[논문]멀티콘센트 로커스위치의 화재 위험성 재현실험

은희림

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은희림 (전북소방본부)

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제안 방법

on/off 스위칭에 따른 발열특성 분석을 위하여 시험전류를 10A, 20A, 30A로 가변시키면서 온도상승을 측정하였으며, 스위칭 속도는 규격에서 규정하고 있는 것과 같이 정격전류에 비례하는 스위칭 속도로 실험하였다.
로커스위치 외함과 격벽 재료의 열 특성 분석을 위하여 동시열분석기(SDT2960, TA Instruments, USA)를 이용하여 시차주열량 측정(DSC)과 열 중량 분석(TGA)을 실시하였다.
로커스위치의 on/off 스위칭에 따른 접점의 화재 위험성 분석을 위하여 단계적으로 실험을 실시하였다. 전원은 정격전압 220V, 60㎐ 상용전원을 사용하였다.
본 연구에서는 멀티콘센트의 로커스위치(rocker switch)에서 발생할 수 있는 발화가능성을 부하전류의 크기, 스위칭 횟수 측면으로 분석하였다. 기존 멀티콘센트에서는 과부하, 절연열화, 트래킹 등으로 인해 화재가 발생하곤 하였다.
부하는 저항부하로 정격전압 220V, 전류 10A ~ 110A 가변 부하를 사용하였다. 실험에 따른 부하전류는 클램프메타(3285-20, HIOKI, JAPAN)를 이용하여 측정하였으며, 로커스위치의 온도상승은 적외선 열화상 카메라(TI45FT, Fluke, USA)를 이용하여 측정하였다.

대상 데이터

전원은 정격전압 220V, 60㎐ 상용전원을 사용하였다. 실험에 사용된 멀티콘센트는 정격전압 250V, 정격전류 16A, 길이 3m 둥근형 3구 접지부를 사용하였다. 부하는 저항부하로 정격전압 220V, 전류 10A ~ 110A 가변 부하를 사용하였다.
로커스위치의 on/off 스위칭에 따른 접점의 화재 위험성 분석을 위하여 단계적으로 실험을 실시하였다. 전원은 정격전압 220V, 60㎐ 상용전원을 사용하였다. 실험에 사용된 멀티콘센트는 정격전압 250V, 정격전류 16A, 길이 3m 둥근형 3구 접지부를 사용하였다.

성능/효과

25회 스위칭 시에는 가동접점에 아크흔과 열에 의한 변색이 나타났으며, 50회 스위칭 시에는 아크 및 발화로 인해 접점의 형태가 일부 파손되었고, 주변 절연물이 탄화된 것을 확인할 수 있었다. 50회 스위칭 후, 고정접점은 절연물의 탄화 및 변형으로 설치위치가 변형된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상대적으로 크기가 작은 가동접점이 고정접점보다 소훼가 더 심하게 나타난 것을 알 수 있었다.
개별스위치에 부하전류 10A를 인가하고 200회 스위칭 실험을 실시한 결과, 전기적 특이점이 나타나지 않았다. 1,000회 스위칭 실험 중, 약 530회 정도부터 접점 이상으로 인한 오동작이 일부 발생하였으며, 약 750회 이상부터 접점 이상으로 인한 소음이 일부 발생하였다.
50회 스위칭 후, 고정접점은 절연물의 탄화 및 변형으로 설치위치가 변형된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상대적으로 크기가 작은 가동접점이 고정접점보다 소훼가 더 심하게 나타난 것을 알 수 있었다.
그러나 최근, 로커스위치 on/off 아크로 인한 스위치 내부 구성재 및 격벽(Barrier)의 절연 성능이 저하되어 화재가 발생하는 사례가 있었다. 본 연구를 통하여 멀티콘센트 로커스위치에 과부하(30A)가 인가 될 경우 또는 스위칭 횟수가 많아질 경우, 로커스위치의 내부 격벽(Barrier), 고정접점, 누름봉 등이 변형되어 화재로 이어질 수 있음을 확인하였다.
부하전류가 증가 할수록 스위치 접점에서 소손 및 변형이 나타나며, 부하전류 30A를 인가하여 실험한 결과, 스위치 내부 열에 의해 발화되고 스위치가 심하게 손상되는 것을 확인할 수 있었다. 스위칭 횟수가 많을수록 접점의 소훼가 증가하였고 접점의 크기가 작은 가동접점이 고정접점보다 심하게 손상되는 것을 확인할 수 있었다.
부하전류가 증가 할수록 스위치 접점에서 소손 및 변형이 나타나며, 부하전류 30A를 인가하여 실험한 결과, 스위치 내부 열에 의해 발화되고 스위치가 심하게 손상되는 것을 확인할 수 있었다. 스위칭 횟수가 많을수록 접점의 소훼가 증가하였고 접점의 크기가 작은 가동접점이 고정접점보다 심하게 손상되는 것을 확인할 수 있었다. 격벽의 유리전이 온도가 약 260℃로 로커스위치 내부 온도가 상승할 경우 격벽의 변형으로 내부 단락이 발생할 수 있기 때문에 로커스위치 내부 온도 상승 방지를 위한 설계가 필요함을 알 수 있었다.
실험 결과로부터 로커스위치의 용량은 멀티콘센트 전체 용량보다 작기 때문에 화재의 위험이 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 멀티콘센트의 안전도를 높이기 위해서는 로커스위치의 전류용량을 멀티콘센트 전류용량과 동일하게 설계하여야 한다.
실험결과를 정리하면, 부하전류 10A 인가 실험에서는 로커스위치의 전기적 특이점이 나타나지 않았다. 부하전류 20A 인가실험에서는 로커스위치의 최고온도가 87.

후속연구

이로 인해 로커스위치에서 발생하는 아크로 화재가 발생할 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 부하전원을 먼저 OFF 한 후에 로커스위치를 OFF 하여야 안전도가 높아진다는 점도 알아야 할 것이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

최근 로커스위치에서 발생하는 문제점은?

기존 멀티콘센트에서는 과부하, 절연열화, 트래킹 등으로 인해 화재가 발생하곤 하였다. 그러나 최근, 로커스위치 on/off 아크로 인한 스위치 내부 구성재 및 격벽(Barrier)의 절연 성능이 저하되어 화재가 발생하는 사례가 있었다. 본 연구를 통하여 멀티콘센트 로커스위치에 과부하(30A)가 인가 될 경우 또는 스위칭 횟수가 많아질 경우, 로커스위치의 내부 격벽(Barrier), 고정접점, 누름봉 등이 변형되어 화재로 이어질 수 있음을 확인하였다.

로커스위치에서 발생하는 아크로 화재가 발생할 수 있는 경우는?

사용자는 멀티콘센트의 안전성이 우수한 것으로 인식하고 편리성에 의해 부하가 연결된 상태에서 개별스위치만을 작동하여 OFF 시키는 경우가 대부분이다. 이로 인해 로커스위치에서 발생하는 아크로 화재가 발생할 수 있다는 점을 알아야 할 것이다.

부하전류가 증가할 때 발생하는 현상은?

부하전류가 증가 할수록 스위치 접점에서 소손 및 변형이 나타나며, 부하전류 30A를 인가하여 실험한 결과, 스위치 내부 열에 의해 발화되고 스위치가 심하게 손상되는 것을 확인할 수 있었다. 스위칭 횟수가 많을수록 접점의 소훼가 증가하였고 접점의 크기가 작은 가동접점이 고정접점보다 심하게 손상되는 것을 확인할 수 있었다.

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