[논문]KEMC 규정에 의한 분전반의 제작 및 특성 평가에 관한 연구

이병설; 최충석

doi:10.7731/kifse.2017.31.3.063

KEMC 규정에 의한 분전반의 제작 및 특성 평가에 관한 연구
A Study on the Characteristics Assessment and Fabrication of Distribution Board according to KEMC Standards 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.31 no.3, 2017년, pp.63 - 72

이병설 (전주대학교 소방안전공학과) , 최충석 (전주대학교 소방안전공학과)

초록
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본 논문에서는 저압용 10회로 분전반을 전기공업협동조합(KEMC) 2102-610 규정에 근거하여 제작하였다. 또한, 개발된 10회로 분전반의 특성 평가를 실시하여 안전성을 확보하고자 한다. 개발된 10회로 분전반은 내식성, 절연 재료의 특성, 자외선 복사의 내성, 기계적 충격 등에 적합하도록 설계되었다. 개발된 분전반은 외함의 보호 등급, 감전방지와 보호회로, 개폐 장치와 구성품, 내부 전기 회로와 연결부, 외부 도체의 단자, 절연 특성, 온도 상승 시험, 열저항 등이 적합하도록 제작하였다. 개발된 10회로 분전반은 단상 회로와 3상 회로 등으로 구분되어 있다. 분기된 각각의 차단기 부하측에 센서 모듈을 설치하여 부하의 전선로에서 발생되는 누설전류의 크기를 실시간 측정할 수 있다. 그리고 부하의 용도 및 목적 등에 따라 회로를 증설할 수 있고, 각각의 부하 상태 역시 실시간 부하 관리 및 점검이 가능하다. 개발된 10회로 분전반의 온도 상승 시험을 실시한 곳은 인입 접속부, 주회로 및 분기회로 모선, 모선지지물 등 18 개소이다. 온도가 가장 높게 측정된 곳은 분기회로 모선용 MCCB 전원측 접속부의 R-phase으로 $65.3^{\circ}C$, 부하측은 T-phase으로 $61.6^{\circ}C$로 기록되었다. 그리고 내열 실험 장치를 이용하여 MCCB를 $180^{\circ}C$에서 6시간 동안 열적 스트레스를 인가하였을 때 작동 손잡이의 변형이 확인되었고, 트립 상태로 이동한 것이 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study fabricated a low-voltage 10 circuit distribution board based on the KEMC (Korea Electrical Manufacturers Cooperative) 2102-610 standard and performed a characteristics assessment of the developed 10 circuit distribution board to secure product stability. The developed 10 circuit distribution board is designed to have the characteristics of insulation materials, as well as resistance to corrosion ultraviolet radiation and mechanical impact. The developed distribution board is fabricated to have an appropriate protection class of enclosure, electric shock prevention and protection circuits, switchgear and its components, internal electrical circuits and connectors, external conduct terminal, insulation characteristics, temperature rise test, heat resistance, etc. The developed 10 circuit distribution board consists of a single phase circuit and 3-phase circuits. It is possible to measure in real time the leakage current generated from the load distribution line by installing a sensor module at the load side of each of the branched switchgears. In addition, it is possible to increase a circuit according to the use and purpose of the load and to also manage and check the load in real time. Temperature rise tests were performed on the developed 10 circuit distribution board at 18 places including the inlet connection, main circuit and distribution circuit bus bars and bus bar supports, etc. The highest temperature of $65.3^{\circ}C$ was measured at the R-Phase of the connection of the MCCB power supply for the branch circuit bus bar and a temperature rise of $61.6^{\circ}C$ was measured at the T-Phase of the load side. When applying thermal stress to an MCCB for 6 hours at $180^{\circ}C$ using a heat resistant experimental device, it was found that the actuator lever was transformed and moved in the tripped state.

