누전 차단기

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1. 개요

누전 차단기는 누설 전류를 감지하여 감전을 방지하는 장치로, 전력선과 중립선 간의 전류 차이를 측정하여 누전을 판단하고 회로를 차단한다. 주로 5-30mA의 누설 전류를 감지하며, 25-40밀리초 안에 회로를 차단하여 감전 사고를 예방한다. 누전 차단기는 과전류 및 단락을 감지하는 퓨즈나 회로 차단기와 달리, 작은 누설 전류에도 반응하여 감전으로 인한 사망을 효과적으로 예방할 수 있다. 누전 차단기에는 감도, 응답 속도, 누설 전류 유형, 극 수 등 다양한 종류가 있으며, RCBO와 같은 과전류 보호 기능과 통합된 형태도 존재한다.

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누전 차단기
일반 정보
명칭	누전 차단기
종류	전기 안전 장치
용도	가정 배선
작동 원리	잔류 전류 감지
기타 명칭	잔류 전류 장치 (RCD) 잔류 전류 회로 차단기 (RCCB) 지락 차단기 (GFCI) 지락 인터럽터 (GFI) 기기 누설 전류 인터럽터 (ALCI) 누설 전류 감지 인터럽터 (LCDI)
사용 지역	영국 유럽 아시아 미국 캐나다

2. 목적과 작동 원리

누전 차단기는 누설 전류를 감지하여 감전을 방지하는 장치이다. 퓨즈나 회로 차단기는 수 암페어(A) 정도의 큰 전류에서 작동하지만, 누전 차단기는 5-30mA 정도의 작은 누설 전류를 감지하여 25-40밀리초 안에 회로를 차단한다. 이를 통해 전기 충격이 심장에 전해져 심실 세동을 일으켜 감전사하는 것을 방지한다.^[5]

차단 전류가 500mA 이상인 누전 차단기는 감전보다는 화재 예방을 위해 데이터센터와 같이 특수한 환경에 설치된다.

1950년대에 처음 도입되었을 때, 전력 회사는 소비자들이 전력 소비량을 기록하지 못하도록 중성선 대신 접지된 귀환 회로를 사용하여 전기를 훔치는 것을 방지하기 위해 누전 차단기를 사용했다.^[4] 현대에는 주로 작은 누설 전류를 감지하여 장치 손상이나 감전을 방지하는 안전 장치로 사용된다.^[5]

2. 1. 작동 원리

1. 전자석
2. 전류 변환기
3. 변환기 코어
4. 테스트 스위치
L: 전력선
N: 중립선]]

누전 차단기는 차동 변류기를 사용하여 두 도체 사이의 전류 균형을 측정하여 작동한다. 이것은 활선을 통해 흐르는 전류와 중성선을 통해 반환되는 전류 간의 차이를 측정한다. 이들이 0으로 합산되지 않으면 다른 곳(접지 또는 다른 회로)으로 전류가 누설되고, 장치는 접점을 연다. 작동에는 고장 전류가 설치의 접지선을 통해 반환될 필요가 없다. 반환 경로가 배관을 통하거나 땅과 접촉하거나 다른 모든 것을 통과하더라도 트립은 제대로 작동한다. 따라서 설치의 접지 배선이 손상되었거나 불완전하더라도 자동 차단 및 충격 보호 조치가 여전히 제공된다.^[4]

감전 위험을 줄이기 위해 누전 차단기는 30mA 이상의 누설 전류에서 25–40밀리초 이내에 작동하여, 전기 충격이 심장을 심실 세동으로 몰아넣기 전에 작동해야 한다. 심실 세동은 전기 충격으로 인한 사망의 가장 일반적인 원인이다.^[5] 반대로, 일반적인 회로 차단기 또는 퓨즈는 총 전류가 과도할 때만 회로를 차단한다(이는 누전 차단기가 반응하는 누설 전류보다 수천 배 더 클 수 있다). 사람을 통하는 것과 같은 작은 누설 전류는 매우 심각한 고장이 될 수 있지만, 퓨즈나 과부하 회로 차단기가 회로를 차단할 만큼 총 전류를 충분히 증가시키지 못할 것이고, 생명을 구하기에 충분히 빠르지도 않을 것이다.

누전차단기 내부 메커니즘에서, 전원 공급 장치 및 중성선은 (1)의 단자에 연결되고, 나가는 부하 도체는 (2)의 단자에 연결된다. 접지 도체(표시되지 않음)는 전원 공급 장치에서 부하로 중단 없이 연결된다. 리셋 버튼(3)을 누르면 전기 커넥터 (4)와 (5) 뒤에 숨겨진 다른 커넥터가 닫혀 전류가 통과할 수 있다. 솔레노이드(5)는 리셋 버튼을 놓았을 때 커넥터를 닫힌 상태로 유지한다.

감지 코일(6)은 활선과 중성선을 둘러싸는(하지만 전기적으로 연결되지 않음) 차동 전류 변압기이다. 정상 작동 시 활선 도체의 모든 전류는 중성 도체로 반환된다. 따라서 두 도체의 전류는 같고 반대 방향으로 흘러 서로 상쇄된다.

어스에 결함이 발생하면(예: 연결된 기기에서 사람이 활성 부품을 만지는 경우) 일부 전류가 다른 반환 경로를 따르게 되며, 이는 두 도체의 전류에 불균형(차이)이 생기는 것을 의미한다(단상 케이스) 또는 일반적으로 다양한 도체(예: 3상 도체와 1개의 중성 도체) 간의 전류 합이 0이 아닌 경우를 의미한다.

