[논문]전기 접속장치인 분전반과 배전반의 효율적인 부스바 절연 피복 레이저 커팅기 연구 개발

임연정; 임상호

doi:10.21186/ipr.2019.4.2.001

[국내논문] 전기 접속장치인 분전반과 배전반의 효율적인 부스바 절연 피복 레이저 커팅기 연구 개발
Efficient Busbars for Distribution Boards and Distribution Boards R & D Laser Cutting Machine 원문보기

Industry promotion research = 산업진흥연구, v.4 no.2, 2019년, pp.1 - 8

초록
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본 연구는 분전반 또는 배전반에 설치되는 부스바(busbar)의 절연 피복을 절단하는 커팅기에 관한 기술로써, 연구 결과, 첫째, 커팅기 상부와 하부에 각각 레이저기가 부착된 하우징을 포함하는 커팅유닛 및 프레임의 상부에 설치되고, 부스바의 피복 커팅거리를 조절하는 스토퍼로 구성된 것이 특징인 부스바 피복 레이저 커팅기이다. 둘째, 프레임은, 테이블의 후방 측 단부에 위치하도록 상부에 길이 방향으로 가이드 바가 놓여 설치되고 상부 중간 부분에서 전방과 후방에 각각 수직 상으로 포스트가 설치되며, 전방 포스트의 외측부에 위치하도록 테이블에 커팅 홀이 형성된 것이 특징이다. 셋째, 서포터는, 프레임에 배치된 가이드 바의 상부에 고정 설치되고, 실린더와 지지 판으로 구성된 것이 특징이다. 본 연구의 의미는 작업자의 안전사고를 방지하며, 커팅 작업의 효율성을 높이고, 부스바의 표면에 흠집이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다는데 연구의 의미를 찾을 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This research is a technology for cutting the insulation of the busbar (busbar) installed in the distribution panel or switchboard, the results of the study, first, the cutting unit and frame of the cutting unit including a housing attached to the upper and lower cutters, respectively Busbar coating laser cutting machine is installed on the top, characterized by consisting of a stopper for adjusting the coating cutting distance of the busbar. Second, the frame is installed with the guide bar in the longitudinal direction at the top so as to be located at the rear side end of the table, the post is installed vertically at the front and rear at the upper middle part, respectively, and cut to the table at the outer side of the front post. It is characterized by the formation of holes. Third, the supporter is fixedly installed on the upper part of the guide bar arranged in the frame, and is characterized by consisting of a cylinder and a support plate. The meaning of this study is to prevent the safety accidents of workers, to improve the efficiency of cutting work, and to prevent the occurrence of scratches on the surface of the busbar.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

