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커넥터에서 접촉불량 발생시의 전압, 전류 및 온도 신호 특성 분석
Analysis of Voltage, Current and Temperature Signals for Poor Connections at Electrical Connector 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.29 no.2, 2014년, pp.12 - 17  

김상철 (세명대학교 보건안전공학과) ,  김두현 (충북대학교 안전공학과) ,  강신욱 (충북대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper is aimed to analyze the characteristics of simultaneous voltage, current and temperature signals for poor connection on electrical connector. In order to attain this purpose, detected were the current and voltage signals on electric wire with series arc, named arc signals, and also monito...

주제어

#series arc waveform   #THD   #RMS   #monitoring program   #LabVIEW  

AI 본문요약
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제안 방법

  • 또한 전선 접속부의 접 ⋅ 단(接 ⋅ 斷)을 통한 직렬아크를 발생시키고, 동시에 전압 및 전류의 파형패턴과 온도 데이터를 획득하였다. 도출된 신호를 바탕으로 전압, 전류 및 온도 센서의 활용방안을 제시하였다. 본 데이터는 전기화재 조사시에 접촉불량에 관련된 기초자료 및 접촉불량 감지기 개발에 활용 가능하다.
  • 따라서 본 연구에서는 토크게이지를 통하여 커넥터의 전선 접속부의 접촉불량 상태를 인위적으로 유도하였다. 또한 전선 접속부의 접 ⋅ 단(接 ⋅ 斷)을 통한 직렬아크를 발생시키고, 동시에 전압 및 전류의 파형패턴과 온도 데이터를 획득하였다.
  • Figure 4의 5)는 PC로 전압 및 전류의 SignalExpress와 온도의 FLIR R&D 소프트웨어를 설치하여 저장할 수 있도록 하였다. 마지막으로 전원 발생부는 ㈜우선 제어의 단상 부하저항기를 이용하였으며 가변하여 부하를 입력하였다. Figure 4는 전압, 전류 및 온도 측정장치를 나타내었다.
  • 전류값은 1A~4A를 각각 인가하였다. 전압, 전류 및 온도값을 동시에 측정하기 위하여 동일 PC에 측정할 수 있는 소프트웨어를 설치하였다. 전압 및 전류의 경우는 순시값, 온도는 실시간으로 동영상으로 저장이 가능하도록 하여 전류, 전압 및 온도값의 동시성을 강조하였다.
  • 5㎏f ⋅ ㎝ 이하의 접촉압력상태로 하였고, 정상상태와 같은 실험 조건을 입력하였다. 접촉불량 상태에서는 전압의 경우 전압강하와 파형패턴, 전류값은 파형패턴, 동시에 온도의 변화를 실시간으로 저장할 수 있도록 하였다. Figure 3은 전압, 전류 및 온도를 측정하기 위한 개략도를 나타내었다.
  • 정상 및 접촉불량 상태로 구분하여 아크 발생시의 전류, 전압, 온도 신호를 각각 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 정상 작동 실험은 커넥터의 접속단자부의 토크를 5㎏f ⋅ ㎝ 이상의 압력으로 하였고 진동을 유지하도록 하였다.

대상 데이터

  • 또한 전선 접속부의 접 ⋅ 단(接 ⋅ 斷)을 통한 직렬아크를 발생시키고, 동시에 전압 및 전류의 파형패턴과 온도 데이터를 획득하였다.
  • 1)로 정격용량 5㎸A의 전원발생기를 이용하여 상용전원인 220V로 유지하도록 하였다. 접촉불량 상태를 만들기 위하여 일본의 KANON의 토크 드라이브를 이용했으며, 접촉불량개소에 진동을 입력하기 위하여 Figure 4의 2)와 같이 15W, 3,000rpm(WONILL사)의 모터를 사용하였다. Figure 4의 3)은 전압 및 전류의 순시값과 파형패턴을 측정하기 위하여 전압은 tektronix의 전압프로브(P6119PB), 전류는 tektronix 의 A622 AC/DC 전류프로브로 하였고, 이들 전압 및 전류 프로브에서 들어오는 신호를 수집하는 장치는 같은 회사의 NI-9215를 이용하였다.