이 차이로 인해 감지 코일(6)에 전류가 발생하고, 이는 감지 회로(7)에서 감지된다. 그런 다음 감지 회로는 솔레노이드(5)에서 전원을 제거하고, 커넥터(4)는 스프링에 의해 강제로 분리되어, 기기에 대한 전원 공급을 차단한다. 정전 시에도 솔레노드에서 전원이 제거되어 커넥터가 열린다.

테스트 버튼(8)을 사용하면 주황색 테스트 와이어(9)를 통해 작은 전류를 통과시켜 장치의 올바른 작동을 확인할 수 있다. 이는 감지 코일에 불균형을 생성하여 결함을 시뮬레이션한다. 이 버튼을 눌렀을 때 RCD가 트립되지 않으면, 장치를 교체해야 한다.^[8]

2. 2. 감전 방지

누전 차단기는 누설 전류를 감지하여 감전을 방지하는 장치이다. 5-30mA 정도의 작은 누설 전류를 감지하여 25-40밀리초 안에 회로를 차단함으로써, 전기 충격이 심장에 영향을 주어 심실 세동을 일으키기 전에 작동한다. 심실 세동은 전기 충격으로 인한 사망의 가장 큰 원인이다.^[5] 이는 일반적인 퓨즈나 회로 차단기가 과전류에서만 작동하는 것과 다르다. 퓨즈나 차단기는 누전 차단기가 반응하는 누설 전류보다 훨씬 큰 전류가 흘러야 작동하며, 사람의 생명을 구하기에는 충분히 빠르지 않다.

주 작동 원리.
1. 전자석
2. 전류 변환기
3. 변환기 코어
4. 테스트 스위치
L: 전력선
N: 중립선

누전 차단기는 키르히호프 전류법칙에 따라 전력선으로 나가는 전류와 중립선으로 들어오는 전류의 차이를 영상변류기를 통해 측정한다. 두 전류의 합이 0이 아니면 누전이 발생했다는 의미이며, 이 때 누전 차단기가 작동한다. 누전 차단기는 큰 전류를 차단하는 차단기와 상호 보완적인 관계를 가지며, 누전 차단기만으로는 과부하나 단락을 방지할 수 없다.

3상 전원을 사용하는 누전 차단기는 세 개의 활선 모두와 중성선(있는 경우)이 변류기를 통과해야 한다.

frame(RCD)의 내부 메커니즘]]

누전 차단기(RCD)의 내부 작동 원리는 다음과 같다.

전원 공급 장치 및 중성선은 (1) 단자에 연결되고, 나가는 부하 도체는 (2) 단자에 연결된다. 접지 도체는 중단 없이 연결된다.
리셋 버튼(3)을 누르면 전기 커넥터 (4)와 (5) 뒤에 숨겨진 다른 커넥터가 닫혀 전류가 흐른다. 솔레노이드(5)는 리셋 버튼을 놓아도 커넥터를 닫힌 상태로 유지한다.
감지 코일(6)은 활선과 중성선을 둘러싸는 차동 전류 변압기이다. 정상 작동 시 활선의 모든 전류는 중성선으로 돌아가므로 두 전류는 같고 반대 방향으로 흘러 서로 상쇄된다.
감전 등의 이유로 누전이 발생하면 전류의 불균형이 발생하고, 이 차이로 인해 감지 코일(6)에 전류가 발생한다.
감지 회로(7)는 이 전류를 감지하여 솔레노이드(5)의 전원을 제거한다.
커넥터(4)는 스프링에 의해 분리되어 전원 공급이 차단된다. 정전 시에도 솔레노이드 전원이 제거되어 커넥터가 열린다.
테스트 버튼(8)을 누르면 주황색 테스트 와이어(9)를 통해 작은 전류를 흘려 장치 작동을 확인할 수 있다. 이 버튼을 눌렀을 때 누전 차단기가 작동하지 않으면 교체해야 한다.^[8]

누전 차단기는 1950년대에 처음 도입되었을 때, 소비자들이 전력 소비량을 기록하지 못하도록 중성선 대신 접지된 귀환 회로를 사용하여 전기를 훔치는 것을 방지하기 위해 전력 회사에서 사용했다.^[4] 현대에는 주로 작은 누설 전류(일반적으로 5–30mA)를 감지하여 장치 손상이나 감전을 방지하기 위해 충분히 빠르게(30 밀리초 미만) 차단하는 안전 장치로 사용된다.^[5]

2. 3. 화재 예방

차단 전류가 500mA 이상인 누전 차단기는 차단 전류가 낮을 때 사고로 가동될 수 있는 데이터센터 같은 환경에 설치된다. 이러한 누전 차단기는 감전보다는 화재 예방용으로 설치되어 있다.^[8]

2. 4. 3상 전원

3상 전원과 함께 사용되는 누전 차단기의 경우, 세 개의 활선 모두와 중성선(장착된 경우)이 변류기를 통과해야 한다.^[4]

3. 종류 및 특징

누전 차단기(RCD)는 다양한 종류와 특징을 가진다.

