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표제지 2

목차 5

Ⅰ. 서론 13

1. 연구의 배경 및 목적 13

2. 연구 내용 및 범위 17

Ⅱ. 이론적 고찰 및 선행 연구 19

1. 누전차단기의 정의, 역할 및 종류 19

가. 차단기의 정의 및 역할 19

나. 차단기의 종류 20

2. 누전차단기의 기술적 이해 26

가. 주요 부품과 역할 26

나. 과부하 트립의 원리 35

다. 누전차단기의 동작 원리 38

라. 차단기에 적용되는 전기적 이론 39

마. 차단기의 주요 특성 용어 (KS C IEC 61009 - 1) 44

3. RCBO의 환경, 품질, 기술적 문제 46

가. RCBO의 환경, 품질, 기술 46

나. 전기 재해 분석 51

4. 연구하고자 하는 RCBO의 방향 54

가. 연구 방향 54

나. 설계 방향 56

다. 주요 성능 지표 58

라. 순시 코일의 자기장 검토 58

5. 선행연구 60

Ⅲ. RCBO의 설계 / 시제품 생산 및 시험결과 61

1. 본 연구를 통한 시제품 설계 61

가. 제품의 순시트립 구조 61

나. C형 순시트립 성능 구현을 위한 주요 부품 설계 62

2. 성능 검증 시험 및 결과 64

가. 시간-(과)전류 특성시험 64

나. 온도 상승 시험 (KS C IEC 61009-1 9.8) 66

다. 순시트립 성능 시험 (KS C IEC 61009-1 9.9.2.2) 71

라. 단락 성능 시험 (KS C IEC 61009-1) 80

마. 시험 결과 88

3. 연구 제품의 국내 연간 소요량 89

Ⅳ. 결론 및 기대효과 90

용어정리 92

국문초록 97

ABSTRACT 98

REFERENCE 101

표목차 8

〈Table Ⅰ-1〉 무비례 특성 도입 배경 15

〈Table Ⅰ-2〉 시간-전류 특성 비교 16

〈Table Ⅱ-1〉 정격 전압 범위에 따른 차단기 구분 25

〈Table Ⅱ-2〉 과부하 트립 동작 및 특성 34

〈Table Ⅱ-3〉 KS표준 제·개정 47

〈Table Ⅱ-4〉 산업용 차단기와 주택용 차단기 차이점 48

〈Table Ⅱ-5〉 KS 심사기준 개정내용 49

〈Table Ⅱ-6〉 최근 10년간의 전기화재 자료 52

〈Table Ⅱ-7〉 2023년도 원인별 현황 53

〈Table Ⅱ-8〉 2023년도 감전사고 현황 54

〈Table Ⅱ-9〉 정격전류별 순시 코일 57

〈Table Ⅱ-10〉 기존 제품과 본 연구 적용 제품의 차이점 57

〈Table Ⅱ-11〉 연구 개발 제품의 성능 목표 및 평가 항목 58

〈Table Ⅱ-12〉 코일에 발생하는 자기장 59

〈Table Ⅱ-13〉 코일 중심축에 발생하는 자기장 59

〈Table Ⅱ-14〉 분야별 선행연구 60

〈Table Ⅲ-1〉 순시 코일 64

〈Table Ⅲ-2〉 시간-(과) 전류 특성 시험 Data (16A) 65

〈Table Ⅲ-3〉 시간-(과)전류 특성 시험 Data (20A) 65

〈Table Ⅲ-4〉 시간-(과) 전류 특성 시험 Data (32A) 66

〈Table Ⅲ-5〉 온도 상승 시험 Data (16A #1) 67

〈Table Ⅲ-6〉 온도 상승 시험 Data (16A #2) 67

〈Table Ⅲ-7〉 온도 상승 시험 Data (16A #3) 68

〈Table Ⅲ-8〉 온도 상승 시험 Data (20A #1) 68

〈Table Ⅲ-9〉 온도 상승 시험 Data (20A #2) 69

