퓨즈
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1. 개요
퓨즈는 과전류로부터 전기 회로를 보호하기 위해 설계된 안전 장치이다. 금속 스트립 또는 와이어로 구성되어 있으며, 회로에 직렬로 연결되어 과전류 발생 시 소자가 녹아 회로를 차단한다. 퓨즈는 정격 전류, 시간-전류 특성, 차단 용량 등의 특성을 가지며, 다양한 종류와 재료로 제작된다. 자동차, 고전압 시스템 등 다양한 분야에서 사용되며, 차단기와의 비교를 통해 장단점을 파악할 수 있다. 또한, 여러 개의 퓨즈가 직렬로 연결된 경우, 고장 시 특정 회로만 차단되도록 조정하는 것이 중요하다.
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| 퓨즈 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 유형 | 수동 소자 |
| 작동 원리 | 과도한 전류 흐름으로 인해 발생하는 열로 인한 내부 도체의 용융 |
| 기호 | [[File:Fuse-basic-symbols.svg|50px]] |
| 기호 설명 | 퓨즈의 전자 기호 |
2. 역사
루이 클레망 프랑수아 브레게는 1864년 낙뢰로부터 전신국을 보호하기 위해 단면적이 축소된 전도체를 사용할 것을 제안했다. 이는 더 가는 전선이 녹으면서 건물 내부 장비와 배선을 보호하는 원리였다.[1] 1864년 초부터 전신 케이블과 조명 설비를 보호하기 위해 다양한 와이어 또는 호일 퓨즈 소자가 사용되었다.[2]
퓨즈는 일반적으로 한 쌍의 전기 단자 사이에 장착된 금속 스트립 또는 와이어 퓨즈 소자로 구성되며, 불연성 하우징으로 덮여 있다. 퓨즈는 보호되는 회로와 직렬로 연결되어 모든 전류가 퓨즈를 통과하도록 한다. 퓨즈 소자는 아연, 구리, 은, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 만들어져 안정적이고 예측 가능한 특성을 제공한다.[4][5] 퓨즈 소자는 공기, 실리카 모래, 비전도성 액체 등으로 둘러싸여 아크 소화 속도를 높일 수 있다.
퓨즈는 녹는 전류의 크기에 따라 도체 부분의 크기, 두께, 구성 성분이 다르다.[1] 도체 부분은 노출되어 있거나 용기에 담겨 있는데, 용기에 담는 경우에는 도체의 상태를 확인할 수 있도록 용기를 투명하게 하거나 표시기를 설치한다.
토머스 에디슨은 1890년 자신의 전력 분배 시스템의 일부로 퓨즈에 대한 특허를 받았다.[3]
3. 구성
4. 특성
한국어권에서는 퓨즈가 녹는 것을 "퓨즈가 끊어진다" 또는 "퓨즈가 나간다"라고 표현한다.[1] 퓨즈는 회로를 태워 작동하는 성질상 일회용이며, 한 번 작동한 퓨즈는 다시 사용할 수 없다.
전열을 이용하는 기기(예: 드라이어, 코타츠)에는 설정 온도 이상에 도달하면 자동으로 통전을 차단하는 '''온도 퓨즈'''가 설치되어 있는 경우가 많다.
일반적으로 퓨즈가 끊어진 경우에는 퓨즈를 교체하여 복구하므로, 래그 단자나 소켓 등 교체하기 쉬운 구조로 되어 있다. 최근 소형화된 전자 기기에서는 퓨즈가 납땜되어 있거나, 표면 실장형 박막 퓨즈처럼 작동 후 복구를 상정하지 않는 경우도 있지만, 이는 전기 회로 보호보다는 대전류로 인한 기기 가열이나 발화 등의 사고를 방지하기 위한 것이다.
4. 1. 정격 전류 (IN)
퓨즈가 회로를 차단하지 않고 지속적으로 통전할 수 있는 최대 전류이다.[1] 퓨즈는 녹는 전류의 크기에 따라 도체 부분의 크기, 두께, 구성 성분이 다르다.[1] 특히 전력 회로나 전력 기기에서 사용하는 것을 '''전력 퓨즈'''라고 한다.[1]
4. 2. 시간-전류 특성
퓨즈가 끊어지는 속도는 퓨즈를 통과하는 전류의 양과 퓨즈의 재질에 따라 달라진다.[1] 제조업체는 전류 대 시간 특성을 나타내는 그래프를 제공하여 퓨즈의 특성을 파악하고 다른 보호 장치와 비교할 수 있도록 돕는다.[1]
동작 시간은 전류가 증가함에 따라 감소한다.[1] 퓨즈는 전류에 대해 특정 동작 시간 특성을 갖도록 설계된다.[1] 예를 들어, 표준 퓨즈는 정격 전류의 두 배가 1초 동안 흘러야 끊어지는 반면, 고속 퓨즈는 0.1초 만에 끊어지고, 저속 퓨즈는 수십 초가 걸릴 수 있다.[1]
