회로 차단기 작동 (작동 및 트리핑 시간)
전기 회로 차단기의 주요 기능은 전류를 운반하는 접점의 개폐입니다. 이는 매우 간단해 보일 수 있지만, 대부분의 수명 동안 회로 차단기는 폐쇄 상태로 유지되는 것을 기억해야 합니다. 매우 드물게 회로 차단기를 작동하여 접점을 개폐해야 할 필요가 있습니다.
따라서 회로 차단기 작동은 어떠한 지연이나 느림 없이 매우 신뢰성이 있어야 합니다. 이러한 신뢰성을 달성하기 위해 회로 차단기 작동 메커니즘은 처음 생각했던 것보다 더 복잡해집니다.
작동 중 접점 간의 개폐 거리와 움직이는 접점의 속도는 회로 차단기 설계 시 고려해야 하는 가장 중요한 매개변수입니다.
접점 간격, 움직이는 접점의 이동 거리 및 속도는 회로 차단기의 전류 및 전압 등급에 따라 결정됩니다.
하나의 표준적인 회로 차단기 작동 특성 곡선이 아래 그래프에 표시되어 있습니다.
여기 그래프에서 X 축은 밀리초 단위의 시간을, Y 축은 밀리미터 단위의 거리를 나타냅니다.
시간 T0에서 시작하여 폐쇄 코일을 통해 전류가 흐릅니다. 시간 T1에서 움직이는 접점이 고정 접점으로 이동하기 시작합니다. 시간 T2에서 움직이는 접점이 고정 접점과 접촉합니다. 시간 T3에서 움직이는 접점이 완전히 폐쇄 위치에 도달합니다. T3 – T2는 두 접점(움직이는 접점과 고정 접점)의 과부하 기간입니다. 시간 T3 이후 움직이는 접점은 약간 튀어 오르다가 다시 시간 T4에서 최종 폐쇄 위치로 돌아옵니다.
이제 트리핑 작동에 대해 살펴보겠습니다. 시간 T5에서 회로 차단기의 트립 코일을 통해 전류가 흐릅니다. 시간 T6에서 움직이는 접점이 접점을 열기 위해 후진하기 시작합니다. 시간 T7에서 움직이는 접점이 결국 고정 접점과 분리됩니다. 시간 (T7 – T6)은 중첩 기간입니다.
시간 T8에서 움직이는 접점이 최종 개방 위치로 돌아오지만, 여기서는 최종 안정 위치에 있지 않으므로 움직이는 접점이 최종 안정 위치에 도달하기 전에 일부 기계적 진동이 발생합니다. 시간 T9에서 움직이는 접점이 최종적으로 안정 위치에 도달합니다. 이는 표준 및 원격 제어 회로 차단기 모두에 적용됩니다.
회로 차단기 개방 작동 요구사항
회로 차단기는 가능한 빨리 개방 위치에 있어야 합니다. 이는 접점의 마모를 제한하고 고장 전류를 가능한 빨리 차단하기 위함입니다. 그러나 움직이는 접점의 전체 이동 거리는 고장 전류의 차단 필요성뿐만 아니라, 회로 차단기가 개방 위치에 있을 때 접점 사이에 나타나는 정상적인 유전 스트레스와 번개 충격 전압을 견딜 수 있는 접점 간격이 필요하기 때문에 결정됩니다.
지속적인 전류를 운반하고 회로 차단기 내에서 아크를 견디는 필요성 때문에, 항상 구리와 같은 고전도성 재료로 만들어진 기본 접점과, 텅스텐이나 몰리브데넘과 같은 아크 저항성 재료로 만들어진 아크 접점 두 세트를 병렬로 사용하는 것이 필요합니다. 아크 접점은 기본 접점보다 훨씬 낮은 전도성을 가집니다.
개방 회로 차단기 작동 중에는 기본 접점이 아크 접점보다 먼저 열립니다. 그러나 기본 접점과 아크 접점의 전기 저항과 인덕턴스의 차이로 인해, 전체 전류 교환, 즉 기본 접점 또는 주 접점에서 아크 접점 가지로의 전류 교환까지 일정 시간이 필요합니다.
따라서 움직이는 접점이 폐쇄 위치에서 개방 위치로 이동하기 시작하면 접점 간격이 점차 증가하며, 일정 시간 후에 다음 전류 영점 이후 재아크 방지를 위한 최소 전도 간격이 필요한 임계 접점 위치에 도달합니다.
남은 이동 거리는 접점 간격 사이의 충분한 유전 강도를 유지하고 감속 목적으로 필요합니다.
회로 차단기 폐쇄 작동 요구사항
회로 차단기의 폐쇄 작동 중에는 다음과 같은 사항이 필요합니다,
움직이는 접점은 접점을 폐쇄하기 전에 아크 현상을 방지하기 위해 충분한 속도로 고정 접점으로 이동해야 합니다. 접점 간격이 줄어들면서 접점이 완전히 폐쇄되기 전에 아크가 시작될 수 있습니다.
접점이 폐쇄되는 동안 접점 사이의 매체가 대체되므로, 회로 차단기 작동 중에 아크 챔버 내의 유전 매체를 압축하기 위해 충분한 기계적 파워를 공급해야 합니다.
고정 접점에 부딪힌 후 움직이는 접점은 반발력으로 인해 튀어 오르는데, 이는 바람직하지 않습니다. 따라서 장애 발생 시 폐쇄 작동으로 인한 반발력을 극복하기 위해 충분한 기계적 에너지를 공급해야 합니다.
스프링-스프링 메커니즘에서는 일반적으로 폐쇄 작동 중에 트리핑 또는 개방 스프링이 충전됩니다. 따라서 개방 스프링을 충전하기 위해 충분한 기계적 에너지를 공급해야 합니다.
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