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문제 정의
- 본 연구는 옥내 전로에서 과전류로부터 선로 및 부하기기 보호 목적으로 사용되고 있는 완전 전자형 배선용 차단기 주위 온도 변화에 따른 동작 특성을 정격 전류의 배수 및 전류 증가율에 따라 실험적 방법에 의해 비교 분석 하였다. 배선용 차단기의 경우 정격전류 배수의 전류가 통전될 때 주위 온도가 상승함에 따라 차단 동작시간이 빨라지는 것을 확인하였고, 전류 증가율에 따른 실험에서는 주위 온도에 의한 영향이 크지 않았다.
제안 방법
- 그리고 배선용차단기의 일반적인 사용 조건과 주변온도 상승을 일정하게 하기 위해 분전함에 부착하여 실험을 진행하였다. OMEGA사의 적외선 복사히터(QH-041060-T)를 사용하여 배선용 차단기에 복사열을 전달하여 주위온도를 상승시켰고 히터의 세기는 슬라이닥스를 이용하여 온도를 조정 하였다. 또한 배선용 차단기와 주변 온도를 측정하기 위해 8개의 K-type 열전대를 부착하고 전압, 전류 및 온도는 LabVIEW 프로그램과 SCXI를 이용하여 데이터를 측정하였다.
- 5는 온도에 따른 배선용 차단기의 동작실험을 위한 전체 하드웨어 구성도이다. 과전류를 통전하기 위해 Agilent 6681A 직류전원공급 장치(580A, 8V) 2개를 병렬로 연결하여 직류 전류를 인가하여 실험을 진행하였으며, 전원장치는 NI myDAQ를 이용하여 전류 증가율 및 정격전류 배수에 따른 값을 일정하게 통전할 수 있도록 제어 하였다. 또한 상온에서 교류전원 장치(PNE Universal Power Supply 700A, 20V)를 이용하여 직류실험과 동작 특성을 비교하였다.
- 또한 상온에서 교류전원 장치(PNE Universal Power Supply 700A, 20V)를 이용하여 직류실험과 동작 특성을 비교하였다. 그리고 배선용차단기의 일반적인 사용 조건과 주변온도 상승을 일정하게 하기 위해 분전함에 부착하여 실험을 진행하였다. OMEGA사의 적외선 복사히터(QH-041060-T)를 사용하여 배선용 차단기에 복사열을 전달하여 주위온도를 상승시켰고 히터의 세기는 슬라이닥스를 이용하여 온도를 조정 하였다.
- OMEGA사의 적외선 복사히터(QH-041060-T)를 사용하여 배선용 차단기에 복사열을 전달하여 주위온도를 상승시켰고 히터의 세기는 슬라이닥스를 이용하여 온도를 조정 하였다. 또한 배선용 차단기와 주변 온도를 측정하기 위해 8개의 K-type 열전대를 부착하고 전압, 전류 및 온도는 LabVIEW 프로그램과 SCXI를 이용하여 데이터를 측정하였다.
- 과전류를 통전하기 위해 Agilent 6681A 직류전원공급 장치(580A, 8V) 2개를 병렬로 연결하여 직류 전류를 인가하여 실험을 진행하였으며, 전원장치는 NI myDAQ를 이용하여 전류 증가율 및 정격전류 배수에 따른 값을 일정하게 통전할 수 있도록 제어 하였다. 또한 상온에서 교류전원 장치(PNE Universal Power Supply 700A, 20V)를 이용하여 직류실험과 동작 특성을 비교하였다. 그리고 배선용차단기의 일반적인 사용 조건과 주변온도 상승을 일정하게 하기 위해 분전함에 부착하여 실험을 진행하였다.
- 본 연구에서는 적외선 복사히터를 사용하여 주변 온도상승에 따른 배선용 차단기의 응동 특성을 정격전류의 배수 및 전류 증가율에 따른 실험적 방법에 의해 비교 분석 하였다.
- 분전함을 닫아놓은 후 그 외부에 열을 인가하였기 때문에 내부의 온도는 뜨거운 공기가 위로 상승하는 대류현상에 의해 MCCB 상부가 하부보다 더 높게 측정되었다. 실험은 TC 4의 온도를 기준으로 전류 인가 시점을 결정하였다.
- Table 1은 주변온도, 정격전류의 배수 및 전류증가율에 따른 실험 케이스를 나타내고 있다. 실험은 상온에서부터 배선용 차단기의 동작 기준온도인 40℃와 이의 배수인 80℃, 120℃, 160℃에서 실시하였다. 또한 정격 전류 배수와 전류증가율을 상승시키면서 3회씩 실험하여 평균값을 결과 값으로 도출하였다.