퓨즈의 선택은 부하의 특성에 따라 달라진다.[1] 반도체 장치는 과전류 시 빠르게 가열되므로 고속 퓨즈를 사용한다.[1] 매우 민감한 장비에는 가장 빠르게 끊어지는 퓨즈가 사용된다.[1] 지연 퓨즈(저속 퓨즈)는 모터와 같이 정상 전류보다 큰 전류를 짧은 시간 동안 사용하는 장비에 적합하다.[1]
I²t 정격은 퓨즈가 전기적 결함을 제거할 때 통과시키는 에너지 양과 관련이 있다.[1] 이 값은 단락 회로 조건에서 사용되며, 전기 네트워크 조정 연구에 활용된다.[1] I²t 매개변수는 제조업체의 데이터 시트에 제공된다.[1] 퓨즈 작동 조정을 위해 용융 I²t와 개방 I²t가 모두 지정된다.[1] 용융 I²t는 퓨즈 용융에 필요한 에너지 양에 비례하고, 개방 I²t는 결함 제거 시 퓨즈를 통과하는 총 에너지에 비례한다.[1] 퓨즈의 I²t 정격은 통과시키는 에너지에 비례하므로, 결함으로 인한 열 손상의 척도가 된다.[1]
전력 분배 시스템에서 여러 퓨즈가 직렬로 연결된 경우, 고장 지점과 가장 가까운 퓨즈만 차단하는 것이 바람직하다.[1] 이를 "조정(Coordination)"이라고 하며, 두 퓨즈의 시간-전류 특성을 비교하여 퓨즈를 선택한다.[1] 이 방법을 통해 고장난 회로만 차단하고 다른 회로에는 최소한의 장애만 발생시킨다.[1]
전력 회로나 전력 기기에 사용되는 퓨즈를 '''전력 퓨즈'''라고 한다.[1]
퓨즈는 녹는 전류의 크기에 따라 도체 부분의 크기, 두께, 구성 성분이 다르다.[1] 퓨즈가 녹는 것을 한국어권에서는 "퓨즈가 끊어진다" 또는 "퓨즈가 나간다"라고 표현한다.[1]
4. 3. I2t 값
I²t 정격은 퓨즈 소자가 전기적 결함을 제거할 때 통과시키는 에너지 양과 관련이 있다. 이 용어는 일반적으로 단락 회로 조건에서 사용되며, 이 값들은 전기 네트워크에서 조정 연구를 수행하는 데 사용된다. I²t 매개변수는 각 퓨즈 계열에 대한 제조업체 데이터 시트의 차트에 제공된다. 상위 또는 하위 장치와의 퓨즈 작동 조정을 위해 용융 I²t와 개방 I²t가 모두 지정된다. 용융 I²t는 퓨즈 소자의 용융을 시작하는 데 필요한 에너지 양에 비례한다. 개방 I²t는 결함을 제거할 때 퓨즈를 통해 통과하는 총 에너지에 비례한다. 에너지는 퓨즈의 경우 전류와 시간뿐만 아니라 사용 가능한 결함 레벨과 시스템 전압에도 주로 의존한다. 퓨즈의 I²t 정격은 통과시키는 에너지에 비례하므로, 결함으로 인해 발생하는 열과 자기력으로 인한 열 손상의 척도이다.[1]
4. 4. 차단 용량
차단 용량(Breaking capacity)은 퓨즈가 안전하게 차단할 수 있는 최대 전류이다. 이 값은 예상 단락 전류보다 높아야 한다. 소형 퓨즈는 정격 전류의 10배에 불과한 차단 정격을 가질 수 있다. 북미에서는 주택 배선 시스템용 소형 퓨즈의 정격 차단 전류는 일반적으로 10,000 암페어이다. 상업용 또는 산업용 전력 시스템용 퓨즈는 더 높은 차단 정격을 가져야 하며, 일부 저전압 전류 제한 고차단 퓨즈는 300,000 암페어로 정격이 지정될 수 있다. 최대 115,000 볼트의 고전압 장비용 퓨즈는 회로 고장 레벨의 총 피상 전력(메가볼트암페어, MVA)으로 정격이 지정된다.[6]
일부 퓨즈는 고차단 용량(HRC, High Rupture Capacity) 또는 HBC(High Breaking Capacity)로 지정되며[6] 일반적으로 모래 또는 유사한 재료로 채워져 있다.[7]
저전압 고차단 용량(HRC) 퓨즈는 높은 예상 단락 전류가 있는 저전압 네트워크의 주 배전반 영역에서 사용된다. HRC 퓨즈는 산업 설비에 널리 사용되며, 변압기소, 주 배전반 또는 건물 분기함 및 계량기 퓨즈와 같이 공공 전력망에도 사용된다. 일반적으로 나사형 퓨즈보다 크며, 페룰 캡 또는 블레이드 접점을 가지고 있다. 고차단 용량 퓨즈는 의 전류 차단을 위해 정격이 지정될 수 있다.
일부 국가에서는 높은 고장 전류가 발생하는 곳에서 이러한 퓨즈가 사용되기 때문에 현지 규정에 따라 숙련된 인력만이 퓨즈를 교체하도록 허용할 수 있다. 일부 종류의 HRC 퓨즈에는 특수 취급 기능이 포함되어 있다.
