과전류 보호와 기기 (KEC 212)

1. 과전류에 대한 보호 (KEC 212.1, 212.2)

 ▣ 회로도체(전선)의 과부하 및 단락고장이 발생할 때 전원을 자동 차단장치(MCCB, RCB, 퓨즈)에 의해 보호할 것

 

가. 선도체의 보호(KEC 212.2.1)

  1) 모든 선도체에 과전류 검출기를 설치할 것

  2) 과전류가 검출된 도체(전선)이외의 다른 선도체는 차단하지 않아도 된다.

  3) 3상 전동기 등 단상 차단이 위험한 경우는 결상 및 불평형에 대한 보호장치로 모든 선도체를 동시에 차단한다.

나. 중성선의 보호 (KEC 212.2.2)

  1) 중성선의 단면적이 선도체의 단면적과 동등 이상인 경우 중성선에 과전류 검출기를 설치할 필요 없음

  2) 중성선의 단면적이 선도체 보다 작은 경우와 고조파 과전류가 검출되는 경우 중성선에는 그 단면적에 따른 과전류 검출기를

      설치한다. 다만, 과전류가 설계전류 초과시 선도체를 차단해야 하지만 중성선을 차단할 필요는 없다. (보통 중성선의 과전류

      검출과 선도체 차단을 동시에 하는 4P 차단기를 설치함)

  3) PEN 도체의 보호

    ⊙ PEN 도체의 중성선은 물론이고 보호도체 (PE)의 역할을 하므로 개방되어서는 안되므로 차단장치 및 개폐장치를 설치할 수

         없다.

다. 중성선 차단 및 재연결 (KEC 212.2.3)

  ▣ 중성선 차단 및 재연결 하는 회로의 경우에 설치하는 개폐기와 차단기는 차단기는 중성선이 선도체 보다 늦게 차단되어야 하며,

       재연결시에는 선도체와 동시 또는 먼저 투입할 것

 [참고] 대부분 차단기는 중성단자를 약간 길게 하여 선 투입 후 차단하게 제작됨

​

2. 과전류 보호장치의 종류 및 특성 (KEC 212.3)

가. 과전류 (Over - current)

  ▣ 전기기기의 정격전류, 도체(전선)의 허용전류를 초과한 전류를 말하며, 과부하전류와 단락전류가 있다.

  1) 과부하전류

    ⊙ 과부하 전류는 전기적인 고장이 없이 회로에 발생한 과전류를 말하며, 주로 원동기의 베어링 파손 및 오랫동안 미사용에 의한

         녹 발생 등 구속 사항이다.

  2) 단락전류

    ⊙ 단락전류란 정상 운전상태에서 전위차가 있는 충전된 도체 사이에 임피던스가 '0'인 고장 (선도체의 혼촉)에 기인한 전류를

         말한다.

나. 과전류 보호장치의 특성 (KEC 212.3.4)

  1) 과전류 보호장치

    ⊙ 배선차단기, 누전차단기 및 퓨즈가 있다. 퓨즈는 거의 사용하지 않고, 누전차단기(RCD : 과거 ELB의 IEC 적용에 의하여

         바뀜)는 MCCB에 영상변류기(ZCT)를 추가하여 누전과 과전류 보호를 겸한 것으로 특성은 MCCB와 같다.

  2) 배선차단기 : 산업용(MCCB)과 주택용(MCCB) (KEC 212.3.4 3항)

    ⊙ 주택용 배선차단기는 일반인이 접촉할 우려가 있는 장소 (세대내 분전반 및 이와 유사한 장소)에 적용한다.