이론/모형

  • NI-9215는 4채널로 구성 되어 있으며 4채널에 입력되는 신호를 동시에 분석하여 이를 PC로 전달한다. 전압 및 전류에 대한 모니터링 소프트웨어는 LabVIEW의 SignalExpress를 이용하였다. Figure 4의 4)는 FLIR 4시리즈로 –40℃~1,000℃까지 온도 분석이 가능하며, 동영상과 실시간저장이 가능한 열화상카메라이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
아크를 발생시키는 원인은 무엇인가? 주택화재에 있어서 절연열화에 의한 단락, 압착 및 손상에 의한 단락, 접촉불량에 의한 단락에 있어서 공통적으로 아크를 발생한다. 아크는 전기배선의 절연 열화되었을 때와 도체와 도체사이의 공기의 절연파괴로 인하여 발생하며, 이런 징후에 있어서는 병렬회로(단락)에서의 아크는 높은 전류로 인하여 차단기가 동작하나 차단기 용량보다 낮은 전류값에서는 작동하지 않는다2). 따라서 하나의 전원선에서 발생하는 아크, 즉 직렬아크는 차단기가 동작하지 않고 아크 발생개소에 열로 인하여 전선의 절연열화를 일으키게 된다.
2012년 주택화재에서 가장 높은 건수를 기록한 항목은 무엇인가? 2012년 주택화재 2,487건 중에서 절연열화에 의한 단락(558건)이 가장 높았고, 다음으로 과부하/과전류(282건), 압착 및 손상에 의한 단락(200건), 접촉불량에 의한 단락(199건)이 발생하였다1). 주택화재에 있어서 절연열화에 의한 단락, 압착 및 손상에 의한 단락, 접촉불량에 의한 단락에 있어서 공통적으로 아크를 발생한다.
본 연구에서 아크 발생시의 전류, 전압, 온도 신호를 분석한 결론은 무엇인가? 1) 전압신호의 경우 전류가 증가함에 따라 접촉불량 개소에 전압강하가 증가하였고, 접촉불량시의 파형패턴이 정상과 확연이 구별되는 신호가 나타났다. 전류 신호의 경우는 접촉불량시에 1~4A 모두 0전류구간이 나타났으며, 정상상태와 구별되는 파형 패턴을 보였다. 온도신호의 경우는 1A에서는 정상상태의 2배, 4A는 5배로 높은 온도가 나타났으며, 접촉불량 발생시에는 이런 온도로 인하여 단자대와 전기배선의 절연체가 탄화될 수 있는 높은 온도임이 확인되었다. 2) 전압 신호에 대한 안전장치개발이 가격면이나 신호제어에서 우세한 것으로 판단되며, 차단기, 콘센트, 주요 단자대 등의 안전장치 개발에 기초자료로 활용가능하다.
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참고문헌 (12)

  1. National Fire Data System, "http://www.nfds.go.kr/", 2014. 

  2. J. W. Munday & Associates, "Electrical Fire Causes and Diagnostics", 2002. 

  3. Fire Investigation Group, "Electricity handout", London Fire Brigade, pp.35-47, 2003. 

  4. NFPA 921, "Guide for Fire and Explosion Investigations", pp.70-91, 2011. 

  5. John D. Dehaan, "Kirk's Fire Investigation", Prentice Hall, pp. 327-329, 2002. 

  6. H. -K. Kim, "A Study on the Detection Method by Series Arc Characteristic Analysis of Electric Wire Contacts", Graduate School of Chosen Univ., pp.8-13, 2011. 

  7. IEC 60943, "Guidance Concerning the Permissible Temperature Rise for Parts of Electrical Equipment, in Particular for Terminals", 2009. 

  8. Dongwei Li et al., "A Method for Residential Series Arc Fault Detection and Identification", IEEE, pp.342-345, 2009. 

  9. G. D. Gregory, K. Wong and R. Dvorak, "More about Arc-Fault Circuit Interrupters", IEEE, pp.1306-1313, 2003. 

  10. G. D. Gregory and G. W. Scott, "The Arc-Fault Circuit Interrupter : An Emerging Product", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 34, No. 5, pp.928-933, 1998. 

    상세보기 crossref

  11. Restrepo, C.E, "Arc Fault Detection and Discrimination Methods," IEEE, pp.115-122, 2007. 

  12. KESCO, "Hand Book for Electrical Safety Management", pp.103-109, 2006. 

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