한국전기안전공사 부설 전기안전연구원 계기과장 / KOLAS평가사 유병렬감전 사고를 방지하기 위하여 사용하는 누전차단기는 1930년 경 유럽에서 태어났다. 누전차단기는 감전에 대하여 인명보호 기능을 갖고 있기 때문에 사고 시에는 정확히 동작하여 감전사고로 이어지지 않도록 확실한 보호를 수행하는 것이 중요하다.그러나 사고 시에 동작하는 것은 당연하지만 사고와 비슷한 현상의 정상상태에서 불필요한 동작을 하여서는 곤란하다. 예를 들면 번개가 칠 때 누전차단기가 불필요한 동작을 하여 공장생산이 정지되어 버린다고 하는 일이 발생하면 큰일인 것이다.이와 같은 불필요한 동작에 의한 오동작이 없도록 하기 위해서는 보호목적(감전보호인가, 전로·설비의 보호 및 누전화재 예방인가)과 전로와 부하의 상황에 따른 적절한 감도전류의 선정을 하는 것이 중요하다.선로에서 중요한 역할을 하고 있는 누전차단기가 안전관리 면에서 정상적인 동작이 유지되고 있는지 여부를 시험할 수 있는 것이 누전차단기 시험기이다. 이번 호에서는 누전차단기에 대한 개략적인 내용과 누전차단기 시험기에 대해서 기술하고자 한다.누전차단기(Earth Leakage Breaker)누전차단기는 처음에는 전압 동작형이 사용되었지만 설치의 용이성, 복수 부하의 보호 가능 등으로 인해 현재는 거의 전류 동작형을 채택하여 사용하고 있으므로, 전류동작형에 대한 내용을 살펴보기로 한다.1. 전류동작형 누전차단기 누전차단기는 누전이 발생할 때 그 이상을 감지하여 자동적으로 차단하는 지락차단기의 일종으로서, 그 중 전류동작형 누전차단기의 내부는 <그림1>과 같이 누전검출부, 영상변류기와 차단기구로 구성되어 있다.
<그림2>에서와 같이 영상 변류기에는 주회로 전선의 모두가 관통된 상태로 되어 있으며, 회로가 건전할 때는 영상변류기를 통과하는 왕로전류와 귀로전류가 같은 값으로서 이 전류에 의해 영상변류기의 철심에 발생된 자속은 서로 Cancel되어 영상 변류기의 2차측에 출력은 발생하지 않는다.그러나 누전차단기로부터 부하측에 누전 사고가 발생하면 누설전류가 대지를 통하여 전원으로 되돌아가게 되므로 영상변류기를 통과하는 왕로전류와 귀로전류에는 누설 전류 만큼의 차가 생긴다. 따라서 철심 중에는 누설전류에 상당하는 자속이 발생하고 영상변류기의 2차측 에는 누설전류에 비례하는 출력이 나타난다.이 출력으로 차단기구가 동작하여 주접점은 개로 된다. 이 영상 분류기의 2차측 출력에 의해 누전 차단기구를 동작시키는 과정, 즉 누전 Trip방식은 영상 변류기의 출력을 그대로 사용하는 순전자식(純電磁式)과 영상 변류기의 출력을 반도체 증폭기에 의해 증폭하여 사용하는 전자식(電子式)으로 구분 된다.순전자식은 회로가 건전한 상태에서 <그림3>과 같이 영구자석에 의한 자속에 의해 가동철편이 차단 Spring의 힘에 이겨 흡인되고 있다가 누전이 발생하면 영상 변류기의 출력이 감자(感磁)Coil에 흘러 영구자석에 의해 가동철편 내를 통하고 있다.자속을 감소시켜서 차단 Spring힘에 의하여 가동 철편이 해방되고 가동철편이 기계적으로 운동되는 Trip 기구에 힘을 가하여 Trip시키는 방식이다.한편 전자식은 <그림4>처럼 영상 변류기의 2차 출력을 증폭 하여 반도체 Switching 소자 혹은 전자(電磁)Relay를 동작시켜 Trip Coil 소자 혹은 부족전압 Trip Coil의 전류를 차단하던가 하여 차단기를 동작시키는 방식이다.