    ① 주택 및 준주택 (기숙사, 고시원, 노인복지주택, 오피스텔)의 세대 내부

    ② 숙박시설(호텔, 여관, 모텔, 여인숙, 민박, 자연휴양림, 청소년수련시설, 외국인 관광 도시민박, 한옥체험업 시설)의 객실 내부

         차단기

[표 4-1] 과전류 트립 동작시간 및 특징 (산업용 배선차단기)

정격전류의 구분	시간	정격전류의 배수 (모든 극에 통전)
		부 동작전류	규약 동작전류
63A 이하 63A 초과	60분 120분	1.05배 1.05배	1.3배 1.3배

[표 4-2] 과전류 트립 동작시간 및 특징 (주택용 배선차단기)

정격전류의 구분	시간	정격전류의 배수 (모든 극에 통전)
		부 동작전류	규약 동작전류
63A 이하 63A 초과	60분 120분	1.13배 1.13배	1.45배 1.45배

[표 4-3] 순시트립에 따른 구분 (주택용 배선차단기)

형	순시 트립 범위	적용 장소
B	3In 초과 ~ 5In 이하	난방기기, 온수기
C	5In 초과 ~ 10In 이하	조명, 콘센트, 소형 전동기
D	10In 초과 ~ 20In 이하	돌입전류가 큰 부하, 변압기

  [비고] 1. B, C, D : 순시트립전류에 따른 차단기 분류 2. I​n : 배선차단기 정격전류

 

 

  3) 주택용은 380V 이하, 정격전류 125A 이하이며, 위 그림 왼쪽 주택용은 "C"타입의 주택용 배선용 차단기 동작특성 곡선으로

       그래프의 상단에 부 동작전류 1.13배와 동작 전류인 1.45배를 표기하여 [표4- 2] 과전류 트립 동작시간 및 특성(주택용 배선용

       차단기)을 만족함을 확인할 수 있으며, 순시트립 범위는 500~1,000%로 [표4-3] 순시트립에 따른 구분(주택용 배선차단기)의

       조건을 만족하고 있다.

  4) 산업용 : 1,000V 이하, 정격전류 2,000A 이하이며, 위 그림의 산업용은 산업용 배선차단기의 동작 특성 곡선으로 순시트립

                    전류는 정격전류의 10배이며, 전 차단시간은 10ms(0.01초)이하인 것을 확인할 수 있다.

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3. 과부하 전류에 대한 보호 (KEC 212.4)

  ▣ 주택용 배선차단기는 주로 세대 분전반의 분기회로에만 적용되므로 여기서는 산업용 배선차단기에 관하여 기술한다.

가. 도체(전선)와 과부하 보호장치(MCCB) 사이의 협조(KEC 212.4.1)

 

  ▣ 다음 2가지 조건을 충족하여야 한다.

       IB ≤ In ≤ Iz ------ ①

       I2 ≤ 1.45 Iz ----- ②

       여기서, IB : 회로의 설계전류[전 부하전류(FLC) : 정상의 공급회로 전류]

                   Iz : 전선의 허용전류

                   In : 보호장치(배선차단기)의 정격전류

                   I2 : 보호장치의 규약 동작 전류 [산업용 배선차단기(I2) = 1.3 × 정격전류(In)]

 [보호협조 해설]

  1) IB ≤ In ≤ Iz ------ ①의 조건

    ⊙ MCCB의 정격전류 또는 설정값(In)은 회로의 설계전류(IB) 이상이 되어야 하며, 보호되는 전선의 허용전류는 배선차단기

         (MCCB)의 정격전류(In)보다 커야 한다.

  2) I2 ≤ 1.45 Iz ----- ②의 조건

    ⊙ 대부분 ①의 조건이 만족되면 ②의 조건을 만족시킨다.

         MCCB의 규약 동작전류(I2 = 1.3 × In)를 결정하는 범위의 한계값으로 전선 허용전류의 1.45배가 된다. 일반적으로 전선

         허용전류의 과부하 내열특성은 아래 그림과 같이 1.45배의 전류가 60분까지 가능 하므로 ②의 조건을 만족한다.

 

    ⊙ 일반부하와 기동시간이 5초 이하인 동력부하의 경우 ①의 조건 즉, 차단기 정격은 설계전류 이상이고 전선의 규격은 차단기

         정격전류 이상이면 된다.

나. 병렬도체의 단락보호 (KEC 212.5.4)

  1) 여러개의 병렬도체를 사용하는 회로의 전원 측에 1개의 단락보호장치가 설치되어 있는 조건에서, 어느 하나의 도체에서 발생

       한 단락고장이라도 효과적인 동작이 보증되는 경우, 해당 보호장치 1개를 이용하여 그 병렬도체 전체의 단락보호장치로 사용할

       수 있다.