4. 5. 정격 전압
퓨즈의 정격 전압은 개방 회로 전압 이상이어야 한다. 예를 들어, 32V로 정격된 유리관 퓨즈는 120V 또는 230V 전압원의 전류를 안정적으로 차단할 수 없다. 32V 퓨즈가 120V 또는 230V 전압원을 차단하려고 하면 아크가 발생할 수 있다. 유리관 내부의 플라즈마는 전류가 비전도성 기체가 될 때까지 전류를 계속 전도할 수 있다. 정격 전압은 차단해야 하는 최대 전압원보다 높아야 한다. 퓨즈를 직렬로 연결해도 조합의 정격 전압이나 개별 퓨즈의 정격 전압은 증가하지 않는다.[8]
수천 볼트로 정격된 중전압 퓨즈는 비용이 많이 들고, 매우 낮은 전압에서 회로를 제대로 차단할 수 없기 때문에 저전압 회로에는 사용되지 않는다.[8]
4. 6. 전압 강하
제조업체는 정격 전류에서 퓨즈 양단의 전압 강하를 명시할 수 있다. 퓨즈의 저온 저항과 전압 강하 값 사이에는 직접적인 관계가 있다. 일단 전류가 흐르면, 퓨즈의 저항과 전압 강하는 퓨즈가 최종적으로 열적 평형 상태에 도달할 때까지 작동 온도 상승과 함께 지속적으로 증가한다. 특히 저전압 응용 분야에서 퓨즈를 사용할 때는 전압 강하를 고려해야 한다. 전압 강하는 기존의 와이어 타입 퓨즈에서는 종종 중요하지 않지만, 재설정형 퓨즈와 같은 다른 기술에서는 상당할 수 있다.[1]
4. 7. 온도 보정
주변 온도는 퓨즈의 작동 매개변수를 변경한다. 25°C에서 1A로 정격된 퓨즈는 -40°C에서 최대 10~20% 더 많은 전류를 전도할 수 있으며, 100°C에서는 정격 값의 80%에서 개방될 수 있다. 작동 값은 각 퓨즈 제품군에 따라 다르며 제조업체 데이터 시트에 제공된다.[1]
5. 마킹
대부분의 퓨즈는 본체 또는 캡에 정격을 나타내는 마킹이 표시되어 있다. 표면 실장 기술(SMT)의 "칩형" 퓨즈는 마킹이 거의 없거나 전혀 없어 식별이 매우 어렵다.
겉모습이 비슷한 퓨즈라도 마킹으로 식별되는 특성이 크게 다를 수 있다. 퓨즈 마킹[9]에는 일반적으로 다음 정보가 명시적으로 텍스트로 표시되거나 특정 유형에 대한 승인 기관 마킹으로 암시적으로 표시된다.
6. 종류 및 재료
퓨즈는 회로 도체에 비해 단면적이 작은 금속 스트립이나 와이어 퓨즈 소자로 구성되며, 한 쌍의 전기 단자 사이에 장착되고 불연성 하우징으로 덮여 있다. 퓨즈는 보호되는 회로를 통과하는 모든 전하를 전달하기 위해 직렬로 배치된다. 소자의 저항은 전류 흐름으로 인해 열을 발생시킨다. 소자의 크기와 구조는 정상적인 전류에 대해 발생하는 열로 인해 소자가 고온에 도달하지 않도록 (경험적으로) 결정된다. 너무 높은 전류가 흐르면 소자는 더 높은 온도로 상승하여 직접 녹거나, 퓨즈 내부의 납땜된 접합부가 녹아 회로가 열린다.
퓨즈 소자는 아연, 구리, 은, 알루미늄, 또는 이러한 금속이나 기타 다양한 금속의 합금으로 만들어져 안정적이고 예측 가능한 특성을 제공한다.[4][5] 이상적으로 퓨즈는 정격 전류를 무기한으로 전달하고 약간의 초과 전류에도 빠르게 녹아야 한다. 소자는 사소한 무해한 전류 서지로 인해 손상되어서는 안 되며, 수년간의 사용 후에도 산화되거나 동작이 변해서는 안 된다.
퓨즈 소자는 발열 효과를 높이도록 모양을 만들 수 있다. 대형 퓨즈에서는 여러 개의 금속 스트립 사이에 전류가 분산될 수 있다. 이중 소자 퓨즈는 단락 회로 시 즉시 녹는 금속 스트립과 단락 회로에 비해 값이 낮은 장기 과부하에 반응하는 저융점 납땜 접합부를 포함할 수 있다. 퓨즈 소자는 강철 또는 니크롬 와이어로 지지되어 소자에 하중이 가해지지 않도록 할 수 있지만, 소자 파편의 분리 속도를 높이기 위해 스프링을 포함할 수 있다.
퓨즈 소자는 공기 또는 아크의 소화 속도를 높이기 위한 재료로 둘러싸일 수 있다. 실리카 모래나 비전도성 액체를 사용할 수 있다.
퓨즈 패키지에는 핀, 슬롯 또는 탭과 같은 거부 기능이 포함될 수 있으며, 이는 외관이 유사한 퓨즈의 교환을 방지한다. 예를 들어, 북미 클래스 RK 퓨즈용 퓨즈 홀더에는 훨씬 낮은 차단 용량과 RK 유형의 슬롯이 없는 솔리드 블레이드 단자를 가진 유사하게 보이는 클래스 H 퓨즈의 설치를 방지하는 핀이 있다.
6. 1. 종류
퓨즈는 다양한 크기와 스타일로 제작되어 여러 용도로 사용되며, 표준화된 패키지 레이아웃으로 제작되어 쉽게 교체할 수 있다. 퓨즈 본체는 용도와 전압 등급에 따라 세라믹, 유리, 플라스틱, 유리섬유, 성형 마이카 적층물 또는 성형 압축 섬유로 만들어질 수 있다.
- 카트리지(페룰) 퓨즈: 금속 끝 캡으로 끝나는 원통형 본체를 가지고 있다. 일부 카트리지 퓨즈는 잘못된 퓨즈 정격이 홀더에 실수로 삽입되는 것을 방지하기 위해 다른 크기의 끝 캡으로 제작되어 병 모양을 하고 있다.
