[논문]저압용 소형 관형퓨즈의 용단 특성에 관한 실험적 연구

지홍근; 김진표; 송재용; 최영우; 박찬성; 박남규; 길경석

doi:10.14346/jkosos.2013.28.5.15

[국내논문] 저압용 소형 관형퓨즈의 용단 특성에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on Melting Characteristics of Low-voltage Miniature Cartridge Fuse 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.28 no.5, 2013년, pp.15 - 20

지홍근 (국립과학수사연구원) , 김진표 (국립과학수사연구원) , 송재용 (국립과학수사연구원) , 최영우 (국립과학수사연구원) , 박찬성 (국립과학수사연구원) , 박남규 (국립과학수사연구원) , 길경석 (한국해양대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper dealt with melting characteristics of low-voltage miniature cartridge fuse used for 220 V electronic equipment. The experimental sample is low-voltage miniature cartridge fuse with rating of 250 V(3A) and size of $5{\times}20$ mm. In order to evaluate melting and scattering characteristics of the fuse, we applied to 8/20 ${\mu}s$ surge current, overload current and external thermal stress such as flame of fire. From the experimental results, the fuse element was melted and scattered by applied surge current(above 0.79 kA) and overload current(above 4.5 A). It was also attached to the inner surface of the fuse tube. The fuse element was attached as a thin film on inner surface of fuse tube when large surge current was applied. It was confirmed, however, the fuse element was not changed by external thermal stress such as flame and hot-air.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 가장 광범위하게 사용되고 있는 250 V, 3 A 정격의 소형 관형퓨즈(miniature cartridge fuse, 이하 유리관형 퓨즈로 표기함)⁷⁾ 중, 보호관이 유리로 구성된 유리관형 퓨즈를 대상으로 서지전류, 부하과전류 및 외부 열원에 의한 용단 실험을 실시하였으며, 용단 이후 형상에 대한 검사를 통하여 구체적인 용단 원인을 추정할 수 있는 실험적 연구를 수행하였다.

가설 설정

전기적 결함에 의해 전원퓨즈가 용단되는 경우, 퓨즈의 가용체를 통하여 흐르는 이상전류에 의한 전기적 발열로 용단 과정에서 비산되는 특징을 나타낸다. 전기적 요인에 의한 용단 비산되는 형상은 부하측 기기의 절연파괴 등에 의해 부하 과전류가 발생되는 경우와 외부 전원측으로부터 유입되는 서지(Surge)와 같은 이상전류에 의해 나타날 수 있다. Fig.

제안 방법

따라서 외부 열원에 의해 전원퓨즈가 어떻게 용단되는 지를 확인하기 위하여 외부 열원에 의한 퓨즈 용단 특성을 평가하였다. 실험에 적용한 외부 열원으로는 첫 번째로 실제 종이류를 태우는 과정에서 화염 속에 전원퓨즈를 직접 집어넣는 경우, 두 번째로 가스토치를 이용하여 전원퓨즈에 직접 고밀도의 화염을 인가하는 경우 및 세 번째로 열풍기를 이용하여 고온의 열풍을 공급하는 경우의 세 가지 부분에 대한 실험을 수행하였다.
먼저 외부에서 이상전압 및 전류가 유입되는 경우에 대한 평가를 위하여 IEC-61000-4-5에 명시된 표준 뇌임펄스 전압을 인가하고, 전원퓨즈를 통해 서지전류가 흐를 때 용단 특성을 평가하였다. 외부로부터 유입되는 이상전압 및 전류에 대한 모의를 위하여 최대 1.
본 논문에서는 저압용 전기기기에 광범위하게 사용되는 5×20 mm 크기의 250 V, 3 A 정격을 갖는 전원퓨즈의 용단 특성 및 형상에 대하여 비교 분석하였다.
이러한 퓨즈의 부하 과전류에 대한 용단 비산 특성 평가를 위하여 220 V의 상용전압을 인가한 상태에서 부하 전류 변화에 따른 전원퓨즈의 용단 특성 실험을 수행하였다. 부하 전류의 조정을 위하여 부하저항의 조절이 가능한 부하저항기(Load bank, 광전사 KJS-1R3, Korea)를 사용하였으며, 부하 전류의 크기를 0~15 A 범위에서 조정하여 부하 전류 크기에 따른 전원퓨즈의 용단 비산 특성을 평가하였다.
서지전압은 500 V부터 인가하였으며, 전압, 전류의 변화에 따른 가용체의 상태에 대하여 확인 및 분석하였다. 서지전류에 의한 퓨즈 용단 실험 결과, 1.
따라서 외부 열원에 의해 전원퓨즈가 어떻게 용단되는 지를 확인하기 위하여 외부 열원에 의한 퓨즈 용단 특성을 평가하였다. 실험에 적용한 외부 열원으로는 첫 번째로 실제 종이류를 태우는 과정에서 화염 속에 전원퓨즈를 직접 집어넣는 경우, 두 번째로 가스토치를 이용하여 전원퓨즈에 직접 고밀도의 화염을 인가하는 경우 및 세 번째로 열풍기를 이용하여 고온의 열풍을 공급하는 경우의 세 가지 부분에 대한 실험을 수행하였다.
전원퓨즈 후단의 부하측에서 전기적 결함이 발생되는 경우, 정상적인 조건보다 큰 전류가 흐르게 되어 최종적으로 퓨즈의 가용체가 용단된다. 이러한 퓨즈의 부하 과전류에 대한 용단 비산 특성 평가를 위하여 220 V의 상용전압을 인가한 상태에서 부하 전류 변화에 따른 전원퓨즈의 용단 특성 실험을 수행하였다. 부하 전류의 조정을 위하여 부하저항의 조절이 가능한 부하저항기(Load bank, 광전사 KJS-1R3, Korea)를 사용하였으며, 부하 전류의 크기를 0~15 A 범위에서 조정하여 부하 전류 크기에 따른 전원퓨즈의 용단 비산 특성을 평가하였다.