  2) 1개의 보호장치에 의한 단락보호가 효과적이지 못하면, 다음 중 한가지 이상의 조치를 취해야 한다.

    ① 배선은 기계적인 손상 보호와 같은 방법으로 병렬도체에서의 단락위험을 최소화할 수 있는 방법으로 설치하고 화재 또는 인체

         에 대한 위험을 최소화할 수 있는 방법으로 하여야 한다.

    ② 병렬도체가 2가닥인 경우 단락보호장치를 각 병렬도체의 전원측에 설치해야 한다.

    ③ 병렬도체가 3가닥 이상인 경우 단락보호장치는 각 병렬도체의 전원측과 부하측에 설치해야 한다.

 [병렬도체의 과부하 보호]

  ▣ 하나의 과부하 보호장치로 복수의 병렬도체를 보호하는 경우에는 다른 분기회로의 접속, 개별 도체에 개폐기 및 차단기를 사용

       할 수 없다.

  ▣ 적용 조건

    ① 병렬도체를 구성하는 각 도체는 전류가 균등하게 분담되도록 하여야 한다.

    ② 병렬도체는 같은 재질, 같은 단면적을 갖고, 길이가 거의 같아야 하며, 그 전체 구간에 회로의 분기가 없으며, 다심케이블, 꼬인

         단심케이블 또는 절연전선을 사용하여야 한다.

    ③ 병렬도체의 전류는 전류차가 각 도체의 설계전류 값의 10% 이하가 되어야 한다.

    ④ 병렬도체의 전류차가 10%를 초과하는 불균등한 경우에는 각 도체의 설계전류와 과부하에 관한 요건을 개별적으로 고려할 것

         을 권장한다.

다. 저압전로 중의 전동기보호용 과전류 보호장치 시설 (KEC 212.6.3)

  ◈ 회로의 설계전류 선정

[표4-4] 동력부하의 정격

정격전압, 정격용량 ​ 정적전류	3상 380V 22kW	기동전류 ​ 기동시간	342 A (직입기동)
	44A		4초

 

  ▣ 과전류 차단기로 저압전로에 시설하는 과부하 보호장치(전동기가 손상될 우려가 있는 과전류가 발생했을 경우에 자동적으로

       이를 차단하는 것에 한한다)와 단락보호 전용차단기 또는 과부하 보호장치와 단락보호전용퓨즈를 조합한 장치는 전동기에만

       연결하는 저압전로에 사용하고 다음 각각에 적합한 것이어야 한다.

1) 시설방법

  ① 과부하 보호장치, 단락보호전용 차단기 및 단락보호전용 퓨즈는 다음에 따라 시설할 것

    ㉠ 과부하 보호장치로 전자접촉기를 사용할 경우에는 반드시 과부하계전기가 부착되어 있을 것

    ㉡ 단락보호 전용 차단기의 단락동작설정 전류값은 전동기의 기동방식에 따른 기동돌입전류를 고려할 것

    ㉢ 단락보호전용 퓨즈의 용단특성을 고려할 것

  ② 과부하 보호장치와 단락보호 전용 차단기 또는 단락보호 전용 퓨즈를 하나의 전용함 속에 넣어 시설한 것일 것

  ③ 과부하 보호장치가 단락전류에 의하여 손상되기 전에 그 단락전류를 차단하는 능력을 가진 단락보호 전용 차단기 또는 단락

       보호 전용 퓨즈를 시설한 것일 것

  ④ 과부하 보호장치와 단락보호 전용 퓨즈를 조합한 장치는 단락보호 전용 퓨즈의 정격전류가 과부하 보호 장치의 설정전류

       (Setting current) 값 이하가 되도록 시설할 것 (그 값이 단락보호 전용 퓨즈의 표준정격에 해당하지 아니하는 경우는 단락보호

       전용 퓨즈의 정격전류가 그 값의 바로 상위의 정격이 되도록 시설한 것을 포함한다)일 것

  ⑤ 저압으로 옥내에 시설하는 보호장치의 정격전류 또는 전류 설정값은 전동기 등이 접속되는 경우에는 그 전동기의 기동방식에

       따른 기동전류와 다른 전기 사용 기계 · 기구의 정격전류를 고려하여 설정하여야 한다.

