누전 차단기(ELCB)
누전 차단기는 과전류 보호 기능과 누전 차단 기능을 가진 차단기입니다. ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker)라고 불리는 보호 장치이다. 전로에 누전이 발생한 경우, 누전 전류를 검출하여 회로를 차단하는 기능을 갖는다.
누전 차단기의 동작 원리는 전원이되는 도체의 전류 절대치의 차를 감시하고, 차가 일정한 값을 초과하는 순간에 동작한다는 것이다. 왕복 전류와 복귀 전류는 직렬 회로이면 동일하지만, 일부 전류가 대지로 누설되면 왕복 전류와 복귀 전류의 차이가 0이 아니다. 이것을 이상이라고 판단하여 회로를 차단한다.
누전사고의 원인
전로에 누전이 발생하는 주된 원인은, 전선이 손상됨으로써 피복 내의 구리선이 노출되어, 건축재료나 기기의 외함에 접촉하거나, 전기 기기가 물 젖음에 의해 절연 불량을 일으키는 것이 생각 된다. 전선이나 전기 기기가 경년 열화에 의해 손상되어 내부의 충전부가 노출된 상태가 되는 등도 누전의 원인이 된다. 누전 상태는 절연된 전기 회로에 흐르는 전류의 일부가 회로 밖으로 유출되는 상태이며, 매우 위험하다. 유출된 전류에 사람이 닿으면 감전사고이다.
누전 차단기가 설치되어 있으면, 누전 사고시에 즉시 전로를 전류함으로써, 전로의 건전성을 유지할 수 있다. 그러나, 분전반 주간 등 대전류가 흐르는 부분에 누전 차단기를 채용하면, 2차측의 일부 기기의 누전에 의해 주간이 동작해 버려, 광범위한 정전을 일으킨다. 누전 차단기를 주간에 채용하는 것은 가능한 한 피하고, 물 주위의 분기 차단기만을 누전 차단기로 하는 등, 누전 사고가 발생했을 때의 피해를 최소한으로 억제하는 회로 분할도 고려한다.
주간에 누전 차단기를 채용하는 경우는 동작 전류를 100~200mA로 설정하고, 분기의 누전 차단기의 동작 전류를 15~30mA로 설정함으로써 보호 협조를 취할 수 있다. 큰 지락 전류가 흐른 경우, 200mA 등 높은 설정으로 해도, 하위의 누전 차단기와 동시에 트립해 버리는 경우가 있다. 이를 방지하기 위해서는 차단 시간이 느린 시연형의 누전 차단기를 선정하는 것이 좋다.
감도 전류와 동작 시간에 따른 누전 차단기 선정 기준
누전 차단기는 감도 전류에 고감도형·중감도형·저감도형의 3종류가 있다. 누전차단기의 동작시간에 고속형·시한형·반한시형으로 분류되어 있다.
고감도형·고속형
고감도형·고속형은 감전 방지를 목적으로 하는 누전 차단기이다. 감도 전류는 15mA 또는 30mA이며 작동 시간은 0.1초 이내입니다. 사람 등이 누전된 전로에 접촉하여 지락 전류가 흐르면, 즉시 누전 차단기가 동작하여 전로가 차단된다. 분전반의 주간에 설치하면, 정전 범위가 넓어져 버려, 중요 기기 등이 정지할 우려도 생각되기 때문에, 분기 회로마다 설치할 계획으로 한다.
고감도형·시연형
고감도형·시연형은 보호 강조를 목적으로 하는 누전 차단기이다. 감도 전류는 15mA 또는 30mA이지만 동작 시간은 0.3초~0.8초이다. 분전반의 주간에 사용함으로써 누전 범위를 제한하고 광범위한 정전을 방지할 수 있다. 말단 부하만큼 고속으로 해, 상위 차단기를 순차적으로 시연시킴으로써, 보호 협조를 확보한다.
중감도형·고속형
큐비클의 배전용 차단기에 누전 차단기를 사용하는 경우, 그 간선을 보호하기 위해서 사용한다. 감도 전류는 100mA·200mA·500mA 등이다. 동작 시간은 0.1초 이내이다. 많은 미소한 누설 전류가 집중했을 경우, 개개의 분기용 누전 차단기로는 감지하지 않아도, 간선 등 다수의 부하가 집중하고 있는 부분에서는, 고감도형의 누전 차단기로는 보호할 수 없을 정도로, 누설 전류가 증가할 수 있다.
