선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 선풍기 모터의 철심 및 권선의 발열과 모터 콘덴서 접속단자의 절연파괴 등 실제 일어날 수 있는 상황에서의 발열특성 및 전류신호를 검출하고 분석하여 선풍기의 화재위험성을 확인해 보고자 하였다. 분석된 자료를 통해 선풍기의 화재 안전성을 향상시킬 수 있으며, 사진 등의 영상은 화재원인조사 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
제안 방법
- 이와 같은 상황에서 회전날개를 구속하여 회전하지 못하도록 하였다. Fig. 6과 같이 선풍기의 모터 권선에는 과열로 인한 장치보호를 위하여 온도퓨즈가 설치되어 있으나, 최악의 상황을 고려하여 온도퓨즈가 미설치된 상황과 온도퓨즈가 권선과 직각으로 이격 설치된 상황 등을 변수로 제시하였다13). 이때의 전류신호는 LabVIEW를 통하여 측정하였다.
- Table 2와 같이 주어진 상황별로 실험장치를 구성하였으며, 바람세기 버튼의 절연파괴를 제외한 모든 상황은 3단 운전을 기본 값으로 하여 실험을 실시하였다. 각 실험별로 나타난 발열온도 및 전류신호는 검출장치를 통해 기록하였다.
- 이에 본 연구에서는 실제 생활환경에서 나타날 수 있는 대표적인 상황 3가지를 선정하여 실험을 실시하였다. 각 상황별로 선풍기의 발열특성을 확인하고, 각 상황에서 나타나는 전류신호를 검출하였다.
- Table 2와 같이 주어진 상황별로 실험장치를 구성하였으며, 바람세기 버튼의 절연파괴를 제외한 모든 상황은 3단 운전을 기본 값으로 하여 실험을 실시하였다. 각 실험별로 나타난 발열온도 및 전류신호는 검출장치를 통해 기록하였다.
- 그 때의 온도 측정을 위해 열전대를 단자 사이에 설치하였다. 누설전류에 의한 온도데이터의 노이즈 발생을 방지하기 위하여 열전대는 도전성 분진에서 약 5 mm 이격시켰으며, 그 상태에서 시간에 따른 온도변화를 측정하였다. 바람세기는 3단으로 구속운전 하였으며, 시간선택 스위치는 연속으로 설정하고, 회전 스위치는 정지상태로 실험하였다.
- 다양한 환경조건에서 선풍기를 운전하고, 여러부위에서 나타나는 발열특성 및 전류신호를 분석하였다. 이와 같은 실험을 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 선풍기를 구속운전할 경우에는 과부하로 인하여 모터에는 과전류가 흐르게 되며, 그로인해 발열하게 된다. 따라서 온도 측정을 위해 열전대를 모터부위의 고정자 권선에 설치하였으며, 시간에 따른 온도변화를 측정하였다. 최대 발열온도를 측정하기 위하여 바람세기는 ‘3단’으로 고정하였으며, 시간선택 스위치는 ‘연속’으로 설정하고, 회전 스위치는 ‘정지모드’로 실험하였다.
- 누설전류에 의한 온도데이터의 노이즈 발생을 방지하기 위하여 열전대는 도전성 분진에서 약 5 mm 이격시켰으며, 그 상태에서 시간에 따른 온도변화를 측정하였다. 바람세기는 3단으로 구속운전 하였으며, 시간선택 스위치는 연속으로 설정하고, 회전 스위치는 정지상태로 실험하였다. 전류신호는 LabVIEW를 통하여 전류 및 RMS값의 변화 등을 측정하였다.
- 선풍기가 정상적으로 작동할 때의 발열특성 및 전류 신호를 검출하여 이를 분석하였다. Fig.
- 선풍기에서 나타날 수 있는 발열특성 및 전류신호를 파악하고 분석하기 위하여 3가지 상황조건을 설정하고, 각각의 상황에서 온도 및 전류특성을 기록하여 Table 2와 같이 비교 분석하였다. 모든 상황조건에서 전원이 투입될 경우 저항(임피던스)이 높은 부분에서 국부적으로 발열하는 특성을 보였으며, 전류값이 클수록 발열량이 크고 발열속도도 빠르다는 것을 확인할 수 있었다.