- 블레이드형 퓨즈: 볼트로 고정되거나 스프링 클립으로 고정되는 블레이드 또는 태그 단자를 가진 퓨즈이다. 블레이드형 퓨즈는 종종 퓨즈 홀더에서 제거하기 위해 특수 용도의 추출 도구를 사용해야 한다. 자동차 등에서 사용되는 퓨즈는 퓨즈 박스에 모아서 설치되는 경우가 많다. 설치 위치는 주로 엔진룸 내부, 운전석 측 또는 조수석 측 부근에 있으며, 사용 용도에 따라 여러 곳으로 나뉘어 설치된다.[1] 예전에는 가정용 전기 기기와 마찬가지로 유리관 퓨즈가 사용되었지만, 전자 기기의 증가와 함께 수지 몰딩된 ISO 규격의 블레이드형 퓨즈로 바뀌고 있다.[1]
- 표면 실장 퓨즈: 인쇄 회로 기판에 납땜하도록 설계된 퓨즈는 방사형 또는 축 방향 와이어 리드를 가지고 있다. 표면 실장 퓨즈는 리드 대신 솔더 패드를 가지고 있다.
- '''전력 퓨즈''': 전력 회로나 전력 기기에서 사용하는 퓨즈를 말한다.
- 한류퓨즈: 고압 회로 및 기기의 단락 전류 차단에 사용된다. 아크 전압을 높여 단락 전류를 한류 억제하여 차단하는 방식의 퓨즈이다.
- 전영역 한류퓨즈: 퓨즈 단독으로 사용할 수 있다.
- 백업 한류퓨즈: 트립 장치가 있는 고압 부하 개폐기와 연동하여 사용한다.
- 비한류퓨즈
- 슬로 블로 퓨즈: 모터의 기동 시 등 순간적인 대전력 사용에서는 용단되지 않지만, 정격 전류를 초과하여 일정 시간 이상 사용되면 용단된다.
- 퓨저블 링크: 전원 부근에 사용하는 전선으로, 과전류에 의해 전선이 용단됨으로써 회로 전체를 보호한다.
- 소호 퓨즈: 붕산과 같은 가스 발생 물질로 용융 링크를 감싼 퓨즈이다.
반밀폐형 퓨즈는 용융 와이어 자체를 교체할 수 있는 퓨즈 와이어 캐리어이다. 정확한 용융 전류는 밀폐형 퓨즈만큼 잘 제어되지 않으며, 퓨즈 와이어를 교체할 때 정확한 직경과 재료를 사용하는 것이 매우 중요하여 점차 사용이 줄어들고 있다.
유리 퓨즈는 검사를 위해 퓨즈 소자가 보이는 장점이 있지만, 차단 용량(차단 정격)이 낮아 일반적으로 250 VAC에서 15 A 이하의 용도로 제한된다. 세라믹 퓨즈는 더 높은 차단 용량이라는 장점이 있어 더 높은 전류와 전압의 회로에서 사용할 수 있다.
6. 2. 재료
퓨즈 본체는 세라믹, 유리, 플라스틱, 유리섬유, 성형 마이카 적층물 또는 성형 압축 섬유 등 다양한 재료로 만들어질 수 있다.[4]유리 퓨즈는 퓨즈 소자를 직접 검사할 수 있는 장점이 있지만, 차단 용량(차단 정격)이 낮아 일반적으로 250VAC에서 15A 이하의 용도로 제한된다. 세라믹 퓨즈는 더 높은 차단 용량을 가지며, 퓨즈 본체에 모래를 채우면 아크 냉각 및 퓨즈 차단 용량이 증가한다.[5] 중전압 퓨즈는 아크 소화를 돕기 위해 액체로 채워진 봉투를 가질 수 있다.
7. 표준
퓨즈는 다양한 국제 및 국가 표준에 따라 제조 및 적용된다. 주요 표준으로는 국제전기기술위원회(IEC)의 IEC 60269 표준과 미국재료시험소(UL)의 UL 248 표준이 있다. IEC 60269 표준은 저전압 전력 퓨즈에 대한 표준으로, 여러 국가 표준을 통합하여 국제 무역에서 퓨즈의 상호 교환성을 향상시키는 역할을 한다. UL 248 표준은 미국과 캐나다에서 사용되는 표준으로, 1kV AC 정격 이하의 저전압 퓨즈에 적용된다.
7. 1. IEC 60269 퓨즈
국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission)는 저전압 전력 퓨즈에 대한 표준 60269를 발행한다. 이 표준은 네 권으로 구성되어 있으며, 일반 요구 사항, 산업 및 상업용 애플리케이션용 퓨즈, 주거용 애플리케이션용 퓨즈, 반도체 장치 보호용 퓨즈를 설명한다. IEC 표준은 여러 국가 표준을 통합하여 국제 무역에서 퓨즈의 상호 교환성을 향상시킨다. IEC 표준을 충족하도록 테스트된 서로 다른 기술의 모든 퓨즈는 유사한 시간-전류 특성을 갖게 되므로 설계 및 유지보수가 간소화된다.
