[논문]누전차단기 외함 전원측 단자사이의 트래킹에 의한 탄화특성 분석

최충석; 송길목; 김동우

누전차단기 외함 전원측 단자사이의 트래킹에 의한 탄화특성 분석
The Analysis of the Carbonization Properties between RCD Source Terminals Deteriorated by Tracking 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.17 no.4, 2003년, pp.13 - 19

최충석 (한국전기안전공사 부설 전기안전연구원) , 송길목 (한국전기안전공사 부설 전기안전연구원) , 김동우 (한국전기안전공사 부설 전기안전연구원)

초록
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본 논문은 누전차단기 외함 전원측 단자사이에서 발생하는 전기화재 원인에 대한 분석을 연구하였다. 누전차단기는 보호범위의 전기시설물에서 누전 또는 과부하에 의한 차단을 목적으로 한다 누전차단기의 전원측 단자는 트래킹에 의해 화재로 쉽게 이어질 수 있다. 따라서, 누전차단기의 재현실험을 통해 트래킹시료($E_1$)와 화재현장에서 트래킹된 것($S_1$)을 비교분석하여 전기화재의 원인을 밝히는데 중요한 자료가 되도록 하였다. 실험은 IEC Publ. 112법을 응용하여 실시하였고 누전차단기에서 미소방전과 건조대가 발생한 후 소손되는 것을 확인하였다. $_1$에서 전원측 단자간의 절연저항은 약 25.7Ω이고 $S_1$의 절연저항은 약 58.6Ω이었다. $E_1$의 발열피크는 $491.0^{\circ}C$와 $603.2^{\circ}C$였다. $603.2^{\circ}C$에서의 발열피크는 트래킹에 의한 것이다. $S_1$의 발열피크는 $593.1^{\circ}C$에서 나타났다. 트래킹에 의해 변화된 시료는 IR 흡수스펙트럼에서 $1590 cm^{-1}$ 에서 흡광피크가 나타나지 않았다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we studied on the characteristics of RCD(Residual Current Device) case deteriorated by tracking, and compared the tracked samples between in the site of fire($S_1$) and in the reappearance experiment($E_1$). This experiment is applied to IEC Publ. 112 method. Electrical fire by tracking occurred after scintillation and dry-band generated. The insulation resistance between source terminals of RCD case was about 25.7Ω in $E_1$ and the resistance was about 58.6Ω in $S_1$.The exothermic peaks of $E_1$ appeared at $491.0^{\circ}C$ and $603.2^{\circ}C$. The exothermic peak at $603.2^{\circ}C$ was shown by tracking. And the exothermic peak of $S_1$ appeared at $593.1^{\circ}C$. In spectrum of $S_1$ and $E_1$, absorption peak didn't appear at near 1590 cm$^{-1}$ .

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 절연재료의 표견에 이물질이나 수분이 쌓여 누설전류가 발생한 후 줄열에 의해 절연파괴로 이어지는 트래킹 화재의 발생과정을 재현하고, 절연재료 분석에 의한 전기화재 원인 규명을 통해 전기화재 판정기법을 제시하였다.

제안 방법

^9,10)실험은 IEC Publ. 112법을 응용하여 1%의 염수를 분당 9방울을 누전차단기의 전원측 단자사이에 떨어뜨려 누전차단기가 트래킹에 의해 화재가 발생할 때까지 실험하였다.
외형변화는 광학현미경에 의해 분석하였고, 열적인 영향을 비교. 분석하기 위해 열분석기(DTA/TGA, SDT-2960, TA Ins., USA)를 이용하여 흡 • 발열반응과 열중량변화를 분석하였다. 표면의화학적 구조 변화 분석은 적외선분광기 (FT-IR, Spectrum GX, PerkinElmer Ins.
표면이 트래킹된 후에 사고현장에서 수거한 누전차단기 외함재료와 재현실험을 통해 탄화된 누전차단기 외함재료는 각각의 분석기를 이용하여 분석하였다. 외형변화는 광학현미경에 의해 분석하였고, 열적인 영향을 비교. 분석하기 위해 열분석기(DTA/TGA, SDT-2960, TA Ins.
재현실험은 주택용 전원 220 V 상용전압을 이용하여 누전차단기를 설치하고 안전저항(110 Ω)과 저항부하만으로 구성하였다. Fig.
, USA)를 이용하여 흡 • 발열반응과 열중량변화를 분석하였다. 표면의화학적 구조 변화 분석은 적외선분광기 (FT-IR, Spectrum GX, PerkinElmer Ins., USA)를 이용하였다.
3은 실험과정을 나타낸 것으로 사고현장에서 수거한 동일품목의 누전차단기를 설정하여 1% 염수의 오손액을 전원측 단자사이에 떨어뜨려 누설전류가 흐르도록 하였다. 표면이 트래킹된 후에 사고현장에서 수거한 누전차단기 외함재료와 재현실험을 통해 탄화된 누전차단기 외함재료는 각각의 분석기를 이용하여 분석하였다. 외형변화는 광학현미경에 의해 분석하였고, 열적인 영향을 비교.
현장에서 수거한 외함재료는 트래킹된 부분(S₁)과 외부 화재로 인해 탄화된 부분(S₂)으로 구분하였고 재현실험에 의한 것은 정상부분(E₀)과 트래킹에 의해 탄화된 부분(E₁)으로 구분하였다.

