누전차단기 (개요 및 선정방법)

1. ELCB 정격 및 설치규정

가. 개요

 ▣ 누전차단기

   ⊙ 저압용으로 개폐기구, 트립장치 등을 절연물 용기내에 일체로 조립한 것으로 통전상태의 전로를 수동 또는 전기 조작에 의해

        개폐할 수 있으며, 과부하, 단로 및 누전발생시 자동으로 전류를 차단하는 기구

 

  ▣ 누전, 감전에 대한 방지대책으로 사용되고 있는 배전용 차단기

    ⊙ 동작 원리

      - 회로에 영상 변류기를 넣어 누전에 의한 가선의 전류차 검출

         ⇒ 회로를 자동차단해서 위험을 방지

  ▣ 누전차단기의 특징

 

    ① 기기의 누전방지         ② 전로로 부터의 누전방지          ③ 검출용 접지공사 불필요

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  ▣ 정격감도 전류

구 분	고감도형	보통형
정격감도 전류	30mA 이하	30mA 이상
동작시간	0.2초 이내
사용상 주의사항	▣ 잔류전류가 적은 주택, 상점 등 : 1대로서 전체가 보호 가능 ▣ 사용기기가 많고 배선이 긴 공장, 빌딩 등   ⊙ 1대만을 설치하는 것은 감도에 문제가 있음   ⊙ 동작시 광범위하게 정전 발생 : 적당한 block으로 나누어 누전차단기 설치

  ▣ 누전차단기 정격

 

  ▣ 누전차단기의 규격

    ⊙ 주택용 누전차단기 : KS C 4621 ⇒ KS C IEC 61008-1

    ⊙ 산업용 누전차단기 : KS C 4613 ⇒ KS C IEC 60947-2  (저전압 개폐장치 B.4.2.4 동작특성)

  ▣ 누전차단기

    ⊙ 감전보호용 누전차단기 : 정격감도전류에서 동작시간이 0.03초 이내인 누전차단기

    ⊙ 고속형 누전차단기 : 정격감도전류에서 동작시간이 0.1초 이내인 누전차단기

    ⊙ 고감도형 누전차단기 : 정격감도전류가 30mA 이하인 누전차단기

    ⊙ S형 누전차단기 :: 시간지연형 누전차단기

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나. 주택용 배전차단기 설치규정 KS C 8326 (2007년)

  ▣ 2007년 이전의 주택용 분전반

    ⊙ 어느 한 전기 선로에 이상발생 ⇒ 해당 전기선로를 포함해 집안 전체가 정전이 됨

        ⇒ 어느 선로에 문제가 생겼는지 확인 어려움

  ▣ 2007년 개정된 KS 규격

    ⊙ 메인차단기 : 배선용 차단기

    ⊙ 분기차단기 : 누전차단기

  ▣ 2007년 이전 간선 부착에 따른 특징

 

    ⊙ 장점 : 간선에 누전차단기 1대를 설치하므로 감시 범위가 넓고 수가 적어도 됨

    ⊙ 단점 : 어느 한 장소에서 지락이 발생하면 전체가 정전됨, 지락장소의 발견에 시간이 걸리며, 정전 시간이 길어짐

       - 고감도, 고속동작형을 사용하면 평상시의 누설전류에 의해 오동작의 가능성이 큼

 

  ▣ 2007년 이후 분기 부착에 따른 특징

 

     ⊙ 장점 : 각 분기회로 마다 누전차단기를 설치하고 어느 분기에서 지락 발생시 분기회로의 누전차단기가 동작해도 다른 회로는

                   그 상태로 운전이 계속됨, 지락장소 발견이 용이함, 복귀가 빠름

     ⊙ 단점 : 누전차단기의 수량이 많아 비경제적임

나. 주택용 배전차단기 설치규정 KS C 8326 (2016년)