RCD의 내부 메커니즘은 솔레노이드 부품과 전자 증폭기를 사용하여 전기 커넥터를 제어한다. 감지 코일(6)은 활선과 중성선을 둘러싸는 차동 전류 변압기로, 정상 작동 시 두 도체의 전류는 상쇄된다.^[8] 어스에 결함이 발생하면 전류에 불균형이 생겨 감지 코일에 전류가 발생하고, 감지 회로(7)가 이를 감지하여 솔레노이드(5)의 전원을 제거한다. 그러면 커넥터(4)가 분리되어 전원 공급이 차단된다.^[8] 테스트 버튼(8)을 통해 장치의 작동을 확인할 수 있다.^[8]

RCD 장치는 회로 또는 전기 제품의 전원을 차단하는 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

소비자 전력 분배 수준에서 RCBO(재설정 가능 회로 차단기)와 함께 사용
벽면 콘센트에 내장
벽면 콘센트에 연결 (연장 케이블의 일부)
휴대용 기기의 코드에 내장 (실외 또는 습한 지역용)

처음 세 가지는 주로 전력 분배 시스템의 일부로 사용되며 '수동' 또는 '래칭' 유형인 반면, 네 번째는 특정 기기에만 관련이 있으며 항상 '능동' 또는 '비래칭' 유형이다. '능동'은 전원 공급 장치가 복구되면 즉시 재활성화되는 것을 방지하고, '래치'는 전원 차단 후에도 설정된 상태를 유지하지만 오류 조건 감지 후 수동으로 재설정해야 한다.

누전 차단기의 극 수는 고장 발생 시 차단되는 도체의 수를 나타낸다. 단상 교류에는 1극 또는 2극 설계가 사용되며, 3상 교류에는 3개 이상의 극을 가진 RCD가 사용된다.

RCD는 또한 정격 잔류 동작 전류(''I_Δn'')에 따라 고감도(HS), 중감도(MS), 저감도(LS)로 나뉘며, IEC 표준 60755에 따라 고장 전류의 파형과 주파수에 따라 AC형, A형, B형으로 분류된다.

3. 1. RCBO (Residual Current Breaker with Overcurrent Protection)

누전 차단기와 배선용 차단기는 공급 불균형과 과부하 전류를 모두 감지하기 위해 하나의 장치로 통합되기도 한다. 이러한 장치는 유럽과 호주에서는 ''RCBO'', 즉 ''과전류 보호 기능이 있는 잔류 전류 차단기''라고 불리고, 미국과 캐나다에서는 ''GFCI 차단기'', 즉 ''접지 고장 회로 차단기''라고 불린다.^[9]

잔류 전류 및 과전류 보호는 서비스 패널에 설치하기 위해 하나의 장치로 결합될 수 있다. 미국과 캐나다에서는 GFCI(누전 차단기) 차단기, 유럽과 호주에서는 RCBO(과전류 보호 기능이 있는 잔류 전류 차단기)로 알려져 있으며, RCD와 MCB를 효과적으로 결합한 것이다.^[9]

대부분의 GFCI/RCBO 장치는 활선 및 중성선 입력과 출력(또는 전체 삼상)뿐만 아니라 기능성 접지(FE) 연결도 필요하다. 이는 EMC 내성을 제공하고, 입력측 중성선 연결이 손실되었지만 활선과 접지가 남아 있는 경우 장치를 안정적으로 작동하는 데 사용된다.

소비자 전력 분배 수준에서 RCBO는 일반적으로 재설정 가능 회로 차단기와 함께 사용된다.

3. 2. 감도

RCD의 감도는 정격 잔류 동작 전류로 표시되며, ''I_Δn''으로 표기된다. IEC는 RCD를 ''I_Δn'' 값에 따라 다음과 같이 세 그룹으로 나누었다.

고감도(HS): 5 – 10 – 30mA (직접 접촉 또는 인명 피해 보호용)
중감도(MS): 100 – 300 – 500 – 1000mA (화재 보호용)
저감도(LS): 3 – 10 – 30A (일반적으로 기계 보호용)

5mA 감도는 GFCI 콘센트에 일반적이다.

3. 3. 응답 속도

누전 차단기는 전기 충격이 심장까지 전해져 감전사하지 않도록 25-40밀리초 안에 회로를 차단한다.^[1] 'G'(일반 사용) '순시형' 누전 차단기는 의도적인 시간 지연이 없다. 정격 전류의 1/2에서는 절대 작동해서는 안 되지만, 정격 전류에서는 200밀리초 이내, 정격 전류의 5배에서는 40밀리초 이내에 작동해야 한다.^[1] 'S'(선택형) 또는 'T'(시간 지연형) 누전 차단기는 짧은 시간 지연을 갖는다. 정격 전류의 1/2에서는 작동해서는 안 된다.^[1] 정격 전류에서는 최소 130밀리초의 작동 지연을 제공하며, 정격 전류의 2배에서는 60밀리초, 5배에서는 50밀리초의 지연을 제공한다. 최대 차단 시간은 정격 전류에서 500ms, 정격 전류의 2배에서 200ms, 5배에서 150ms이다.^[1]

프로그래밍 가능한 지락 계전기를 사용하여 정전 시간을 최소화하도록 설치를 조정할 수 있다.^[1] 예를 들어, 전력 분배 시스템은 건물의 서비스 입구에 300mA, 300ms 장치를 두고, 각 서브 보드에 여러 개의 100mA 'S'형을 공급하며, 각 최종 회로에 30mA 'G'형을 사용할 수 있다.^[1] 이러한 방식으로 장치가 고장을 감지하지 못하면 결국 더 높은 레벨의 장치에 의해 해결되지만, 더 많은 회로가 차단되는 비용이 발생한다.^[1]

3. 4. 누설 전류 유형

IEC 표준 60755 (''잔류 전류 작동 보호 장치에 대한 일반 요구 사항'')는 고장 전류의 파형과 주파수에 따라 누전 차단기(RCD)의 유형을 세 가지로 정의한다.^[8]

AC형: 정현파 잔류 전류에 작동한다.
A형: AC형 조건에 더하여 양극성 펄스 또는 연속 직류에도 반응한다.
B형: A형 조건에 더하여 일정 직류 및 고주파 전류에 반응하며, 가정용 기기의 단상 또는 다상 정류 회로에서 발견되는 교류 및 직류 조합에도 반응한다.

