PROTECTION DEVICES AND ARC FAULTS
보호 장치와 아크 고장
직렬 아크의 고장 전류는 정상 부하 전류를 초과하지 않아 기존 과전류 보호로는 대응할 수 없습니다. 본 장에서는 아크 고장의 분류와 원인을 분석하고, 각종 보호 장치의 방호 능력을 비교하며, 전자식 아크 검출의 동작 원리를 설명합니다.
3.1 아크 고장의 분류
고장 위치와 전류 경로에 따라 아크 고장은 직렬 아크, 병렬 아크, 대지 아크의 세 가지로 분류되며, 위험성과 검출 가능성이 각각 다릅니다.
직렬 아크
직렬 아크는 부하와 직렬로 연결되어 고장 전류가 회로의 정상 운전 전류를 초과하지 않거나 오히려 더 낮습니다. 따라서 과전류 보호 장치(MCB 또는 퓨즈)는 동작하지 않으며, 가장 은밀하고 위험한 아크 유형으로 AFDD의 파형 분석으로만 검출할 수 있습니다. 대표적 원인: 단자 이완, 도선 단선, 플러그 접촉 불량.
이 그림은 제조사 확인 뒤 싣습니다.
병렬 아크
병렬 아크는 상선과 중성선 사이에서 발생하며 부하와 병렬입니다. 아크 전류는 부하의 제한을 받지 않고 수십 암페어에서 단락 전류로 빠르게 발전하여 결국 상위 과전류 보호에 의해 차단됩니다. 단락으로 발전하기 전의 짧은 시간 동안 AFDD가 미리 인식하여 회로를 차단할 수 있습니다.
이 그림은 제조사 확인 뒤 싣습니다.
대지 아크
대지 아크는 충전 도체와 보호 도체(PE) 사이에서 발생하며 대지 누설 전류를 동반합니다. 누설 전류가 잔류전류 장치(RCD)의 동작 임계값을 초과하면 RCD가 차단할 수 있고, 임계값 이하이거나 파형이 복잡한 대지 아크는 AI아크제로 가드와 같이 누전과 아크 보호가 일체화된 장치로 방호합니다.
3.2 기존 보호 장치의 사각지대
MCB는 과부하와 단락 보호를, RCCB는 지락(누전) 방호를 제공하며 RCBO는 둘을 겸합니다. 그러나 세 장치 모두 전류 크기와 지속 시간으로 동작하므로, 부하와 직렬이고 전류가 정상값 이하인 직렬 아크는 인식하지 못합니다. 이것이 전기 화재의 가장 은밀한 원인입니다.
AFDD의 트립 특성을 MCB의 시간-전류 곡선에 겹쳐 보면, 직렬 아크와 저전류 병렬 아크는 과전류 보호의 동작 영역을 완전히 벗어나며, 오직 AFDD만이 이 사각지대를 커버할 수 있음을 알 수 있습니다.
3.3 각종 장치의 방호 능력 비교
단락, 과부하, 누전, 직렬 아크, 병렬 아크, 대지 아크 6종 고장에 대해 퓨즈, MCB, RCCB, RCBO는 각각 사각지대가 있습니다. AFDD와 RCBO가 일체화된 장치(AI아크제로 가드 시리즈 등)는 6종 고장을 모두 커버합니다.
3.4 아크 보호의 동작 방식
아크 보호 유닛은 고정밀 샘플링으로 회로 전류의 고주파 성분과 파형 형태를 지속적으로 분석하고, 전압 동기 정보와 결합하여 아크 특징을 식별하며, 에너지 누적 효과로 위험도를 평가합니다. 지속적인 위험 아크는 즉시 트립하고, 스위칭 조작이나 모터 기동 등 순간적 유사 아크 파형은 확실히 구분하여 오동작을 방지합니다.
누전 보호는 영상 변류기로 상선과 중성선 전류의 벡터 합을 검출하여 잔류전류가 동작 임계값을 초과하면 트립합니다. 과부하 및 단락 보호는 열동·자기 기구로 구현되어 전자 보호와 상호 독립적이며 중복되어, 전자 회로가 실패해도 기본 과전류 보호는 유효하게 유지됩니다.
3.5 시험 및 자가시험
아크 및 누전 보호는 전자 회로에 의존하므로 그 정상성을 언제든 검증할 수 있어야 합니다. AI아크제로 가드는 두 가지 수단을 제공합니다. 누전 시험 버튼(T)을 누르면 장치가 누설 전류를 모의하여 트립하고 황색 고장등이 켜지고, 아크 시험 버튼(A)을 누르면 아크 파형을 모의하여 트립하고 적색 고장등이 켜집니다. 또한 전자 회로는 주기적으로 핵심 부품과 보호 회로를 자동 점검하고 이상 발견 시 상태 표시와 이벤트 기록을 남깁니다.
