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전기기사 전기기기 · 보호기기의 종류와 원리

Protection Devices

보호 기기는 과전류 · 단락 · 지락(누전)이 생겼을 때 회로를 끊어 전동기와 전로를 지키는 장치다. 퓨즈와 배선용 차단기(MCCB)는 과부하와 단락을, 누전 차단기는 영상 변류기로 지락을, 과전류 계전기는 시간 특성으로 과전류를 맡아 역할을 나눈다. 고장 지점에 가장 가까운 보호 기기가 먼저 끊도록 동작 시간을 맞추는 보호 협조가 되어 있어야, 고장 구간만 떨어지고 나머지는 계속 돌아요. 위 버튼으로 퓨즈 · MCCB · 계전기 · 누전 차단기를 고르고 슬라이더를 움직이면 동작 특성 곡선 위의 점이나 누설 전류 그림이 바뀌어요.

왜 보호가 필요할까

전동기와 전기 설비에는 과전류, 단락, 지락(누전) 같은 이상이 생길 수 있다. 이런 고장이 나면 기기가 타거나 불이 나고 감전될 위험이 있어서, 이상을 검출해 회로를 저절로 끊는 보호 장치가 꼭 있어야 해요.
💡 보호의 세 갈래
과전류 보호: 퓨즈, MCCB, 과전류 계전기(OCR)
①단락 보호: 퓨즈, MCCB(순시 트립)
②지락(누전) 보호: 누전 차단기(ELCB), 영상 변류기(ZCT)

보호 기기의 종류

10 ×In

과전류 보호

퓨즈는 과전류가 흐르면 가용체가 녹아 회로를 끊는 가장 단순한 보호 장치로, 한 번 동작하면 갈아 끼워야 한다. MCCB 는 열동 트립(과부하)과 전자 트립(단락)을 함께 갖춘 차단기로, 다시 투입해 계속 쓸 수 있어요.
핵심 공식
퓨즈: I²t = 일정 (용단 특성)
전류의 제곱 × 시간이 정해진 값에 이르면 녹아 끊어진다
핵심 공식
MCCB: 열동(과부하) + 전자(단락)
과부하는 천천히, 단락은 바로 끊는 이중 보호

누전 보호

누전 차단기는 영상 변류기(ZCT)로 가는 전류와 돌아오는 전류의 차이를 검출한다. 정상일 때는 L 과 N 의 전류가 같아 ZCT 출력이 0 이지만, 누전이 나면 그 차이가 감지되어 트립된다. 과전류 계전기(OCR)에는 반한시, 정한시, 초반한시 같은 시간 특성이 있어요.
핵심 공식
ELCB: IL ≠ IN → ZCT 검출 → 트립
정격 감도 전류: 15mA, 30mA 등(감전 보호)
핵심 공식
OCR 반한시: t ∝ 1/In
전류가 클수록 빨리 동작한다

시험 정리

📝 시험 포인트
①퓨즈는 한 번 쓰면 갈아야 하고, MCCB 는 다시 투입해 계속 쓸 수 있다.
②MCCB 의 순시 트립은 정격의 10~14배쯤 되는 단락 전류에서 바로 끊는다.
③누전 차단기의 ZCT 는 영상 변류기로, 가고 오는 전류의 합이 0 이면 정상이다.
④OCR 의 반한시 특성은 작은 과전류는 천천히, 큰 과전류는 빨리 끊어요.
⑤보호 협조는 퓨즈 · MCCB · OCR 의 동작 시간을 맞춰 고장점에 가까운 보호 기기가 먼저 동작하게 하는 것이다.
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 배선용 차단기(MCCB)가 맡는 보호는? (답: 과부하와 단락)
②[기출유형] 누전 차단기의 동작 원리는? (답: 영상 변류기(ZCT)로 누설 전류를 검출한다)
③[기출유형] 퓨즈가 회로를 끊는 원리는? (답: 과전류가 흐르면 가용체가 녹아 끊어진다)
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