BEAMA RCD 핸드북에서는 RCD 선택 및 적용 가이드에서 F형 RCD를 추가로 설명한다.^[12]

F형: A형 조건에 더하여 복합 잔류 전류 및 평활 직류에 중첩된 잔류 펄스 직류 조건에서 작동한다.

이러한 유형 지정은 A형 및 AC형 RCD의 일부 설계가 직류 존재 시 코어를 포화시켜 비활성화될 수 있기 때문에 도입되었다.

3. 4. 1. AC형

IEC 표준 60755(''잔류 전류 작동 보호 장치에 대한 일반 요구 사항'')는 고장 전류의 파형과 주파수에 따라 세 가지 유형의 RCD를 정의한다. AC형 RCD는 정현파 잔류 전류에 작동한다.^[12] AC형은 갑자기 인가되거나 부드럽게 증가하는 교류 정현파 잔류 전류에 작동한다.^[12] 이러한 지정이 도입된 이유는 A형 및 AC형 RCD의 일부 설계가 검출기의 코어를 포화시키는 직류가 존재할 경우 비활성화될 수 있기 때문이다.

3. 4. 2. A형

A형 RCD는 교류 정현파 잔류 전류 및 잔류 펄스 직류에 갑자기 인가되거나 부드럽게 증가하는 경우 작동한다.^[12] 또한, 양극성 펄스 또는 연속 직류에도 반응한다. A형 및 AC형 RCD의 일부 설계가 검출기의 코어를 포화시키는 직류가 존재할 경우 비활성화될 수 있기 때문에 이러한 지정이 도입되었다.

3. 4. 3. B형

IEC 표준 60755(''잔류 전류 작동 보호 장치에 대한 일반 요구 사항'')는 고장 전류의 파형과 주파수에 따라 세 가지 유형의 RCD를 정의하는데, 그 중 B형 RCD는 A형의 조건에 더하여 다음 조건에서도 작동한다.^[12]

1kHz까지의 잔류 정현파 교류 전류
평활 직류에 중첩된 잔류 교류 전류
평활 직류에 중첩된 잔류 펄스 직류
둘 이상의 위상에서 발생하는 잔류 펄스 정류 직류
극성에 관계없이 갑자기 인가되거나 서서히 증가하는 잔류 평활 직류

B형 RCD는 가정에서 사용되는 모든 스위칭 전원 공급 장치 또는 DC 모터가 장착된 세탁기 등과 같이 단상 또는 다상 정류 회로에서 발견될 수 있는 교류 및 직류의 조합에도 반응한다.^[8] 이러한 지정이 도입된 이유는 A형 및 AC형 RCD의 일부 설계가 검출기의 코어를 포화시키는 직류가 존재할 경우 비활성화될 수 있기 때문이다.

3. 5. 극 수

누전 차단기의 극 수는 고장 발생 시 차단되는 도체의 수를 나타낸다. 가정용 전원 공급 장치와 같이 단상 교류(두 개의 전류 경로)에 사용되는 RCD는 일반적으로 1극 또는 2극 설계이며, 이는 각각 단극 및 이중극이라고도 한다. 단극 RCD는 활선 도체만 차단하는 반면, 이중극 RCD는 활선과 귀선 도체를 모두 차단한다. (단극 RCD에서 귀선 도체는 일반적으로 항상 접지 전위에 있고 자체적으로 안전할 것으로 예상된다).

3개 이상의 극을 가진 RCD는 삼상 교류(세 개의 전류 경로) 공급 장치에 사용하거나 중성선을 차단하는 데 사용할 수 있으며, 4극 RCD는 삼상 및 중성선 공급 장치를 차단하는 데 사용된다. 특수 설계된 RCD는 교류 및 직류 전력 분배 시스템과 함께 사용할 수도 있다.

다음은 RCD에 의해 도체가 연결 및 차단되는 방식을 설명하는 용어이다.

단극 또는 1극 – RCD는 활선만 차단한다.
이중극 또는 2극 – RCD는 활선과 귀선을 모두 차단한다.
1+N 및 1P+N – RCBO의 맥락에서 사용되는 비표준 용어로, 때로는 제조업체에 따라 다르게 사용된다. 일반적으로 이러한 용어는 귀선(중성선) 도체가 보호 요소가 없는 절연 극일 뿐임을 의미하거나(보호되지 않지만 스위치된 중성선), RCBO가 귀선(중성선) 도체를 위한 전도 경로 및 커넥터를 제공하지만 이 경로는 고장 발생 시 중단되지 않음(때로는 "솔리드 중성선"이라고 함), 또는 일부 고장(RCD 감지 누설 등)에 대해 두 도체가 모두 차단되지만 다른 고장(과부하 등)에 대해 하나의 도체만 차단됨을 의미할 수 있다.