(a) 누전차단기의 특성구분한국공업규격 KS C 4613 누전차단기의 규정에는 주파수 60[Hz]의 교류 600[V]이하인 전로의 지락보호에 사용하는 정격전류 2,500[A]이하의 전류동작형 누전차단기를 규정 대상으로 하고 있는데, 이에 따르면 누전차단기는 전기방식 및 극수, 보호목적, 동작시간, 감도, 전원과 부하와의 접속방법에 따라 다음과 같이 구분하고 있다.(b) 동작시간① 고속형정격감도 전류에서 동작시간이 0.1초 이내의 누전차단기. 이때 정격 감도 전류란 일상 사용상태(즉 주위온도는 -10~40[℃], 표고는 2,000[m]이하, 상대습도는 45~85[%], 이상한 진동 및 충격을 받지 않은 상태)에서 전압이 정격치의 80[%]내지 110[%]의 범위 내에 들어 있을 때, 영상변기의 1차측의 지락 전류에 의하여 누전차단기가 반드시 트립 동작을 하는 1차측의 지락전류이며, 누전차단기에 표시된 값을 말한다. ② 시연형정격감도 전류에서 동작시간이 1.1초를 초과 2초 이내의 누전차단기③ 반한시형정격감도 전류에서 동작시간이 0.2초를 초과 1초 이내, 정격 감도전류의 1.4배에서 동작시간이 0.1초를 초과 0.5초 이내이며 정격 감도전류의 1.4배에서의 동작시간이 0.05초 이내의 누전차단기. (c) 감도① 고 감도형 : 정격감도 전류가 30[mA]이하인 누전차단기② 중 감도형 : 정격감도 전류가 300[mA]초과, 1,000[mA]이하인 누전차단기③ 저 감도형 : 정격감도 전류가 1,000[mA]를 넘고 20[A]이하인 누전차단기 (d) 전원과 부하와의 접속방식① 단자 접속식② 꽂음 접속식 : 전원측 또는 부하측의 양쪽 또는 어느 한쪽에 꽂음 접속기를 갖춘 누전차단기2. 누전차단기의 선택 요령전격재해의 정도는 통전시간의 길이에도 영향이 있다. 상당히 큰 전류가 흘렀다 해도 통전시간이 매우 짧은 때에는 생명에 이상이 없는 일도 있으며, 역으로 적은 전류이었음에도 통전시간이 길었기 때문에 사망한 예도 있다. 감전의 한계에 대해서는 인체실험을 할 수 없기 때문에 많은 동물 실험결과에 의거하여 인체에 위험한 전류와 시간의 한계를 결론 짓는데, 보통은 Dalziel이 주장한 I = 165/ ttt[mA]를 사용하나, 경우에 따라서는 다음 식을 적용하는 경우도 있다.여기서, I = 심실세동 전류 [mA], T = 통전시간 [sec]예1) 1.1초 동안의 인체 통과전류의 한계치는?예2) 2초 동안의 인체 통과전류의 한계치는?위와 같이 계산하여 표를 만들어 보면 다음 <표3>과 같으며 52[mA]가 통전되었을 때는 5초 이상, 518[mA]때는 0.05초 이상이 될 때 심실세동에 의해 사망하게 되므로 안전상으로는 심실세동 전류 이전에 회로를 차단해야 한다.3. 누전차단기의 선정 시 주의사항(a) 누전차단기는 아래 <표4>의 전로의 전기방식과 차단기의 극수를 보유해야 하고 그 해당 전로의 전압 전류 및 주파수에 적합하도록 사용해야 한다.<표4>에서 누전차단기 극수는 차단기가 작동했을 때 동시에 개방하는 전극의 수를 말하며 *표의 전용의 접지극은 접지전용의 전극이고 차단기가 작동했을 때 그 접지극도 동시에 개방하는 것을 뜻한다.또한 그림의 전로 전기방식을 그림으로 표시하면 <그림5>에서 <그림8>과 같다.(b) 누전차단기는 접속된 각각의 휴대용, 이동용 전동기기에 대해 정격 감도전류가 30[mA]이하의 것을 사용해야 한다.(c) 누전차단기는 정격 부동작 전류가 정격 감도전류의 50[%]이상이고 또한 이들의 차가 가능한 한 작은 값을 사용해야 한다.