대상 데이터

따라서 본 연구에서는 퓨즈의 용단 특성 및 용단 이후 형상에 대한 평가를 위하여 가장 광범위하게 사용되는 250 V, 3 A, 5×20 mm 규격의 유리관형 퓨즈를 대상으로 평가하였으며, 서지전류, 부하 과전류 및 외부 열원에 대한 용단 형상 및 특성을 비교 분석하였다. 실험에 사용한 전원퓨즈의 모습은 Fig.
외부 열원에 의한 퓨즈의 용단 특성 실험에서 실험에 사용된 250 V, 3 A, 5×20 mm 규격의 유리관형 퓨즈에서는 인가되는 열원의 종류에 따라 유리관 및 캡 부분이 일부 열 변형되는 것 이외에 퓨즈의 가용체 등은 용단되지 않는 특성을 나타내었다.

이론/모형

퓨즈에 과전류가 흐르거나 화염과 같은 외부 열원에 노출되는 경우, 가용체에서 어떠한 변화가 발생되는지를 확인 하기 위하여 용단 실험에 이용한 전원퓨즈를 대상으로 SEM/ EDS(Scanning Election Microscopy ; 전자주사현미경/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy ; 에너지분산형분광분석법) 검사법을 이용하여 성분 변화를 분석하였다. 외적인 요인 발생 이후, 가용체의 성분 변화는 Fig.

성능/효과

먼저 서지전류 및 부하 과전류가 퓨즈의 가용체를 통해 흐르는 경우, 서지전류 8/20 µs 0.79 kA, 부하 과전류 4.5 A (정격의 150%) 이상의 과전류에서 용단 비산되는 특징을 나타내었다. 특히 과전류의 크기가 커질수록 비산되는 용융물의 양도 증가하는 경향을 나타내었으며, 서지전류가 커지는 경우, 용융 비산물이 박막 형태로 유리관 벽면에 넓게 도포되는 특징이 나타내는데 이러한 원인으로 X-ray 검사에서는 비산 흔적이 관찰되지 않는 특징을 나타낸다.
실험에 사용된 전원퓨즈의 경우, 화염이나 열풍 등의 외부 수열에 의해서는 유리관 및 캡 부분이 열변형되더라도 퓨즈의 가용체는 용융되지 않는 특징을 보이며, 전기적인 원인에 의해 용용 비산되는 것과 확연히 구분되는 특징을 나타내었다.
5 A (정격의 150%) 이상의 과전류에서 용단 비산되는 특징을 나타내었다. 특히 과전류의 크기가 커질수록 비산되는 용융물의 양도 증가하는 경향을 나타내었으며, 서지전류가 커지는 경우, 용융 비산물이 박막 형태로 유리관 벽면에 넓게 도포되는 특징이 나타내는데 이러한 원인으로 X-ray 검사에서는 비산 흔적이 관찰되지 않는 특징을 나타낸다. 따라서 화재현장에서 수거된 퓨즈에 대한 검사에서는 반드시 육안 검사, 도통 시험 및 X-ray 검사가 병행되어야 할 것으로 판단된다.

