[논문]나사조임토크에 따른 전선접속부의 열적특성에 관한 연구

김시국; 지승욱; 박상민; 이춘하

doi:10.7731/kifse.2012.26.4.082

나사조임토크에 따른 전선접속부의 열적특성에 관한 연구
A Study on the Thermal Characteristics of Wire Connection Part Depending on the Screw Torque 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.26 no.4, 2012년, pp.82 - 88

김시국 (호서대학교 소방방재학과) , 지승욱 (호서대학교 소방방재학과) , 박상민 (호서대학교 소방방재학과) , 이춘하 (호서대학교 소방방재학과)

초록
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본 논문은 나사조임 단자대에 접속되는 전선접속부의 나사조임토크에 따른 열적특성을 분석하고자, 나사조임토크를 KS C 2625에서 규정한 정상조임토크와 시공불량 및 경년변화 등의 원인으로 인해 나사조임의 풀림으로 발생될 수 있는 이상조임토크를 실험의 변수로 하였다. 이때, 정상조임토크와 이상조임토크에 동일한 부하를 인가한 후, 열화상카메라를 이용하여 전선접속부의 열적특성을 측정한 후 비교 분석하였다. 도출된 결과를 바탕으로 향후 전기안전점검 시 단자대 접속개소의 조임토크 불량으로 인한 발열을 사전에 감지하고, 전기화재의 위험성이 나타날 가능성을 최소화 할 수 있는 대책자료로 활용하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

To analyze the thermal characteristics of wire connection part that is connected to a screw-clamping terminal block depending on screw torque, the normal screw torque defined in KS C 2625 and the abnormal screw torque that can occur due to loosened screws resulting from defective work or aged deterioration were used as experimental variables. After the same load was applied to normal and abnormal screw torques, the thermal characteristics of the wire connector were measured and compared with a thermal imaging camera. The findings from this study will be used to detect heating due to defective screw torque at terminal block connections during electric safety inspection in the future and minimize the hazard of electric fire.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한, 각 단자대에는 허용전류이내의 정상전류를 인가한 후 열화상카메라를 이용하여 정상조임토크와 이상조임토크에 따른 열적특성을 측정하였다. 도출된 결과를 바탕으로 단자대 전선접속부의 조임토크에 따른 화재발생 가능성을 분석하고자 한다.
따라서 본 논문에서는 나사조임토크에 따른 전선접속부의 열적특성을 분석하고자, 단자대(10 A, 20 A, 30 A)와 배선용 절연전선(1.5 mm², 4 mm², 6 mm²)을 실험시료로 선정하고, 나사조임토크를 KS C 2625(공업용 단자대)에서 규정한 정상조임토크와 시공불량 및 경년변화 등의 원인으로 인해 나사조임의 풀림으로 발생될 수 있는 이상조임토크를 실험의 변수로 실시하였다. 또한, 각 단자대에는 허용전류이내의 정상전류를 인가한 후 열화상카메라를 이용하여 정상조임토크와 이상조임토크에 따른 열적특성을 측정하였다.

제안 방법

5 mm², 4 mm², 6 mm²)을 실험시료로 선정하고, 나사조임토크를 KS C 2625(공업용 단자대)에서 규정한 정상조임토크와 시공불량 및 경년변화 등의 원인으로 인해 나사조임의 풀림으로 발생될 수 있는 이상조임토크를 실험의 변수로 실시하였다. 또한, 각 단자대에는 허용전류이내의 정상전류를 인가한 후 열화상카메라를 이용하여 정상조임토크와 이상조임토크에 따른 열적특성을 측정하였다. 도출된 결과를 바탕으로 단자대 전선접속부의 조임토크에 따른 화재발생 가능성을 분석하고자 한다.
본 논문은 나사조임토크에 따른 전선접속부의 열적특성에 관한 연구로써, 나사조임토크를 KS C 2625에서 규정한 정상조임토크와 정상조임토크 미만인 인위적인 이상조임토크를 변수로 설정하고 단자대별 허용전류내의 정상전류를 인가한 후, 열화상카메라를 이용하여 전선접속부의 열적특성을 비교·분석해 본 결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
5 A에서 최대 30 A까지 부하 크기별로 각각 30분씩 인가하였다. 이 때, 정상조임토크인 Zone A와 이상조임토크인 Zone B에서 발생하는 열적특성을 비교하기 위해 열화상카메라를 이용하여, Zone A와 Zone B의 최대온도를 측정한 후 온도차(T_D=T_A−T_B)를 구하였다. 또한, 실험의 재현성 및 정확성을 기하기 위해 전선을 나사와 부스바 사이에 접속시킬 때 최대한 동일접촉상태를 유지하도록 하였다.