- 온도 측정을 위한 열전대는 Fig. 6에서와 같이 TC 1은 MCCB의 내부온도, TC 2, TC 3은 통전되는 단자부의 온도를 각각 측정하였고, TC 4 ∼ TC 8은 MCCB 주변온도를 측정하였다.
- 또한 정격 전류 배수와 전류증가율을 상승시키면서 3회씩 실험하여 평균값을 결과 값으로 도출하였다. 즉, 상온에서부터 160℃까지 정격전류의 2배 ~ 10배의 실험과 전류증가율이 5 A/sec ~ 100 A/sec에서 실험을 진행하였다.
대상 데이터
- 실험을 위해 수용가 분전반의 기본적 차단 용량인 A사의 AC·DC 겸용의 정격 전류 30A(ABS 54c: S-Type, 50 Ampere Frame, 4극)인 표준 완전 전자형 배선용 차단기를 사용하였다.
데이터처리
- 실험은 상온에서부터 배선용 차단기의 동작 기준온도인 40℃와 이의 배수인 80℃, 120℃, 160℃에서 실시하였다. 또한 정격 전류 배수와 전류증가율을 상승시키면서 3회씩 실험하여 평균값을 결과 값으로 도출하였다. 즉, 상온에서부터 160℃까지 정격전류의 2배 ~ 10배의 실험과 전류증가율이 5 A/sec ~ 100 A/sec에서 실험을 진행하였다.
성능/효과
- 이는 8배에서 10배 이상의 전류 값에서 배선용 차단기가 순시트립 동작하기 때문이다. 또한 실험 결과 값은 배선용 차단기 규정의 기준범위 내에 있음을 확인하였다.
- 본 연구는 옥내 전로에서 과전류로부터 선로 및 부하기기 보호 목적으로 사용되고 있는 완전 전자형 배선용 차단기 주위 온도 변화에 따른 동작 특성을 정격 전류의 배수 및 전류 증가율에 따라 실험적 방법에 의해 비교 분석 하였다. 배선용 차단기의 경우 정격전류 배수의 전류가 통전될 때 주위 온도가 상승함에 따라 차단 동작시간이 빨라지는 것을 확인하였고, 전류 증가율에 따른 실험에서는 주위 온도에 의한 영향이 크지 않았다. 이는 화재 시 단락과 같은 고장 발생에 따른 차단시간의 변화가 없음을 의미한다.
- 13은 적외선 복사히터의 복사열로 인해 배선용 차단기 표면 변화를 적외선 감지 카메라로 촬영한 사진이다. 배선용 차단기의 주변온도가 약 180℃ 이상이고, 차단기 케이스 표면 온도가 약 300℃ 이상일 때 녹아내리기 시작하는 것을 확인하였다. 이후 표면과 ON/ OFF 스위치 부분이 복사열에 의해 녹아내리면서 정상적인 차단 동작이 불가능 하였고, 이는 배선용 차단기에 직접 화염이 접촉하거나 복사열로 인해 분전반 내부의 차단기가 미 동작 하여 전기적으로 2차 피해가 발생할 수 있다는 것을 의미한다.
- 10은 주변온도를 높여가면서 전류 증가율에 따른 배선용 차단기의 동작시간을 측정한 그래프이다.전류 증가율은 5 A/sec, 10 A/sec, 30 A/sec, 50 A/sec 및 100 A/sec로 증가시키면서 차단시간을 분석한 결과 정격전류 배수의 경우와는 다르게 전류 증가율에 대한 실험에서는 주변온도에 따른 차단기 동작시간에 대한 영향이 크지 않음을 확인 할 수 있다. 그 이유는 초당 전류 값이 증가함에 따라 n초 후 정격전류의 수 배의 전류 값이 배선용 차단기에 인가되기 때문이다.
- 12는 상온에서 직류 및 교류 전원장치를 이용하여 정격전류 배수에 따른 실험 비교결과 그래프 이다. 직류와 교류 전류 실효값과의 비교에서 동작시간의 변화 추이는 큰 차이가 없음을 확인하였다.
후속연구
- 분전반이 설치되어 있는 실내에서 화재가 발생하였을 경우 외부 온도 상승 또는 화염의 직접 접촉에 의해 배선용 차단기는 본래의 기능을 상실할 우려가 있으므로 이를 개선하기 위한 추가적인 연구가 필요하다.
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