(d) 누전차단기는 동작시간이 0.1초 이하의 가능한 한 짧은 시간의 것을 사용 하는 것을 사용해야 한다.(e) 누전차단기는 절연저항이 5[MΩ] 이상이 되어야 한다. 절연저항의 저하에 의한 오동작 등의 고장 또는 감전의 위험을 방지하기 위해 차단기에 대해서 500[V] 절연저항계를 이용하여 충전부와 외함 및 각 단자간의 절연저항을 측정한 경우 그 값이 5[MΩ] 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.(f) 누전차단기(지락보호, 과부하보호 및 단락보호 겸용의 차단기는 제외)를 사용하고 또한 해당 차단기에 과부하보호장치 또는 단락보호장치를 설치하는 경우에는 이들 장치와 차단기의 차단기능이 서로 조화되도록 해야 한다.(g) 누전차단기의 동작확인다음의 경우에는 시험용 버튼을 눌러 차단기가 확실히 동작하는지 확인해야 한다.① 전동기기의 사용을 개시하려고 하는 경우② 차단기가 동작 후 재투입 할 경우③ 차단기가 접속되어 있는 전로에 단락사고가 발생 할 경우4. 누전차단기의 설치 환경조건누전차단기는[mA]급의 미약한 전류를 검출해서 차단기를 동작시키는 정교한 구조로 되어있기 때문에 그 취급방법이나 설치장소를 잘못 선정하면 차단기의 성능에 큰 영향을 준다.(a) 주위온도에 유의 할 것(b) 표고 1,000[m]이하의 장소로 할 것(c) 비나 이슬에 젖지 않은 장소로 할 것(d) 먼지와 습도가 적은 장소로 할 것(e) 전원전압의 변동에 유의할 것(f) 배선상태를 건전하게 유지할 것 (g) 불꽃 또는 아크에 의한 폭발의 위험이 없는 장소에 설치할 것그러나 이와 같은 설치장소를 얻기 어려울 때는 제조사 등과 상의하여 적절한 조치를 한 누전차단기를 제작토록 할 필요가 있다.5. 누전차단기의 정기검사와 측정(a) 누전차단기는 다음과 같은 내용의 정기검사를 행하고 그 결과를 기록 할 것.① 차단기와 그 접속대상 전동기기의 정격이 적합할 것② 단자의 전로접속 상태가 확실할 것③ 전동기기의 금속제 외함 등 금속부분의 접지유무④ 통전 중에 차단기에 이상음이 발생하지 않을 것⑤ case 일부가 파손되지 않고 개폐기가 가능할 것(b) (a)항은 전기 취급자가 행하여야 한다.(c) (a)항의 검사실시 시기는 차단기의 사용빈도, 설치장소, 기타 사용조건을 고려하여 결정을 할 것.누전차단기 시험기(ELB Tester)
누전차단기 시험기는 차단기의 정격감도전류 또는 동작시간 값이 anolog 또는 digital방식에 의해 직접 읽을 수 있는 측정계기로서 정밀한 측정은 어렵다. 또한 차단기의 설정 조건(정격감도전류 30[mA]이하, 동작시간 0.1초 이하)의 양, 부 만을 check 할 수 있는 간이식도 있다.또한 누전차단기 시험기는 안타깝게도 국내산이 없다. 현재 국내에는 일본산이 주종을 이루고 있고 미국, 프랑스 제품들이 국내에서 사용 되고 있다.따라서 국내 전기설비업체에서 가장 많이 보유하고 있는 일본제품 아날로그식 누전차단기 시험기를 임의로 선정하여 사용법을 기술 해 본다.1. 아날로그식 누전차단기 시험기(a) 규격 전원전압 : AC 100(110)/200(220)/400(440)V, 50/60Hz 시험전류 : AC 0 - 60/120/600/1,200mA 출력전압 : AC 100(110)/200(220)V 전압전류계 : AC 0 -600V, AC 0 - 60/120/600/ 1,000mA 동작시간 측정범위 : 0 ~ 999msec 동작시간 정밀도 : 2msec ±1 degit 외형크기 : 245 ×130 ×140m/m 중 량 : 3.1kg(b) 각부 명칭 및 기능① 전원 Connector : 전원 코드를 