대상 데이터

Figure 1은 실험에 사용한 단자대(TB; Terminal block)를 나타낸 것으로 가장 일반적으로 사용되고 있는 10 A(10 P), 20 A(4 P), 30 A(4 P) 단자대를 사용하였다. 단재대의 구성은 나사와 와셔, 부스바(Bus bar) 그리고 절연물로 구성되어 있으며, 전선을 나사와 부스바 사이에 접속시켜 실험을 실시하였다.
Figure 2는 실험에 사용한 전선의 사진 및 규격을 나타낸 것으로 전기설비에 일반적으로 사용되는 배선용 절연전선(KS C IEC 60227-3) 3종을 사용하였다.
Table 1은 실험에 사용한 토크드라이버(RTD, Tohnichi Co., Japan)의 사양을 나타낸 것으로써 단자대 접속부 나사에 정상조임토크와 이상조임토크를 가하는데 사용하였다.
Table 2는 실험에 사용한 열화상카메라(Ti32, Fluke Co., USA)의 사양을 나타낸 것으로써 정상전류 인가시 정상조임토크와 이상조임토크로 설정된 단자대 접속부의 열적특성을 측정하는데 사용하였다.
Figure 1은 실험에 사용한 단자대(TB; Terminal block)를 나타낸 것으로 가장 일반적으로 사용되고 있는 10 A(10 P), 20 A(4 P), 30 A(4 P) 단자대를 사용하였다. 단재대의 구성은 나사와 와셔, 부스바(Bus bar) 그리고 절연물로 구성되어 있으며, 전선을 나사와 부스바 사이에 접속시켜 실험을 실시하였다.

이론/모형

Table 3은 실험의 조건을 나타낸 것으로 KS C 2625에서 규정한 단자대별 정상조임토크를 기준(100 %)으로 한 후 정상조임토크의 80 %, 60 %, 40 %, 20 %, 5 %에 해당하는 토크를 이상조임토크로 설정하였다. 또한, 각 단자대별 허용전류에 따라 접속 가능한 전선을 분류하여 실험을 실시하였다.

