전력퓨즈 종류, 특징 및 적용, 퓨즈정격선정

[블루스카이]

전력퓨즈 종류, 특징 및 적용, 퓨즈정격선정  

 1. 전력퓨즈(Power Fuse)의 용도
    전력퓨즈는 고압이나 특고압회로에서 단락전류나 과전류에 퓨즈가 용단되므로서 회로나 기기를
    보호하는 장치로서 기능상으로 차단기와 유사하다.
    경제적인 측면에서 소규모 수변전설비에 주차단기 용도로도 사용되며, 주로 변압기 보호용으로
    널리 사용되고 있다.
  (전력퓨즈의 적용범위는 내선규정 제7장의 고압, 특별고압 수전설비 표준결선도를 참고하시기 바람)

2. 전력퓨즈의 종류
      전력퓨즈는 크게 한류형과 비한류형으로 구분된다.
   (1) 한류형
     한류형 퓨즈는 높은 arc저항을 발생하여 사고전류를 한류억제하여 차단하는 퓨즈로서 차단시 가스를
     분출하지 않으며 소음이 발생되지 않는다. 퓨즈용단여부를 확인할 수 있도록 퓨즈유니트(퓨즈통)
     밑부분에 동작표시기가 설치되어 있다.
   (2) 비한류형
     비한류형 퓨즈는 동작시 소호가스를 뿜어내어 극간의 절연내력을 재기전압 이상으로 높여서 차단하는
     퓨즈로서 소호가스를 뿜어내므로 방출형이라고도 한다.
     동작시 소호가스가 분출되면서 큰 소음(폭발음)이 발생하며 내부스프링 또는 중력에 의해 퓨즈유니트가
     하방으로 제껴지게 되므로서 동작여부가 쉽게 확인된다. 큰 소음 때문에 옥내에 사용시는 소음기가
     부착된 전력퓨즈를 사용하기도 한다.
     동작특성에 따라 "K"형과 "T"형이 있으며 "K"형이 동작시간이 빠른 특성을 갖는다.
     (퓨즈유니트의 정격전류 표시시 A 대신 K를 사용하기도 하는데 여기서 K는 퓨즈가 K형임을 뜻한다.)
      현재 동작특성이 빠른 K형이 주로 사용되고 있다.
   ※ 동작특성 : 고장전류가 흐르기 시작한 때부터 퓨즈가 녹거나 완전 차단될 때까지 걸리는 시간을 나타
                      내는특성

      
               (한류형 전력퓨즈)                                     (비한류형 전력퓨즈)

3. 한류형과 비한류형의 특징 및 적용
   한류형과 비한류형 중 어떤 것을 쓸 것인가에 대해서 규정된 기준은 없다.
   다음과 같은 기준적용이 추천된다.

구 분	한류형	비한류형
특징	1. 한류효과가 크다. (동작시 높은 아크저항에    의해 단락전류가 제한된다.) 2. 차단시 과전압을 발생한다. 3. 과부하 보호가 용이치 않다. (퓨즈 정격 선정    시 돌입전류와 동작시간를 고려하여 선정하    다 보면 정격이 높아져서 최소차단전류가 증    가된다.)  ※ 최소차단전류는 퓨즈정격전류의 2배로 보면     된다. 4. 동작시 무소음, 무방출이다. 5. 옥내나 큐비클내에만 설치 가능 (옥내용으로     제작되고 있음)	1. 한류효과가 적다.(동작시 아크저항이 크지 안    으므로 단락전류 제한효과가 적다) 2. 차단시 과전압을 발생하지 않는다. 3. 과부하보호가 어느정도 가능하다. (최소차단전    류를 한류형보다 낮게 퓨즈정격을 선정할 수 있    다.) ※ 최소차단전류는 퓨즈정격전류의 2배로 보면     된다. 4. 동작시 폭발음이 발생하고, 개스 분출  5. 옥내 및 옥외 설치가능 (옥내용과 옥외용이 제     작되고 있으며, 옥외용은 옥내 및 옥외에 사용     가능)
적용	1. 단락전류가 제한되므로 백업용으로 사용하    는 경우 추천된다. 2. 옥내 설치시나 큐비클 공간이 협소한 경우    (일체형 큐비클등)	1. 어느정도 과부하보호가 가능하므로 변압기용     에 추천된다. (과부하보호라 해도 변압기     용량의 2~3배 이상의 과부하이다.) 2. 옥외 설치시, 큐비클 공간이 큰 경우

4. 전력퓨즈의 정격선정 기준
   전력퓨즈는 회로나 기기의 단락사고 또는 상당히 큰 과전류(예 : 변압기 2차측 단락)로부터 회로나
   기기의 보호를 주목적으로 하며, 과부하 보호는 주목적으로 하지 않는다. 왜냐하면 회로 투입시 발생하는
   과도전류에 동작하지 않도록 퓨즈정격을 선정하다 보면 과부하 보호가 잘 되지 않기 때문이다.
   