주제어

표/그림 (12)

표 Table 1. Material of Low Voltage Distributing Board and Strength of Parts
표 Table 2. Verification Method of Enclosure used to Low Voltage Distributing Board
표 Table 3. Electrical Properties of Low Voltage Distributing Board
그림 Figure 1. Stereoscopic photography of the developed distribution panel.
그림 Figure 2. Schematic diagram of the developed distribution panel.
그림 Figure 3. Stereoscopic photograph of device for temperature rise test of developed distribution board.
그림 Figure 4. Schematic diagram for temperature-rise test of developed distribution board.
그림 Figure 5. Temperature rise test curved lines of developed distribution board.
표 Table 4. Maximum Allowable Temperature by Insulation Classification of Electrical Appliances
표 Table 5. Result of Temperature Rise Test for Developed Distribution Board
그림 Figure 6. Photograph of the outside of the MCCB receiving stress at heat resistance of 180 ℃.
그림 Figure 7. Blocking test curved line of human body electric shock of electric current.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 저압용 10회로 분전반을 KEMC 2102-610 규정에 근거하여 제작하기 위해 관련 규정을 비교 분석하였다. 또한, 개발된 10회로 분전반의 특성을 분석하여 개발된 제품의 객관적 특성을 제시하여 분전반의 안전성을 확보하고자 한다.
따라서 본 논문에서는 저압용 10회로 분전반을 KEMC 2102-610 규정에 근거하여 제작하기 위해 관련 규정을 비교 분석하였다. 또한, 개발된 10회로 분전반의 특성을 분석하여 개발된 제품의 객관적 특성을 제시하여 분전반의 안전성을 확보하고자 한다.
또는 직류 정격 전압 1,500 V 이하의 저압 분전반이다. 저압용 분전반의 온도 상승 시험은 분전반의 각부에 대해 규정된 온도 상승 한도를 초과하지 않는다는 것을 검증하기 위한 것이다. 이 시험은 보통 분전반에 설치된 기기와 함께 정격전류에서 ① 800 A를 초과하고 3,150 A 이하인 시험 전류치의 경우와 ② 3,150 A를 초과하는 시험전류치의 경우로 나누어 시험이 진행되어야 한다.
온도를 측정한 부분은 인입 접속부, 주회로 및 분기회로 모선, 모선 지지물 등 18개소(Figure 1에 번호 표기)이다. 즉, 동일한 조건에서 시험 대상 부분의 온도 변화를 동시에 확인함에 따라 시험의 신뢰성과 정확성을 높이고자 하였다. 동시에 실시된 시험을 통해서 온도가 가장 높게 측정된 곳은 분기회로 모선용 MCCB 전원측 접속부의 R상(R-phase)으로 65.