7. 2. UL 248 퓨즈 (북미)
미국과 캐나다에서는 1 kV AC 정격 이하의 저전압 퓨즈가 미국재료시험소 표준 UL 248 또는 캐나다표준협회 표준 C22.2 No. 248에 따라 제조된다.[1] 이 표준은 AC 또는 DC, 최대 200 kA의 차단 용량을 가진 1 kV 이하의 퓨즈에 적용되며,[1] 캐나다 전기 규정 제1부(CEC) 또는 미국 전기 규정 NFPA 70(NEC)을 따르는 설비에 사용된다.[1]미국/캐나다의 퓨즈(및 차단기) 표준 전류 정격은 다음과 같다.
| 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1600, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000, 6000 암페어 |
| 1, 3, 6, 10, 601 암페어 |
UL 248은 현재 19개의 "부분"으로 구성된다.[1] UL 248-1은 퓨즈에 대한 일반 요구 사항을 설정하고, 나머지 부분은 특정 퓨즈 크기(예: Class J의 경우 248-8, Class L의 경우 248-10) 또는 고유한 특성을 가진 퓨즈 범주(예: 반도체 퓨즈의 경우 248-13, 광전지 퓨즈의 경우 248-19)에 적용된다.[1] 보충 부분(240-x)에서 수정된 내용을 제외하고 일반 요구 사항(248-1)이 적용된다.[1] 예를 들어, UL 248-19는 일반 요구 사항에 따른 1000볼트 대신 광전지 퓨즈의 정격을 최대 1500볼트 DC로 허용한다.[1]
국제전기기술위원회와 UL의 명명법은 약간 다르다.[1] IEC 표준에서는 퓨즈 링크와 퓨즈 홀더의 조립품을 "퓨즈"라고 하는 반면,[1] 북미 표준에서는 ''퓨즈''는 조립품의 교체 가능한 부분이며, ''퓨즈 링크''는 퓨즈에 설치하기 위한 베어 메탈 요소이다.[1]
8. 자동차 퓨즈
자동차 퓨즈는 차량의 배선 및 전기 장비를 보호하는 데 사용된다. 사용 용도는 전기 회로의 특정 용도, 전압 및 전류 요구 사항에 따라 달라지며, SAE 인터내셔널(구 자동차 기술자 협회)에서 자동차 퓨즈에 대한 표준을 발표한다.[10]
자동차 퓨즈는 다음과 같은 네 가지 범주로 분류할 수 있다.
- 블레이드 퓨즈
- 유리관 또는 보쉬형 퓨즈
- 퓨저블 링크
- 퓨즈 리미터
32볼트로 정격된 대부분의 자동차 퓨즈는 24볼트 DC 이하로 정격된 회로에 사용된다. 일부 차량은 12/42 V DC 전기 시스템을 사용하므로 58 V DC로 정격된 퓨즈가 필요하다.
자동차 퓨즈는 주로 퓨즈 박스에 모아서 설치되며, 설치 위치는 엔진룸 내부, 운전석 측 또는 조수석 측 부근 등 사용 용도에 따라 여러 곳으로 나뉜다. 퓨즈 번호, 퓨즈 명칭, 암페어 수, 사용 위치 등은 퓨즈 박스 뚜껑 또는 사용 설명서에 기재되어 있다.
과거에는 가정용 전기 기기와 마찬가지로 유리관 퓨즈가 사용되었지만, 전자 기기의 증가와 함께 수지 몰딩된 ISO 규격의 블레이드형 퓨즈로 바뀌고 있다. 블레이드형 퓨즈는 표준형 외에 소형화된 마이크로형, 마이크로형에서 단자를 제거한 저배형이 표준화되어 있지만, 추가 장착되는 전장품에서는 유리관 퓨즈가 사용되는 경우도 있다.
9. 고전압 퓨즈
고전압 퓨즈는 최대 115,000V AC의 전력 시스템에 사용된다. 전력량 측정에 사용되는 계기용 변압기 또는 차단기 비용이 부담되는 소형 전력 변압기를 보호하는 데 사용된다. 115kV 차단기의 비용은 퓨즈 세트 비용의 최대 5배에 달할 수 있어, 수만 달러의 비용을 절감할 수 있다.
중전압 배전 시스템에서 전력 퓨즈는 1~3가구에 전력을 공급하는 변압기를 보호하는 데 사용될 수 있다. 폴에 설치된 배전 변압기는 거의 항상 퓨저블 차단기로 보호되며, 이는 무정전 유지 보수 도구를 사용하여 퓨즈 소자를 교체할 수 있다.
중전압 퓨즈는 모터, 축전기 뱅크 및 변압기를 보호하는 데에도 사용되며, 금속으로 밀폐된 개폐장치 또는 (새로운 설계에서는 드물지만) 개방형 개폐반에 장착될 수 있다.
대용량 퓨즈는 안정적이고 예측 가능한 성능을 제공하기 위해 은, 구리 또는 주석으로 만들어진 용융 소자를 사용한다. 고전압 소호 퓨즈는 붕산과 같은 가스 발생 물질로 용융 링크를 감싼다. 퓨즈가 끊어지면 아크에서 발생하는 열로 인해 붕산이 많은 양의 가스를 발생시킨다. 관련된 고압(종종 100기압 이상)과 냉각 가스는 생성된 아크를 신속하게 소멸시킨다. 그런 다음 고온 가스가 퓨즈 끝에서 폭발적으로 배출된다. 이러한 퓨즈는 야외에서만 사용할 수 있다.
이러한 유형의 퓨즈는 스위치 메커니즘을 작동시키는 충격 핀을 가지고 있을 수 있으므로, 하나의 퓨즈가 끊어지면 세 가지 위상이 모두 차단된다.
고전력 퓨즈는 수 킬로암페어를 차단할 수 있다. 일부 제조업체는 최대 63 kA의 단락 회로 전류에 대해 퓨즈를 테스트했다.
