본 연구에서는 외부화염에 의한 비닐코드의 손상에 따른 단락 진행과정, 외형 및 표면 구조,조성 변화 등 단락 특성을 연구하였다. 초고속이미지시스템(HSIS)을 이용하여 단락과정을 분석한 결과, 열적피로에 의해 피복이 소실되면서 전선 도체가 닿아 수회에 걸쳐 단락이 발생하였으며. 실체현미경과 SEM을 이용하여 외형과 표면구조를 분석한 결과, 전원 측 전선은 두 가닥 모두에 용융흔이 형성되었으며 V자형의 흠을 나타냈다. 부하 측 전선의 용융흔은 전원 측 보다 큼을 알 수 있었다. EDX에 의한 조성분석 결과. 전원 측에서는 Cu와 O가 검출되었으며 부하 측에서는 Cu와 O 이외에 피복재료인 Cl과 Ca를 검출할 수 있었다. 이와 같은 실험과 분석결과를 바탕으로 전기화재의 원인을 규명하는데 많은 도움이 될 것으로 기대한다.
본 연구에서는 외부화염에 의한 비닐코드의 손상에 따른 단락 진행과정, 외형 및 표면 구조,조성 변화 등 단락 특성을 연구하였다. 초고속이미지시스템(HSIS)을 이용하여 단락과정을 분석한 결과, 열적피로에 의해 피복이 소실되면서 전선 도체가 닿아 수회에 걸쳐 단락이 발생하였으며. 실체현미경과 SEM을 이용하여 외형과 표면구조를 분석한 결과, 전원 측 전선은 두 가닥 모두에 용융흔이 형성되었으며 V자형의 흠을 나타냈다. 부하 측 전선의 용융흔은 전원 측 보다 큼을 알 수 있었다. EDX에 의한 조성분석 결과. 전원 측에서는 Cu와 O가 검출되었으며 부하 측에서는 Cu와 O 이외에 피복재료인 Cl과 Ca를 검출할 수 있었다. 이와 같은 실험과 분석결과를 바탕으로 전기화재의 원인을 규명하는데 많은 도움이 될 것으로 기대한다.
In this paper, we studied on the short-circuit process, surface structure, and component variation of vinyl cords. In the results of high speed imaging system (HSIS) analysis, as soon as wire covering was damaged by heat, the conductor of wire came in contact with the other conduct of wire, and the ...
In this paper, we studied on the short-circuit process, surface structure, and component variation of vinyl cords. In the results of high speed imaging system (HSIS) analysis, as soon as wire covering was damaged by heat, the conductor of wire came in contact with the other conduct of wire, and the short-circuit occurred. Stereomicroscope and SEM analysis indicated that the source part of wire showed V-type form. The molten beads of load part were bigger than those of source part. In the results of EDX analysis, Cu and O were detected in the source part, whereas covering material (Cl, Ca), Cu and O were detected in the load part. The results will help us to find out the cause of electrical fire.
In this paper, we studied on the short-circuit process, surface structure, and component variation of vinyl cords. In the results of high speed imaging system (HSIS) analysis, as soon as wire covering was damaged by heat, the conductor of wire came in contact with the other conduct of wire, and the short-circuit occurred. Stereomicroscope and SEM analysis indicated that the source part of wire showed V-type form. The molten beads of load part were bigger than those of source part. In the results of EDX analysis, Cu and O were detected in the source part, whereas covering material (Cl, Ca), Cu and O were detected in the load part. The results will help us to find out the cause of electrical fire.
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문제 정의
또한, 소손된 전선의 물리 . 화학적 특성을 입체 분석하여 전기재해 원인 분석의 과학화에 기여하고자 한다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 일반 사용 환경과 유사한 벽면모델을 설정하고 전원대기 상태(standby mode)에서 외부화염이 설비의 전원선에 가해졌을 경우를 모델링 한 것으로 일체형 비닐코드 절연물이 소손되고 단락이 발생하면서 화재가 확산되는 과정을 초고속 이미지 시스템을 도입하여 해석하였다. 또한, 소손된 전선의 물리 .
벽면은 가로 600 mm, 세로 300 mm의 단위 블록으로 나누어 베크라이트를 각각 부착하여 구성하였다. 콘센트는 바닥면에서 110 cm 위치에 설치하였으며, 제어부에는 배선용차단기 (MCCB), 커버 나이프스위치 (CKS), 누전 차단기 (RCD)를 순차적으로 설치하였다.
실험은 벽면의 콘센트에 일체형 비닐 코드를 설치하고 전원 대기 상태에서 실험전선에 외부에서 화염을 인가하였다. 일체형 비닐 코드에 화염을 인가한 위치는 코드의 길이를 고려하여 플러그에서 약 80 cm 떨어진 부분에 가했으며, 토치와 비닐 코드의 이격거리는 5 cm로 하였다.
실험은 벽면의 콘센트에 일체형 비닐 코드를 설치하고 전원 대기 상태에서 실험전선에 외부에서 화염을 인가하였다. 일체형 비닐 코드에 화염을 인가한 위치는 코드의 길이를 고려하여 플러그에서 약 80 cm 떨어진 부분에 가했으며, 토치와 비닐 코드의 이격거리는 5 cm로 하였다. 이때 실험조건은 온도 15~18.
