회로 차단기는 현대 사회에서 절대적으로 필요한 장치이며 가정에서 가장 중요한 안전 장치 중 하나입니다. 건물의 전기 배선에 너무 많은 전류가 흐르면 이 간단한 기계는 누군가 문제를 해결할 때까지 전원을 차단합니다. 회로 차단기(또는 대체 퓨즈 )가 없으면 간단한 배선 문제 및 장비 고장으로 인한 화재 및 기타 신체 상해의 가능성이 있기 때문에 가정용 전기는 비실용적입니다.
이 기사에서는 회로 차단기와 퓨즈가 전류를 모니터링하는 방법과 전류 수준이 너무 높을 때 전력을 차단하는 방법을 알아봅니다. 앞으로 살펴보겠지만, 회로 차단기는 잠재적으로 치명적인 문제에 대한 믿을 수 없을 정도로 간단한 솔루션입니다.
회로 차단기를 이해하려면 가정용 전기가 어떻게 작동하는지 아는 것이 도움이 됩니다.
전기 는 세 가지 주요 속성으로 정의됩니다.
- 전압
- 현재의
- 저항
전압 은 전하를 이동시키는 "압력"입니다. 전류 는 전하의 "흐름"입니다. 특정 지점에서 측정된 전하가 도체를 통해 이동하는 속도입니다. 도체는 도체의 구성과 크기에 따라 달라지는 이 흐름에 대해 일정량의 저항 을 제공합니다 .
전압, 전류 및 저항 은 모두 상호 연관되어 있습니다. 하나를 변경하지 않고는 변경할 수 없습니다. 전류는 전압을 저항으로 나눈 값과 같습니다(일반적으로 I = v / r 로 작성됨 ). 이것은 직관적으로 이해됩니다. 전하에 작용하는 압력을 높이거나 저항을 낮추면 더 많은 전하가 흐를 것입니다. 압력을 낮추거나 저항을 높이면 전하가 덜 흐릅니다. 자세한 내용은 전기 작동 방식 을 확인하십시오 .
그렇다면 이 모든 것이 어떻게 집에서 함께 이루어지나요? 알아 보자.
- 회로 차단기: 집에서 직장에서
- 차단기 설계: 기본
- 차단기 설계: 고급
회로 차단기: 집에서 직장에서
배전 계통은 당신의 집에 발전소에서 전기를 제공합니다. 집 안에서 전하가 많은 작은 회로로 구성된 큰 회로에서 움직입니다. 회로의 한쪽 끝인 열선 은 발전소로 연결됩니다. 중성선 이라고 하는 다른 쪽 끝 은 접지로 연결됩니다 . 열선은 고에너지 소스에 연결되고 중성선은 전기적으로 중성인 소스(접지)에 연결되기 때문에 회로 전체에 전압이 있습니다. 회로가 닫힐 때마다 전하가 이동합니다. 전류는 빠르게 방향을 바꾸기 때문에 교류 라고 합니다 . (자세한 내용은 배전 그리드 작동 방식 을 참조하십시오.)
배전 그리드는 일정한 전압(미국의 경우 120볼트 및 240볼트)으로 전기를 공급하지만 저항(따라서 전류)은 가정에서 다양합니다. 다양한 전구 및 전기 제품은 모두 부하 라고도 하는 일정한 양의 저항을 제공합니다 . 이 저항이 기기를 작동하게 합니다. 예를 들어 전구의 내부에는 흐르는 전하에 매우 강한 필라멘트가 있습니다. 전하가 움직이기 위해 열심히 일해야 하며, 이는 필라멘트를 가열하여 빛을 발합니다.
건물 배선에서 열선과 중성선은 직접 접촉하지 않습니다. 회로를 통해 흐르는 전하는 항상 저항기 역할을 하는 기기를 통과합니다. 이러한 방식으로 기기의 전기 저항은 회로를 통해 흐를 수 있는 전하량을 제한합니다(일정한 전압과 일정한 저항에서 전류도 일정해야 함). 기기는 안전을 위해 비교적 낮은 수준으로 전류를 유지하도록 설계되었습니다. 특정 시간에 회로를 통해 너무 많은 전하가 흐르면 기기의 전선과 건물의 배선이 안전하지 않은 수준으로 가열되어 화재가 발생할 수 있습니다.
이렇게 하면 대부분의 시간 동안 전기 시스템이 원활하게 작동합니다. 그러나 때때로 무언가가 핫 와이어를 중성선 또는 접지로 이어지는 다른 것에 직접 연결합니다. 예를 들어 팬 모터 가 과열되어 녹으면서 뜨거운 전선과 중성 전선을 함께 융합할 수 있습니다. 또는 누군가 벽에 못을 박아 실수로 전선 중 하나에 구멍 을 낼 수도 있습니다 . 열선이 접지에 직접 연결되면 회로에 최소한의 저항이 있으므로 전압은 전선을 통해 엄청난 양의 전하를 밀어냅니다. 이것이 계속되면 전선이 과열되어 화재가 발생할 수 있습니다.
