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전기기사 전력공학 · 퓨즈

Fuse

퓨즈는 정해진 값보다 큰 전류가 흐르면 녹아 끊어지면서 회로를 여는 가장 단순한 과전류 보호 장치다. 녹는 데 걸리는 시간은 I²t 가 일정하다는 특성으로 정해져 전류가 클수록 짧아지고, 한류 퓨즈는 고장 전류가 최대치에 이르기 전에 녹아 통과 에너지를 크게 줄인다. 수전 설비에서는 단락은 전력 퓨즈(PF)가, 부하 전류 개폐는 LBS 가 맡는 조합을 흔히 써요. 전류 배수를 고르면 용단 시간-전류 곡선 위의 점이 옮겨 가고, 종류 버튼으로 네 가지 퓨즈의 구조를 견줄 수 있어요.

퓨즈: 가장 단순한 과전류 보호

🔗 전류가 크면 녹아서 끊어진다
①퓨즈는 일정 이상의 전류가 흐르면 녹아 끊어지는(용단) 도체다
②구조가 단순하고 값싸며, 전류를 억제하는 한류 효과가 뛰어나다
③한 번 쓰면 끝이라 동작한 뒤에는 반드시 바꿔야 하고, 3상에서는 결상 위험이 있다
④전류의 제곱 × 시간(I²t)이 일정한 에너지에 이르면 녹아요

용단 특성: 전류가 클수록 빨리 끊긴다

30%
퓨즈 용단 조건(I²t 특성)
I² · t = K²(일정) → t = K² / I²
전류가 두 배면 용단 시간은 1/4 로 짧아진다(제곱에 반비례).
📐 I²t 특성의 뜻
①I²t 는 열에너지에 비례해, 퓨즈 소자가 녹는 기준이 된다
②전류가 클수록 시간은 제곱으로 짧아진다
③한류 퓨즈는 전류가 최대치에 이르기 전에 녹아 I²t 에너지를 크게 줄여요

퓨즈 종류와 구조

⚡ 전력 퓨즈(PF)의 특징
①22.9 kV 수전 설비에서 LBS 와 짝을 이뤄 단락 전류를 끊는다
②석영사를 채워 아크가 생기면 모래가 식혀 소호한다
③한류형과 비한류형이 있고, 한류형이 통과하는 I²t 가 훨씬 작아요

퓨즈 보호 협조

보호 협조 원칙
하위(작은) 퓨즈 용단 시간 < 상위(큰) 퓨즈 용단 시간
분기에서 고장이 나면 분기 퓨즈만 녹아 주회로는 건전하게 남는다.
PF + LBS 조합
LBS: 부하 전류 개폐 / PF: 단락 전류 차단
PF 한 상이 녹으면 LBS 로 세 상을 모두 열어 결상 운전을 막는다.
⚠️ 퓨즈를 쓸 때 주의할 점
①3상 가운데 한 상만 녹으면 결상이 되어 전동기가 과열 · 소손될 수 있다
②녹은 퓨즈는 같은 정격으로만 바꾸고, 함부로 정격을 키우지 않는다
③한류 퓨즈는 녹을 때 과전압이 생길 수 있어 기기 절연을 확인해요

시험 포인트

용단 특성
I²t = 일정 → t ∝ 1/I²
전류 두 배 → 시간 1/4
PF + LBS 조합
PF: 단락 차단 / LBS: 부하 개폐
22.9 kV 수전 설비의 표준 조합
한류 퓨즈 효과
전류 최대치 전 용단 → I²t ↓
기기를 상하게 하는 에너지가 크게 줆
결상 위험
한 상 용단 → 3상 전동기 결상 소손
결상 계전기(OPR)로 막음
🎯 시험 포인트
①퓨즈 특성은 I²t = 상수라, 전류가 두 배면 용단 시간이 1/4 이다
②PF + LBS 조합에서 PF 는 단락 전류를 끊고, LBS 는 부하 전류를 개폐한다
③한류 퓨즈는 전류가 최대치에 이르기 전에 녹아 에너지(I²t)를 줄인다
④한 상의 퓨즈가 녹으면 3상 전동기가 과열 · 소손되므로 결상 계전기(OPR)를 단다
⑤보호 협조는 하위 퓨즈가 상위보다 먼저 녹아야 선택성이 생겨요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 퓨즈의 용단 특성 공식을 쓰고, 전류가 세 배가 되면 용단 시간은 몇 배인지 쓰시오. (답: I²t = 일정, t = 일정/I² 이라 전류 3 배 → 시간 1/9 배)
②[기출유형] 22.9 kV 수전 설비에서 PF 와 LBS 를 함께 쓰는 까닭을 설명하시오. (답: PF 는 단락 전류를 끊고 LBS 는 부하 전류를 개폐해, 서로의 약점을 메운다)
③[기출유형] 한류 퓨즈의 동작 원리와 효과를 설명하시오. (답: 고장 전류가 최대치에 이르기 전에 녹아, 통과 에너지 I²t 를 크게 줄여 기기를 보호한다)
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