제안 방법

(1) 개발된 10회로 분전반에 적용된 재료와 부품의 강도는 KS C IEC 61439-1이며, 내식성, 절연 재료의 특성, 자외선 복사의 내성, 기계적 충격 등의 항목에 적합하도록 설계되었다. 옥내에 설치되는 분전반은 IEC 60068-2-30, 60068-2-11 등을 적용하였다.
(2) 개발된 분전반 외함의 보호 등급, 감전 방지와 보호 회로, 개폐장치와 구성품, 내부 전기 회로와 연결부, 외부 도체의 단자, 절연 특성, 온도 상승, 단락 내력, 전자파 적합성, 기계적 동작 등이 적합하도록 제작하였다. 또한, 감전 방지와 보호회로는 조립체의 노출 도전부와 보호회로 사이의 효과적인 접지 연속성과 단락 내력을 확보하였다.
(3) 개발된 10회로 저압 분전반은 상부에 배선용차단기(MCCB)를 설치하여 주전원이 유입되도록 배치하였고, 부하측의 배선은 부스바(bus bar)를 이용하여 R, S, T, N 등을 색 배선하였다. 그리고 부스바를 사용하여 좌측과 우측으로 병렬 분기하여 다양한 부하를 효과적으로 사용할 수 있도록 구성하였다.
(5) 개발된 10회로 분전반의 온도 상승 시험에서 3상 시험 전류는 225 A, 시험 주파수 60 Hz, 시험 시간 6시간 동안 연속 실시하였다. 온도를 측정한 부분은 인입 접속부, 주회로 및 분기회로 모선, 모선 지지물 등 18개소이다.
Figure 1은 개발된 10회로 저압 분전반의 실체 사진을 나타낸 것이다. 개발된 분전반은 상부에 배선용차단기(MCCB)를 설치하여 주전원이 유입되도록 배치하였고, 부하측의 배선은 모선(bus bar)을 이용하여 R, S, T, N 각 상을 색 배선하였다. 그리고 부스바를 사용하여 좌측과 우측으로 병렬 분기하여 다양한 부하를 효과적으로 사용할 수 있도록 구성하였다.
개방형의 경우는 유닛(unit)의 치수가 표준화되어 있어서 변전소 등의 규모에 따라서 유닛의 수를 정한다. 개발된 저압용 10회로 분전반은 KEMC의 규정을 적용하여 설계 및 제작, 평가 및 분석 등을 실시한 것이다. 또한, 개발된 10회로 분전반은 사용자의 요구 및 목적 등에 따라 회로를 증설할 수 있고, 전원의 형태도 관련 기준에 근거하여 변형이 가능하다.
개발된 분전반은 상부에 배선용차단기(MCCB)를 설치하여 주전원이 유입되도록 배치하였고, 부하측의 배선은 모선(bus bar)을 이용하여 R, S, T, N 각 상을 색 배선하였다. 그리고 부스바를 사용하여 좌측과 우측으로 병렬 분기하여 다양한 부하를 효과적으로 사용할 수 있도록 구성하였다. 또한, 분기된 각각의 차단기 부하측에 센서 모듈(sensor module)을 설치하여 부하의 전선로에서 발생되는 누설전류의 크기를 실시간 측정할 수 있어서 우측 상단에 설치된 관리 시스템에 그 상태를 표시할 수 있는 제품이다.
(2) 개발된 분전반 외함의 보호 등급, 감전 방지와 보호 회로, 개폐장치와 구성품, 내부 전기 회로와 연결부, 외부 도체의 단자, 절연 특성, 온도 상승, 단락 내력, 전자파 적합성, 기계적 동작 등이 적합하도록 제작하였다. 또한, 감전 방지와 보호회로는 조립체의 노출 도전부와 보호회로 사이의 효과적인 접지 연속성과 단락 내력을 확보하였다.
Table 1은 개발된 10회로 분전반에 적용된 재료와 부품의 강도를 나타낸 것으로 KS C IEC 61439-1을 적용하였다. 또한, 개발된 분전반은 내식성, 절연 재료의 특성, 자외선 복사의 내성, 인양, 기계적 충격 등의 항목에 적합하도록 설계되었다^(5-9). 옥내에 설치되는 분전반은 IEC 60068-2-30, 60068-2-11을 적용한 것이다.
