[논문]전기배선에서 과전류와 포화시간을 입력변수로 갖는 퍼지기반 전기화재가능성 분석

김은진; 김두현; 김성철

doi:10.14346/jkosos.2015.30.6.34

[국내논문] 전기배선에서 과전류와 포화시간을 입력변수로 갖는 퍼지기반 전기화재가능성 분석
Analysis for Electrical Fire Possibility Using Fuzzy Logic with Input Variables of Overcurrent and Saturation Time in the Indoor Wiring 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.30 no.6, 2015년, pp.34 - 39

김은진 (충북대학교 안전공학과) , 김두현 (충북대학교 안전공학과) , 김성철 (충북대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The study is aimed to develop fuzzy logic system that has overcurrent and saturation time as input variable and possibility of electrical fire as output variable by making bad conductor area with physical damage to indoor wiring. Most previous studies focused on thermal characteristics depending on the current size and no study considered the current size and saturation time at the same time. Therefore, the paper made into account current value and saturation time together. To this end, it created bad conductor area half the size of IV conductor (1.6 mm) on purpose and transmit electrical current from 10A to 60A by unit of 2A to find out the thermal characteristics and saturation time for current. Based on the data that came out, the study applied fuzzy logic and established the current and saturation time as input variable and chance of fire as output variable. As a result, the center of area of the system that depended only on the existing current value was 75 while the system that applied both current and saturation time presented the chance of fire at 92. It is found that the chance of bad conductor area and deteriorated insulation of electrical wire had current and saturation time as important variables. The data can be used as basic data like deteriorated wire insulation or operation features of circuit breaker in investigating the cause of electrical fire.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 옥내 배선에 도체 파손(도체 면적 불량) 상태를 유도하여 전류값에 따른 열적 특성 및 포화시간을 측정하였다. 그리고 측정된 2개의 변수를 동시에 적용시켜 화재가능성을 도출하기 위해서 퍼지로직(Fuzzy Logic)을 사용하였다.

