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누전경보기(漏電警報器, ELD/electronic leakage(leak) detection system)[1]는 누전 차단기의 기능 중 누전을 감지하는 기능을 중시하여 개발된 "보호 계전기"로서 중대형건물의 방대한 배선에서 누전이 발생되는 지점을 정확하게, 그리고 최 단시간에 감지하여 관리자에게 통보하고 연관된 계기 장치나 SCADA 에 통보, 전기 시설의 안전을 도모하는 보호 계전기이다. 계전기기이므로 해당 기기가 직접적인 전력의 차단이나 투입에 관여할 수 없다.
1. 누전을 감지하는 방법
통상적으로 배선의 누전을 탐색하는데엔 2가지 방법이 쓰인다. 회로에 흐르는 전류는 반드시 되돌아와야 하므로 회로에서 나가는 전류와 들어오는 전류의 양을 비교하는 방법과 회로 자체에 탐지를 위한 신호를 주입 후 수신기를 이리저리 배선 근처에 가져다대는 방법이다. 흔히 집합계기로서 시스템을 구성하는데 쓰이는 방법은 전자, 특히 전류의 양을 직접 비교하는것이 아니라 전선에서 발생하는 자기장이 상쇄되는 것을 이용한다.1.1. 전류의 양을 비교하는 방법
하나의 단상 회로 또는 삼상 회로가 주어져있다고 생각해보자. 이 회로의 후단에는 다양한 배전장치를 거쳐서 최종적으로 전력을 사용하는 기구가 있다고 가정해보자. 전류는 지금 독자가 보고있는 주 회로를 지나가 분배되어 기구에서 사용되고 난 뒤 다시 지금 보는 회로로 돌아온다. 바로 옆의 선로를 통해서! 3상의 경우에도 마찬가지다. 나간 전류는 다시 돌아온다. 그렇다면, 나간 전력만큼 이곳으로 돌아오는 것을 통해 전기가 다른 곳으로 세어나가지 않고 온전히 이 회로 안에서만 흐르고 있다고 판정할 수 있을 것이다. 그러한 가정을 하면 다음 두 방법으로 나뉘어진다.1.1.1. 전류의 양을 각 상별로 직접 측정
각 상별로 흐르는 전력을 따로따로 측정하여 누전을 감지한다. 전류변성기 혹은 션트 라고 불리는 기기를 사용해 자기유도를 통한 간접적 측정 또는 실제로 나타나는 전압을 통한 직접적 측정을 통해 각 상에 흐르는 전류를 측정한다. 단상의 경우에는 상간 불평형이라는 말 자체가 존재하지 않지만, 삼상 회로에선 이것이 가능하기 때문. 단상 회로는 그 회로 1개가 1개 회로지만, 삼상 회로는 회로 1개가 3개의 부수 회로를 구성하게 된다1.1.2. 회로에 흐르는 전류량의 차를 측정하는 방법
나간 전기는 다시 이 회로로 돌아온다. 그렇기 때문에 해당 회로에선 항상 방향이 반대인 동일한 양의 전류가 각 선에 흐르게 된다. 삼상인 경우나 직류의 양전원 회로(+V 0 -V 구성을 가지는 회로) 도 마찬가지. 두 선에서 전류가 나가면 그거만큼 한선에서 합쳐 들어온다. 그렇다면 이 선들에 흐르는 전류의 차이만 감지해도 전류의 누설을 감지할 있게 된다. 전선에 전류가 흐르면 그 전류만큼 자기장이 발생하는데, 전류가 흐르는 방향에 따라 그 자기장은 반대가 되고, 인접한 전선끼리 반대 자기장을 가지면 그 자기장이 상쇄되는 점을 사용한다면 평상시엔 그 자기장이 전부 상쇄되다가 누전이 발생되어 선에 흐르는 전류에 차이가 발생하면 자기장이 발생되는 것을 통해 검출할 수 있을 것이다. 교류 회로에선 이를 ZCT(Zero-Current Transformer / 영상 변류기) 라는 장치를 통해 감지하며 직류 회로의 경우 영상 변류기를 통한 전류의 측정이 불가능하므로 오실로스코프의 current probe 같은 물건으로 전류를 초정밀 측정하게 된다. 여담이지만 이런 특징들로 인해 직류계통에서 누전을 감지하는데 들어가는 비용은 교류 회로에 비해 매우 높다. 중화학공업단지에 납품되는 배전반이 비싼 이유 중 하나.1.2. ZCT 란 무엇인가.
ZCT - Zero-phase Current Transformer / 영상 변류기 란 교류 회로에서 몇 상이 흐르던지 그 상들을 한 데 모아 전류의 차를 감지하는데 사용하는 특이하게 생긴 변압기다. 얼핏 보면 CT 랑 비슷하게 생겼는데, 실제로 CT 를 ZCT 로 사용하는 경우도 적잖아 있다. 하지만 ZCT 는 그 나름의 특징을 가지고 있으니 되도록이면 ZCT 를 쓰도록 하자.
1. ZCT 는 구멍이 엄청 크다.
통상적으로 ZCT 에는 최소 2가닥, 보통 3가닥의 굵은 전선이 지나가야 한다. CT 가 1개의 선만 물고가는데에 비해 훨씬 부담이 크다. 이러한 문제로 일부 ZCT 는 일부러 bus bar 를 구성해 접속지점을 만들어주기도 한다.
2. ZCT 는 일반적인 CT 에 비해 감도가 매우 높다.
일반적인 CT 의 경우 100/5A 이런식으로, 지나가는 전선에 100A 가 흐르면 CT 의 출력단에 낮은 전압의 5A 가 뜨는 구성을 가진다. 그러나 ZCT 는 경계전류라 하여 안쪽에 흐르는 배선의 전류합에 대한 제한만이 존재할 뿐, 출력전류 5A 표준 이딴거 없다. 무조건 뜨는 그대로 나온다. 안에 코일도 일반 CT 에 비해 매우 빽빽하다.
3. 자기 평형에 민감하다.
내부 전도체의 평형이 완전히 이루어지는지 아니면 삐딱하게 놓여지는지 혹은 어느 한 쪽으로 치우쳐져 관통하는지 등등 여러 변수에 민감하다.