회로 차단기의 역할은 전류가 안전한 수준 이상으로 점프할 때마다 회로를 차단하는 것입니다. 다음 섹션에서는 이 작업을 수행하는 방법을 알아보겠습니다.
차단기 설계: 기본
가장 간단한 회로 보호 장치는 퓨즈 입니다. 퓨즈는 회로에 연결되는 케이스에 싸인 얇은 와이어입니다. 회로가 닫히면 모든 전하가 퓨즈 와이어를 통해 흐릅니다. 퓨즈는 회로의 다른 지점과 동일한 전류를 경험합니다. 퓨즈는 일정 수준 이상으로 가열되면 분해 되도록 설계되었습니다 . 전류가 너무 높아지면 전선이 타버립니다. 퓨즈를 파괴하면 과전류가 건물 배선을 손상시키기 전에 회로가 열립니다.
퓨즈의 문제는 한 번만 작동한다는 것입니다. 퓨즈를 끊을 때마다 새 것으로 교체해야 합니다. 회로 차단기는 퓨즈와 같은 역할을 합니다. 전류가 안전하지 않은 수준으로 올라가는 즉시 회로를 엽니다. 하지만 계속해서 사용할 수 있습니다.
기본 회로 차단기는 바이메탈 스트립이나 전자석에 연결된 간단한 스위치 로 구성됩니다 . 아래 다이어그램은 일반적인 전자석 설계를 보여줍니다.
회로의 핫 와이어는 스위치의 두 끝 부분에 연결됩니다. 스위치가 켜짐 위치로 뒤집히면 전기가 하단 단자에서 전자석을 통해 이동 접점까지, 고정 접점을 가로질러 위쪽 단자로 흐를 수 있습니다.
전기 는 전자석을 자화 합니다(전자석이 작동 하는 방식 을 참조 하여 이유를 알아보세요). 전류가 증가하면 전자석의 자기력이 증가하고 전류가 감소하면 자기가 낮아집니다. 전류가 안전하지 않은 수준으로 점프하면 전자석은 스위치 연결 장치에 연결된 금속 레버를 당길 만큼 강력합니다. 전체 연결이 이동하여 이동 접점이 고정 접점에서 멀어져 회로가 차단됩니다. 전기가 차단됩니다.
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회로 차단기를 클릭하여 스위치를 해제합니다.
바이메탈 스트립 디자인은 대신 전자석, 높은 전류 굴곡 연계를 이동하는 얇은 스트립을 통전의 제외와 같은 원리로 작동합니다. 일부 회로 차단기는 폭발성 전하 를 사용 하여 스위치를 던집니다. 전류가 일정 수준 이상으로 상승하면 폭발성 물질을 점화하여 피스톤을 구동하여 스위치를 엽니다.
차단기 설계: 고급
보다 발전된 회로 차단기 는 단순한 전기 장치가 아닌 전자 부품( 반도체 장치)을 사용하여 전류 레벨을 모니터링합니다. 이러한 요소는 훨씬 더 정확하고 회로를 더 빨리 차단하지만 훨씬 더 비쌉니다. 이러한 이유로 대부분의 주택은 여전히 기존의 전기 회로 차단기를 사용합니다.
최신 회로 차단기 장치 중 하나는 지락 회로 차단기 또는 GFCI입니다.. 이 정교한 차단기는 건물 배선의 손상을 방지하기보다는 감전으로부터 사람을 보호하도록 설계되었습니다. GFCI는 회로의 중성선과 열선의 전류를 지속적으로 모니터링합니다. 모든 것이 올바르게 작동하면 두 전선의 전류가 정확히 같아야 합니다. 핫 와이어가 접지에 직접 연결되자마자(예를 들어 누군가 실수로 핫 와이어를 만진 경우) 전류 레벨은 핫 와이어에서 급증하지만 중성 와이어에서는 급증하지 않습니다. GFCI는 이것이 발생하는 즉시 회로를 차단하여 감전사를 방지합니다. 전류가 안전하지 않은 수준으로 올라갈 때까지 기다릴 필요가 없기 때문에 GFCI는 기존 차단기보다 훨씬 빠르게 반응합니다.
집의 모든 배선은 일반적으로 지하실이나 벽장에 있는 중앙 회로 차단기 패널 (또는 퓨즈 박스 패널)을 통과합니다 . 일반적인 중앙 패널에는 집안의 다양한 회로로 연결되는 약 12개의 회로 차단기 스위치가 있습니다. 한 회로에는 거실의 모든 콘센트가 포함될 수 있고 다른 회로에는 모든 아래층 조명이 포함될 수 있습니다. 중앙 에어컨 시스템이나 냉장고 와 같은 대형 기기 는 일반적으로 자체 회로에 있습니다.
회로 차단기 및 기타 전기 시스템에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.
최초 발행일: 2002년 5월 9일
