폴리머 인사이트 #29 열과 전기에 강해 선로를 보호합니다! 친환경 난연 MCCB(Molded Case Circuit Breaker, 배선용 차단기) 플라스틱 소재

MCCB(Molded Case Circuit Breaker, 배선용 차단기)에 필요한 소재?

MCCB(Molded Case Circuit Breaker)는 배선용 차단기를 말합니다. MCCB는 전류 이상을 감지해 열 때문에 타거나 손상되기 전에 선로를 차단합니다. 전자 기기가 정상으로 작동할 때 흐르는 전류의 값을 정격 전류라고 하는데요. 정격 전류가 흐를 때 MCCB는 작동하지 않습니다. 과부하와 단락 등 이상 상태가 감지될 때 MCCB가 전자 기기를 보호하기 위해 전류를 차단합니다. 과부하는 전자 기기가 운용할 수 있는 전류 값을 초과한 상태를 말합니다. 과부하 상태가 지속하면 전선에 열이 발생해 화재로 이어질 수 있습니다. 단락은 다른 말로 합선을 뜻합니다. 순간적으로 높은 전류가 흘러 스파크가 발생하고 이에 따라 열이나 불꽃이 발생해 화재로 이어질 수 있습니다.

이렇듯 MCCB는 전기 사고를 방지하는 중요한 장치입니다. 이상 상태를 감지하고 전류를 차단하는 역할을 하기에 MCCB에 사용되는 소재는 열적/전기적 강도가 높은 제품이어야 합니다. MCCB의 이런 특성과 더불어 최근에는 외관 특성이 우수하고 강화된 환경 규제를 만족하는 제품의 수요가 높아지고 있습니다.

MCCB의 구조에 따른 소재

MCCB는 크게 구조물, 접점부, 개폐부, 단자부로 나눌 수 있습니다. 구조물은 몰드 케이스(Mold Case)라 불리는데요. 몰드(Mold)가 외부에서 절연 내부 기구를 쌓고 있어 감전과 이물질 침입을 방지합니다. 이 몰드 케이스(Mold Case)는 열가소성 수지(열을 가하면 여러 모양으로 변형시킬 수 있고 냉각하면 그 모양 그대로 굳는 수지)를 주로 사용합니다. 예전에는 열경화성 수지(열을 가하여 모양을 만든 다음에는 다시 열을 가해도 모양이 변하지 않는 수지)를 사용했는데요. 외부 충격에 의해 쉽게 깨지는 등의 현상이 발생해 현재는 열가소성 수지를 사용합니다.

접점부는 접촉자와 트립(Trip) 장치, 소호 장치로 이루어집니다. 접촉자는 가동 접촉자와 고정 접촉자로 이루어져 있으며 각 극마다 설치되어 전로를 열고 닫습니다. 트립(Trip) 장치는 과전류 또는 단락 전류를 검출해 개폐기구를 닫도록 지시합니다. 소호 장치는 가동과 고정접촉자 간에 발생한 아크(Arc, 전기가 끊기면서 전류가 큰 저항을 만나 계속 흐르려는 성질에 의해 빛과 열이 발생하는 현상)를 소멸시키는 역할을 합니다.

개폐부는 개폐기구라 불리는데요. 이상 상태를 감지하여 선로를 차단합니다. 과전류 감지를 위한 과전류 트립 기구부, 단락전류 등 사고 전류 보호를 위한 기구부 등이 내장되어 있습니다.

마지막으로 단자부는 단자라 불리며 전원 측과 부하 측 각 극에 조립되어 있습니다. 외부의 전선 혹은 도체와 내부도체를 접촉합니다.

이런 MCCB 구조와 특징에 따라 사용되는 플라스틱 소재는 부위에 따라 열과 전기를 견딜 수 있어야 합니다. 외관을 주로 이루기 때문에 외부의 온도와 충격 등에서도 변화가 없는 소재여야 하는데요. 앞서 언급했던 것처럼 환경 규제를 만족시키는 친환경 소재여야 하며 더불어 쉽게 타지 않는 난연 소재여야 합니다. 그럼, MCCB에 사용될 플라스틱 소재로 어떤 소재가 적합할까요?

친환경 난연 폴리아미드(Polyamide) 소재

MCCB에 사용되는 친환경 난연 폴리아미드(Polyamide) 소재는 어떤 특성을 지녀야 할까요? 먼저 언급할 수 있는 부분은 GWFI(Glow Wire Flammability Temperature) 특성입니다. 고온에 노출된 소재가 발화한 뒤 불이 30초 이내로 꺼졌을 때, 그때의 가장 높은 온도를 측정해 등급을 나눈 게 바로 GWFI입니다. GWFI 특성이 좋다는 건 그만큼 견딜 수 있는 온도가 높다는 뜻인데요. 고온에서 잘 견딜 수 있으니 MCCB에 사용하기 적합합니다. GWFI 특성이 좋으려면 난연제의 종류와 함량이 중요합니다. 일반적인 할로겐(Halogen) 난연 소재의 경우에는 GWFI 특성이 우수해 두께가 1~3mm에서도 테스트를 통과할 수 있습니다. 하지만 친환경 난연 소재는 두께가 얇을수록 GWFI 특성이 떨어집니다.

또 하나 중요한 특성은 CTI(Comparative Tracking Index)인데요. 오염된 물질 표면의 절연 정도를 측정한 것입니다. 플라스틱 표면에 전해질 용액을 약 50방울 정도 떨어뜨린 뒤 전압을 측정해 등급을 나눕니다. CTI 특성이 우수할수록 전기 절연성이 뛰어나겠지요? GWFI 특성과 반대로 할로겐(Halogen) 난연 소재에서 CTI 특성이 낮습니다. 반면에 친환경 난연 소재는 비교적 CTI 특성이 우수합니다.

개발이 필요한 친환경 난연 소재

MCCB 사용에 적합한 친환경 난연 소재를 더욱 개발할 필요가 있습니다. 외관 특성이 뛰어나면서도 쉽게 타지 않는 난연성이 뛰어나며 우수한 GWFI 특성과 CTI 특성을 지녀야 합니다. 현재 나와 있는 소재도 훌륭하지만 더 앞선 소재가 개발되길 바랍니다. 이런 소재를 만들어 내는 데 가장 필요한 건 기술력입니다. 다양한 시도와 실험, 연구로 MCCB에 적합한 띄어난 친환경 난연 소재가 나오길 기대합니다.

내용 출처 : LG화학 테크센터 <폴리머 인사이트> 2017 가을호 P.34 친환경 난연 MCCB 소재