   전력퓨즈의 정격전류 선정기준은 다음과 같다.
   - 예상되는 과부하전류에 동작하지 않아야 한다.
   - 과도전류(변압기의 여자돌입전류, 모터의 기동돌입전류 등)에 동작하지 않아야 한다.
   - 타 보호기기와의 협조관계를 고려한다.

 위의 기준에 따라 변압기용에 대해서 <내선규정>에서는 다음과 같이 정하고 있다.
  (1) 퓨즈의 단시간 허용특성은 일반적인 변압기의 여자돌입전류 크기와 지속시간 이상이어야 한다.
       보통 변압기 전부하전류의 10배에서 0.1초 이상으로 한다.
       풀이하면 퓨즈가 변압기 전부하전류의 10배에서 0.1초 미만에 용단되어서는 안된다는 의미이다.
  (2) 변압기 2차측 단락시 보호가 가능한 퓨즈를 선정한다.
       - 변압기 최대부하전류의 25배에서 2초이내에 차단이 가능해야 한다.       
       - 변압기 2차측 단락시 1차에 흐르는 전류에 대해 전차단시간이 8 ~13 Hz  범위에서 차단이 가능해야 한다.
  (3) 정격 100A 이하의 퓨즈는 연속정격전류의 200 ~ 240% 범위내에서 300초 이내에 용단되어야 한다.
       정격 100A 초과의 퓨즈는 연속정격전류의 220 ~ 264% 범위내에서 600초 이내에 용단되어야 한다.

5. 전력퓨즈의 동작특성곡선 (Time-Current  Curve, 줄여서 이라고도 함)
   위 4.항에서 언급한 조건에 합당한 퓨즈정격을 선정하려면 전력퓨즈의 동작특성 곡선을 참조하여야 한다.
   전력퓨즈의 동작특성 곡선에는 최소용융곡선, 최대고장제거곡선 등이 있다.
   가로축에 전류를, 새로축에 시간을 표시하고 각 전류에 해당하는 동작시간 점들을 연결한 곡선이다.
  - 최소용융곡선 : 고장전류가 흐르기 시작한 때부터 퓨즈가 녹는 순간까지 걸리는 최소시간을 나타냄.
  - 최대고장제거곡선 : 고장전류가 흐르기 시작한 때부터 퓨즈가 녹아 떨어져서 소호되어(방출형에서는
                               가스방출 완료) 완전차단이 될 때까지 걸리는 최대시간을 나타낸다.

   다음은 방출형 퓨즈의 최소용융곡선이다. (그림이 희미해서 죄송, 자료 구하기가 힘들군요.)
       
   
6. 변압기용 전력퓨즈의 정격전류 선정표
  실무적으로 TC곡선을 확인 검토하여 적용하려면 시간이 걸리고 불편하므로 보통은 미리 만들어 놓은
  표를 이용한다. 메이커 별로 퓨즈의 동작특성이 다를 수 있으므로 메이커가 추천하는 정격선정표가
  있으면 이를 적용할 수 있다.
 
 (1) 한류형 파워퓨즈 정격전류 선정 <내선규정 705-5절에서 발췌>

주변압기용량 [kVA]	6.6 kV		13.2 kV		22 kV
	전부하전류	퓨즈정격	전부하전류	퓨즈정격	전부하전류	퓨즈정격
450 500 600 750 1000 1500 2000 3000 5000 6000	29.4 43.7 52.5 65.6 87.5 131 175 - -  -	80 100 125 125 200 250 400	19.7 21.9 25.2 32.8 43.7 65.6 87.5 131 219  -	40 50 50 65 100 125 200 250 400  -	11.8 13.1 15.7 19.7 26.2 39.4 52.5 78.7 131 167	25 30 30 40 65 80 125 150 250 300