4. 응용 및 설치

전원 플러그에 누전 차단기(RCD)가 통합된 제품은 실외에서 사용될 수 있는 긴 연장선, 정원 장비, 욕조나 싱크대 근처에서 사용될 수 있는 헤어 드라이어 등 특정 안전 위험이 있는 기기에 설치되는 경우가 있다. 인라인 RCD는 연장선에 설치되어 노브 앤 튜브 배선과 같이 오래된 배선이나 접지 도체가 없는 배선이 설치된 건물에서도 모든 콘센트를 보호한다.^[7]

북미에서는 접지 도체가 없는 경우 GFI 콘센트를 사용할 수 있지만 "장비 접지 없음"으로 표시해야 한다.^[7] 접지되지 않은 GFI 콘센트는 내장된 "테스트" 버튼으로 트립되지만, GFI 테스트 플러그로는 트립되지 않는다.

유럽에서는 RCD가 소형 회로 차단기와 동일한 DIN 레일에 장착될 수 있으며, 분전반 및 배전반의 버스바 배열은 다운스트림의 모든 것을 보호한다.

4. 1. 응용 분야

누전 차단기는 누설 전류를 감지하여 감전을 방지한다. 대부분의 퓨즈나 차단기는 큰 전류에서 작동하지만, 누전 차단기는 5-30mA 정도의 누설 전류를 감지하여 25-40밀리초 안에 회로를 차단하여 감전사를 방지한다. 국가 및 지역에 따라 차단 기준이 되는 누설 전류는 다르다.

누전 차단기는 전력선으로 나가는 전류와 중립선으로 들어오는 전류의 차이를 영상변류기를 통해 측정한다. 키르히호프 전류 법칙에 따라 나가는 전류와 들어오는 전류의 합이 0이 아니면 누전이 발생한 것으로 판단하여 작동한다. 누전 차단기는 큰 전류를 차단하는 차단기와 보완 관계이며, 과부하나 단락을 방지할 수는 없다.

차단 전류가 500mA 이상인 누전 차단기는 데이터센터처럼 차단 전류가 낮을 때 사고로 가동될 수 있는 환경에 설치되어 감전보다는 화재 예방용으로 사용된다.

전원 플러그에 RCD가 통합된 제품은 실외에서 사용될 수 있는 긴 연장선, 정원 장비, 욕조나 싱크대 근처에서 사용될 수 있는 헤어 드라이어 등 특정 안전 위험이 있는 기기에 사용된다. 인라인 RCD는 연장선에 설치되어 노브 앤 튜브 배선과 같이 오래된 배선이나 접지 도체가 없는 배선이 설치된 건물에서도 모든 콘센트를 보호한다.

북미에서는 접지 도체가 없는 경우 GFI 콘센트를 사용할 수 있지만 "장비 접지 없음"으로 표시해야 한다.^[7] 접지되지 않은 GFI 콘센트는 내장된 "테스트" 버튼으로 트립되지만, GFI 테스트 플러그로는 트립되지 않는다.

유럽에서는 RCD가 소형 회로 차단기와 동일한 DIN 레일에 장착될 수 있으며, 분전반 및 배전반의 버스바 배열은 다운스트림의 모든 것을 보호한다.

4. 2. 설치

전원 플러그에 누전 차단기(RCD)가 통합된 제품은 특정 안전 위험이 있는 기기에 설치되는 경우가 있다. 예를 들어 실외 사용이 가능한 긴 연장선, 정원 장비, 욕조나 싱크대 근처에서 사용될 수 있는 헤어 드라이어 등이 있다. 플러그 내의 RCD와 유사한 기능을 위해 인라인 RCD가 사용되는 경우도 있다.^[7] 연장선에 RCD를 설치하면 건물에 노브 앤 튜브 배선과 같이 오래된 배선이나 접지 도체가 없는 배선이 설치되어 있어도 사용되는 모든 콘센트에서 보호 기능을 제공한다. 인라인 RCD는 특정 전기 장치의 안전을 더욱 개선하기 위해 건물보다 낮은 트립 임계값을 가질 수도 있다.

북미에서는 접지 도체가 없는 경우 GFI 콘센트를 사용할 수 있지만 "장비 접지 없음"으로 표시해야 한다.^[7] 접지되지 않은 GFI 콘센트는 내장된 "테스트" 버튼을 사용하여 트립되지만 GFI 테스트 플러그를 사용해서는 트립되지 않는다. 플러그가 존재하지 않는 접지로 선에서 소량의 전류를 통과시켜 테스트하기 때문이다. 각 회로의 시작 부분에 있는 하나의 GFCI 콘센트만으로도 다운스트림 콘센트를 보호하는 데 충분하며, 동일한 회로에서 여러 개의 GFI 콘센트를 사용하는 것은 중복되는 것으로 간주된다.

유럽에서는 RCD가 소형 회로 차단기와 동일한 DIN 레일에 장착될 수 있다. 소형 회로 차단기와 마찬가지로 분전반 및 배전반의 버스바 배열은 다운스트림의 모든 것을 보호한다.

5. 한계 및 문제점

누전 차단기(RCD)는 몇 가지 한계와 문제점을 가지고 있다.