- 선풍기가 정상적으로 운전 중일 경우에는 모터부위에서 발열하게 된다. 온도 측정을 위해 열전대를 Fig. 3과 같이 모터부위의 고정자 철심 및 권선에 설치하였으며, 시간에 따른 온도변화를 측정하였다. 최대 발열 온도를 측정하기 위하여 바람세기는 ‘3단’으로 고정하였으며, 시간선택 스위치는 ‘연속’으로 설정하고, 회전 스위치는 ‘정지모드’로 실험하였다.
- 이 실험에서는 콘덴서에 도전성 분진이 축적된 상황을 재현하기 위하여 Fig. 13과 같이 흑연가루 100 mg을 단자 사이에 고루 뿌려 전로가 형성되도록 하였다. 그 때의 온도 측정을 위해 열전대를 단자 사이에 설치하였다.
- 이 실험은 온도퓨즈가 정상적으로 설치된 경우와 동일한 방법으로 실험장치를 설치하고, 동일한 조건에서 발열특성 및 전류신호를 검출하여 이를 분석하였다. Fig.
- 이번 실험에서는 선풍기에 전원을 투입하고 그 때 모터 권선 및 철심의 발열특성 및 전류신호를 검출하여 이를 분석하였다. Fig.
- 또한 선풍기는 전기에너지를 통해 날개를 회전시켜 바람을 발생하는 전기기계이기 때문에 장시간 사용하거나 전기적인 이상회로가 발생할 경우에는 발열로 인해 화재가 발생할 수 있는 위험성이 존재한다. 이에 본 연구에서는 실제 생활환경에서 나타날 수 있는 대표적인 상황 3가지를 선정하여 실험을 실시하였다. 각 상황별로 선풍기의 발열특성을 확인하고, 각 상황에서 나타나는 전류신호를 검출하였다.
- 바람세기는 3단으로 구속운전 하였으며, 시간선택 스위치는 연속으로 설정하고, 회전 스위치는 정지상태로 실험하였다. 전류신호는 LabVIEW를 통하여 전류 및 RMS값의 변화 등을 측정하였다.
- 최대 발열 온도를 측정하기 위하여 바람세기는 ‘3단’으로 고정하였으며, 시간선택 스위치는 ‘연속’으로 설정하고, 회전 스위치는 ‘정지모드’로 실험하였다.
- 최대 발열온도를 측정하기 위하여 바람세기는 ‘3단’으로 고정하였으며, 시간선택 스위치는 ‘연속’으로 설정하고, 회전 스위치는 ‘정지모드’로 실험하였다.
대상 데이터
- 선풍기의 발열특성 및 화재위험성을 확인하기 위한 실험장치들로 온도를 측정하고 기록하는 장비는 직경 0.65 mm의 K-Type 열전대(KS C 1602)와 PC Recorder(MSR128, MSYSTEM, Japan)를 사용하였다. MSP128의 최대 샘플링 속도는 8개 채널당 50 ms이며, 최대128개 채널을 동시에 감시할 수 있으며, 이때의 최대 샘플링 속도는 128개 채널당 50 ms이다.
- MSP128의 최대 샘플링 속도는 8개 채널당 50 ms이며, 최대128개 채널을 동시에 감시할 수 있으며, 이때의 최대 샘플링 속도는 128개 채널당 50 ms이다. 실험용 선풍기는 35 cm(14 in) 스탠드형 선풍기(55 W, H사, China)를 사용하였다. 선풍기의 정격전압은 220 V이고, 5엽 날개의 3단까지 바람세기 조절이 가능하다.
- 선풍기의 정격전압은 220 V이고, 5엽 날개의 3단까지 바람세기 조절이 가능하다. 전류신호 검출장치로는 전류 및 누설전류를 측정하기 위하여 디지털클램 프테스터(HIOKI 3282, HIOKI, Japan)를 사용하였다. 전류신호는 측정 및 제어장치 개발을 위한 시스템 디자인 소프트웨어인 LabVIEW(LabVIEW 2008, NI, USA)를 사용하였다.