2) 전동기 회로 단락 보호 차단기의 선정 방법

  ▣ 전동기 회로에서 단락 보호 차단기의 정격전류 및 동작전류의 설정값은 회로 내에서 발생하는 단락고장에 대하여 반드시 동작

       하여야 하고, 기동시 돌입전류에 의하여 오동작을 하지 않도록 설정하여야 한다.

  ① 전동기 기동돌입전류(I​i) 산정시 고려할 항목

    ㉠ 전동기의 정격전류 I​m

    ㉡ 전동기의 전전압 기동배율 β

    ㉢ 전동기의 기동방식에 따른 계수 C

       ⊙ 전전압 기동방식 : 1

       ⊙ Y-△ 기동방식 : 1/3

       ⊙ 리액터 기동방식 : Tap의 설정값

       ⊙ 기동보상기 기동방식 : (Tap 설정값)

    ㉣ 소프트 스타터 및 인버터 기동방식의 전류제한 배율 λ

       ⊙ 소프트 스타터 기동방식 : 전동기 정격전류의 3.0, 3.5, 4.0, 5.0

       ⊙ 인버터 기동방식 : 전동기의 정격전류의 1.0, 1.1, 1.2, 1.5, 2.0

    ㉤ 돌입전류의 배율 k : 1.3 ~ 1.5 (말없으면 1.5)

  ② 전동기의 기동돌입전류 크기

    ㉠ 전전압, Y-△, 리액터, 기동보상기 기동방식

          Ii = Im × β × C × k

    ㉡ 소프트 스타터 및 인버터 기동방식

          Ii = Im × λ

  ③ Y-△ 기동방식 전동기의 △변환시 돌입전류

     ⊙ Y-△ 기동방식에서 Y결선으로 기동하여 △결선으로 변환하는 개방방식인 경우 돌입전류의 크기는 전전압 기동방식 보다

          큰 경우도 있으므로 다음의 식으로 계산하여 적용

         Ii = Im × β × Vc × K

         Vc : 전압계수 = 1.577 ∵ Vc = 1+1/√3 = 1.577

          K : 비대칭 피크계수

3) 단락보호용 보호장치의 선정

  ▣ 단락보호장치의 순시동작 설정값은 전동기의 기동시 돌입전류에 의하여 동작되지 않도록 설계 여유를 주어 설정값을 결정해야

       하므로 단락 보호용 보호장치의 정격전류는 다음과 같이 선정한다.

  ① 주택용 배선차단기의 보호장치 순시차단배율 δ

      ⊙ Type B : 배선차단기 정격전류의 3~5배

      ⊙ Type C : 배선차단기 정격전류의 5~10배

      ⊙ Type D : 배선차단기 정격전류의 10~20배

  ② 산업용 배선차단기의 보호장치 순시차단배율 δ

      ⊙ 제조사의 기술사양서에 명시된 값을 적용, 개략적으로 과전류 차단기 정격전류의 8~16배의 값을 갖는다.

  ③ ACB의 보호장치 순시차단배율 δ

      ⊙ 산업용 배선차단기와 동일하게 제조사의 기술사양서에 명시된 값을 적용하여야 하며, 개략적으로 보호장치 정격전류의

           2~15배의 값을 갖는다.

  ④ 퓨즈 : 아래 표에서 정하는 값 또는 제조사의 기술사양서에 명시된 값

[단락보호 전용 퓨즈(aM)의 용단 특성]

정격전류의 배수	용단시간	동작시간
4배 6.3배 8배 10배 12.5배 19배	60초 이내 - 0.5초 이내 0.2초 이내 - -	- 60초 이내 - - 0.5초 이내 0.1초 이내

  ⑤ 설계여유계수 α : 1.25

  ⑥ 단락보호장치의 정격전류 계산

     ⊙ 단락보호장치의 정격전류는 다음의 계산값 보다 큰 값의 표준 정격을 선정한다.​

3) 과부하 보호장치가 단락전류를 차단하는 능력

  ▣ 설치지점에서 예상단락고장전류보다 큰 차단능력이 있는 단락 보호 겸용 또는 전용의 차단기 또는 퓨즈를 설치하여야 한다.