또한 본 연구는 서포터가 부스바를 파지하여 고정한 다음, 커팅유닛의 상하부 레이저기가 작동하여 부스바의 피복을 자동으로 커팅에 따라 작업자의 안전사고를 방지할 뿐만 아니라 커팅작업의 효율성을 높이고, 부스바의 표면에 흠집이 발생하는 것을 방지하는 부스바 피복 레이저 커팅기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 분전반의 시험은 관련 규정, 내전압, 절연저항, 대기전력 및 누설전류 검출 장치 시험기의 특성을 해석하는데 있다. 고완수(2017)에 의하면 분전반의 특성을 통계적 방법으로 해석하여 신뢰성을 검증한다.
이를 위하여 LED 모듈의 구성 재료인 copper/ ceramic 및 silicone/ceramic 이종 복합 기판을 제작하여 레이저 절단 후, 절단면의 표면 특성, 표면조도, 굽힘 강도를 다이싱 saw를 이용하여 절단한 샘플과 비교하였다.복합 기판에 대한 최적의 레이저 절단 조건을 찾기 위하여, 세라믹 및 구리 단일 기판의 레이저 절단을 통하여 다양한 레이저 공정 조건들에 대한 영향 검토하였다. 절단면의 표면 특성이 가장 좋은 최적의 레이저 절단 조건은 Ar 보조 가스의 사용, 높은 레이저 파워 및 높은 보조 가스의 압력이다.
본 연구는 분전반 또는 배전반에 설치되는 부스바(busbar)의 절연 피복을 절단하는 커팅기에 관한 기술로서, 보다 상세하게 설명하면 테이블 위에 놓인 부스바를 서포터가 파지하여 고정한 다음, 커팅유닛의 구동으로 상하부 레이저기가 작동하여 부스바의 피복을 자동으로 커팅함으로써, 작업자의 안전사고를 방지할 뿐만 아니라 커팅작업의 효율성을 높이고, 부스바의 표면에 흠집이 발생하는 것을 방지하는 부스바 피복 레이저 커팅기에 관한 기술을 구성을 통해 연구하였다.
본 연구는 종래 선행기술에서 부스바에 코팅된 피복을 절단 시 작업자가 항상 안전사고의 위험성에 노출되고, 작업의 효율성이 저하되는 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 테이블 위에 놓인 부스바를 제1 및 다른 서포터가 파지하여 고정하고, 커팅유닛의 구동으로 상하부 레이저기가 작동하여 부스바의 상하 피복을 자동으로 커팅 하는 부스바 피복 레이저 커팅기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 연구는 서포터가 부스바를 파지하여 고정한 다음, 커팅유닛의 상하부 레이저기가 작동하여 부스바의 피복을 자동으로 커팅에 따라 작업자의 안전사고를 방지할 뿐만 아니라 커팅작업의 효율성을 높이고, 부스바의 표면에 흠집이 발생하는 것을 방지하는 부스바 피복 레이저 커팅기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
향후 레이저 국산화를 위한 노력과 함께 후방소재. 부품의 전략적 투자를 통해 산업의 건강한 선순환 생태 환경을 조성하여 산업 경쟁력을 갖추어야 한다고 연구를 하였다.[10]
01MΩ으로 확인되었다.이와 같이 분전함의 기능과 기술이 향상되고 있는 시대에 본 연구는 생산성을 고려하여 연구개발 하였다.
최원용⋅좌성훈(2017)은 레이저를 이용하여 LED 모듈을 초고속 절단하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 특히 기존의 다이싱(dicing) saw의 절단 속도를 훨씬 능가하는 100 mm/s의 초고속 레이저 절단의 가능성을 검토하였다. 이를 위하여 LED 모듈의 구성 재료인 copper/ ceramic 및 silicone/ceramic 이종 복합 기판을 제작하여 레이저 절단 후, 절단면의 표면 특성, 표면조도, 굽힘 강도를 다이싱 saw를 이용하여 절단한 샘플과 비교하였다.

가설 설정

내부에 설치되는 기기들을 서로 접속할 때 전선(cable) 또는 부스바(busbar)를 사용하고 있는데, 사용시 필연적으로 전력손실에 의한 발열로 인하여 배전반 내부온도 및 기기의 온도가 상승한다. 기기에 대한 온도 상승 허용범위는 각 기기의 해당규격에 규정되어 있으며 배전반 규격(고압배전반 IEC 62271-200 및 SPS-KEMC 2101-0609, 저압배전반 IEC 61439 series 및 SPS -KEMC 2102-0610)에는 외부접속용 단자 등 배전반 내부에 사용되는 전선 또는 부스바의 온도상승 허용범위가 규정됨을 연구하였다.[7]