감전 방지와 보호회로는 조립체의 노출 도전부와 보호회로 사이의 효과적인 접지 연속성과 단락 내력을 검증해야 하는 것으로 되어 있다. 또한, 내부 전기 회로와 연결부는 주회로, 보조회로, 비피복 도체와 절연 도체, 주회로와 보조 회로의 도체 식별 등의 설계 요구 사항의 준수 여부를 검증하였다^(5-9).
일반 산업 현장에서 사용되는 저압용 분전반의 항목은 적용 범위, 전압, 전류, 주파수 등을 대상으로 실시하였다. 또한, 단위 기능반의 특정 사용 조건에 따른 추가 요구는 별도로 조건을 지정하였다. 한국은 IEC에서 권장하는 전압체계를 따르고 있으나 일본은 다른 전압 대역을 정하고 있으며, 주파수 역시 한국과 다르게 60 Hz, 50 Hz를 혼용하는 것으로 조사되었다^(5-9).
시험에 진행될 때 전원의 공급 및 부하의 변동 등을 각각의 모니터에 실시간으로 확인할 수 있고, 그 변화를 확인함에 따라 시험의 신뢰성을 높였다. 또한, 시험이 진행될 때 독립된 전원을 사용하여 시험기와 시험 대상물 등이 외부의 간섭 또는 장애가 없도록 회로를 구성하였다.
실험의 신뢰성과 안전성 확보를 위해 표준작업절차(SOP)에 따라 장치를 준비하였고, 순차적인 실험 조건을 설정하였다. 모든 시험은 일정 시간의 간격으로 진행됨에 따라 시험기의 오차를 최소로 하였고, 감전사고 및 설비사고 등의 위험이 있으므로 위험 반경 내에 사람의 출입이 불가능하도록 구획을 설정하였다. 개발된 분전반에 대한 온도 상승시험을 위한 시험 전류는 3상 225 A를 6시간 동안 연속으로 흘려주었고, 시험 주파수는 60 Hz 이다.
본 논문에서는 저압용 10회로 분전반을 KEMC 규정에 근거하여 제작하였고, 관련 규정을 비교 분석하였다. 또한, 개발된 분전반의 특성을 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
, Korea)는 52kVA이며, 최대 출력 전류는 4,000 A까지 공급할 수 있다. 실험의 신뢰성과 안전성 확보를 위해 표준작업절차(SOP)에 따라 장치를 준비하였고, 순차적인 실험 조건을 설정하였다. 모든 시험은 일정 시간의 간격으로 진행됨에 따라 시험기의 오차를 최소로 하였고, 감전사고 및 설비사고 등의 위험이 있으므로 위험 반경 내에 사람의 출입이 불가능하도록 구획을 설정하였다.
Table 2는 KS C IEC 61439-1에 제시되어 있는 분전반 외함의 검증 방법을 나타낸 것이다. 외함의 보호 등급, 감전 방지와 보호회로, 개폐장치와 구성품, 내부 전기 회로와 연결부, 외부 도체의 단자, 절연 특성, 온도 상승, 단락 내력, 전자파 적합성, 기계적 동작 등을 분석하였다. 감전 방지와 보호회로는 조립체의 노출 도전부와 보호회로 사이의 효과적인 접지 연속성과 단락 내력을 검증해야 하는 것으로 되어 있다.
발전소 및 변전소 등과 같이 용량이 비교적 큰 것은 주로 배전반(distribution board)이라고 부르고, 주택용 및 비교적 적은 설비는 분전반이라고 부른다. 저압용 분전반의 규정은 KS C IEC 61493-1, KEMC 2102-610, JSIA-300 등을 비교하였다. KS C 61439-1에서 제시하는 저압 분전반은 정격전압 교류 1,000 V 이하, 직류 1,500 V 이하 등의 범위 내에서 적용된다^(4-9).
Table 3은 저압 분전반의 전기적 특성에 대해 KS C IEC 61439-1, KEMC 2102-610 및 JSIA-300을 비교한 것이다. 즉, 개발된 분전반의 시험 및 평가를 객관적으로 입증하기 위해 관련 규정을 준수하였다. 일반 산업 현장에서 사용되는 저압용 분전반의 항목은 적용 범위, 전압, 전류, 주파수 등을 대상으로 실시하였다.

