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논문 상세정보

아크사고 발생 시 전압 왜형파를 이용한 아크차단기 개발

Development of Arc Fault Circuit Interrupter Using the Distorted Voltage Wave in Electric Arc Faults

Abstract

The major causes of electrical fire are classified to short circuit fault, overload fault, electric leakage and electric contact failure. The principal factor of the fire is electric arc or spark accompanied with such electric faults. Earth Leakage Circuit Breaker (ELB) and Molded_case Circuit Breaker (MCCB), that is, Residual Current Protective Devices (RCDs) used on low voltage distribution lines cut off earth leakage and overload, but the RCD can not cut off electric arc or spark to be a major factor of electrical fire. As the RCDs which are applied in low voltage distribution panel are prescribed to rated breaking time about 30[ms] (KS C 4613), the RCDs can't perceive to the periodic electric arc or spark of more short wavelength level. To improve such problems, this paper studies on an arc fault circuit interrupter (AFCI) using the distorted voltage wave in electric arc faults. The proposed voltage sensing type AFCI is an electrical fire prevention apparatus of new conception that operates a circuit breaker with sensing the instantaneous voltage drop of line voltage at electrical faults occurrence. The proposed AFCI is composed of control circuit topology using some semiconductor switching devices. Some experimental tests of the proposed AFCI confirm practicality and the validity of the analytical results.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전기화재
전기화재 발생 시 대다수의 경우를 차지하는 원인은 무엇인가?
순간적인 단락사고에서 동반되는 아크(electric arc)나 스파크(spark)에 의한 주변 가연물질로 확대되는 2차적 영향에 의한 화재

특히 전기화재의 위험성은 이러한 1차적인 원인보다는 순간적인 단락사고에서 동반되는 아크(electric arc)나 스파크(spark)에 의한 주변 가연물질로 확대되는 2차적 영향에 의한 화재가 대다수이다[3, 4]. 이러한 전기화재를 예방하여 전체 화재건수를 줄이는 것이 화재로부터 국민을 보호하는 중요한 정책수단이 됨을 알 수 있다.

RCDs
RCDs가 아크나 스파크현상에 대한 차단기능이 거의 없는 이유는 무엇인가?
분전반에 적용되는 각종 차단기 및 RCD의 경우 정격차단시간이 30ms (국내, KS C 4613)로 정해져 있어, 더욱 짧은 폭의 레벨로 주기적으로 발생하는 아크나 스파크를 감지하지 못하기 때문이다. 또한 기존 차단기들의 동작메커니즘이 과전류트립 전자(electromagnetic) 방식이나 바이메탈(bimetal) 열동방식 구조에 의해 동작되므로 그 동작 속응성과 신뢰성에 문제점을 가진다

이들 RCDs는 누전과 과전류사고를 감지하여 차단하는 성능은 우수하나, 직접적인 전기화재의 위험요소인 단락 및 접속․접촉불량 사고에 의한 아크나 스파크 현상에 대한 차단기능은 거의 없는 것으로 분석되었다[6, 7]. 이것은 분전반에 적용되는 각종 차단기 및 RCD의 경우 정격차단시간이 30ms (국내, KS C 4613)로 정해져 있어, 더욱 짧은 폭의 레벨로 주기적으로 발생하는 아크나 스파크를 감지하지 못하기 때문이다. 또한 기존 차단기들의 동작메커니즘이 과전류트립 전자(electromagnetic) 방식이나 바이메탈(bimetal) 열동방식 구조에 의해 동작되므로 그 동작 속응성과 신뢰성에 문제점을 가진다.

단락사고와 누전사고
가정이나 산업현장 등에서 단락사고와 누전사고를 방지하기 위해 설치해야 하는 것은 무엇인가?
배선용차단기(MCCB) 및 누전차단기(ELB)를 사용하여 방지하도록 전기설비기술기준으로 정하고 있으며, 최근에 기준화된 “과부하겸용 누전차단기 (RCD)의 설치가 대중화되어 있다

가정이나 산업현장 등의 저압 배전계통에 있어, 단락사고와 누전사고를 방지하기위해 배선용차단기(MCCB) 및 누전차단기(ELB)를 사용하여 방지하도록 전기설비기술기준으로 정하고 있으며, 최근에 기준화된 “과부하겸용 누전차단기 (RCD)의 설치가 대중화되어 있다[5]. 이들 RCDs는 누전과 과전류사고를 감지하여 차단하는 성능은 우수하나, 직접적인 전기화재의 위험요소인 단락 및 접속․접촉불량 사고에 의한 아크나 스파크 현상에 대한 차단기능은 거의 없는 것으로 분석되었다[6, 7].

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참고문헌 (7)

  1. NEMA, "National Fire Statistics Analyses", 2011. 
  2. KESCO, "Electric Disaster Statistics Analyses", 2011. 
  3. D. K. Kwak, "Development of RCD Auxiliary Trip Device by using High Precision Current Sensor", Trans. of KIEE, Vol. 58, No. 8, pp. 1532-1537, 2009. 
  4. S. I. Lee, J. G. Yoo, J. C. Park, and G. H. Choe, "Design and Development of Distorted Source Device for Circuit Breakers Failure Analysis", Trans. of KIPE, Vol. 11, No. 5, pp. 480-488, 2006. 
  5. LSIS co., and Cheil Electric co., "Technical Data of ELB and MCCB", 2010. 
  6. K. W. Kang, M. O. Yoon, S. H. Gu, and Y. J. Song, "A Study on the Reliability Improvement Plan on Electric Leakage & Ground Fault of Low-voltage Electrical Line", Journal of Korea Institute of Fire Sci. & Eng., Vol. 25, No. 6, pp. 136-145, 2011. 
  7. D. K. Kwak, J. H. Kim, and B. S. Lee, "Development of Prevention Apparatus for Short-Circuit Faults Using the Line Voltage Drop of Neutral Wire", Trans. of KIEE, Vol. 61, No. 12, pp. 1953-1958, 2012. 

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