누전 차단기(ELCB/ELB)의 작동 원리

누전 차단기(Earth Leakage Breaker/Earth Leakage Circuit Breaker)의 동작 원리를 간단한 그림을 통하여 알아 본다.

누전 차단기의 내부 회로

ELB의 핵심 부품은 위 그림에서 보이는 ZCT(Zero Current Transformer) 이다.


ZCT는 일종의 CT(Current Transformer)로서 전류를 전압값으로 변환 시키는 장치(링 코어 구멍을 주 회로의 전선은 그냥 통과 하였으므로 1차 측은 한 Turn에 해당하고 2차 측은 많은 Turn으로 되어 있어 변압기의 기본 원리와 같다) 이다.

일반 CT는 한 상의 전선만 통과하여 전류의 측정에 사용되나 ZCT는 한 구멍에 전류의 방향이 다른 양극의 전선이 동시에 통과하므로 서로 상쇄되어 정상 상태에서는 출력 전압이 발생하지 않는다.

누전이 발생하면 한 극에서 출발한 전류가 다른 극으로 100% 돌아오지 않게되고 그 전류의 차이가 설정값(일반형: 30mA, 고감도형: 15mA) 이상이면 제어 회로(두 극의 전류 차이에 의하여 발생된 전압을 인식하는 회로)의 판단에 따라 TC(Trip Coil)이 여자되어 TM(Trip Mechanism, 트립 메카니즘)을 동작시켜 접점이 열리게 된다.

TEST 버턴은 설치된 저항을 통하여 전류를 ZCT에 통과 시킴으로서 누전과 같은 효과를 인위적으로 만들어 ELB의 기능을 시험하는 것이다. 규정에 따라 한 달에 한 번 정도 시험할 필요가 있다.

ELB는 NFB(No Fuse Breaker)와 마찬가지로 과전류 차단 기능을 포함하고 있는 데 ELB에 흐르는 전류는 그림에 보이는 바이메탈(Bi-Metal)을 통과하도록 되어 있으므로 정격 이상의 전류가 흘렀을 때(온도 상승에 의한 동작이므로 전류의 양과 통전 시간이 동시에 고려된다) 바이메탈이 휘어져 TM을 동작시켜 접점이 떨어지게 되어 있다.

설치: 누전차단기에 표시된 입력 단자(글씨를 바로 보았을 때 위 쪽)와 출력 단자(아래 쪽)를 바꾸어 설치하였을 때는 누전 발생 시 정확한 동작을 보증할 수 없으므로 주의하여야 한다.

고장: ELB는 공급되는 전원을 받아 작동 전원으로 사용하고 있다. 외부에서 유입되는 과도한 서지(Surge) 전류에 의해 제어 회로 내부의 부품이 고장을 일으키거나 일시적으로 오동작을 하여 누전이 없는 데도 불구하고 트립이 되거나 TEST 보턴을 눌러도 트립이 되지않는 경우가 있다. 이 경우 ELB를 교체하여야 한다.

삼상 ELB는 단상에 한 극이 추가되어 접점의 수가 3 개이고 ZCT를 통과한 전선의 수가 3 가닥인 점이 단상과 다를 뿐 이다. 단상의 경우 전류를 스칼라 량으로 생각해도 무방하나 삼상의 경우는 3 상 전류의 벡터합은 "0" 이라는 원리가 적용 되는 것이다. 물론 단상의 경우도 각 선 전류의 벡터합은 "0"가 된다.