제안 방법

과전류만을 입력변수로 한 전기화재가능성 및 상관 관계를 적용한 과전류와 포화온도 시간을 동시에 입력 되었을 때의 전기화재가능성을 분석하였다. 과전류만을 가정했을 때, High인 24 A의 전류가 흐를 경우, 추론 규칙은 IF Overcurrent [A] is High AND Saturation time [sec] is Low, THEN Fire possibility is Danger로 결정되며, 전기화재가능성은 식 (3)에 의해 75의 무게중심값이 출력되었다.
1) 과전류는 KESCO의 IV 전선의 이상온도 발생 기준 60℃로 하였고, 정상상태에서는 30 A, 도체파손상태는 24 A에서 허용전류를 초과하였다. 과전류에 대한 퍼지로직의 언어변수는 Low, Medium, High로 하였고 입력데이터는 도체파손상태의 24 A를 기준으로 하였다. 포화온도 시간은 24 A의 기준으로 하여 190 초로 하였고, 언어변수는 Low, Medium, High로 하였다.
옥내배선의 열적 특성과 포화시간을 측정하기 위하여 -40~1,000 ℃까지 온도 분석이 가능하고 동영상과 실시 간저장이 가능한 열화상카메라(FLIR 4 series)를 이용하였다. 또한 열화상을 통해 측정된 온도의 실시간 저장인 가능한 FLIR소프트웨어를 이용하여 동 PC에서 저장 가능하도록 구성하였다. 기타 전류값 측정장치로는 클램프형의 전류프로브 (HIOKI 3288)를 프로브의 신호를 PC에 전달하기 위하여 DAQ(Data acquisition) 장치인 NI-9215를 설치하였다.
과전류의 추론규칙은 언어변수를 통하여 매트리스로 작성하였다. 본 규칙은 열적특성에 더 큰 영향을 주는 전류크기와 포화시간을 바탕으로 하였으며, 줄열에 전류크기가 영향을 더 끼치므로 이를 고려하였다. Fig.
본 연구는 실험을 통하여 전류값에 대한 열적특성 및 포화시간을 측정하였고 측정된 실험값을 전문가 활용을 통하여 한번 더 검증하고, 이를 퍼지로직을 적용 하였다. 최종적으로 기존의 설비와 퍼지로직을 적용한 경우의 전기화재가능성을 비교분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
전류값에 따른 열적 특성 및 포화시간을 측정하기 위한 장치는 크게 전류값을 인가하는 부하발생장치와 열적 특성과 포화시간을 측정할 수 있는 열화상카메라로 크게 구분된다. 부하발생장치는 AC LOAD BANK (1~40 A)와 우선제어사의 WSM-84(1 ~ 20 A)의 단상부하저항기이며 총 60 A의 입력이 가능하도록 하였다. 옥내배선의 열적 특성과 포화시간을 측정하기 위하여 -40~1,000 ℃까지 온도 분석이 가능하고 동영상과 실시 간저장이 가능한 열화상카메라(FLIR 4 series)를 이용하였다.
옥내배선에 정상상태와 물리적 손상으로 인한 도체 단면적의 감소(도체의 1/2을 인위적으로 절단한 상태, 접⋅단(接⋅斷)상태는 제외)상태로 구분하였다. 실험전선의 길이는 1 m로 하였으며, 중앙지점에 0.01 m 길이 만큼 전선피복을 부분적으로 절개하였고 도체부분은 끌을 이용해 1/2 면적을 만들었다. 입력전류는 10 ~ 60 A까지로 하였고, 이는 옥내배선에 사용되는 가정용 부하가 30 A이하임을 고려하여 2배를 적용한 값이다.
열적 데이터와 포화온도에 도달하는 시간까지 측정 하였다. 실험횟수는 전류당 5회의 실험을 실시하였다. Fig.
열적 데이터와 포화온도에 도달하는 시간까지 측정 하였다. 실험횟수는 전류당 5회의 실험을 실시하였다.
옥내배선에 정상상태와 물리적 손상으로 인한 도체 단면적의 감소(도체의 1/2을 인위적으로 절단한 상태, 접⋅단(接⋅斷)상태는 제외)상태로 구분하였다.
옥내배선의 열적 특성과 포화시간을 측정하기 위하여 -40~1,000 ℃까지 온도 분석이 가능하고 동영상과 실시 간저장이 가능한 열화상카메라(FLIR 4 series)를 이용하였다.
본 연구는 실험을 통하여 전류값에 대한 열적특성 및 포화시간을 측정하였고 측정된 실험값을 전문가 활용을 통하여 한번 더 검증하고, 이를 퍼지로직을 적용 하였다. 최종적으로 기존의 설비와 퍼지로직을 적용한 경우의 전기화재가능성을 비교분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
과전류에 대한 퍼지로직의 언어변수는 Low, Medium, High로 하였고 입력데이터는 도체파손상태의 24 A를 기준으로 하였다. 포화온도 시간은 24 A의 기준으로 하여 190 초로 하였고, 언어변수는 Low, Medium, High로 하였다.
7은 전문가활용에서 제시한 전류값과 해당 전류값에 대한 온도값을 나타내었다. 포화온도 시간의 언어변수는 Low, Medium, High로 하였고, 실험에서는 24 A에 대한 포화온도 시간을 근거로 하였다. 전문가 활용에서 6명이 High의 Singleton은 190 초로 하였다.
화재가능성에 대한 언어변수는 Ignore, Concern, Caution, Danger 및 Alarm 5단계로 구분하였다. 5단계는 0에서 100 사이의 값으로 표현하였다.

