퓨즈 이해: 종류, 정격, 안전한 설치

도체의 허용전류 정격은 일반적으로 초과해서는 안 되는 설계 한계지만, 퓨즈는 예외입니다. 이 장치들은 정격 전류를 초과한 후 안전하게 회로를 차단하도록 설계되었습니다.

퓨즈란 무엇인가?

퓨즈는 전류가 정격값을 초과하면 녹아 회로를 여는 도전성 스트립을 포함하는 전기 안전 장치입니다. 퓨즈는 보호 대상 장비와 직렬로 연결되므로, 퓨즈가 끊어지는 순간 회로 전체가 열리고 보호 대상 부품으로 전류 흐름이 멈춥니다. 병렬 회로에서 한 분기의 퓨즈는 다른 분기에 영향을 주지 않습니다.

퓨즈 소자가 타면서 발생할 수 있는 위험한 아크를 방지하기 위해 스트립은 보통 보호 덮개에 싸여 있습니다. 자동차용 퓨즈는 소자를 육안으로 검사할 수 있도록 덮개가 투명합니다. 주택 배선에서는 얇은 금속 포일 코어가 있는 나사식 유리 퓨즈를 흔히 사용했습니다. 다음 사진은 두 유형을 모두 보여줍니다:

 

 

카트리지형 퓨즈는 비유리 덮개가 필요한 자동차 및 산업 현장에서 흔히 사용됩니다. 퓨즈는 개방 상태로 고장나도록 설계되어 있어, 일반적으로 도체에 직접 납땜하거나 볼트로 고정하는 대신 홀더에 장착합니다. 다음 이미지는 멀티 퓨즈 홀더에 장착된 유리 카트리지 퓨즈를 보여줍니다:

 

 

스프링 클립이 퓨즈를 고정하며, 홀더의 베이스는 좋은 전기 절연체입니다. 모든 접점이 절연 하우징 뒤에 숨겨진 제어판용 다른 홀더 유형도 있습니다:

 

 

고전류 과전류 보호의 현대적 주력 장치는 차단기(circuit breaker)입니다.

차단기란 무엇인가?

차단기는 과전류 상태가 감지되면 자동으로 열리는 스위치입니다. 주택용 및 경공업용 차단기는 열적으로 동작합니다: 바이메탈 스트립이 가열되면서 구부러지고, 스트립이 충분히 움직이면 차단기를 트립시킵니다. 더 큰 차단기는 자기력이나 외부 보호 계전기를 사용하여 트립을 시작합니다.

퓨즈와 달리 차단기는 스스로 파괴되지 않으며, 단순히 열리고 레버를 움직여 재설정할 수 있습니다. 이로 인해 영구적으로 회로에 배선되는 경우가 더 많습니다. 다음 이미지는 소형 주택용 차단기를 보여줍니다:

 

 

일부 차량은 배터리 충전 회로에 저렴한 퓨즈 링크를 사용합니다. 이들은 과전류 시 녹는 단순한 고무 절연 와이어입니다. 이러한 장치는 더 높은 전압과 전류가 관여되므로 산업용이나 주택용 전력 시스템에는 사용되지 않습니다.

퓨즈의 회로도 기호는 S자 곡선입니다:

퓨즈 정격

퓨즈는 주로 암페어 단위로 정격됩니다. 설계상 퓨즈 와이어 자체는 무시할 만한 저항을 추가하며, 이는 와이어를 가능한 한 짧게 유지함으로써 달성됩니다. 퓨즈가 녹는 전류는 길이보다는 재질과 게이지에 의해 결정됩니다.

그러나 퓨즈가 끊어진 후 녹은 와이어의 두 끝은 공기 간극으로 분리됩니다. 고전압 회로에서 간극이 너무 작으면 스파크가 간극을 뛰어넘어 회로를 복구할 수 있습니다. 따라서 퓨즈는 개방 후 안전하게 견딜 수 있는 최대 전압을 나타내는 전압 정격도 가집니다.

일부 대형 산업용 퓨즈는 비용 절감을 위해 교체 가능한 와이어 소자를 특징으로 합니다. 카트리지는 불투명하고 재사용 가능하며, 소자를 환경으로부터 보호합니다.

퓨즈의 전류 정격에는 더 많은 뉘앙스가 있습니다. 30암페어 퓨즈가 35암페어가 흐를 때 반드시 즉시 트립하는 것은 아닙니다. 설계에 따라 속도형(fast-blow) 또는 지연형(slow-blow) 모드로 동작할 수 있습니다. 지연형 퓨즈는 시동 시 정상 작동 전류의 최대 10배까지 순간적인 돌입 전류가 발생하는 전기 모터 같은 용도에 필수적입니다.

반대로 반도체 퓨즈는 섬세한 전자 부품을 과도 과전류로부터 보호하기 위해 극도로 빠르게 개방합니다.

퓨즈를 설치할 때, 접지 시스템의 '핫(비접지)' 측에 배치하십시오. 이렇게 하면 퓨즈가 열렸을 때 부하가 완전히 비활성화됩니다. 다음 두 다이어그램은 차이를 보여줍니다:

두 회로 모두 부하를 차단하지만, 첫 번째 설계는 중성선 측의 위험한 전압을 제거합니다. 같은 배치 원칙이 차단기에도 적용됩니다.

과전류 보호 장치는 감전 방지가 목적이 아닙니다. 도체 과열과 그에 따른 화재 위험을 방지하도록 설계되었습니다. 인체 접촉 조건을 감지하려면 누전 차단기가 적절한 해결책입니다.

복습:

• 퓨즈는 전류가 정격을 초과하면 녹아 회로를 끊는 얇은 도체입니다.
• 차단기는 과전류 시 자동으로 열리는 스위치로, 열적, 자기적, 또는 계전기 트립 메커니즘을 사용합니다.
• 퓨즈는 최대 전류와 개방 후 간극이 안전하게 견딜 수 있는 전압으로 정격됩니다.
• 동일 전류 정격에서도 속도형, 지연형, 중속형 퓨즈가 있어 엔지니어가 용도에 맞게 퓨즈 동작을 선택할 수 있습니다.
• 접지 시스템에서 퓨즈를 비접지 도체에 설치하면 퓨즈 개방 후 부하를 안전하게 유지합니다.

관련 워크시트:

• 과전류 보호 워크시트