 (2) 한류형 파워퓨즈 정격전류 선정  (LG산전 G형 퓨즈용)
    <자료출처 : 한국전기안전공사 (1999. 12. 24. 공문)>

변압기 [kVA]		정격전류 [A] (22.9kV/380-220V)		변압기 여자돌입전류 [A]		퓨즈 정격범위 [A]
상수	용량	1차	2차	적용배수	돌입전류	10A
3상	100	2.52	151.9	10 In	25.2	10A
	150	3.78	227.8	9 In	34	20A
	200 250	5.04 6.30	303.7 379.8	8.5 In	43 54	20A 20A
	300 350 400 450 500 700 800 900 1000 1200 1500 2000	7.56 8.82 10.08 11.34 12.60 17.60 20.16 22.69 25.20 30.25 37.80 50.40	455.6 531.7 607.7 683.7 759.3 1063.5 1215.4 1367.4 1518.6 1823.2 2277.9 3037.3	7.5 In	57 66 76 85 95 132 151 170 189 227 284 378	20A 20A, 30A 20A, 30A 20A, 30A 30A 30A, 40A 40A, 50A 40A, 50A 40A, 50A, 63A 40A, 50A, 63A 40A, 50A, 63A 63A, 75A

  (3) 방출형 파워퓨즈 정격전류 선정   <내선규정 705-5절에서 발췌>

변압기 정격용량 [kVA]		변압기정격 전부하전류 In [A]	변압기여자 돌입전류 If = 10 In [A]	대칭단락전류 실효치 Is=100 In/%Z	퓨즈 정격 선정범위
1상	3상
5 10 15 25 33 50 67 75 100 167 250 333 500 667 1000 1670 2500	15 30 45 75 100 150 200 225 300 500 750 1000 1500 2000 3000 5000 7500	0.38 0.76 1.13 1.89 2.52 3.78 5.04 5.67 7.56 12.6 18.9 25.2 37.8 50.4 75.6 126.0 189.0	3.8 7.6 11.3 18.9 25.2 37.8 50.4 56.7 75.6 126.0 189.0 252.0 378.0 504.0 756.0 1260.0 3151.5	6.3 12.6 18.9 31.5 42.0 63.0 84.0 94.5 126.1 210.1 315.1 420.2 630.3 840.4 1260.6 2101.0 3151.5	1K 1K 2K 3K 3K 6K 8K 8K, 10K 10K,12K 15K, 20K 25K, 30K 30K, 40K 50K 65K, 80K 100K 140K, 200K 200K

7. 전력퓨즈 정격 사양
    현재 22kV급 에서는 한류형 및 비한류형이 제작되고 있으며, 3.3kV나 6.6kV급에서는 한류형만
   제작되고 있다.
   다음은 대표적인 전력퓨즈의 정격 사양이다.

  (1) 방출형 전력퓨즈

정격전압		25.8kV
차단전류 (rms)	비대칭	20,000A
	대칭 (X/R = 15)	12,500A
	대칭 (X/R = 10)	13,800A
	대칭 (X/R = 5)	16,000A
최대사용 정격전류		200A
UNIT 종류(A)		1,3,6,8,10,12,15,20,25,30,40,50, 65,80,100,140,200 (17종)

※ 전력퓨즈의 차단용량 표시시 대칭(Sym)과 비대칭(Asym) 차단용량을 구분하지 않고 사용하므로서
    혼란을 주고 있다. 도면에 표시시 Sym과 Asym을 정확히 표시함이 좋을 듯하다.
     대칭분으로 표시시 일반적으로 X/R 비가 15인 경우를 기준으로 한다.

 (2) 한류형 전력퓨즈 (LG산전 제품)
    기종에 일반형과 Proime-MEC이 있다. 일반형은 다시 G형(변압기용)과 M형(전동기용)으로 구분된다.

  <일반-G형>

정격전압	정격전류 [AF]	퓨즈정격 [A]	차단전류 [kA]
3.6 kV	60	5, 10, 20, 30, 40, 50	40 (Asym)
	200	60, 75, 100, 150, 200
	400	300, 400
7.2 kV	60	5, 10, 20, 30, 40, 50	40 (Asym)
	200	60, 75, 100, 150, 200
	400	300, 400
24 kV	20	5, 10, 20	40 (Asym)
	50	30, 40, 50

  <일반-M형>

정격전압	정격전류 [AF]	퓨즈정격 [A]	차단전류 [kA]
3.6 kV	100	20, 50, 100	40 (Asym)
	200	150, 200
	400	300, 400
7.2 kV	100	20, 50, 100	40 (Asym)
	200	150, 200
	400	300, 400

정격전압	정격전류 [AF]	퓨즈정격 [A]	차단전류 [kA]
3.6 kV	100	5, 10, 20, 30, 40, 50, 63, 75, 100	40 (Asym)
	200	125, 160, 200
7.2 kV	100	5, 10, 20, 30, 40, 50, 63, 75, 100	40 (Asym)
	200	125, 160, 200
24 kV	200	5, 10, 20, 30, 40, 50, 63, 75, 100 125, 160, 200	40 (Asym)
	100	75, 100