  ▣ 주택용 차단기 유형별 시설 방법

    ① 정격 감도전류 30mA 이하, 감전보호용 동작시간 0.03초 이내

    ② 주개폐기 정격전류 32A 이하, 정격 차단 전류 1.5kVA 이상

    ③ 주개폐기 정격전류 32A 초과 100A 이하, 정격차단전류 2.5kVA 이상

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2. ELCB의 종류

가. 누전차단기의 종류

    ▣ 보호특성 : 지락보호전용, 단락과 과부하 보호 겸용

    ▣ 보호목적 : 인체감전보호용, 고속형

    ▣ 정격감도전류 : 고감도형 : 15mA와 30mA

                                중감도형 : 100mA, 100/200mA, 100/200/500mA

나. RCBO 누전차단기

  ▣ 누전차단기의 분류

RCBO (Residual circuit operated Curcuit Breaker with Overcurrent protection)	RCCB (Residual Circuit operated Circuit - Breaker)
⊙ 과전류 보호기능을 가진 누전차단기	⊙ 과전류 보호기능이 없는 누전차단기

 [RCBO 누전차단기]

  ▣ 가정용 및 이와 유사한 용도의 과전류 보호장치를 가진, 회로전압 독립형, 회로전압 의존형 누전차단기

  ▣ 설비의 노출된 도전부가 적당한 접지전극에 접속되어 있을 때, 간접접촉으로 부터 사람을 보호하고 빌딩 및 유사한 용도의 배선

       설비를 과전류로 부터 보호

  ▣ 과전류 보호장치의 동작없이, 지락고장전류의 지속에 의한 화재위험으로 부터 보호

  ▣ 30mA 이하의 정격 감도전류

  ▣ 전기적 충격에 대한 보호수단이 보호에 실패하는 경우에 추가 보호 수단

  ▣ 누설전류의 검출, 검출된 전류와 감도전류와의 비교 및 누설전류가 감도전류를 초과하는 경우에 보호되는 회로를 개로시켜

        주는 기능

  ▣ 규정된 조건하에서 과전류를 투입, 통전 및 차단하는 기능을 수행하는 장치에 적용

  ▣ IT시스템 사용에 적합함

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 [직류성분이 있는 경우의 동작에 따른 분류]

AC형 RCBO	정현파 누설전류에 동작	정격 부동작 감도전류 0.5A [Ig]
A형 RCBO	정현파 누설전류와 맥동 직류전류에 동작
S형 RCBO	서지전압이 섬락을 야기하고 속류를 발생시키는 경우에도 불필요한 트립동작에 대해 충분히 견디는 것으로 시간지연이 있는 선택형

 [순시 트립전류에 따른 분류]

B형 RCBO	⊙ 3[A] In 초과 5[A] In 이하 전류에서 0.1초 이상이어야 동작 ⊙ 순수저항부하, 전등회로, 일반용도 콘센트, 소규모 유도부하
C형 RCBO	⊙ 5[A] In 초과 10[A] In 이하 전류에서 0.1초 이상이어야 동작 ⊙ 에어컨, 가정용/상업용 송풍기, 안정기 사용 등기구, 저마력 모터
D형 RCBO	⊙ 10 [A] In 초과 20 [A] In 이하 전류에서 0.1초 이상이어야 동작 ⊙ X-ray장치, 용접기, 대용량 유도전동기, 변압기 등

 [RCBO 누전차단기]

 

다. RCCB 누전차단기

  ▣ 직류성분이 있는 경우의 동작에 따른 분류

AC형 RCCO	정현파 누설전류에 동작	정격 부동작 감도전류 0.5A [Ig]
A형 RCCO	정현파 누설전류와 맥동 직류전류에 동작
S형 RCCO	서지전압이 섬락을 야기하고 속류를 발생시키는 경우에도 불필요한 트립동작에 대해 충분히 견디는 것으로 시간지연이 있는 선택형

[RCCB 누전차단기]

 

