[논문]전동기 소손에 대한 화재 원인 분석에 관한 연구

이춘하; 옥경재; 권병덕

전동기 소손에 대한 화재 원인 분석에 관한 연구
A Study on the Fire Cause Analysis of Motor Damage 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.21 no.4, 2007년, pp.59 - 64

이춘하 (호서대학교 소방방재학과) , 옥경재 (호서대학교 소방방재학과) , 권병덕 (호서대학교 소방방재학과)

초록
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본 논문은 전동기에 발생하는 화재에 대한 연구로서, 일반가전제품에 사용되고 있는 단상유도전동기에 과부하 및 외부화염을 가하여 그 변형 및 파손상태를 비교 분석하였다. 실험은 전동기의 구속을 통한 과부하 시험과 외부에서 화염을 가하는 실험으로 진행하였으며, 외부화염 시험의 경우 전압을 인가한 경우와 인가하지 않은 경우로 구분하였다. 실험결과 구속을 통한 과부하 시험의 경우 권선부분에서 층간 단락흔을 관찰할 수 있었고, 권선부분의 조직에서는 과부하에 의해 변형된 전선의 특징인 나무줄기 형상의 수지상 조직이 나타났다. 전압을 인가한 상태에서 외부화염을 가한 경우 고정자 권선부분의 코일이 원형을 유지하고 있는 것을 확인할 수 있었고, 권선주변의 색이 붉게 변색된 것을 볼 수 있었다. 전압을 인가하지 않고 외부화염을 가한 경우 고정자 권선부분의 코일이 원형에서 많이 변형된 것을 관찰할 수 있었고, 권선 주변의 색은 전압을 인가한 경우와 마찬가지로 붉게 변색된 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

We studied on the fires about the electrical motors in this paper. We compared and analyzed about the transformation and damage state of single-phase induction motors used in the home appliances when we applied electrical overload and exterior flame. This experiment was progressed by the electrical overload application test and the exterior flame application test through the locked rotor of motor. In case of the exterior flame application test, it is divided into the apply voltage case and not apply voltage case. The result of an experiment through the locked rotor of motor, it was able to observe the short-circuit marks between layers at the winding coil parts, and it was appeared a transformed dendritic tissue structure of winding coil by the electrical overload test. The application voltage and the application exterior flame, it was confirmed that the stator winding coil parts were remain original shapes and observed that the color of the winding coil's circumference was changed to red. The non-application voltage and the application exterior flame, it was observed that the stator winding coil parts were transformed quite from original shapes. It was observed that the color of the winding coil and circumference parts was changed to red at the same case of non-application voltage.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 가장 많이 사용되고 있는 전기기기의 한가지인 단상 유도전동기의 구속운전에 의한 과부하와 외부 화염에 의한 전동기의 소손에 의해 발생하는 화재 진행 과정을 재현하고 그 결과를 분석하여 전기화재의 원인 규명을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.

제안 방법

7)전동기의 과부하 실험을 실시하기 위하여 첫 번째 경우인 전동기의 회전자가 회전을 하지 못하도록 구속 시험을 진행하였다. 실험은 구속운전을 시작하여 전동기에 발화가 되거나 설치된 차단기(ELCB : leakage current circuit breaker)가 작동이 될 때까지 진행하였으며, 전동기의 구속은 전동기의 몸체와 회전자를 vise로 고정시킨 후 전동기를 동작하였다.
전원을 인가하고 전동기를 작동한 후부터 발화에 이르기까지의 시간을 측정하였으며, 전동기의 허용 온도 이상으로의 온도상승을 방지하기 위한 안전장치(Bimetal)는 제거하여 실험을 진행하였다. 또한 전원측으로의 사고파급을 차단하기 위하여 차단기(AC 220V, 정격전류 30A)를 설치하였다.
연소 초기에 원활한 연소를 위하여 알코올 1리터를 바닥에 붓고 점화하였으며, 안전을 고려해 차단기 (AC 220V, 정격전류 30A)를 설치하였다. 또한 화염에 의해 전선이 먼저 소손되어 전동기의 회전자가 구동을 멈추는 것을 막기 위하여 쇠파이프 관을 이용하여 전선을 관속에 통과시켜 연결하였다. 실험은 가연물에 점화후 15분 동안 화염을 가한 후 전동기에 잔염이 없어 질 때까지 진행하였다.
또한 화염에 의해 전선이 먼저 소손되어 전동기의 회전자가 구동을 멈추는 것을 막기 위하여 쇠파이프 관을 이용하여 전선을 관속에 통과시켜 연결하였다. 실험은 가연물에 점화후 15분 동안 화염을 가한 후 전동기에 잔염이 없어 질 때까지 진행하였다.
⁷⁾전동기의 과부하 실험을 실시하기 위하여 첫 번째 경우인 전동기의 회전자가 회전을 하지 못하도록 구속 시험을 진행하였다. 실험은 구속운전을 시작하여 전동기에 발화가 되거나 설치된 차단기(ELCB : leakage current circuit breaker)가 작동이 될 때까지 진행하였으며, 전동기의 구속은 전동기의 몸체와 회전자를 vise로 고정시킨 후 전동기를 동작하였다. 전원을 인가하고 전동기를 작동한 후부터 발화에 이르기까지의 시간을 측정하였으며, 전동기의 허용 온도 이상으로의 온도상승을 방지하기 위한 안전장치(Bimetal)는 제거하여 실험을 진행하였다.
외부 화염에 의한 소손 실험은 전압을 인가한 경우와 인가하지 않은 경우로 구분하여 실시하였으며, 전압 인가 여부 외에는 모두 동일한 조건으로 실험을 진행하였다.
실험은 구속운전을 시작하여 전동기에 발화가 되거나 설치된 차단기(ELCB : leakage current circuit breaker)가 작동이 될 때까지 진행하였으며, 전동기의 구속은 전동기의 몸체와 회전자를 vise로 고정시킨 후 전동기를 동작하였다. 전원을 인가하고 전동기를 작동한 후부터 발화에 이르기까지의 시간을 측정하였으며, 전동기의 허용 온도 이상으로의 온도상승을 방지하기 위한 안전장치(Bimetal)는 제거하여 실험을 진행하였다. 또한 전원측으로의 사고파급을 차단하기 위하여 차단기(AC 220V, 정격전류 30A)를 설치하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 전동기는 가정용 전기제품인 세탁기, 선풍기, 환풍기 등에 사용되는 단상 유도전동기를 각각 10개를 사용하였으며 Table 1에 그 규격을 나타내었다. 실험시 주변 환경은 사고시와 비슷한 조건을 주기 위해 상온(온도 24℃, 습도 43%)의 실내에서 진행하였다.
외부화염을 가하기 위한 가연물로는 건조한 틀합판 3.9 kg 3개, MDF 1.4 kg (600 mm X 600 mm X 3 mm)를 사용하였고, 전동기를 가연물 위쪽에 위치하도록 하였다. 연소 초기에 원활한 연소를 위하여 알코올 1리터를 바닥에 붓고 점화하였으며, 안전을 고려해 차단기 (AC 220V, 정격전류 30A)를 설치하였다.