후속연구

특히 과전류의 크기가 커질수록 비산되는 용융물의 양도 증가하는 경향을 나타내었으며, 서지전류가 커지는 경우, 용융 비산물이 박막 형태로 유리관 벽면에 넓게 도포되는 특징이 나타내는데 이러한 원인으로 X-ray 검사에서는 비산 흔적이 관찰되지 않는 특징을 나타낸다. 따라서 화재현장에서 수거된 퓨즈에 대한 검사에서는 반드시 육안 검사, 도통 시험 및 X-ray 검사가 병행되어야 할 것으로 판단된다.
본 연구의 실험 결과는 향후 전기화재 현장에서 전기기기의 검사에 기본지침으로 활용 가능할 것으로 판단되며, 향후 다양한 퓨즈에 대한 실험적 연구를 진행하고자 한다.
퓨즈 가용체의 성분은 용단 원인이 되는 과전류에 따라 다소 상이한 특징을 나타내기는 하나 이는 표본수가 적고, 실제 화재 현장에서 수거한 퓨즈의 가용체에 대한 성분 변화 등에 대한 분석이 이루어지지 않은 상태로 가용체 성분 변화에 대해서는 현장에서 수거한 퓨즈 등을 대상으로 향후 비교 분석 연구를 진행하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전원퓨즈는 어떤 목적으로 삽입되는가?	일반적으로 전원퓨즈는 전기회로를 보호하기 위한 목적으로 전원 공급부에 삽입되며, 과전류 및 단락전류와 같은 이상전류가 발생하는 경우, 이상 전류에 의한 전기적 발열로 가용체가 용단 비산되면서 이상전류를 차단하는 기능을 수행한다. 가장 널리 이용되는 퓨즈는 Fig.
	전원퓨즈는 어떤 기능을 수행하는가?	일반적으로 전원퓨즈는 전기회로를 보호하기 위한 목적으로 전원 공급부에 삽입되며, 과전류 및 단락전류와 같은 이상전류가 발생하는 경우, 이상 전류에 의한 전기적 발열로 가용체가 용단 비산되면서 이상전류를 차단하는 기능을 수행한다. 가장 널리 이용되는 퓨즈는 Fig.
	전기화재 예방 및 방지를 위한 가장 보편적인 기술은?	다양한 전기기기의 사용 증가에 따라 전기화재의 위험성 또한 높아지는 실정이며, 전기화재 예방 및 방지를 위한 다양한 기술이 개발되어 적용되고 있다. 전기기기에 대한 가장 손쉽고 적극적인 화재 예방 및 방지대책의 한 가지는 전기기기의 전원 공급부에 과전류 방지용 퓨즈를 설치하는 것으로 220 V의 교류 상용전압을 사용하는 기기에는 대부분 전원퓨즈가 설치되어 있다.

참고문헌 (9)

W. F. Cooper, Electrical Safety Engineering, 3th Edition 1993.
A. A. Hattangadi, Electrical Fires and Failures, Mcgraw Hill 2000.
Marcus O. Durham, Robert , Rosemary Durham, Jason Coffin, Electrical Failure Analysis for Fire and Incident Investigations, Createspace, 2011.
C. H. Lee, S. K.. Kim and K. J. Ok, "A Study on the Causal Analysis of Electrical Fire by using Fuse", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 22, No. 1, pp. 24-28, 2008.
C. S. Choi, "Analysis of the Melting Characteristics of a Blade Type Fuse Used for Vehicles due to Overload", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 24, No. 2, pp. 38-43, 2010.
Y. H. Kim, "A Study on the Melting Characteristics of Fuse Element by Repeating Overcurrent", Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineering, Vol. 24, No. 2, pp. 120-126, 2010.

원문보기 상세보기
Korean Industrial Standards, KS C0503, Glossary of terms of fuses, 2002.
COOPER Bussmann Data sheet 2019, 5 ${\times}$ 20 mm fuses, 2010.
International Electrotechnical Commission, IEC 61000-4-5, Surge Immunity Test, pp. 60-77, 2002.

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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