접속한다② Fuse Holder(전원측) 5A③ 전원 Lamp(적) : 내부회로에 전원이 들어가면 점등④ 경보 Lamp(적) : 오결선, 입력전압 부적당시에 점등⑤ 입력전압 절환 SW : 사용전원 전압에 응하여 절환됨⑥ 시험 Connector : 전압, 전류 코드를 접속한다⑦ FUSE Holder(시험코드 측) 2A⑧ 출력전압 절환 SW(적) : ELB에 가할 보조전원 전압을 선정한다⑨ 시험절환 SW : 시험방법, 시험물에 따라 절환한다⑩ 시험 SW(백) : 시험전류의 확인, 시험개시 할 때 사용한다⑪ 지시기(전압, 전류계) : 입력전압, 시험전류를 지시한다⑫ Reset Butten : Counter의 표시를 0 으로 되돌림⑬ 표시기 Range 절환 SW : 전류계의 Range와 전압계를 절환한다⑭ 전류조정기 : 전류량을 조정한다⑮ digital counter : 동작시간을 표시한다* FXT. AM : 외부전류계 절환 jack * 표시유지 SW : Counter의 표시를 전지로 유지한다(c) 취급방법① 표준조작(가) 비닐 Case에 수납되어 있는 부속코드를 꺼내어 전원코드(2P)를 전원 Connector ①에 전압, 전류코드(3P)를 시험 Connector ⑥에 각각 접속한다. (나) 지시기의 영위 조정기를 돌려 지침을 눈금의 0 에 맞춘다.(다) 누전차단기의 시험 조건에 따라 다음과 같이 분류한다.- 기설 누전차단기 시험 : (c).①(라), (c).①(바) - 누전차단기의 단체 시험·전원을 필요로 하는 것 : (c).①(마), (c).①(바) ·전원을 필요로 하지 않는 것 : (c).①(마), (c).①(바) (라) 기설 누전차단기의 시험(활선시험)을 할 때 Range절환 SW ⑬을 Check(결선확인)로 하고, 시험 mode절환 SW ⑨를 ‘Live’로 놓고 전압전류 코드(3P)를 가지고 결선한다. 이때 경보램프(적) ④가 점등할 때는 청, 백, 흑의 각 코드의 접속이 틀려져 있으므로 올바른 접속으로 고칠 것<그림 10>- 주의 : 전원코드(2P)는 필요하지 않으므로 풀어 놓을 것(마) 누전차단기의 단체시험 mode 절환 SW ⑨를 전원을 필요로 하는 것은 ‘single’로 전원을 필요로 하지 않는 것 또는 누전화재 경보기일 때는 ‘LGA’로 절환하고 전원코드 (2P)를 사용하여 전원을 공급한다.(바) Range절환 SW ⑬을 600V로 놓고 경보 Lamp(적) ④가 점등할 때는 입력전원 절환 SW를 ⑤를 조작하여 입력 전압과 같은 Range로 절환한다. - 주의 : (c).①(라) 및 (c).①(바)에 있어서 경보 Lamp(적) ④가 점등 중에는 Range절환 SW ⑬을 전원 Range측으로 조작하지 않도록 할 것② 기설 누전차단기의 동작전류 시험(활선상태)(가) 부하측의 선로거리가 길고, 부하측에 큰 유도성분이 발생하고 있을 때나, 누전차단기에 부하전류가 흐르는 상태에서는 측정오차가 나오므로 부하를 차단해야 한다.(나) 전압, 전류코드(3P)를 시험 Connector ⑥에 접속한다. - 주의 : 전원커넥터를 풀어 놓는다.(다) 전압, 전류코드(3P)의 청 코드 클립을 R상, 백 코드 클립을 T상의 전원 측에 접속하고 흑 코드 클립을 T상의 부하 측에 각각 접속한다.(라) 유도전 부분이 노출되어 있지 않을 때는 집전 Bolt를 사용하여 접속한다.(마) 시험 mode 절환 SW ⑨를 ‘Live’ 위치로 한다. 입력 전압절환 SW ⑤로 전로전압과 같은 Range로 돌린다.(바) 전원 Lamp ③의 점등을 확인하고 차단기를 투입상태로 한다.