대상 데이터

개발된 10회로 분전반의 공인 시험은 한국전기공업협동조합(KEMC)의 관련 규정을 준수하였고, 적용 범위 및 대상은 교류 정격 전압 1,000 V 이하이고, 주파수가 1,000 Hz 이하이다. 또는 직류 정격 전압 1,500 V 이하의 저압 분전반이다.
3상 전원을 공급하고 시험 전류 225 A에서 6시간 동안 실시한 것이다. 시험 주파수 60 Hz에서 인입 접속부, 주회로 및 분기회로 모선, 모선 지지물 등 18개 소이다. 제시된 온도 분석표는 섭씨온도(Celsius temperature, ℃)를 사용한다.
3상 시험 전류는 225 A, 시험 주파수 60 Hz, 시험 시간 6시간 동안 연속 실시한 것이다. 온도를 측정한 부분은 인입 접속부, 주회로 및 분기회로 모선, 모선 지지물 등 18개소(Figure 1에 번호 표기)이다. 즉, 동일한 조건에서 시험 대상 부분의 온도 변화를 동시에 확인함에 따라 시험의 신뢰성과 정확성을 높이고자 하였다.
(5) 개발된 10회로 분전반의 온도 상승 시험에서 3상 시험 전류는 225 A, 시험 주파수 60 Hz, 시험 시간 6시간 동안 연속 실시하였다. 온도를 측정한 부분은 인입 접속부, 주회로 및 분기회로 모선, 모선 지지물 등 18개소이다. 온도가 가장 높게 측정된 곳은 분기회로 모선용 MCCB 전원 측 접속부의 R상(R-phase)으로 65.

이론/모형

Table 1은 개발된 10회로 분전반에 적용된 재료와 부품의 강도를 나타낸 것으로 KS C IEC 61439-1을 적용하였다. 또한, 개발된 분전반은 내식성, 절연 재료의 특성, 자외선 복사의 내성, 인양, 기계적 충격 등의 항목에 적합하도록 설계되었다^(5-9).