 

4) 전동기용 과부하 보호장치의 정격전류 또는 설정값 선정 방법

  ▣ 전동기는 전전압 기동시 정격전류의 6~8배 정도의 기동전류가 회로에 흐르므로 이러한 기동전류에 의한 보호장치의 오동작을

       방지하도록 하여야 한다. 전동기의 기동특성을 고려하여 전동기 분기회로의 보호장치 및 전동기가 접속된 간선 보호장치의

      정격전류 및 설정값을 다음의 방법으로 선정한다.

  ① 전동기 부하가 접속된 분기회로

    ㉠ 전동기의 기동전류 산정시 고려할 항목

       ⊙ 전동기의 정격전류 Im

       ⊙ 전동기의 전전압 기동배율 β

       ⊙ 전동기의 전전압 기동시간 tm

    ㉡ 보호장치의 최소동작시간 tb 설정

       ⊙ 전동기의 전전압 기동시간 tm을 기준으로 하여 50~100%의 범위에서 가산하며, 가산시간은 5초를 초과하지 않도록 한다.

    ㉢ 보호장치의 규약 동작 배율 δ

       ⊙ 과부하 보호장치의 제조사가 제시한 동작특성 곡선에서 최소동작시간 tb과 동작특성곡선의 교점에 해당하는 동작전류가

           보호장치의 규약동작 배율 δ이 된다.

    ㉣ 과부하 보호장치의 정격전류 산정

       ⊙ 계산값보다 큰 표준 정격전류의 보호장치를 선정한다.​​

  ② 전동기 부하가 접속된 간선 (배전회로)

    ㉠ 전동기의 기동전류 산정시 고려할 항목

       ⊙ 전동기 기동시 유효전력, 무효전력, 피상전력

       ⊙ 전동기 기동시 간선에 흐르는 전류 IFS

       ⊙ 전동기의 전전압 기동시간

    ㉡ 보호장치의 규약동작 배율 δ

       ⊙ 과부하 보호장치의 제조사가 제시한 동작특성 곡선에서 최소동작시간 tb과 동작특성곡선의 교점에 해당하는 동작전류가

            보호장치의 규약동작 배율 δ이 된다.

    ㉢ 과부하 보호장치의 정격전류 산정

       ⊙ 계산값 보다 큰 표준정격전류의 보호장치를 선정한다.​​

5) 옥내에 시설하는 전동기의 과전류차단기 설치 생략

  ▣ 다음의 경우에는 옥내에 시설하는 0.2kW를 초과하는 전동기에 대하여 과전류 보호장치(과부하 및 단락 보호장치)를 설치하지

       않아도 된다.

  ① 전동기를 운전 중 상시 취급자가 감시할 수 있는 위치에 시설하는 경우

  ② 전동기의 구조나 부하의 성질로 보아 전동기가 손상될 수 있는 과전류가 생길 우려가 없는 경우

  ③ 단상전동기로써 그 전원측 전로에 시설하는 과전류 차단기의 정격전류가 16A(배선용 차단기는 20A) 이하인 경우

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4. 화재 및 화상방지에 대한 보호(KEC 214.2)

가. 전기기기에 의한 화재방지

  1) 화재의 위험성이 높은 20A 이하의 분기회로에는 전기 아크로 인한 화재의 우려가 없도록 KS C IEC 62606에 적합한 장치를

       각각 시설할 수 있다.

  2) 다음과 같은 장소를 권고하고 있다.

    ① 숙박시설구내                 ② 헛간, 목공소 등               ③ 가연성 목재 건축물 (예 : 목재 건축물)

    ④ 화재확산 구조물 (예 : 전통시장)                                ⑤ 소실 시 대체 불가능 물품이 있는 장소 (예 : 문화재)

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