(사) Range 절환 SW ⑬을 1,200mA로 놓고 시험 SW ⑩을 ‘Start’로 제키고 전류조정기 ⑭를 우측으로 돌리면 지침은 전류치 (mA)를 지시하여 서서히 증가하여 차단기가 동작한다. 이때의 전류치를 읽고 기록한다. 읽기 어려울 때는 Range 절환 SW ⑬을 1200mA, 600mA, 120mA, 60mA의 순으로 절환하여 읽는다. 또한 동작점(동작전류점)을 다시 확인하고 싶을 때는 ‘set-up’으로 하면 전류치(mA)가 재확인 된다.(아) 전류조정기 ⑭를 0 으로 되돌리고 시험을 끝낸다.③ 기설 누전차단기의 동작시간 시험(활선상태)(가) (c).②.(가) 및 (c).②.(바)의 조작을 한다. (나) 시험 SW ⑩을 ‘set-up’으로 한다. 전류계를 읽기 쉽도록 Range 절환 SW ⑬을 절환하여 전류조정기 ⑭를 우측으로 돌리면서 누전차단기의 정격감도 전류치를 설정한다.(다) 설정하였으면 전류조정기 ⑭를 그 위치에 유지하고 시험 SW ⑩을 ‘OFF’로 한다.(라) Digital Countor ⑮가 ‘0000’으로 되어 있는 것을 확인한다. 되어있지 않을 때는 Reset Button ⑫를 눌러 ‘0000’으로 되는 것을 확인한다.(마) 차단기가 투입되어 있는 것을 확인하고 시험 SW ⑩을 ‘Start’로 한다. 차단기가 동작하고 동작시간의 Digital Countor ⑮에 표시되어 진다.(바) 이 조작을 수회 반복하고 그 평균값을 구한다.(사) 전류조정기 ⑭를 0으로 되돌리고 시험을 끝낸다.※ 주의 : 활선상태로 시험되어질 때는 전원단자 ①은 풀러주십시오. 만일 전원 단자측에서 100V∼400V를 공급하면 내부를 파손시킬 우려가 있음.④ 누전차단기의 단체동작 전류시험(전원을 필요로 하지 않는 것) (가) 시험 mode절환 SW ⑨를 ‘LGA’의 위치로 한다.(나) 전압, 전류코드(3P)를 시험단자 ⑥에 연결한다.(다) 전압전류 코드의 크립 측의 백색코드 및 흑색코드를 임의의 동상에 접속한다.(라) LB-5본체에 공급하는 전압에 의하여 입력전압 조정 SW ⑤를 100V, 200V 또는 400V로 절환한다.(마) 전원코드를 전원단자 ①에 연결한다.(바) (c).②.(바) 및 (c).②.(아)의 조작을 한다.⑤ 누전차단기의 단체동작 전류시험(전원을 필요로 하는 것)(가) 시험 mode절환SW ⑨를 ‘single’의 위치로 절환한다.(나) 출력전압 절환SW ⑧을 200V 또는 100V로 차단기에 공급하는 전압을 절환한다.(다) 전압전류 코드(3P)를 시험단자 ⑥에 연결한다.(라) 전압, 전류코드(3P)의 청코드의 크립을 R상에 백코드의 크립을 T상의 전원측에 접속하고 흑코드의 크립을 T상의 부하 측에 접속한다.- 주의 : 정확하게 결선되어 있는지 다시한번 확인한다.(마) (c).②.(바) 및 (c).②.(아)의 조작을 한다.(바) 누전차단기의 Test Button을 눌러 전압인가를 확인한다.⑥ 누전차단기의 단체동작시간 시험(전원을 필요로 하는 것)(가) (c).⑤.(가) - (c).⑤.(바) 및 (c).③.(나) - (c).③.(사)의 조작을 한다.현재 누전차단기는 가정용에서 공업용까지 모든 분야에서 널리 사용되고 있으며, 장치나 설비를 구성하는 데 없어서는 안 될 중요한 보호기기이다.이러한 보호기기의 정상적인 성능을 유지하기 위해서는 정기적 검사와 점검을 통한 관리가 요구된다. 따라서 전기엔지니어들은 누전차단기시험기로 누전차단기를 정기 점검하여 정상상태를 유지하도록, 점검방법에 관해서 더욱 더 연구할 필요가 있다.
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