제안 방법

개발된 내진장치를 직접 수⋅배전반에 적용하기 전배전반에 대한 유한요소법을 이용한 해석적 방법을 적용하여 모드 및 스펙트럼 해석을 수행하였다.
103W로 측정되었다. 개발된 누설전류 검출 장치 시험기의 전원은 AC 220V, 60Hz이고, +단자, -단자, AC 전류계, 저항성 누설전류(Igr) 가변 조절기, 누설전류(Ig) 조절기 등으로 구성되게 연구 하였다.[13]
AC 220V, 380V, 440V의 전압을 60s 동안 R, S,T 각각에 인가한 실험에서 모두 양호한 것을 확인할 수 있었다. 그리고 개발된 분전반의 절연저항 측정은 절연저항시험기(Insulation Resistance Tester)를 이용하였다. AC 500V, 1000V의 전압을 3s 동안 R, S, T 각각에 인가하였다.
그리고 내열 실험 장치를 이용하여 MCCB를 180°C 에서 6시간 동안 열적 스트레스를 인가하였을 때 작동 손잡이의 변형이 확인 되었고, 트립 상태로 이동한 것을 연구하였다.
그리고 부분방전 측정에 영향을 주는 통신 노이즈 제거를 위해서 통신 중계기 주파수 대역인 850MHz∼ 950MHz 대역과 1,700MHz 이후 대역의 신호를 저지시 키는 대역저지필터(BSF Band Stop Filter)를 적용하여 노이즈 제거 방안에 대해 연구를 하였다.
다음은, 서포터가 구동하여 부스 바를 눌러 고정하고, 이와 동시에 커팅유닛에서 실린더가 구동하여 하우징을 전방 측으로 이동시키는 한편 상하부 레이저기가 작동하여 레이저빔을 부스바의 상하부 피복에 송출하며, 이때 하부 레이저 기에서 송출되는 레이저빔은 테이블의 커팅홀을 통해 부스바의 하부 피복에 조사된다.
또한 본 연구의 실시예로서, 프레임은 테이블의 후방측 단부에 위치하도록 상부에 길이 방향으로 가이드 바가 놓여 설치되고, 상부 중간 부분에서 전방과 후방에 각각 수직 상으로 포스트가 설치되며, 상기 전방 포스트의 외측부에 위치하도록 테이블에 커팅 홀이 형성된 것을 특징으로 한다. 또한 본 연구의 실시예로서, 서포터는 프레임에 배치된 가이드 바의 상부에 고정 설치되고, 실린더와 지지 판으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 수⋅배전반에 개발된 내진장치를 직접 설치하고 지진 발생지역의 특수한 상황을 고려한 내진시험 방법으로 3차원 진동대 실증시험을 연구를 수행하였다.
본 연구의 소기의 목적을 실현하고자, 상부에 수평 상으로 테이블이 설치된 프레임 상기 테이블의 일측에 설치되고, 테이블 위에 놓인 부스바를 파지하여 고정하는 서포터 상기 테이블의 일측에 설치되고, 테이블 위에 놓인 부스바를 파지하여 고정하는 다른 서포터 상기 프레임의 상부에 전후로 이송 가능케 설치되고, 상부와 하부에 각각 레이저기가 부착된 하우징을 포함하는 커팅유닛 및 상기 프레임의 상부에 설치되고, 부스바의 피복 커팅 거리를 조절하는 스토퍼를 포함하여 구현된다.
박지훈(2018)은 폐쇄배전반 내에서 발생할 수 있는 플로팅, 코로나 결함 조건을 모의하여 실험을 진행하였다. 실험에는 극초단파(UHF Ultra High Frequency)대역의 광대역(Wideband) 센서, 협대역(Narrowband) 센서, TEV (Transient Earth Voltage) 센서, HFCT(High Frequency Current Transformer)센서를 적용하였다. 그리고 각각의 센서에 대해 부분방전의 크기 및 주파수 스펙트럼을 비교한 결과 광대역 센서가 다른 센서들에 비해서 우수한 측정 성능을 가지고 있음을 확인 하였다.
이러한 구성으로 이루어진 본 연구의 작동과정을 살펴보면, 우선 작업자가 피복의 커팅거리에 따라 스토퍼를 이동시켜 테이블 위에 배치하고, 부스바의 단부가 스토퍼에 밀착되도록 테이블 위에 부스바를 올려놓은 다음, 컨트롤박스의 스위치를 눌러 커팅기를 작동시키면, 먼저 다른 서포터의 작동하여 부스바를 후방 측으로 밀어서 가이드바에 밀착시킨다.
임동욱(2019)은 KP4 금형강의 초정밀 연마를 목적으로 펄스형 레이저 마이크로 폴리싱 시스템의 제작 및 성능 평가를 수행하였다. 이를 바탕으로 실제 KP4 금형강에 대한 펄스형 레이저 마이크로 폴리싱을 수행하여 표면거칠기를 최소화하는 레이저 가공 최적 조건을 도출하였다.[5].
특히 기존의 다이싱(dicing) saw의 절단 속도를 훨씬 능가하는 100 mm/s의 초고속 레이저 절단의 가능성을 검토하였다. 이를 위하여 LED 모듈의 구성 재료인 copper/ ceramic 및 silicone/ceramic 이종 복합 기판을 제작하여 레이저 절단 후, 절단면의 표면 특성, 표면조도, 굽힘 강도를 다이싱 saw를 이용하여 절단한 샘플과 비교하였다.복합 기판에 대한 최적의 레이저 절단 조건을 찾기 위하여, 세라믹 및 구리 단일 기판의 레이저 절단을 통하여 다양한 레이저 공정 조건들에 대한 영향 검토하였다.