C 습도 50〜55%였다. 또한, 화재 진행 및 단락 현상은 초고속 이미지 시스템(HSIS, HG-100K, Redlake, USA)으로 취득하였으며, 실체현미경(SV-11, Carlzeiss, Germany)을 이용하여 외형을 분석하였으며, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, JSM-6400, JEOL, Japan)과 에너지 분산형 X선 분석기(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, ISIS, Oxford, England)를 이용하여 표면구조와 조성변화 등을 분석하였다.
일반 사용 환경과 유사한 벽면모델을 설정하고 외부 화염이 인가하여 일체형 비닐코드의 절연물이 소손되고 전기적인 단락이 발생하면서 화재로 확산되는 과정을 종합적으로 해석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 초고속이미지 시스템에 의한 분석결과, 외부화염에 의해 비닐코드 피복이 용융, 탄화하여 전기적 단락으로 이어졌으며 화재발생 가능성이 높은 것으로 나타났다. 또한 외부화염에 의한 전기적 단락과정은 매우 규칙적이며 단락 후 섬광, 용단 및 비산, 부하 측 전선의 이탈 순으로 진행되었다.
대상 데이터
1은 실험에 사용된 벽면 모델의 개략도를 나타낸 것이다. 일체형 비닐 코드의 화재 확산 과정 및 소손 원인을 규명하기 위해 220V, 비접지형 비닐코드 (VCTFK, L25mn?X2C)를 사용하였다. 비닐 코드는 콘센트에 수직방향으로 설치하였다.
비닐 코드는 콘센트에 수직방향으로 설치하였다. 실험장치는 벽면, 제어부, 데이터 취득부 등으로 구성되었다. 벽면은 가로 1, 800mm, 세로 1, 500mm이며 철 구조로 되어 있다.
벽면은 가로 1, 800mm, 세로 1, 500mm이며 철 구조로 되어 있다. 벽면은 가로 600 mm, 세로 300 mm의 단위 블록으로 나누어 베크라이트를 각각 부착하여 구성하였다. 콘센트는 바닥면에서 110 cm 위치에 설치하였으며, 제어부에는 배선용차단기 (MCCB), 커버 나이프스위치 (CKS), 누전 차단기 (RCD)를 순차적으로 설치하였다.
3은 일체형 비닐코드가 외부화염에 의해 단락 되는 과정을 HSIS로 분석한 것이다. 실험에 사용된 누 전차단기는 정격전압 220 V, 정격전류 30 A, 정격차단 전류 1.5 kA, 정격감도전류 30 mA, 동작시간 0.03 sec 이다. Fig.
성능/효과
1) 초고속이미지 시스템에 의한 분석결과, 외부화염에 의해 비닐코드 피복이 용융, 탄화하여 전기적 단락으로 이어졌으며 화재발생 가능성이 높은 것으로 나타났다. 또한 외부화염에 의한 전기적 단락과정은 매우 규칙적이며 단락 후 섬광, 용단 및 비산, 부하 측 전선의 이탈 순으로 진행되었다.
2) 외부화염에 의한 단락시 전원 측과 부하 측 전선 에 나타난 용융흔의 V패턴과 두 전선이 용융형태를 통하여 전원 측과 부하 측의 구분이 가능하였다. 외부화염에 의해 절연물이 소손되고 단락된 전선의 부하 측 (load part)은 날카롭게 되어 있는 것을 확인할 수 있었고, 전원 측(source part)은 용융 망울이 연선의 표면에 부착되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
3) 전원 측 전선에 형성된 용융단면에 형성된 보이드 크기가 부하 측에 비해 컸으며 이는 부하 측과 달리 수회에서 수십 회의 단락현상에 의해 전원 측이 소손이 큰 것으로 판단된다.
4) 표면의 조성분석 결과, 단락시 공기 중의 산소가 용융흔의 표면에 남아 있었으며 세척 후에는 산소가 표면에서 검출되지 않음을 확인하였다.
5) 세척하지 않은 단락된 전원 측과 부하 측 전선 표면의 조성분석 결과, 전원 측에는 구리와 산소가 검출 되었으며, 부하 측에는 구리와 산소 이외에 절연피복 에서 분해된 것으로 판단되는 염소와 칼슘이 검출되었다.
2) 외부화염에 의한 단락시 전원 측과 부하 측 전선 에 나타난 용융흔의 V패턴과 두 전선이 용융형태를 통하여 전원 측과 부하 측의 구분이 가능하였다. 외부화염에 의해 절연물이 소손되고 단락된 전선의 부하 측 (load part)은 날카롭게 되어 있는 것을 확인할 수 있었고, 전원 측(source part)은 용융 망울이 연선의 표면에 부착되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
3(d)와 같이 용단된 후에는 전기적인 회로 구성이 되지 않아 더 이상 전기에너지의 공급은 이루어지지 않았으며 피복재료의 화재도 진행되지 않고 자연 소화되었다. 따라서 화재 진행의 가능성은 단락 후 섬광이 나타난 시점에서 비산되는 용융 망울에 의해 주변 가연물로 확산될 때 가능할 것으로 판단된다.
참고문헌 (8)
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