성능/효과

나사조임토크 및 전류에 따른 온도차 측정실험결과 정상조임토크의 40 % 이상인 이상조임토크를 가하였을 경우 전선접속부 Zone A와 Zone B의 온도차 T_D 값이 다소 적었지만, 정상토크의 40 % 미만인 이상조임토크를 가하였을 경우 온도차 T_D 값의 차이가 크게 증가하고, T_D 값이 최대 19 ℃까지 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 단자대 허용전류의 60 % 이하인 정상전류를 인가하였을 경우에는 온도차 T_D 값이 다소 적었지만, 허용전류의 60 % 초과인 전류를 인가하였을 경우에는 온도차 T_D 값의 차이 크게 발생하는 것으로 나타났다.
정상조임토크의 40 % 이상인 이상조임토크를 가하였을 경우 전선접속부의 Zone A(정상조임토크)와 Zone B(이상조임토크)의 온도차 T_D 값이 적었지만, 정상토크의 40 % 미만인 이상조임토크를 가하였을 경우 온도차 T_D 값이 크게 증가하여 본 연구에서는 T_D 값이 최대 19 ℃까지 나타났다. 또한, 단자대 허용전류의 60 % 이하인 정상전류를 인가하였을 경우에는 온도차 T_D 값이 적었지만, 허용전류의 60 % 초과하는 전류를 인가하였을 경우에는 온도차 T_D 값이 크게 증가하는 것으로 나타났다.
2 ℃까지 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 실험 결과에서 나온 65.2 ℃는 전선의 허용온도인 70.0 ℃에 미치지는 못하지만, 허용전류를 초과한 과전류가 흐르거나 시간이 장시간 지속된다면 Joule 열(H[cal]=0.24I²Rt)에 의한 국부적인 온도상승이 더욱 커져 전선피복을 용융시키고 부착된 가연물과 함께 출화되어 전기화재로 이어질 가능성이 높아질 것으로 판단된다.
실험결과 정상조임토크 기준보다 나사조임토크의 크기가 적으면 적을수록 발열특성이 커지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 본 실험의 경우 안전을 고려하여 전류와 시간을 제한하여 실험하였지만, 이상조임토크로 접촉불량이 발생된 단자대에 허용전류를 초과한 과전류가 흐르거나 시간이 장시간 지속된다면 Joule 열(H=0.
2. 온도차 T_D 값이 가장 크게 발생한 전선접속부를 30분 동안 관찰한 결과 최대 65.2 ℃까지 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 실험 결과에서 나온 65.
1. 정상조임토크의 40 % 이상인 이상조임토크를 가하였을 경우 전선접속부의 Zone A(정상조임토크)와 Zone B(이상조임토크)의 온도차 T_D 값이 적었지만, 정상토크의 40 % 미만인 이상조임토크를 가하였을 경우 온도차 T_D 값이 크게 증가하여 본 연구에서는 T_D 값이 최대 19 ℃까지 나타났다. 또한, 단자대 허용전류의 60 % 이하인 정상전류를 인가하였을 경우에는 온도차 T_D 값이 적었지만, 허용전류의 60 % 초과하는 전류를 인가하였을 경우에는 온도차 T_D 값이 크게 증가하는 것으로 나타났다.

후속연구

이상과 같은 결과 건물시공 시 단자대 조임토크의 규정 준수가 필요할 것으로 생각되고, 또한 시공 시 정상조임토크로 시공을 하였어도 경년에 따른 환경적인 요인에 의해 조임토크가 풀려 접촉불량이 발생할 수가 있기 때문에 향후 전기안전점검 시 단자대 접속개소의 조임토크 불량으로 인한 발열을 사전에 감지하고, 화재위험성이 나타날 가능성을 최소화 할 수 있는 대책자료로 활용하고자 한다.

참고문헌 (6)

C. H. Lee, S. J. Jee and S. K. Kim, "A Study on the Fire Risk Depending on the Partial Disconnection in Plug", Proceedings of 2010 Spring Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 133-134 (2010).
H. K. Kim, D. W. Kim, H. S. Choi, Y. S. Choi and C. S. Choi, "A Study on the Abnormal Heating of Circuit Breaker in Panel Board by Poor Connection", Proceedings of 2008 Spring Annual Conference, Korean Institute of Electrical & Electronic Material Engineers, pp. 10-14 (2008).
D. W. Kim, H. W. Moon, H. K. Kim, H. J. Gil, D. O. Kim and K. Y. Lee "Analysis of Heat Characteristics and Fire Risks of Circuit Breakers in Panel Board according to the Variations of Tightness Torques", Proceedings of 2009 Fall Annual Conference, Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 128-129 (2009).
D. W. Kim, K. Y. Lee, H. W. Moon, H. K. Kim and C. S. Choi, "Fire Hazard Analysis of MCCB Terminals in Resistance Load by Connection Failure", Proceedings of 2007 Spring Annual Conference, Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 88-90 (2007).
C. H. Lee, J. Ok and B. D. Kwon, "A Study on the Fire Cause Analysis of Motor Damage", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 21, No. 4, pp. 59-64 (2007).
S. K. Park, J. C. Lee and Y. J. Kim, "Effects of Contact Resistance on temperature Rise in a MCCB", Journal of Korean Socity for Energy Engineering, Vol. 13, No. 1, pp. 12-19 (2004).

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

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