〈Table Ⅲ-10〉 온도 상승 시험 Data (20A #3) 69

〈Table Ⅲ-11〉 온도 상승 시험 Data (32A #1) 70

〈Table Ⅲ-12〉 온도 상승 시험 Data (32A #2) 70

〈Table Ⅲ-13〉 온도 상승 시험 Data (32A #3) 71

〈Table Ⅲ-14〉 순시트립 성능 Data (C16) 72

〈Table Ⅲ-15〉 순시 트립 성능 Data (C20) 73

〈Table Ⅲ-16〉 순시 트립 성능 Data (C32) 73

〈Table Ⅲ-17〉 순시 동작 파형 (C16 #1) 74

〈Table Ⅲ-18〉 순시 동작 파형 (C16 #2) 75

〈Table Ⅲ-19〉 순시 동작 파형 (C20 #1) 76

〈Table Ⅲ-20〉 순시 동작 파형 (C20 #2) 77

〈Table Ⅲ-21〉 순시 동작 파형 (C32 #1) 78

〈Table Ⅲ-22〉 순시 동작 파형 (C32 #2) 79

〈Table Ⅲ-23〉 차단기 연간 소요량 89

그림목차 10

(Fig. Ⅰ-1) 연구 범위도 13

(Fig. Ⅰ-2) 연구목표 회로 구성도 15

(Fig. Ⅰ-3) SMS 모델 17

(Fig. Ⅰ-4) 소재 개발 구상도 18

(Fig. Ⅱ-1) (산업용, 주택용) 배선용 차단기 20

(Fig. Ⅱ-2) (산업용, 주택용) 누전차단기, 지락 누전차단기 21

(Fig. Ⅱ-3) 자동 재폐로형 누전차단기 22

(Fig. Ⅱ-4) Igr 누전차단기 23

(Fig. Ⅱ-5) 고조파 누전차단기 23

(Fig. Ⅱ-6) (아크, 기중) 차단기 24

(Fig. Ⅱ-7) (진공, 가스) 차단기 25

(Fig. Ⅱ-8) 개폐기구 26

(Fig. Ⅱ-9) 전자 회로부 27

(Fig. Ⅱ-10) 영상변류기 (ZCT) 28

(Fig. Ⅱ-11) Block Diagram & Application 28

(Fig. Ⅱ-12) SCR 접합구조 및 기호 29

(Fig. Ⅱ-13) Varistor 기호 및 특성곡선 30

(Fig. Ⅱ-14) Cover 및 Base (Mold) 31

(Fig. Ⅱ-15) 고정자 및 가동자 (단자부) 32

(Fig. Ⅱ-16) Arc Chute Ass'y (아크 소호장치) 33

(Fig. Ⅱ-17) Bimetal (과전류 트립 소자) 34

(Fig. Ⅱ-18) 열동식의 구조 35

(Fig. Ⅱ-19) 열동 전자식 구조 36

(Fig. Ⅱ-20) 완전전자식 구조와 동작상태 36

(Fig. Ⅱ-21) 완전전자식 동작상태 (단락 차단) 37

(Fig. Ⅱ-22) 전자식 구조 37

(Fig. Ⅱ-23) 누전 검출 회로 (정상상태) 38

(Fig. Ⅱ-24) 누전 검출 회로 (누전 상태) 38

(Fig. Ⅱ-25) IC Block Diagram & 누전차단기 회로도 39

(Fig. Ⅱ-26) 앙페르 오른나사의 법칙 40

(Fig. Ⅱ-27) 직선 도체의 전류에 의한 자계 40

(Fig. Ⅱ-28) 전자력 40

(Fig. Ⅱ-29) 비오-사바르의 법칙 41

(Fig. Ⅱ-30) 반발력과 흡인력 41

(Fig. Ⅱ-31) 원형 코일 중심축 상의 자계 42

(Fig. Ⅱ-32) 주택용 차단기 심사기준 개정안 48

(Fig. Ⅱ-33) 유럽형 차단기와 국내 차단기 구조 50

(Fig. Ⅱ-34) 타입별 순시 동작 50

(Fig. Ⅱ-35) 단락전류 발생 시 전류 및 전압 파형 51

