에서만 작동할 수 있습니다. 아크 소호 기능이 전혀 없습니다. LBS는 부하 전류를 차단할 수 있기 때문에 기능 계층에서 단로기 위에 있습니다. 그러나 고장 전류를 차단할 수 없기 때문에 회로 차단기 아래에 있습니다. 자세한 비교는 다음을 참조하십시오. 회로 차단기 대 절연 스위치.
왜 회로 차단기 대신 부하 개폐기가 링 주 장치에 사용됩니까?
링 주 장치(RMU) 는 일반적으로 링 피더 위치에서 LBS를 사용합니다. 이러한 위치는 네트워크 재구성을 위해 정상 부하 전류만 전환하면 되기 때문입니다. 고장 전류를 차단해야 하는 변압기 피더 위치는 회로 차단기 또는 LBS + 퓨즈 조합을 사용합니다. 이 하이브리드 방식은 장치 전체에서 비용, 소형성 및 보호 요구 사항의 균형을 맞춥니다.