데이터처리
- 최대 발열 온도를 측정하기 위하여 바람세기는 ‘3단’으로 고정하였으며, 시간선택 스위치는 ‘연속’으로 설정하고, 회전 스위치는 ‘정지모드’로 실험하였다. 이 때의 전류신호는 LabVIEW를 통하여 전류 및 RMS값(Root Mean Square Value)의 변화 등을 측정하였다.
이론/모형
- 전류신호 검출장치로는 전류 및 누설전류를 측정하기 위하여 디지털클램 프테스터(HIOKI 3282, HIOKI, Japan)를 사용하였다. 전류신호는 측정 및 제어장치 개발을 위한 시스템 디자인 소프트웨어인 LabVIEW(LabVIEW 2008, NI, USA)를 사용하였다. 실험실의 온도는 25℃이며, 상대습도는 50±2%의 무풍상태에서 실험하였다.
성능/효과
- 1) 본 연구에서 선풍기 모터부의 권선온도는 철심보다 약 5℃ 높았으며, 구속운전 할 경우에는 정상전류보다 약 17 mA 큰 전류가 흘러 모터 권선에서의 온도는 최대 약 190℃까지 상승하였다. 따라서 선풍기를 장기간 사용하거나, 선풍기 모터 권선이 절연열화된 경우에는 권선의 층간단락으로 인한 화재발생 가능성이 있다.
- 2) 본 연구에서 선풍기를 구속운전할 경우 초기 온도상승속도는 정상상태에 비하여 약 3배 빠르며, 장시간 구속시 권선의 저항(임피던스)이 증가하여 상대적으로 전류값은 약 7.6% 감소하지만, 모터부의 방열이 용이하지 않고 저항발열로 인하여 온도는 지속적으로 상승한다.
- 3) 선풍기의 모터부에서 층간단락 등에 의해 착화되는 경우에는 권선에 인접한 전선이 연소확대에 필요한 가연물로 작용할 수 있기 때문에 내열전선 또는 이와 동등 이상의 성능을 가진 것으로 설치하여야 한다.
- 모든 상황조건에서 전원이 투입될 경우 저항(임피던스)이 높은 부분에서 국부적으로 발열하는 특성을 보였으며, 전류값이 클수록 발열량이 크고 발열속도도 빠르다는 것을 확인할 수 있었다. 구속운전 및 도전성 분진에 의한 전로가 형성되었을 경우에는 기동 시 전류값은 정상 전류값에 비하여 상승하였으나, 장시간 운전 시에는 그 값이 서서히 감소하는 특성을 RMS 파형을 통해 확인할 수 있었다.
- 4는 정상운전시의 발열특성을 보여주고 있으며, 권선온도가 철심온도보다 약 20℃ 높은 것을 확인할 수 있다. 권선온도와 철심온도는 실험 시작 후 약 40분이 경과된 시점부터 주위온도와 평형을 이뤘으며, 그 때의 권선온도는 약 78℃를 나타내었고, 철심온도는 그 보다 5℃ 가량 낮은 약 73℃를 기록하였다. 이는 권선발열이 철심발열량 보다 크며, 철심은 대기에 노출된 상태로써 주위온도 및 기류에 의한 냉각효과 때문인 것으로 판단된다.
- 이는 회전날개가 고정되어 있는 상태로써, 기류가 형성되지 않고, 선풍기 헤드의 하우징 내부에서 방열량이 적어 권선과 철심의 온도가 거의 동일한 수준으로 유지되기 때문인 것으로 판단된다. 권선의 온도는 실험 시작 후 약 21분이 경과되고 약 105℃가 되는 시점에서 온도퓨즈가 용단되었으며, 구속운전을 할 경우에는 정상운전시 보다 발열량이 큼을 알 수 있다. 정상운전 시에 약 80℃까지 도달하는데 약 40분이 소요된 것에 비하여 구속운전 시에는 약 13분만에 그 값에 도달함을 확인할 수 있다.