대상 데이터

1단계인 Ignore는 설비에 영향을 미치지 않는다고 판단하여 최대값은 25 로 Singleton은 15로 하였고, 2단계인 Concern은 설비에 미연하게 영향을 준다고 판단하여 범위는 20~50, Singleton은 30으로 설정하였다. Caution의 경우는 주위를 요하기 때문에 범위는 40~70, Singleton은 55이며, Danger는 위험으로 범위는 60~90, Singleton은 75이며, Alarm은 경보로 80이상으로 하였고, Singleton은 85로 설정하였다. Fig.
또한 열화상을 통해 측정된 온도의 실시간 저장인 가능한 FLIR소프트웨어를 이용하여 동 PC에서 저장 가능하도록 구성하였다. 기타 전류값 측정장치로는 클램프형의 전류프로브 (HIOKI 3288)를 프로브의 신호를 PC에 전달하기 위하여 DAQ(Data acquisition) 장치인 NI-9215를 설치하였다. 실시간으로 전류값을 저장 및 모니터링하기 위하여 LabVIEW의 SignalExpress 소프트웨어를 이용하였다.
실험에서는 IV 전선의 허용온도(60℃)에서 가장 열악한 환경인 도체파손 상태의 값을 선택하였다. 도체파손의 경우 24 A에서 허용온도를 초과 하여 이를 High의 Singleton으로 하였으며, 이는 전문가 활용(8명)에서 5명이상이 이 값을 선택하였다. Medium은 18~22 A, Low는 16~20 A로 하였다.
5 ㎜를 일반적으로 시공하고 있다. 본 연구에서는 2006년도까지 가장 많이 설치된 IV 전선을 바탕으로 실험을 실시하였다. Table 1은 IV 전선의 물리적 특성을 나타내었다.
실험에서 사용한 전원부는 1Φ220 V이며 배선용차단기(75 A)를 연결하여 회로를 구성하였다.

이론/모형

과전류와 포화시간의 상관관계를 고려하기 위해 퍼지로직(Fuzzy Logic)을 이용하였다. 퍼지로직은 퍼지화(Fuzzification), 추론규칙(Inference Rules) 및 비퍼지화 (Defuzzification) 단계를 따르며, Fig.
따라서 본 연구에서는 옥내 배선에 도체 파손(도체 면적 불량) 상태를 유도하여 전류값에 따른 열적 특성 및 포화시간을 측정하였다. 그리고 측정된 2개의 변수를 동시에 적용시켜 화재가능성을 도출하기 위해서 퍼지로직(Fuzzy Logic)을 사용하였다. 본 데이터는 전기 배선의 도체파손원인으로 발생되는 전기화재 조사 자료 및 전기화재예방장치의 기준값으로 활용가능하다.
기타 전류값 측정장치로는 클램프형의 전류프로브 (HIOKI 3288)를 프로브의 신호를 PC에 전달하기 위하여 DAQ(Data acquisition) 장치인 NI-9215를 설치하였다. 실시간으로 전류값을 저장 및 모니터링하기 위하여 LabVIEW의 SignalExpress 소프트웨어를 이용하였다. 실험에서 사용한 전원부는 1Φ220 V이며 배선용차단기(75 A)를 연결하여 회로를 구성하였다.
추론규칙은 언어적 입⋅출력변수 간의 관계를 설정하는 것이고, 비퍼지화는 언어적 출력변수의 멤버십함수를 명확한 값(crisp value)으로 변환시켜주는 과정이다. 전기화재가능성은 무게중심법 CoA (Modified Center of Area)를 이용하였고 CoA의 결과는 출력 소속값과 해당하는 유일한 값 (singleton value)을 곱하고 나서 소속값들의 총합으로 나누어주면 된다. 식 (3)은 CoA에 의한 전기화재가능성을 나타내었다.

성능/효과

1) 과전류는 KESCO의 IV 전선의 이상온도 발생 기준 60℃로 하였고, 정상상태에서는 30 A, 도체파손상태는 24 A에서 허용전류를 초과하였다. 과전류에 대한 퍼지로직의 언어변수는 Low, Medium, High로 하였고 입력데이터는 도체파손상태의 24 A를 기준으로 하였다.
2) 전류값과 포화온도 시간을 동시에 고려한 화재가능성은 기존 설비인 전류값만 고려한 화재가능성보다 더 높은 무게중심값이 나타났다. 또한 포화온도 시간을 증가시켰을 때 무게중심값이 커지는 결과를 확인하였다.
2) 전류값과 포화온도 시간을 동시에 고려한 화재가능성은 기존 설비인 전류값만 고려한 화재가능성보다 더 높은 무게중심값이 나타났다. 또한 포화온도 시간을 증가시켰을 때 무게중심값이 커지는 결과를 확인하였다.
26 A부터 36 A까지의 포화온도 시간은 180초부터 150초 사이로 나타났다. 해당 전류에 대하여 2분정도의 에너지가 가해지면 전선의 피복에 가소성이 생기는 높은 에너지임이 확인되었다. 용융온도는 170℃에 대하여 42 A에서 나타났으며, 38 A부터 42 A까지 120초에서 70초까지의 시간이 걸렸다.