오작동 트립: 누전 차단기는 때때로 "오작동" 트립을 일으킬 수 있다. 이는 조명 손실이나 냉장고의 식품 해동과 같은 예기치 않은 문제를 야기할 수 있다. 이러한 트립은 주로 온수기나 조리기구처럼 열을 발생하는 요소의 절연 불량으로 인해 발생한다. 이 경우 문제는 RCD 자체가 아니라 손상된 요소에 있으므로, 해당 요소를 교체해야 문제가 해결된다.^[8]

선택성 부족: RCD는 선택성이 없다. 여러 개의 RCD가 직렬로 연결된 회로에서 접지 고장이 발생하면, 의도한 RCD뿐만 아니라 다른 RCD도 함께 트립될 수 있다. 예를 들어, 30mA RCD와 300mA RCD가 직렬로 연결된 경우, 둘 중 하나 또는 둘 다 트립될 수 있다.^[8] 이러한 문제를 해결하기 위해 특수 시간 지연 유형 RCD를 사용한다.

전원 공급 문제: 일부 RCD는 작동을 위해 전원 공급이 필요하다. 활선(hot wire)은 연결된 상태에서 중성선(neutral wire)이 끊어지면, RCD는 제대로 작동하지 않아 위험하다.^[8] 트립 회로는 전원이 있어야 작동하는데, 전원 공급이 중단되면 사람이 활선에 접촉해도 보호받지 못한다.^[8] 이를 방지하기 위해 회로 차단기는 활선과 중성선을 동시에 차단하도록 설치해야 한다.^[8] 중성선을 차단해야 하는 경우에는 2극 차단기(3상인 경우 4극)를 사용해야 한다.^[8] 일부 RCD 및 RCBO는 분전반의 접지 버스바에 연결되는 보조 연결 와이어를 통해 중성선 차단 시에도 어느 정도 보호 기능을 제공한다.^[8]

단극 및 이중극 RCD: 단극 RCD/RCBO는 활선 도체만 차단하지만, 이중극 장치는 활선과 리턴 도체를 모두 차단한다.^[8] 일반적으로 리턴 도체는 접지 전위에 유지되므로 이는 표준적이고 안전하다.^[8] 그러나 단극 RCD는 리턴 도체가 예상대로 접지 전위에 유지되지 않거나 리턴과 접지 도체 사이에 전류 누설이 있는 특정한 경우에는 모든 관련 전선을 격리하거나 분리하지 않는다.^[8] 이러한 경우, 이중극 RCD가 보호 기능을 제공한다.^[8]

5. 1. 한계

잔류 전류 회로 차단기(RCD)는 감전이나 화재의 모든 위험을 제거할 수는 없다. 특히 RCD만으로는 과부하, 상-중성선 단락, 상-상 단락(삼상 전력)을 감지하지 못한다. 따라서 과전류 보호(퓨즈 또는 회로 차단기)가 반드시 필요하다. RCD와 과전류 보호 기능을 결합한 RCBO는 두 가지 유형의 고장에 모두 반응하며, 2극, 3극, 4극 구성으로 제공된다. RCBO는 전류 불균형과 과부하 전류를 감지하는 회로가 분리되어 있지만, 공통 차단 메커니즘을 사용한다. 일부 RCBO는 잔류 전류 및 과전류 보호를 위한 별도의 레버가 있거나 접지 고장에 대한 별도의 표시기를 사용한다.

RCD는 전기가 상(활선)에서 접지로 사람을 통해 흐를 때 감전을 막아주지만, 사람이 상-중성선 또는 상-상 사이에 전류가 흐를 때는 보호하지 못한다. 예를 들어, 사람이 전등 설비의 활선과 중성선 접촉부를 모두 만지는 경우가 이에 해당한다. 하지만 사람이 땅(접지)에 닿으면 RCD가 작동하여 일부 전류가 사람의 몸을 통해 접지로 흐르는 것을 막을 수 있다.

영국 구형 설비에서 흔히 볼 수 있는 단일 RCD는 "오작동" 트립이 발생하기 쉬운데, 이는 조명 손실 및 식품 해동과 같은 2차 안전 문제를 일으킬 수 있다. 빈번한 트립은 주로 온수기나 조리기구의 히터 요소 절연 불량 때문에 발생한다. 이는 RCD가 아닌 손상된 요소의 문제이므로, 해당 요소를 교체해야 문제가 해결된다.

RCD는 선택성이 없다. 예를 들어 30mA I_Δn RCD가 300mA I_Δn RCD와 직렬로 연결된 회로에서 접지 고장이 발생하면 둘 중 하나 또는 둘 다 트립될 수 있다. 이러한 설비에서는 특수 시간 지연 유형을 사용하여 선택성을 제공할 수 있다.

전원 공급이 필요한 RCD의 경우, 활선이 연결된 상태에서 중성선이 끊어지면 위험한 상황이 발생할 수 있다. 트립 회로는 작동을 위해 전원이 필요하며, 전원 공급이 끊기면 작동하지 않는다. 연결된 장비는 중성선이 없으면 작동하지 않지만, RCD는 사람이 활선에 닿아도 보호할 수 없다. 따라서 회로 차단기는 활선과 동시에 중성선을 차단하도록 설치해야 한다. 중성선을 차단해야 하는 경우 2극 차단기(3상인 경우 4극)를 사용해야 한다. 중성선 차단 시 보호를 위해 일부 RCD 및 RCBO에는 분전반의 접지 버스바에 연결하는 보조 연결 와이어가 있다. 이는 장치가 공급 중성선 누락을 감지하여 트립시키거나, 트립 회로에 대체 공급 경로를 제공하여 정상 작동을 유지하도록 한다.