라. 동작에 따른 누전차단기의 유형

F형 RCD [Residual Current Device]	B형 RCD [Residual Current Device]
⊙ F형 RCCB 및 RCBO ⊙ A형 누전차단기 기본기능 ⊙ 복합누설전류 ⊙ 0.01A의 평활 직류 위에 중첩된 누설맥동 직류	⊙ B형 RCCB 및 RCBO ⊙ F형 누전차단기 기본 기능 ⊙ 1,000Hz 이하 정현파 누설전류 ⊙ 평활 직류에 중첩된 누설전류 ⊙ 누설 평활 직류

마. 트립방식에 따른 종류

전압 동작형	전류 동작형
⊙ 누전에 따라 부하기기의 프레임에 발생하는 전압을 전압코일에      인가하고 코일의 흡입력에 따라 차단기를 트립(Trip)시킴 ⊙ 검출용 접지선을 주접지선 또는 접지로 고려하고 있는 금속 구조물로      부터 확실하게 절연시켜야 하므로 현재는 거의 사용하지 않음	⊙ 영상변류기에 의해 지락전류를 검출하고 차단 ⊙ 전류 검출에는 반도체 방식과 직동식 방식이 있음

▣ 반도체 방식

 

    ⊙ 지락시에 발생하는 영상변류기의 2차측의 미약 전압을 증폭하여 증폭된 전압으로 스위칭 회로를 점호시켜 전자장치를

         여자시켜 누전차단기를 트립시키는 방식 ⇒ 미약 전압의 증폭 및 스위칭을 반도체 소자 사용

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▣ 작동식

 

    ⊙ 영상전류 출력을 직접 전자장치에 가하여 동작시키는 전자식 전류 동작형

       ⇒ 영상 변류기의 2차 출력에 의한 직접 구동형이므로 누전차단기 트립을 위한 전원을 따로 준비하지 않아도 되고 결상시에

            누전차단을 할 수 있음

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3. ELCB 선정시 고려사항

가. 지락선택협조를 고려한 선정

  ▣ 상위 누전차단기 및 하위 누전차단기의 선정조건

감도전류	상위 누전차단기의 정격 부동작 전류 > 하위 누전차단기의 정격 감도전류
동작시간	상위 누전차단기의 관성 부동작 시간 > 하위 누전차단기의 동작시간

  ▣ KS C 4613에 의한 동작시간 및 감도전류의 구분

      [형식별 감도전류]

구 분	감도전류 [mA]	정격 부동작 전류
인체감전보호용 및 고감도형	50 ~ 20	정격감도전류의 50% 이상 단, 정격감도전류가 10 이하의 것은 60% 이상
중감도형	50 ~ 1,000	정격감도전류의 50% 이상
저감도형	3,000 ~ 20,000	정격감도전류의 50% 이상

   [형식별 동작시간 감도전류 곡선]

 

    ⊙ 인체감전보호용이나 고속형의 중감도형으로도 일부 선택협조 가능함

    ⊙ 보다 광범위한 선택협조를 위해서는 시연형의 누전차단기가 필요함

 

▣ 누전차단기의 형식에 따른 동작시간

인체감전 보호용	고속형	시연형	반한시형
			정격감도전류	정격감도전류 의 1.4배	정격감도전류의 4.4배
0.03초	0.1초	0.1초 초과 2초 이내	0.2초 초과 1초 이내	0.1초 초과 0.5초 이내	0.05초 이내

나. 누전차단기 선정시 고려사항

  ▣ 선정시 고려해야 할 정격 사항

    ⊙ 정격전압, 정격전류 : MCCB와 동일

    ⊙ 정격감도전류, 동작시간 : 누전차단기 고유 정격

    ⊙ 정격차단전류

         ※ 정격전압은 ELBB와 MCCB는 개념을 조금 달리하고 있으므로 주의 !!