성능/효과

(c)는 전압을 인가하지 않고 외부 화염을 가한 것으로서, 권선의 에나멜 피복이 완전히 탄화되었으며, 권선 부가 전압을 인가한 경우보다 더욱 심하게 변형되었고, 붉은 색으로 변색된 것을 확인할 수 있었으며 권선 부분에 층간단락 현상은 발생되지 않았다.
1) 전동기의 외형 분석 결과 권선부의 형태 및 색상이 구속에 의한 과부하를 인가한 경우와 외부 화염을 인가한 경우가 서로 상이하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
2) 권선부분의 조직분석 결과 구속에 의한 과부하를 인가한 경우 정상적인 전동기의 권선에 비해 권선의 조직 결정이 많이 성장하고, 과부하에 의해 변형된 전선의 특징인 나무줄기 형상의 수지상 조직이 형성되었으며, 또한 결정의 경계가 뚜렷하게 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 외부 화염을 인가한 경우 결정의 경계가 불분명하고 조직 내에 불규칙적인 기공이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
3) 권선부분의 표면 분석 결과 정상적인 전동기의 권선은 전선의 제조과정에서 생성되는 일정한 방향의 연신 구조가 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 과부하와 외부 화염을 인한 권선은 공통적으로 표면 부분의 산화로 인해 불규칙적인 적층이 발생되는 것을 알 수 있었다. 단 과부하에 의한 경우 권선표면이 갈라지는 현상을 볼 수 있었다.
확인할 수 있었다. 그리고 권선부위에 외부 화염에 의한 단락흔 발생되었으며, 에나멜 피복이 모두 탄화되어 소실된 것을 확인할 수 있었다.
(b)는 과부하에 의해 소손된 권선부분을 나타낸 것으로 조직이 정상적인 것에 비해 상당이 크기가 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 과부하에 의해 변형된 조직의 특징인 나무줄기 형상의 수지상 조직⁸⁾이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 전체적으로 결정의 경계가 명확하며 조직의 형태가 중앙부의 조직이 외부의 조직에 비해 크게 형성이 되는 것을 알 수 있었다. (c)는 전압을 인가한 상태에서 외부 화염을 가한 것으로서 결정의 형상이 불분명하고 조직 내에 기공이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.

참고문헌 (8)

최충석, 송길목, 김형래, 김향곤, 김동욱, 김동우, 'Standby Mode에서 출화된 콘센트의 화염 패턴 및 전기적 특성에 관한 연구', 한국화재소방학회지, Vol.16, No.1, pp.39-44(2002)
인천소방본부 화재조사팀, 현장실무자를 위한 화재원 인 조사기법, pp.327-330,(2003)
안두수, 박용관 공역, 신편전기공학, 영설출판사, pp.185-187(1994)
최동진 역, 전기공학, 학문사, pp.151-160(1993)
윤현국, 단상 유도전동기의 기동특성개선에 관한 연구, 조선대학교 산업대학원(1997)
김윤회, 발화원의 감정, 한국화재보험협회, 방재와 보험 96호, pp34-42(2003)
KS C 4202 : General Low Voltage Three-phase Induction Motors(2000)
김만건, 김진표, 전기화재 감식공학, 성안당, pp.304-312(2006)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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