10. 다른 회로 보호 장치
다른 회로 보호 장치로는 자기복구 퓨즈, 온도 퓨즈, 케이블 제한기 등이 있다.
자기복구 퓨즈는 폴리머 양의 온도 계수(PPTC) 써미스터라고 하는 열가소성 전도성 소자를 사용하여 과전류 상태에서 회로를 보호한다. PPTC 써미스터는 전류가 제거되면 냉각되어 저저항 상태로 돌아가는 자기 복구 기능이 있어, 교체가 어려운 항공 우주/원자력 분야나 컴퓨터 마더보드 등에 주로 사용된다.
온도 퓨즈는 설정 온도 이상에 도달하면 자동으로 통전을 차단하는 장치이다. 전열을 이용하는 기기(드라이어, 코타츠 등)에 주로 설치되며, 한 번 작동하면 재설정할 수 없어 교체해야 한다.
케이블 제한기는 저전압 전력 케이블 보호용으로 사용되는 퓨즈와 유사한 장치이다. 과부하 보호보다는 단락 회로에 노출된 케이블을 보호하기 위해 설계되었다.
10. 1. 자기복구 퓨즈
자기복구 퓨즈는 과전류 상태에서 회로를 보호하기 위해 폴리머 양의 온도 계수(PPTC) 써미스터라고 하는 열가소성 전도성 소자를 사용한다. PPTC 써미스터는 전류가 제거되면 냉각되어 저저항 상태로 돌아가는 자기 복구 기능이 있다. 이러한 장치는 교체가 어려운 항공 우주/원자력 분야나, 마우스나 키보드 단락으로 인한 마더보드 손상을 방지해야 하는 컴퓨터 마더보드에 주로 사용된다.10. 2. 온도 퓨즈
소비자 제품에서 흔히 볼 수 있는 열퓨즈는 설정 이상의 온도에 도달하면 자동으로 통전을 차단하는 장치이다. 열퓨즈는 용융성의 온도 감지 소재를 포함하고 있으며, 이 소재는 평상시에는 닫힌 상태의 스프링 접점 메커니즘을 고정하고 있다. 주변 온도가 너무 높아지면 소재가 녹아 스프링 접점 메커니즘이 회로를 차단한다. 예를 들어, 헤어드라이어에서 공기 흐름이 차단될 때(예: 블로어 모터가 멈추거나 공기 흡입구가 실수로 막힐 때) 히터 요소에 대한 전원 공급을 차단하여 화재를 방지하는 데 사용될 수 있다. 열퓨즈는 한 번 작동하면 재설정할 수 없는 소모품이며, 작동(끊김)되면 교체해야 한다. 전열을 이용하는 기기(드라이어, 코타츠 등)에는 설정 이상의 온도에 도달하면 자동으로 통전을 차단하는 온도 퓨즈가 설치되어 있는 경우가 많다.10. 3. 케이블 제한기
케이블 제한기는 퓨즈와 유사하지만 저전압 전력 케이블 보호용으로만 사용된다. 예를 들어, 여러 개의 케이블을 병렬로 사용할 수 있는 네트워크에서 사용된다. 과부하 보호를 위해 설계된 것이 아니라, 단락 회로에 노출된 케이블을 보호하기 위한 것이다. 제한기의 특성은 케이블 크기에 맞춰져 있어 케이블 절연이 손상되기 전에 고장을 제거한다.[17]11. 전력 퓨즈 (일본어 문서 내용)
퓨즈 중에서도 특히 전력 회로나 전력 기기에서 사용하는 것을 '''전력 퓨즈'''라고 한다. 퓨즈는 녹는 전류의 크기에 따라 도체 부분의 크기, 두께, 구성 성분이 다르다. 도체 부분은 노출되어 있거나 용기에 담겨 있으며, 용기에 담는 경우에는 도체의 상태를 확인할 수 있도록 용기를 투명하게 하거나 표시기를 설치한다.
한국어권에서는 일반적으로 "퓨즈가 끊어진다" 또는 "퓨즈가 나간다"라고 표현한다. 퓨즈는 회로를 태워 작동하는 일회용 부품이므로, 한 번 작동한 퓨즈는 다시 사용할 수 없다.
일반적으로 퓨즈가 끊어진 경우에는 퓨즈를 교체하여 복구하며, 래그 단자나 소켓 등 교체하기 쉬운 구조로 되어 있다. 최근 소형화된 전자 기기에서는 퓨즈가 납땜되어 있거나, 표면 실장형 박막 퓨즈처럼 작동 후 복구를 상정하지 않는 경우도 있지만, 이는 전기 회로 보호보다는 대전류로 인한 기기 가열이나 발화 등의 사고를 방지하기 위한 목적이다.
전력 퓨즈는 고압 이상의 전력 회로에서 단락 전류를 차단하는 전력 기기이다.
11. 1. 전력 퓨즈의 분류
전력 퓨즈는 고압 이상의 전력 회로에서 단락 전류를 차단하는 데 사용되는 전력 기기이다.- 한류퓨즈 (current-limiting fuse)
- * 고압 회로 및 기기의 단락 전류 차단에 사용된다. 아크 전압을 높여 단락 전류를 한류 억제하여 차단하는 방식의 퓨즈이다. 단락 전류가 억제되므로 전류 차단 시간이 짧다. 차단 시 아크나 용융물이 밖으로 나오지 않는다.
- * 단락 전류를 한류하므로 직렬 기기의 열적, 기계적 강도를 경감할 수 있다. 따라서 비한류 퓨즈나 교류 차단기에 비해 매우 경제적인 회로 구성이 가능하다.