정격사항	선정시 고려사항
정격전압	반도체 증폭식의 누전트립방식으로 그 제어전원을 주회로에서 취하므로 정격전압과 사용회로 전압이 일치하도록 하여야 함
정격전류	부하기기의 전부하 전류 보다 크게 하고 시동전류와 같은 사고가 아닌 일시적 과전류에 동작하지 않도록 선정하여야 함
정격감도전류 및 동작시간	보호 목적 및 지락 선택협조의 필요성에 의해 정함 예를 들면 감전보호용으로서는 일반적으로 고감도형 (정격감도전류 30mA)의 고속형 (동작시간 0.1초 이내)을 선정함
정격차단전류	회로의 규약 단락전류치 이상으로 선정

다. 정격전압의 선정

배선용차단기 (MCCB)	⊙ 적용 회로전압이 정격전압 이하면 어떠한 회로전압에 적용하여도 지장 없음
누전차단기 (ELCB)	⊙ 반도체 증폭식 누전트립방식의 경우 제어전원을 취하므로 적용 회로전압에 정격 전압을 맞추어야 함 ⊙ 규격상(KS C 4613) 정격전압의 110%까지 성능을 보증하는 것으로 되어 있고 동작범위는 정격전압의       80~110%로 되어 있으므로 이 범위에서 적용

 ▣ 누전차단기

   ⊙ 가정용 : 110 / 220 [V], 산업용 : 220 / 460 [V] 겸용

   ⊙ 적용회로 전압의 범위가 넓어 선정이 편리함

  [정격전압별 적용 가능한 회로전압]

정격사항	적용가능 전압 범위
110/220 [V]	88 [V] ~ 242 [V] (전원전압의 변동분도 포함)
220[V] (110[V] 사용)	88 [V] ~ 242 [V] (단, 176[V]이하에서 테스트 버튼의 동작은 보증할 수 없으며, 전원 전압의 변동분도 포함)
220[V]/460[V]	176 [V] ~ 506 [V] (전원전압의 변동분도 포함)

라. 정격감도전류의 선정

  ▣ 보호접지방식에 의한 보호접지 저항치 : 낮은 값

  ▣ 전류 동작형 누전 차단기를 설치한 전로에 있어서의 보호접지 저항

    ⊙ 접지공사를 해야 함

            ※ 단, 최대치는 500Ω으로 하고 이 경우 보호접지저항의 최대값은 500Ω을 초과하지 않아야 함

 ▣ 법적규제를 포함한 보호목적 및 지락보호 협조

  <선정방법>

  ▣ 감전방지를 목적으로 하는 경우

    ⊙ 고감도형 누전차단기는 15mA, 30mA 등 선정

      ① (적용장소) 기기의 접지가 곤란한 장소와 욕실내의 콘센트

        ◈ 욕실내 콘센트에는 15mA인 고감도형 누전차단기를 적용

      ② 기타 이동형, 가반형의 전기기계기구, 심야전력기기, 습윤한 장소 등 감전 위험성 높은 곳 ⇒ 감도전류가 30mA인 고감도형

           누전차단기 적용

 <선정기준>

    ① 전등 및 콘센트 회로의 정격전류 100A 이하의 전로

    ② 전동기 부하로 정격전압 200[V] 회로의 정격용량 7.5 [kW] 이하

    ③ 전동기 부하로 정격전압 440[V] 회로의 정격용량 15[kW] 이하

         ⇒ ②,③ 의 경우 고감도형의 감도전류 30mA 누전차단기를 선정

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 <선정방법>

   ▣ 누전화재나 지락에 의한 기기손상 등의 방지를 목적으로 하는 경우

     ⊙ 중감도형 누전차단기 100mA, 200mA, 500mA 등 설치

       ① (적용장소) 대용량 회로 또는 누설전류가 큰 회로에서 오동작의 우려가 있는 경우

       ② 지락에 의한 기기의 손상방지를 위한 목적으로 하는 경우

       ③ 누전에 의한 화재방지를 위한 목적으로 하는 경우

 <선정기준>

   ▣ 중감도형을 감전 방지용으로 사용하는 경우

     ① 물기 있는 곳이나 금속제 전기기계 기구에 상시 접촉되어 있는 등 위험성이 높은 장소에 적용하는 누전차단기의 감도전류 ⇒

          보호접지저항값으로 (25V × 103)를 나눈 값

     ② 이외의 장소에 적용하는 누전차단기의 감도전류

       ⇒ 보호접지저항값으로 (50V × 103)를 나눈 값

  ▣ 감전방지용으로 고감도형을 사용하고 싶지만 상시 누설전류가크므로 사용할 수 없는 경우

      ⇒ 이 경우 기기의 접촉전압을 인체의 허용접촉전압 이하로 되게 하는 기기의 보호접지저항과 정격감도전류 선정

 [설치단소에 따른 정격감도전류의 규정]