단극 RCD/RCBO는 활선 도체만 차단하지만, 이중극 장치는 활선과 리턴 도체를 모두 차단한다. 일반적으로 리턴 도체는 접지 전위에 유지되므로 이는 표준적이고 안전한 관행이다. 그러나 단극 RCD는 리턴 도체가 예상대로 접지 전위에 있지 않거나 리턴과 접지 도체 사이에 전류 누설이 있는 경우 모든 전선을 분리하지 못한다. 이러한 경우 이중극 RCD가 보호 기능을 제공한다.

5. 2. 오작동 트립

누전 차단기는 "오작동" 트립이 발생하기 쉬우며, 이는 조명 손실 및 식품 해동과 같은 2차 안전 문제를 일으킬 수 있다. 빈번한 트립은 온수기 및 조리기구와 같은 히터 요소의 절연 불량으로 인해 발생한다.^[8] 고장은 RCD가 아닌 손상된 요소에 있으므로, 문제가 되는 요소를 교체하면 해결되지만 RCD를 교체해도 해결되지 않는다.^[8]

RCD는 선택성이 없다.^[8] 예를 들어, 30mA I_Δn RCD가 300mA I_Δn RCD와 직렬로 연결된 회로에서 접지 고장이 발생하면 둘 중 하나 또는 둘 다 트립될 수 있다.^[8]

전원 공급 장치가 필요한 RCD의 경우, 활선이 중단되지 않은 상태에서 RCD 공급 측의 중성선이 끊어지거나 꺼지면 위험한 상황이 발생할 수 있다.^[8] 트립 회로는 작동하기 위해 전원이 필요하며, 전원 공급 장치가 고장나면 트립되지 않는다.^[8] 연결된 장비는 중성선이 없으면 작동하지 않지만, RCD는 사람이 활선과 접촉하는 것으로부터 보호할 수 없다.^[8] 이러한 이유로 회로 차단기는 활선도 동시에 꺼지지 않으면 중성선을 끌 수 없도록 설치해야 한다.^[8] 중성선을 꺼야 하는 경우 2극 차단기(3상인 경우 4극)를 사용해야 한다.^[8] 중성선이 차단된 상태에서 어느 정도의 보호 기능을 제공하기 위해 일부 RCD 및 RCBO에는 분전반의 접지 버스바에 연결해야 하는 보조 연결 와이어가 장착되어 있다.^[8] 이는 장치가 공급 중성선 누락을 감지하여 장치를 트립시키거나, 트립 회로에 대한 대체 공급 경로를 제공하여 공급 중성선이 없는 경우에도 정상적으로 계속 작동할 수 있도록 한다.^[8]

단극 RCD/RCBO는 활선 도체만 차단하는 반면, 이중극 장치는 활선 및 리턴 도체를 모두 차단한다.^[8] 일반적으로 리턴 도체가 어쨌든 접지 전위에 유지되므로, 이는 표준적이고 안전한 관행이다.^[8] 그러나 단극 RCD는 설계상, 리턴 도체가 예상대로 접지 전위에 유지되지 않거나 리턴과 접지 도체 사이에 전류 누설이 발생하는 특정 드문 상황에서는 모든 관련 전선을 격리하거나 분리하지 않는다.^[8] 이러한 경우, 리턴 도체도 분리되므로 이중극 RCD가 보호 기능을 제공한다.^[8]

5. 3. 선택성 문제

누전 차단기(RCD)는 선택성이 없다. 예를 들어, 30mA I_Δn RCD가 300mA I_Δn RCD와 직렬로 연결된 회로에서 접지 고장이 발생하면 둘 중 하나 또는 모두 트립될 수 있다. 이러한 설비에서는 특수 시간 지연 유형을 사용하여 선택성을 제공할 수 있다.^[8]

6. 역사

세계 최초의 고감도 누전 보호 시스템은 헨리 루빈이 남아프리카 공화국에서 개발한 2차 고조파 자기 증폭기 코어 밸런스 시스템(마그앰프, magamp)이다. 남아프리카 공화국 금광에서는 전기적 위험이 매우 중요했는데, 헨리 루빈은 1955년에 525V에서 작동하고 250mA의 트립 감도를 가진 냉음극 시스템을 처음 개발했다. 이전의 코어 밸런스 누전 보호 시스템은 약 10A의 감도로 작동했다.

1956년 초, 루빈은 2차 고조파 자기 증폭기형 코어 밸런스 시스템의 프로토타입을 제작했다. (남아프리카 공화국 특허 번호 2268/56 및 호주 특허 번호 218360). 이 프로토타입은 220V, 60A 정격이었으며 내부적으로 조절 가능한 트립 감도는 12.5~17.5mA였다. 새로운 설계는 매우 빠른 트립 시간을 달성했으며, 이는 찰스 달지엘이 결정한 심실 세동에 대한 안전한 전류-시간 범위 내에 있었다. 이 시스템은 관련 회로 차단기와 함께 과전류 및 단락 보호 기능을 포함했다. 또한, 최초의 프로토타입은 중성선이 끊어진 상태에서도 낮은 감도로 트립될 수 있어, 전기 화재의 중요한 원인을 방지할 수 있었다.

1957년과 1958년 동안, 요하네스버그 인근의 스틸폰테인 금광 마을에서 가정 사고로 한 여성이 감전사한 후, 수백 개의 F.W.J. 20mA 마그앰프 누전 보호 장치가 광산 마을의 가정에 설치되었다. F.W.J. 전기 산업(후에 FW 전기 산업으로 변경)은 20mA 단상 및 삼상 마그앰프 장치를 계속 제조했다.