성능/효과

(6) 단상 2선식 선로에 설치하여 회로를 구성할 수 있는 MCCB의 내열 평가는 내열 실험 장치를 사용하였다. 180℃에서 6시간 동안 실시하였고, MCCB의 외형은 특이 사항이 없으나 MCCB를 설치할 때 사용하는 고정걸이 및 작동 손잡이가 녹아내린 것을 알 수 있었다.
제시된 온도 분석표는 섭씨온도(Celsius temperature, ℃)를 사용한다. 개발된 분전반의 인입 접속부는 T상(Tphase)의 온도는 48.4 ℃로 가장 높았고, 주회로 모선과 분기회로 모선의 접속부는 T상(T-phase)이 58.7 ℃로 측정되었다. 그리고 분기회로 모선용 MCCB 전원측 접속부는 R상(R-phase)이 63.
1 ℃로 측정되어 양호한 것을 알 수 있다. 그리고 실험이 진행될 때의 주변 온도는 30.4 ℃를 일정하게 유지함에 외부 온도의 변화가 제품의 특성에 영향이 없도록 하였으며, 상대 습도 역시 40~ 60%로 일정하게 유지하였다.
측정된 대부분은 초기에 온도가 선형적으로 상승하여 약 2시간이 경과되면 안정화 단계에 도달하는 온도 패턴을 보이고 있다. 그리고 측정된 모든 곳이 관련 규정에서 제시하고 있는 온도 범위 이내로 확인된바 개발된 분전반은 온도 특성이 우수한 것으로 판단된다. 즉, 개발된 분전반은 Table 4에서 알 수 있는 바와 같이 전기기기의 절연 종별에 따른 최고허용온도인 90 ℃ 이하를 유지하는 것으로 보아 Y종 절연에서도 견딜 수 있다는 것이 입증된 것을 알 수 있다.
6 ℃로 기록되었다. 그리고 측정된 모든 곳이 관련 규정에서 제시하고 있는 온도 범위 이하로 확인된바 개발된 분전반은 온도 특성이 우수한 것으로 판단된다.
즉, 동일한 조건에서 시험 대상 부분의 온도 변화를 동시에 확인함에 따라 시험의 신뢰성과 정확성을 높이고자 하였다. 동시에 실시된 시험을 통해서 온도가 가장 높게 측정된 곳은 분기회로 모선용 MCCB 전원측 접속부의 R상(R-phase)으로 65.3 ℃로 기록되었고, 부하측은 T상(T-phase)으로 61.6 ℃로 확인되었다. 측정된 대부분은 초기에 온도가 선형적으로 상승하여 약 2시간이 경과되면 안정화 단계에 도달하는 온도 패턴을 보이고 있다.
그리고 Figure 6(c)는 정면을 나타낸 실체 사진으로 몸체는 변색이 발생되었고, 전체적으로 일부 변경된 것을 알 수 있다. 또한, 동일한 조건에서 150 ℃의 실험을 실시한 결과 열적 스트레스를 받은 MCCB는 고정걸이의 변형 및 명판의 변색 등을 확인할 수 있었다^(19,20).
또한, 출력 전류는 최대 2,000 A이며, 용량은 52 kVA이다. 시험에 진행될 때 전원의 공급 및 부하의 변동 등을 각각의 모니터에 실시간으로 확인할 수 있고, 그 변화를 확인함에 따라 시험의 신뢰성을 높였다. 또한, 시험이 진행될 때 독립된 전원을 사용하여 시험기와 시험 대상물 등이 외부의 간섭 또는 장애가 없도록 회로를 구성하였다.
개발된 분전반에 대한 온도 상승시험을 위한 시험 전류는 3상 225 A를 6시간 동안 연속으로 흘려주었고, 시험 주파수는 60 Hz 이다. 시험이 진행될 때의 실험실의 온도는 30.4 ℃로 일정하게 유지시켜 외부온도의 변화가 제품의 특성에 영향이 없도록 하였으며, 상대 습도 역시 40~60%로 일정하게 유지하였다^(5-9).
그리고 측정된 모든 곳이 관련 규정에서 제시하고 있는 온도 범위 이내로 확인된바 개발된 분전반은 온도 특성이 우수한 것으로 판단된다. 즉, 개발된 분전반은 Table 4에서 알 수 있는 바와 같이 전기기기의 절연 종별에 따른 최고허용온도인 90 ℃ 이하를 유지하는 것으로 보아 Y종 절연에서도 견딜 수 있다는 것이 입증된 것을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 개발된 분전반의 장점은 무엇인가요?	또한, 분기된 각각의 차단기 부하측에 센서 모듈(sensor module)을 설치하여 부하의 전선로에서 발생되는 누설전류의 크기를 실시간 측정할 수 있어서 우측 상단에 설치된 관리 시스템에 그 상태를 표시할 수 있는 제품이다. 기존 분전반에 없는 센서 모듈과 관리 시스템을 탑재시켜 각각의 부하에서 발생되는 누설전류 및 부하전류의 변화를 실시간 관리하고 확인 할 수 있어서 전기화재 및 설비사고 등이 예방이 가능하다[5-9]. 즉, 기존 분전반은 단순히 사고 전류를 차단하는 것에 비해 본 개발품은 각각의 선로 관리가 실시간 가능하다. 그러므로 기존 분전반에 비해 센서 모듈을 설치할 공간의 확보가 필요하며, 그에 따른 설계 역시 변경되어야 하는 특징이 있다.
	분전반 중 무엇을 배전반이라 하는가?	전기설비 기계기구의 특성 및 용도에 따라 전압이 결정되며, 전기를 안전하게 수용가에 공급하기 위해 분전반을 설치한다. 발전소 및 변전소 등과 같이 용량이 비교적 큰 것은 주로 배전반(distribution board)이라고 부르고, 주택용 및 비교적 적은 설비는 분전반이라고 부른다. 저압용 분전반의 규정은 KS C IEC 61493-1, KEMC 2102-610, JSIA-300 등을 비교하였다.
	전기재해 통계에서 전기화재의 주된 원인은 무엇인가요?	8%를 점유하였다[2]. 한국전기안전공사(KESCO)의 2015년 전기재해 통계에 의하면 부주의에 의한 화재가 52.9%로 가장 높고, 전기적 요인에 의한 화재가 17.5%, 기계적 요인에 의한 화재가 10.2% 이다. 전기설비에서 발생된 화재 7,760건을 분석한 결과 일반용 전기설비에서 5,458건이 발생하여 점유율은 70.

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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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