 

마. 감전방지 측면에 따른 선정

감전방지용	⇒ 고감도 고속형
접촉상태	⇒ 중감도 고속형

    ※ 회로의 상시 누설전류나 돌입전류 등에 의하여 고감도형이 적용 불가능한 경우 있음

 

 ▣ 저압전로 지락보호 지침 (JEAG8101)

   ⊙ 전동기 부하로서 50[A], 전등부하로서 100[A]를 넘는 경우 30[mA]의 고감도형으로는 오동작할 우려가 있으므로 주의 필요함

       ◈ 이런 경우 감전방지방법으로 기기의 보호접지저항의 조정으로 접촉전압을 낮추어 인체통과전류를 작게 하는 방법이 있음

           즉, 다음과 같은 식을 만족하도록 함

           『허용접촉전압 > 정격감도전류 × 기기의 보호접지 저항치』

 

바. 누전차단기 주파수 특성

  ▣ 누전전류의 주파수에 대응한 누전차단기의 동작특성은 그래프와 같음

 

    ⊙ 60Hz 이상의 특성

        - ZCT 2차측의 고주파 노이즈 방지용 필터 회로의 특성에 의한 것

    ⊙ 60Hz 이하의 특성

        - ZCT 자체의 출력특성에 의한 것

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  ▣ 누전차단기는 인체감전의 주파수 특성을 고려해야 함

    ⊙ 인체가 감전된 경우에 위험한 전류 한계치는 세계적으로 누전차단기의 전류한계치로 널리 사용되고 있는 경우 :

         500mA · 초 - 50Hz, 60Hz의 상용주파수에 적용

  ▣ 누전차단기의 주파수 특성을 고려함에 있어서 고주파 영역까지 고려한 인체의 안전성에 관한 기준은 없었음

      ⇒ IEC 479-2에서 주파수에 따른 인체감전의 위험한계에 대해 명시하고 있음

 [누전차단기의 주파수 특성 결정 배경]

 

    ⊙ IEC 479-2에서 명시한 인체위험영역과 누전차단기의 동작감도특성 및 일반적인 인버터의 상시 누설전류 분포를 주파수에

         대응하여 나타냄

    ⊙ 누전차단기는 인버터 등의 고주파 상시누설 전류 (대지 정전용량에 의한 것)에 의한 오동작의 방지와 함께 인체 감전사고에

         대한 안전성을 동시에 만족함

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4. ELCB 선정방법

가. 전동기 회로에의 적용

 [전동기 회로에 있어서 과전류 보호 협조]

 

    ⊙ 전동기의 기동전류에 의하여 누전차단기가 오동작하지 않도록 선정

    ⊙ 누전차단기의 순시동작 전류치가 전동기의 기동전류치 보다 커야 함

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나. 누전차단기 선정에 있어서 주의해야 할 정격사항

 ▣ 누전차단기의 정격전류

   ⊙ 부하전류 이상의 정격 전류치를 갖는 것을 선정

   ⊙ 전동기 기동시의 기동전류에 의하여 누전차단기가 오동작하지 않도록 확인

전동기 분기회로에 적용하는 지락보호 전용 누전차단기	⊙ 누전차단기의 평형특성은 전동기 기동전류 보다 커야 함
전동기 간선에 적용하는 과부하 단락보호 겸용 누전차단기	⊙ 누전차단기의 평형특성은 전동기 기동전류보다 크거나 ⊙ 누전차단기의 과전류 동작특성은 전동기의 시간특성 보다 커야 함   ⇒ 누전차단기의 평형특성은 과전류 동작특성의 순시트립전류 이상으로 되어 있으므로        두번째 조건을 만족하면 첫번째 조건은 만족함
과부하,단락보호 겸용의 경우	⊙ 과전류 동작특성과 전선, 전동기의 열특성을 비교, 검토해서 선
Y-△ 기동의 경우	⊙ 절환방식에 따라 Y에서 △로 절환 후에 직입시의 기동전류가 상회하는 과도돌입전류      발생 주의 !!