후속연구

그리고 측정된 2개의 변수를 동시에 적용시켜 화재가능성을 도출하기 위해서 퍼지로직(Fuzzy Logic)을 사용하였다. 본 데이터는 전기 배선의 도체파손원인으로 발생되는 전기화재 조사 자료 및 전기화재예방장치의 기준값으로 활용가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	퍼지 멤버십함수의 형태 중 삼각형과 사다리꼴의 장점은?	퍼지화는 입력변수의 명확한 값 (crisp value)을 퍼지집합으로 바꾸어 전체집합에 따라 크기를 적절히 변환하는 과정이며, 퍼지 멤버십함수의 형태는 종형, 삼각형, 사다리꼴형 등이 있다. 삼각형과 사다리꼴형은 계산과정이 간편한 장점을 가지고 있어본 연구에도 이 조합을 사용하였다10). Fig.
	옥내배선이란?	옥내배선이란 전기설비기술기준 및 판단기준에 따라 옥내의 전기사용장소에 고정시켜 시설하는 전선을 말한다7). 2006년 이전의 건물에는 IV(Indoor wiring)전선 1.
	퍼지로직은 어떤 단계를 따르는가?	과전류와 포화시간의 상관관계를 고려하기 위해 퍼지로직(Fuzzy Logic)을 이용하였다. 퍼지로직은 퍼지화 (Fuzzification), 추론규칙(Inference Rules) 및 비퍼지화 (Defuzzification) 단계를 따르며, Fig. 1은 퍼지로직의 구조를 나타내었다.

참고문헌 (11)

Korea Electrical Safety Corporation, "A Statistical Analysis on the Electrical Accidents in 2012", Vol. 22, pp. 31-33, 2013.
S. C. Kim and D. H. Kim, "Analysis for the Thermal Properties of the Electrical Wire according to Overload and Disconnection", Jourmal of The Korean Society of Safety, Vol. 22, No 4, pp. 26-31, 2007.
S. H. Lee and H. S. Oh, "A Study on the Electrical Fire Analysis in Overcurrent of Low Voltage Wiring", Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 18, No. 3, pp. 142-148, 2004.
C. S. Choi, K. M. Shong and D. W. Kim, "The Characteristics Analysis of Damaged Pattern by Repeated Stress of VCTFK", Jourmal of The Korean Society of Safety, Vol. 19, No 4, pp. 42-47, 2004.
S. C. Kim and D. H. Kim, "Analysis for the Thermal Properties of the Electrical Wire according Overload and Disconnection", Jourmal of The Korean Society of Safety, Vol. 22, No 4, pp. 26-31, 2007.
Y. S. Lee, "Temperature Characteristics Analysis of Heat-resistant PVC Insulated Wire according to the Breaking Degree", Master's Degree, 2015.
Ministry of Trade, Industry and Energy, Electro-Technical Regulation, Ministry of Government Legistation, 2015.
Michael R, Yenchek "Thermal Modeling of Portable Power Cables", IEEE, 1997.
M.S. Han, "A Study on the Electrical Fire due to the Weakness of the Contact of Wiring Utensil", Seoul National University. of Tech., Master's Thesis, pp.19, 2004.
S. H. Hong and D. H. Kim, "The Development of Fire Detection System using Fuzzy Logic and Multivariate Singnature", Jourmal of The Korean Society of Safety, Vol. 19, No 1, pp. 49-55, 2004.
KESCO, "Hand Book for Electrical Safety Management", pp.152, 2014.

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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