- ** 전영역 한류퓨즈: 퓨즈 단독으로 사용할 수 있다.
- ** 백업 한류퓨즈: 트립 장치가 있는 고압 부하 개폐기와 연동하여 사용한다.
- 비한류퓨즈
- 슬로 블로 퓨즈
- * 모터의 기동 시 등 순간적인 대전력 사용에서는 끊어지지 않지만, 정격 전류를 초과하여 일정 시간 이상 사용되면 끊어진다.
- 퓨저블 링크
- * 전원 부근에 사용하는 전선으로, 과전류에 의해 전선이 끊어짐으로써 회로 전체를 보호한다.
12. 퓨즈 박스 (일본어 문서 내용)
자동차 등에서 사용되는 퓨즈는 퓨즈 박스에 모아서 설치되는 경우가 많다. 설치 위치는 주로 엔진룸 내부, 운전석 측 또는 조수석 측 부근에 있으며, 사용 용도에 따라 여러 곳으로 나뉘어 설치된다.[1]
퓨즈 번호, 퓨즈 명칭, 암페어 수, 사용 위치 등은 퓨즈 박스 뚜껑 또는 사용 설명서에 기재되어 있다. 사용 위치는 다음과 같다.[1]
| 사용 위치 |
|---|
| 헤드라이트, 안개등, 방향 지시등, 제동등, 미등, 번호등, 차폭등, 실내등, 후진등, 계기판 조명, 오디오 조명, 스위치 조명, 에어컨 조명, 파워 윈도우, 에어컨, 에어백, 도어록, 엔진 제어, 연료 펌프, 스타터, 시프트 잠금 제어, 계기판, 오디오, 시계, 미러, 와이퍼, 와셔, 시거 소켓, 히터, 액세서리 등 |
예전에는 가정용 전기 기기와 마찬가지로 유리관 퓨즈가 사용되었지만, 전자 기기의 증가와 함께 수지 몰딩된 ISO 규격의 블레이드형 퓨즈로 바뀌고 있다.[1] 블레이드형 퓨즈는 표준형 외에 소형화된 마이크로형, 마이크로형에서 단자를 제거한 저배형이 표준화되어 있지만, 추가 장착되는 전장품에서는 유리관 퓨즈가 사용되는 경우도 있다.[1]
13. 퓨즈 박스 (영국)
영국에서는 오래된 전기 분전반(퓨즈 박스라고도 함)에 반밀폐형(재사용 가능) 퓨즈(BS 3036) 또는 카트리지 퓨즈(BS 1361)가 장착되었다.[12] 퓨즈 와이어는 일반적으로 소비자에게 5A, 15A, 30A 등급의 와이어를 판지에 감아 짧은 길이로 공급되었다. 최근 분전반에는 퓨즈 대신 미니어처 회로 차단기(MCB)가 사용되지만, 일부 응용 분야에서는 MCB가 오작동으로 차단될 가능성이 있기 때문에 카트리지 퓨즈가 여전히 사용되기도 한다.
재사용 가능한 퓨즈(재사용 가능하거나 카트리지형)는 사용자가 교체할 수 있지만, 정격보다 높은 퓨즈 소자(링크 또는 와이어)를 장착하거나(과퓨즈), 구리선이나 동전, 머리핀, 종이 클립, 못 등 완전히 다른 종류의 도전 물체를 기존 홀더에 장착하는 것이 쉬워 위험할 수 있다. 퓨즈 박스 남용의 한 형태는 소켓에 페니를 넣는 것이었는데, 이는 과전류 보호 기능을 무력화시켜 위험한 상황을 초래했다. 이러한 변조는 퓨즈를 완전히 검사하지 않고서는 눈에 띄지 않는다.
''Wylex 표준'' 분전반은 영국에서 배선 규정에서 등전위 영역 외부의 장비에 전력을 공급할 수 있는 소켓에 잔류 전류 차단기(RCD)를 요구하기 시작할 때까지 매우 인기가 있었다. 이 설계는 RCD 또는 RCBO를 장착할 수 없다. 일부 Wylex 표준 모델은 주 스위치 대신 RCD를 사용하여 제작되었지만 (전체 설비에 전력을 공급하는 분전반의 경우) 경보 시스템은 RCD로 보호되어서는 안 되므로 배선 규정을 더 이상 준수하지 않는다. 이러한 장치에 나사로 고정할 수 있는 두 가지 스타일의 퓨즈 베이스가 있는데, 하나는 재사용 가능한 퓨즈 와이어 캐리어용으로, 다른 하나는 카트리지 퓨즈 캐리어용으로 설계되었다. 수년에 걸쳐 두 가지 스타일의 베이스 모두에 대해 MCB가 제작되었다. 두 경우 모두 정격이 높은 캐리어는 핀이 더 넓었으므로 베이스를 변경하지 않고는 캐리어를 더 높은 정격으로 변경할 수 없었다. 카트리지 퓨즈 캐리어는 이제 DIN 레일 인클로저에도 사용할 수 있다.[12]
14. 퓨즈 박스 (북미)