대상 데이터

3.실 험

실험에는 단상 2선식, 정격전압 AC 220 V에 정격전류는 30 A인 것으로 정격감도전류는 30 mA, 0.03초 이내에 동작하고, 전원측 단자간 거리가 약 13 mm인 누전차단기를 사용하였다.⁸⁾

성능/효과

(1) 현장에서 수거한 누전차단기 단자사이의 절연저항은 약 58.6Ω, 재현실험에 의한 경우 약 25.7Ω이측정되었다.
(2) DTA 분석결과, 발열피크는 정상시료는 330.4℃ 와 498.0℃에서, 외부화염에 의해 탄화된 재료는 341.0℃와 492.9℃에서 나타났고, 재현실험에 의해 트래킹된 것은 491.0℃, 603.2℃에서, 화재현장에서 수거한 시료는 593.1℃에서 발열피크가 나타났으며 트래킹에 의해 탄화된 부분이 흑연질로 바뀐 것을 알 수 있었다.
(3) TGA 분석결과, 정상시료는 약 300℃에서 550℃ 동안 76.0%의 초기 열중량 감소가 있고 이후 6.1%의열중량 감소가 추가로 있었고, 외부화염에 의해 소손된 경우에는 약 300℃에서 550℃의 열변화 동안 79.8%의 열중량 감소가 있었고 이후 약 5.4%의 열중량 감소가 있는 것을 확인하였다.
(4) 현장에서 수거한 것과 재현실험에 의해 트래킹된 절연재료를 TGA에 의해 분석한 결과, 각각 536.4℃에서부터 73.3%, 487.1℃에서부터 61.5%의 열중량 감소가 있었다.
(5) FT-IR 분석결과, 정상시료는 3309.9 cm^-1 1592.8 cm^-1, 1436.8 cm^-1, 1209.2 cm^-1, 1011.5 cn^-1에서 적외선 흡광피크가 나타났고, 열열화에 의해 탄화된 시료는 3320.9 cm^-1, 1597.0 cm^-1 1428.0 cm^-1, 1209.2 cm^-1, 873.9 cm^-1에서 흡광피크가 나타났다.
2℃에서 각각 발열피크가 확인되었다. 또한, 화재현장에서 수거한 시료는 593.15C에서 발열피크가 나타났으며, 탄화물의 결정구조가 바뀐 것을 확인할 수있다.
(b)는 전기적 원인에 의해 탄화된 누전차단기의 외함재료로서 화재현장에서 수거한 것과 실험을 통해 얻은 탄화물의 열중량변화 곡선을 나타낸 것이다. 화재현장에서 수거한 탄화물의 열중량변화는 73.3%, 재현실험에 의한 탄화물은 61.5%의 열중량 감소가 발생하였고 약 650℃ 이후에서 나타나는 열중량 변화는 나타나지 않았다.

참고문헌 (10)

Chung-Seog Choi, Kil-Mok Shong, Hyung-Rae Kim, Hyang-Kon Kim, Dong-Ook Kim, and Dong-Woo Kim, 'A Study on the Flame Pattern and Electrical Properties of Electric Outlet Fired at Standby Mode', KlFSE Trans. Vol. 16, No.1, pp.39-44(2002)
Chung-Seog Choi, Kil-Mok Shong, Hyung-Rae Kim, and Dong-Woo Kim, 'A Study on the Characteristics of Tracking Deterioration between Electrodes on Phenolic Resin used for Low Voltage', ICEE 2002 Vol. 3, pp.1135-1138
S. Kumagai, and N. Yoshimura, 'Impact of Thermal Aging and Water Absorption on the Surface Electrical and Chemical Properties of Cycloaliphatic Epoxy Resin', IEEE Trans. DEI Vol. 7, No.3, pp.424-431(2000)

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J. Montesinos, R. S. Gorur, B. Mobasher, and D. Kingsbury, 'Bri- ttle Fracture in Nonceramic Insulators: Electrical Aspects of Microscopic Flaws in Glass Reinforced Plastic(GRP) Rods', IEEE Trans. DEI Vol. 9, No.2, pp.244-252(2002)

상세보기
Won-Chun Oh, 'Historical Back-ground on the Electrical Properties of Carbon Materials', Carbon science Vol. 3, No. 2, pp.99-107(2002)

원문보기 상세보기
이주성, '열처리온도에 따른 Soft Carbon과 Hard Carbon의 결정자 크기와 물리적 특성' 대한화학학회지, Vol. 13, No. 4, pp.395-399(1969)
T. Kamosawa, 'Investigation on Tracking Deterioration using Electron Spin Resonance', 3rd ICPADM, pp.305-308(1991)
G. Biegelmeier, 'Discrimination and Nuisance Tripping of Residual Current- Operated Devices in Domestic and Similar Installations', IEEE Third International Conference, pp.42-49(1988)
IEC Publ. 112, 'Recommended Method for Determining Comparative Tracking Index of Solid Insulating Materials under Moist Conditions', 2nd Ed.(1971)
ASTM D 3638, 'Standard Test Method for Comparative Tracking Index of Electrical Insulating Materials'

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