 ▣ 누전차단기의 정격감도전류

전동기 분기회로에 적용하는 정격감도전류	⊙ 감전보호가 가능한 30mA 이하의 고감도 고속형 누전차단기 ⊙ 고감도 누전차단기가 시동전류 또는 상시 누설전류에 의하여 불필요하게 동작하는 가능성이      있는 경우 ⇒ 중감도 고속형
전동기 간선에 적용하는 정격감도전류	⊙ 부하전동기가 많고 전원에 가까워서 상시 누설전류가 크게 되기 때문에 고감도형의 누전차단기를       사용하면 불필요하게 동작 ⊙ 시설목적은 누전화재방지, 지락 아크(Arc)에 의한 기계 손상방지 등이므로 중감도형 누전차단기       (200mA, 500mA) 선정

다. 아크용접기 회로에의 누전차단기 적용

 ▣ 아크용접기

   ⊙ 1차측의 이동전선에 작업자가 접촉할 우려가 많으므로 누전차단기를 설치해야 함

아크용접기용으로서 사용되는 누전차단기

⊙ 누전차단기는 용접이 시작될 때 흐르는 순간적인 과도전류로 오동작되지 않도록 선정 ⊙ 감전보호가 목적 : 감도전류 30mA 이하 ⊙ 수십대의 용접기를 1대의 누전차단기에 연결하는 경우나 누전차단기와 용접기 간의 전선길이가 매우긴 경우 : 감도전류 200mA       또는 500mA (중감도형의 누전차단기)

 ▣ 아크용접기 트랜스 2차측 전로의 전압

   ⊙ 용접하고 있지 않은 경우 : 최대 95[V] ↑ ⇒ 감전의 위험성 ⇒ 전격방지 장치 설치

 

   ⊙ 전격방지장치는 용접하지 않을 때는 용접기 트랜스 1차측 개방하여 2차측 전압이 25[V] 이하가 되도록 유지

 

 ▣ 누전차단기 선정상의 유의점 (용접 작업시 고려)

   ⊙ 용접중에는 용접봉과 피용접물 간의 전압이 수 볼트[V]로 강하하므로 감전의 염려는 없지만 선정상의 유의점을 살펴보자.

 

  ① 과전류 트립 특성

    ⇒ 순시트립전류치 > 용접기 과도돌입 전류치

    ⇒ 용접기 과도돌입 전류치 : 정격전류의 8~9배

  ② 누전트립특성

    ⇒ 용접기 과도돌입 전류에 의해 ZCT 2차측에 출력이 발생하여 오동작할 수 있음

      ※ 누전차단기는 과도전류에 견디는 특성이 뛰어나므로 표준품을 사용하면 오동작의 영향은 없음

  ③ 정격전류 선정 최대출력으로 사용되는 경우

 

  ④ 정격감도전류 선정

    ⊙ 감전보호가 주목적이므로 정격감도전류 : 30mA 선정

    ⊙ 전로의 길이가 긴 경우 전로의 대지정전용량에 의하여 오동작하는 경우가 많으므로 정격감도전류는 다음 식에 의하여 산정

 

라. 스폿 용접기 회로에의 누전차단기 적용

  ▣ 스폿용접기 회로

 

  ▣ 짧은 주기 (1분이내)의 단속부하로 되므로 열적 등가전류를 기준으로 선정함

    ⊙ 열적등가전류는 다음과 같이 계산함

 

  ▣ 용접기 사용 개시 시에 순간 과도돌입전류가 흐름

     ⇒ 누전차단기의 순시 트립장치가 동작하지 않도록 선정

        ※ 용접기의 최대 입력전류를 다음 식에 의하여 산정

 

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