북미에서는 1960년 이전에 배선된 건물에서 에디슨베이스 퓨즈가 사용되었다. 이 퓨즈는 에디슨 베이스 백열전구와 유사한 퓨즈 소켓에 나사로 고정되는 방식이었다. 정격 전류는 5, 10, 15, 20, 25, 30 암페어였다. 과도한 전류 정격의 퓨즈 설치를 방지하기 위해, 이후 퓨즈 박스에는 퓨즈 홀더 소켓에 거부 기능이 포함되었는데, ''거부 베이스(Type S 퓨즈)''라고 불린다. 이 퓨즈는 정격에 따라 다양한 더 작은 직경을 가지며, 미리 설정된 (Type S) 퓨즈 정격으로만 교체할 수 있다. 이는 북미 3개국 표준이다 (UL 4248–11; CAN/CSA-C22.2 NO. 4248.11-07 (R2012); 및 NMX-J-009/4248/11-ANCE).[13] 기존 에디슨 퓨즈 보드는 훼손 방지 어댑터를 나사로 고정하여 거부 베이스(Type S) 퓨즈만 허용하도록 쉽게 변환할 수 있다. 이 어댑터는 기존 에디슨 퓨즈 홀더에 나사로 고정되며, 지정된 Type S 정격 퓨즈를 받아들이는 더 작은 직경의 나사산 구멍이 있다.[13]
일부 회사에서는 퓨즈 소켓에 나사로 고정되는 재설정 가능한 소형 열 차단기를 제조한다.[14][15] 그러나 오늘날 판매되는 이러한 차단기에는 결함이 있을 수 있다. 차단기가 있는 차단기 박스에 설치될 경우, 문이 닫히면 문이 차단기의 재설정 버튼을 누를 수 있게 된다. 이 상태에서는 차단기가 과전류 보호 기능을 제대로 제공하지 못한다.[16]
1950년대에는 분기 회로 보호를 위한 신규 주택 또는 산업 건설에서 퓨즈를 저전압 차단기로 대체했다.
15. 퓨즈와 차단기의 비교
퓨즈는 비슷한 정격의 차단기보다 가격이 저렴하고 간단하다는 장점이 있다. 끊어진 퓨즈는 새 장치로 교체해야 하는데, 이는 차단기를 재설정하는 것보다 불편하기 때문에 사람들이 고장을 무시하는 것을 막을 가능성이 높다. 반면에 회로를 먼저 차단하지 않고 퓨즈를 교체하면 (대부분의 건물 배선 설계는 각 퓨즈에 개별 차단 스위치를 제공하지 않음) 특히 단락 회로일 경우 위험할 수 있다.[11]
보호 응답 시간 측면에서 퓨즈는 작동 시간에 따라 차단기보다 고장을 더 빠르게 차단하는 경향이 있다. 퓨즈는 고장 전류의 1/4 사이클 내에 고장을 제거할 수 있지만, 차단기는 고장을 제거하는 데 약 1/2~1 사이클이 걸릴 수 있다. 퓨즈의 응답 시간은 0.002초만큼 빠를 수 있지만, 차단기는 일반적으로 0.02~0.05초 범위에서 응답한다.[11]
고차단 용량 퓨즈는 600V AC에서 최대 300,000 암페어를 안전하게 차단하도록 정격될 수 있다. 특수한 전류 제한 퓨즈는 높은 단락 회로 레벨을 가진 저전압 전력 회로에서 차단기를 보호하기 위해 일부 몰딩형 차단기 앞에 적용된다.[11]
'전류 제한' 퓨즈는 매우 빠르게 작동하여 회로로 들어가는 총 "투과" 에너지를 제한하여 다운스트림 장비가 손상되는 것을 방지한다. 이러한 퓨즈는 AC 전력 주파수의 한 사이클 미만으로 열린다. 차단기는 이 속도에 도달할 수 없다.[11]
일부 유형의 차단기는 중단 중 기계적 작동을 보장하기 위해 정기적으로 유지 관리해야 한다. 퓨즈는 용융 과정에 의존하므로 고장 조건에서 작동하기 위해 기계적 작동이 필요하지 않다는 점에서 이와 다르다.[11]
다상 전력 회로에서 퓨즈 하나만 열리면 나머지 상의 전류가 정상보다 높아지고 전압이 불균형이 되어 모터가 손상될 수 있다. 퓨즈는 과전류 또는 어느 정도 과열만 감지하며, 일반적으로 보호 계전기와 독립적으로 사용하여 접지 고장 감지와 같은 더욱 고급 보호 기능을 제공할 수 없다.[11]
일부 중전압 배전 퓨즈 제조업체는 외부 보호 계전기에 의해 작동되는 파이로테크닉 장치를 퓨즈에 추가하여 용융 요소의 과전류 보호 특성과 계전기 보호의 유연성을 결합한다.[11]
16. 직렬 퓨즈의 조정
전력 분배 시스템의 여러 단계에서 여러 개의 퓨즈가 직렬로 연결된 경우, 고장 지점과 가장 가까운 퓨즈(또는 다른 과전류 차단 장치)만 차단(개방)하는 것이 바람직하다. 이 과정을 "조정(Coordination)"이라고 하며, 두 퓨즈의 시간-전류 특성을 공통 전류 기준으로 도시해야 할 수 있다. 퓨즈는 부하 측 퓨즈가 공급 측 퓨즈가 용융되기 훨씬 전에 회로를 차단하도록 선택된다. 이 방법을 통해 고장난 회로만 차단되고 공통 공급 퓨즈로부터 공급되는 다른 회로에는 최소한의 장애만 발생한다.
시스템의 퓨즈가 유사한 유형인 경우, 부하에 가장 가까운 퓨즈와 원천 쪽 다음 퓨즈의 정격 간의 간단한 경험적 비율을 사용할 수 있다.
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