(Fig. Ⅱ-36) 최근 10년간의 전기화재 분포 52

(Fig. Ⅱ-37) 2023년 화재 원인별 현황 53

(Fig. Ⅱ-38) (국내, 유럽형) 차단기 치수도 54

(Fig. Ⅱ-39) 분전반 구조 및 치수 55

(Fig. Ⅱ-40) 주택용 누전차단기 종류 및 등급 55

(Fig. Ⅱ-41) 연구 제품의 누전 트립 및 순시트립 구조 56

(Fig. Ⅱ-42) 기존 제품과 본 연구 적용 제품의 차이점 57

(Fig. Ⅱ-43) 코일에 발생하는 자기장 58

(Fig. Ⅱ-44) 코일 중심축에 발생하는 자기장 59

(Fig. Ⅲ-1) 순시트립 기구부 구조 61

(Fig. Ⅲ-2) 순시트립 성능 구현 61

(Fig. Ⅲ-3) Trip Bar 설계 62

(Fig. Ⅲ-4) PCB 기판 설계 62

(Fig. Ⅲ-5) 순시 Bobbin 설계 63

(Fig. Ⅲ-6) (고정, 가동) 철심설계 63

(Fig. Ⅲ-7) 시험약도 (시간-(과)전류 특성) 64

(Fig. Ⅲ-8) 시험약도 (온도상승) 66

(Fig. Ⅲ-9) 시험 설비 (순시트립) 71

(Fig. Ⅲ-10) 시제품 72

(Fig. Ⅲ-11) 단락 성능시험 (공인기관 시험성적서) #1 80

(Fig. Ⅲ-12) 단락 성능시험 (공인기관 시험성적서) #2 81

(Fig. Ⅲ-13) 단락 성능시험 (공인기관 시험성적서) #3 82

(Fig. Ⅲ-14) 단락 성능시험 (공인기관 시험성적서) #4 83

(Fig. Ⅲ-15) 단락 성능시험 (공인기관 시험성적서) #5 84

(Fig. Ⅲ-16) 단락 성능시험 (공인기관 시험성적서) #6 85

(Fig. Ⅲ-17) 단락 성능시험 (공인기관 시험성적서) #7 86

(Fig. Ⅲ-18) 단락 성능시험 (공인기관 시험성적서) #8 87

초록보기

 본 연구는 RCBO(Residual Circuit Breaker with Overcurrent protection)의 순시트립 특성을 향상시키는 방법에 관하여 연구하였다.

기존 산업용 누전차단기와 달리 IEC 규격에 맞는 주택용 누전차단기의 여러 까다로운 품질 특성을 맞추는 데 중점을 두었다.

32AF의 제품에 맞는 품질특성을 기존 제품 규모(Size)에서 구현하는 데 많은 어려움이 있어 2P2E 구조를 2P1E 구조로 전환하여 한 개의 보호극이 없어지는 공간에 순시 코일, 순시 코아 등을 활용하여 기자력을 향상시키는 방법을 고안하였다.

이와 같은 방법의 고안은 차단기에 적용되는 전기 전자적 이론을 바탕으로 코일과 Coil을 지지하고 고정하는 Coil Bobbin, 기자력을 향상시키는 Fix Core, Moving Core 등을 활용한 방법이다.

이와 같은 방법을 통하여 KS에서 규정하고 있는 과전류 특성, 온도 상승 시험, 순시 특성 시험, 단락 차단 특성 시험 등을 시험한 결과 모두 규격에 만족하는 성과를 거두었다.

개발된 차단기는 기존 차단기와 동일한 Size로 연구 개발되어 품질 이상의 발생이나 A/S 요구시에도 쉽게 대체할 수 있는 점도 큰 성과라 하겠다.

주택용 차단기는 주택이나 준주택에서 비전문가들이 사용하는 것으로 전기 안전에 기반한 품질의 특성을 강화한 것이다. 이런 이유로 실제 우리의 실생활에서 그 사용량은 증가할 것으로 예상하며, 본 연구의 결과를 토대로 차단기 업계에 개발, 생산, 품질 향상 활동에 있어서 큰 효과가 있을 것으로 기대한다.

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