누전차단기(ELB)의 원리

누전차단기(ELB)의 원리

 

1. 누전차단기의 원리

누전차단기 내부에는 영상변류기(ZCT,Zero Current Transformer)라는 아주 작은 전류를 측정하는 링 형태로 코일이 감긴 변류기가 삽입되어 있습니다.

이 영상변류기가 누전을 검출하면 누전차단기가 작동하게 됩니다.

영상변류기 내부에는 철심이 있는데, 나노크리스탈 또는 퍼멀로이 소재를 사용합니다.

영상변류기 안쪽으로 전선을 통과시키면 들어오는 전류와 나가는 전류를 검출할 수 있습니다. 정상 상태에서는 들어오는 전류와 나가는 전류가 동일합니다. 그러므로 영상변류기에 발생하는 자속은 서로 상쇄되어 0이 됩니다.

그러나 누전이 발생한 상태에서는 영상변류기에 들어오는 전류와 나가는 전류에 차가 생깁니다. 이 차이가 다른 만큼 기전력이 발생하게 됩니다.

누전차단기 내부에 있는 누설전류 검출 전용 IC에서는 일정 레벨의 전압을 영상변류기에 인가한 후 영상변류기에 다시 입력되는 신호를 검출하고 전류를 증폭하여 크기를 판별합니다. 판별 결과 허용치 이상의 전류가 초과되면 출력 신호를 ‘Thy'(Thyristor)에 on신호를 내보냅니다. Thy가 on상태가 되면 트립 코일에 전류가 흐르고, 트립 코일에는 자력이 발생합니다. 그 자력은 누전차단기 내부의 아마추어(Armature)를 흡인하여 누전차단기를 작동하게 합니다.

보통 IC에서는 허용치 이상의 전류가 일정시간동안 지속되는지 측정하여 차단기를 작동시키게 됩니다. (고가형 IC의 경우 몇 번 이상 누전이 검출되었는지 측정할 수 있습니다.)

영상변류기의 누전을 검출하기 위한 전자회로 구성은 아래와 같습니다.

※ 감도 선택장치는 사용자가 감도 레벨을 조절하여 사용할 수 있게 해줍니다. 하지만 모든 누전차단기가 이 기능을 가진 것은 아닙니다. 가정용의 경우에는 이 레벨이 고정되어 있습니다.

※ 노이즈제거회로는 오동작의 원인이 될 수 있는 노이즈를 제거합니다.

※ 충격파 흡수회로는 주 선로에서 유입되는 각종 서지(surge, 단시간 안에 급격하게 변화하는 과도적인 전압, 쉽게 말해 낙뢰를 말합니다)를 흡수하여 노이즈, 서지에 대한 오동작을 방지하는 회로로 구성되어 있습니다.

 

2. 누전차단기의 오동작 발생이유

누전차단기를 사용하다 보면 누전, 감전 지락 등의 동작 외 비정상적 동작, 즉 오동작으로 인해 전기가 차단이 되는 사례가 발생합니다.

오동작 발생 이유는 내부 요인과 외부 요인이 있습니다.

내부 요인 : 누전차단기의 자체 불량, 부적당한 감도전류 문제 등

외부 요인 : 서지, 진동, 충격, 습기 등의 주위 환경, 고주파 신호, 인버터, 대지정전용량의 변화, 무전기 등

누전차단기 제조사에는 오동작 방지를 위한 기술개발에 힘쓰고 있습니다. 오동작 발생정도에 따라서 제품의 품질을 판단하는 기준이 되기 때문입니다.

 

3. 누전차단기의 전원 구성

예전에는 R, T상에서 제어전원을 입력받아 구성하였지만, 최근에 KS규정이 바뀌면서 R, S, T상에서 제어전원을 입력받는 구성으로 바뀌어가고 있는 중입니다.

R, S, T상에서 모두 전원을 받아 동작 중에 결상이 발생하더라도 누전차단기가 작동하게 되는 것입니다.