중감도형·시연형
간선의 보호용으로 사용하는 누전 차단기이지만, 전로의 이렇게 길이가 길고 회로 용량이 큰 경우에 채용한다. 누전 화재 방지에 효과를 발휘한다.
누전 차단기의 불필요 동작의 원인
누전 차단기는 유도 번개, 시동 전류, 개폐 서지, 커패시턴스 등 다수의 외부 요인들에 의해 불필요한 동작을 발생시킨다.
시동 전류에 의한 불필요 동작
누전 차단기는, 배선용 차단기로서의 기능을 가지는 것이 있어, 돌입 전류나 시동 전류가, 순시 인출 전류값보다 커지면, 불필요 동작을 발생한다. 배선용 차단기와 마찬가지로 보호협조를 고려하여야 한다.
유도 번개·개폐 서지에 의한 불필요 동작
유도 번개가 전로에 침입하면, 누전 차단기가 불필요하게 동작한다. 그러나, 일반적인 누전 차단기는, 충격파 불동작형이 채용되고 있기 때문에, 많은 경우 문제가 되지 않는다.
금속관이나 금속 덕트에 전선을 수용하고 있는 경우, 대지 정전 용량이 커지기 때문에, 상시 누설 전류가 커진다. 여기서, 전자기 개폐기 등이 마모되면 접점 서지가 과대해져 불필요하게 동작한다. 전자 개폐기를 교환하는 등하여 서지를 작게 하는, 누전 차단기로부터 부하까지의 거리를 짧게 하는, 정격 감도 전류의 재검토를 하는 등, 불필요 동작 대책을 실시한다.
정전용량에 의한 불필요 동작
인버터나 노이즈 필터 등, 고조파 성분을 포함하는 전기 기기가 회로에 포함되어 있는 경우, 인버터와 모터 사이의 배선 부설 거리가 길어지면, 배선으로부터 누설 전류가 흐르기 쉬워진다. 인버터의 스위칭 주파수가 높으면 누설 전류가 커진다. 인버터는 Hf 형광등에도 사용되고 있어 매우 널리 보급되고 있다.
이 누설 전류는 높은 주파수이기 때문에 인체에 비교적 안전한 전류이지만, 종래의 누전 차단기는 이 정전 용량에 의해 발생하는 누설 전류와 지락 사고에 의해 발생하는 누설 전류 의 구별이 불가능하고, 인버터가 접속되어 있는 전로의 누전 차단기가 불필요 동작하는 현상이 발생하고 있었다.
현재는 고조파 대책이 실시된 누전 차단기가 일반적이기 때문에, 고조파에 의한 불필요 동작의 사고는 적어지고 있지만, 인버터가 다수 설치되어 있는 전로에 있어서는, 다른 전로에서 의 1선 지락사고가 발생했을 경우, 정전용량에 의한 사고를 받는 사례는 아직 많아 문제시되고 있다.
B종 접지가 실시된 접지계의 전로에 있어서는, 전로는 「대지 정전 용량」과 「대지 절연 저항」을 통해 대지와 접속된 상태로 되어 있고, 누설 전류가 B종 접지에 환류하여 있다. 누설 전류는 ICR = 2πfC × 전압 A로 표시되므로 커패시턴스가 클수록 주파수가 높을수록 큰 전류가 흐른다.
정전용량은 전선의 종류나 부설 방법으로 크게 변화하고, 전선의 종류에서는 CV케이블보다 IV전선이 크고, 부설방법에서는 가공보다 매설이 커진다.
큰 누설 전류가 상시 흐르고 있는 회로로, 누설 전류의 원인을 제거할 수 없는 경우는, 대지 정전 용량에 의해 발생하는 전류값에 알맞은 감도로 변경함으로써 예방이 가능하다. 이 경우 지락 사고에 의해 상위 누전 차단기가 작동하지 않도록 보호 협조를 고려한 설정으로 하는 것이 중요하다.