루빈은 마그앰프를 연구하는 동안 트랜지스터를 사용하는 것도 고려했지만, 당시 사용 가능한 초기 트랜지스터는 신뢰성이 낮다고 판단했다. 그러나 개선된 트랜지스터가 등장하면서 다른 회사들은 누전 보호의 트랜지스터 버전을 생산했다.

1961년, 달지엘은 러커 제조 회사와 협력하여 누전 차단기(GFCI)로 알려진 누전 보호를 위한 트랜지스터 기반 장치를 개발했다. 이는 때때로 접지 오류 차단기(GFI)로 줄여서 사용하기도 한다. 고감도 누전 보호에 대한 이러한 명칭은 현재 미국에서 널리 사용되고 있다.

1970년대 초반에 대부분의 북미 GFCI 장치는 회로 차단기 유형이었다. 콘센트에 내장된 GFCI는 1980년대부터 일반화되었다. 배전반에 설치된 회로 차단기 유형은 전선의 부실하거나 일관성 없는 절연으로 인해 우발적인 트립이 발생했다. 북아메리카 설치에서 콘센트 기반 보호로의 전환은 우발적인 트립을 줄였으며, 습한 지역이 전기 규정에서 요구하는 보호를 받고 있음을 명확하게 입증했다. 유럽 설치에서는 배전반에 설치된 RCD를 주로 계속 사용하며, 이는 고정 배선이 손상된 경우에 보호 기능을 제공한다. 유럽에서는 소켓 기반 RCD가 주로 개조에 사용된다.

7. 대한민국 관련 규정 및 현황

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참조

_[1] 웹사이트 "Construction eTool {{!}} Electrical Incidents - Ground-fault Circuit Interrupters (GFCI) {{!}} Occupational Safety and Health Administration" https://www.osha.gov[...] 2019-04-05
_[2] 서적 Accidents from the Electric Current: A Contribution to the Study of the Action of Current: of High Potential Upon the Human Organism. Damrell & Upham 1890
_[3] 논문 Effects of the Earth Current Frequency and Distortion on Residual Current Devices http://papersub.ivyp[...] 2013-12
_[4] 서적 Electrical Safety and the Law https://books.google[...] John Wiley & Sons 2008-04-15
_[5] 서적 Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society https://books.google[...] IEEE
_[6] 서적 Electrical Installation Designs https://books.google[...] John Wiley & Sons 2012-11-26
_[7] 간행물 Second Peace Loan Campaign in Vic. - Mounted bugler, caged lion and kangaroo which paraded Melbourne streets during the Loan raising 2021-03-08
_[8] 웹사이트 Jordfelsbrytare (Swedish) https://www.voltimum[...]
_[9] 웹인용 "RCBOs {{!}} RS Components" https://sg.rs-online[...] 2020-06-15
_[10] 웹사이트 Explanation on voltimum.com.au, by specialist Ian Richardson http://www.voltimum.[...]
_[11] 웹사이트 http://docs-asia.ele[...]
_[12] 문서 BEAMA RCD Handbook - Guide to the Selection and Application of RCDs
_[13] 간행물 Transistorized ground-fault interrupter reduces shock hazard 1970-01
_[14] 간행물 The Professional Engineer, Official Journal of the Federation of Societies of Professional Engineers of South Africa 1977
_[15] 서적 Overcurrents and Undercurrents – All about GFCIs: Electrical Safety Advances through Electronics Mystic Publications, Mystic CT 1996
_[16] 간행물 Power System Grounding Part II: RCD & GFCI 1996-07/08
_[17] 서적 Forging ahead: South Africa’s Pioneering Engineers Witwatersrand University Press 1997
_[18] 웹인용 What is an RCBO and how does it work? Residual Current Overload Protection https://www.fusebox.[...] 2022-01-02
_[19] 웹사이트 "SAA Wiring Rules AS/NZS 3000:2007, Including Amendments 1 & 2" http://www.saiglobal[...] SAI Global Limited
_[20] 문서 ÖVE E8001-1/A1:2013-11-01
_[21] 웹인용 Quando o uso do DR é obrigatório http://www.schneider[...] 2014-07-23
_[22] 웹인용 NF C 15-100 evolution (in French) https://izi-by-edf.f[...]
_[23] 웹사이트 GUIDELINES FOR ELECTRICAL WIRING IN RESIDENTIAL BUILDINGS http://ocw.ump.edu.m[...]
_[24] 웹사이트 "Residual current devices - ACC" http://www.acc.co.nz[...] Ministry of Consumer Affairs’ Energy Safety Service 2002-12
_[25] 웹인용 GFCIs Fact Sheet http://www.cpsc.gov/[...] US Consumer Product Safety Commission 2009-06-28
_[26] 웹인용 2014 NEC Changes http://www.ieci.org/[...] Independent Electrical Contractors 2016-07-04
_[27] 웹사이트 Microsoft Word - ELCI White Paper September 1 2010.DOC http://www.paneltron[...] Paneltronics, Inc 2015-03-16
_[28] 웹사이트 The Importance of Installing Earth Leakage Units http://www.ee.co.za/[...]
_[29] 서적 SANS 10142-1 SABS Standards Division 2009
_[30] 웹사이트 Procedure of Electrical Installation Projects http://www.mevzuat.g[...]
_[31] 웹인용 What is an RCD and How Does it Work? - The RCD and the UK Electrical Wiring Regulations https://www.consumer[...] Consumer Unit World 2017-12-23

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