- 선풍기에서 나타날 수 있는 발열특성 및 전류신호를 파악하고 분석하기 위하여 3가지 상황조건을 설정하고, 각각의 상황에서 온도 및 전류특성을 기록하여 Table 2와 같이 비교 분석하였다. 모든 상황조건에서 전원이 투입될 경우 저항(임피던스)이 높은 부분에서 국부적으로 발열하는 특성을 보였으며, 전류값이 클수록 발열량이 크고 발열속도도 빠르다는 것을 확인할 수 있었다. 구속운전 및 도전성 분진에 의한 전로가 형성되었을 경우에는 기동 시 전류값은 정상 전류값에 비하여 상승하였으나, 장시간 운전 시에는 그 값이 서서히 감소하는 특성을 RMS 파형을 통해 확인할 수 있었다.
- 본 연구를 통해 선풍기의 주요 발열부위는 모터부의 권선이라는 것을 알 수 있었으며, 사용 환경에 따라 도전성 분진 등이 체류하는 장소 등에서는 각 단자간 절연파괴로 인한 화재발생 가능성도 확인해 볼 수 있었다. 따라서 이와 같은 부위의 전선 등은 고온상태에서도 용융 또는 열분해되지 않는 성능을 갖는 전선을 사용해야 할 것이다.
- 5는 정상운전 시의 전류신호를 나타내고 있다. 전류와 RMS값에서 특이사항은 발견되지 않았으며, 3단 정상 운전시 RMS값은 206 mA임을 알 수 있다.
- 권선의 온도는 실험 시작 후 약 21분이 경과되고 약 105℃가 되는 시점에서 온도퓨즈가 용단되었으며, 구속운전을 할 경우에는 정상운전시 보다 발열량이 큼을 알 수 있다. 정상운전 시에 약 80℃까지 도달하는데 약 40분이 소요된 것에 비하여 구속운전 시에는 약 13분만에 그 값에 도달함을 확인할 수 있다.
- 8은 온도퓨즈가 설치된 선풍기에서 구속운전 시의 전류신호를 나타내고 있다. 특이사항은 발견되지 않았으며, 3단 구속운전 시 전류 값은 223 mA임을 알 수 있다. 이는 구속운전 시에는 정상운전을 할 경우보다 큰 전류가 흐른다는 것을 의미하며, 그로인해 발열량도 커짐을 알 수 있다.
후속연구
- 따라서 이와 같은 부위의 전선 등은 고온상태에서도 용융 또는 열분해되지 않는 성능을 갖는 전선을 사용해야 할 것이다. 또한 화재현장의 발화지점으로 판단되는 부분에서 선풍기가 발견되는 경우에는 선풍기 내부의 권선 또는 각 부위 연결전선 등에서 단락흔 등의 생성여부를 파악해야 할 것이며, 만일 전기적인 특이사항이 식별되는 경우에는 선풍기가 발화원인으로 작용하였을 가능성이 매우 높기 때문에 그에 대한 정밀조사를 실시해야 할 것이다. 본 연구를 통해 확인할 수 있는 발열부위를 기초로 해당 부위에 대한 조사를 실시할 수 있으며, 영상사진은 현장상황과 비교할 수 있는 자료로 활용될 수 있을 것이다.
- 또한 화재현장의 발화지점으로 판단되는 부분에서 선풍기가 발견되는 경우에는 선풍기 내부의 권선 또는 각 부위 연결전선 등에서 단락흔 등의 생성여부를 파악해야 할 것이며, 만일 전기적인 특이사항이 식별되는 경우에는 선풍기가 발화원인으로 작용하였을 가능성이 매우 높기 때문에 그에 대한 정밀조사를 실시해야 할 것이다. 본 연구를 통해 확인할 수 있는 발열부위를 기초로 해당 부위에 대한 조사를 실시할 수 있으며, 영상사진은 현장상황과 비교할 수 있는 자료로 활용될 수 있을 것이다.
- 따라서 본 연구에서는 선풍기 모터의 철심 및 권선의 발열과 모터 콘덴서 접속단자의 절연파괴 등 실제 일어날 수 있는 상황에서의 발열특성 및 전류신호를 검출하고 분석하여 선풍기의 화재위험성을 확인해 보고자 하였다. 분석된 자료를 통해 선풍기의 화재 안전성을 향상시킬 수 있으며, 사진 등의 영상은 화재원인조사 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.