대상 데이터

이병설⋅최충석(2017)은 저압용 10회로 분전반을 전기공업협동조합(KEMC) 2102-610 규정에 근거하여 제작하였다. 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.
또한 본 연구의 실시예로서, 프레임은 테이블의 후방측 단부에 위치하도록 상부에 길이 방향으로 가이드 바가 놓여 설치되고, 상부 중간 부분에서 전방과 후방에 각각 수직 상으로 포스트가 설치되며, 상기 전방 포스트의 외측부에 위치하도록 테이블에 커팅 홀이 형성된 것을 특징으로 한다. 또한 본 연구의 실시예로서, 서포터는 프레임에 배치된 가이드 바의 상부에 고정 설치되고, 실린더와 지지 판으로 구성된 것을 특징으로 한다.

성능/효과

이는 분전반의 내전압 인가는 내전압시험기(AC/DC Withstanding Voltage Tester)를 이용하였다. AC 220V, 380V, 440V의 전압을 60s 동안 R, S,T 각각에 인가한 실험에서 모두 양호한 것을 확인할 수 있었다. 그리고 개발된 분전반의 절연저항 측정은 절연저항시험기(Insulation Resistance Tester)를 이용하였다.
R-N, S-N의 절연저항 특성은 0.22MΩ이고, T-N의 절연은 0.01MΩ으로 확인되었다.
실험에는 극초단파(UHF Ultra High Frequency)대역의 광대역(Wideband) 센서, 협대역(Narrowband) 센서, TEV (Transient Earth Voltage) 센서, HFCT(High Frequency Current Transformer)센서를 적용하였다. 그리고 각각의 센서에 대해 부분방전의 크기 및 주파수 스펙트럼을 비교한 결과 광대역 센서가 다른 센서들에 비해서 우수한 측정 성능을 가지고 있음을 확인 하였다.또한 광대역 센서는 다른 센서에 비해 가격이 저가이며 취부 방법이 용이하여 부분방전 진단에 효율적이라고 판단된다.
그러므로 배전반에서의 역률 보정시 스템은 소형화가 가능하게 된다. 그리고 안전성 및 다기능 추가를 위한 모듈 형 부스바 배전반에 대한 조사 연구에서는 모듈형 부스바의 안전성 시험결과를 바탕으로 모듈형 부스바 배전반이 안전성 향상에 기여함을 확인할 수 있으며, 모듈 형 부스바의 확장을 통해 기능 추가의 가능성을 확인하였다.[4]
따라서, 본 연구의 실시예는 테이블 위에 놓인 부스바를 서포터가 파지하여 고정하고, 커팅유닛이 구동하는 한편 상하부 레이저기가 작동하여 부스바의 피복을 자동으로 커팅 함으로써, 작업자의 안전사고를 방지할 뿐만 아니라 커팅작업의 효율성을 높이고, 또한 레이저기를 이용하여 피복을 커팅 함에 따라 부스바의 표면에 흠집이 발생하는 것을 방지하게 된다.
그리고 각각의 센서에 대해 부분방전의 크기 및 주파수 스펙트럼을 비교한 결과 광대역 센서가 다른 센서들에 비해서 우수한 측정 성능을 가지고 있음을 확인 하였다.또한 광대역 센서는 다른 센서에 비해 가격이 저가이며 취부 방법이 용이하여 부분방전 진단에 효율적이라고 판단된다. 그리고 부분방전 측정에 영향을 주는 통신 노이즈 제거를 위해서 통신 중계기 주파수 대역인 850MHz∼ 950MHz 대역과 1,700MHz 이후 대역의 신호를 저지시 키는 대역저지필터(BSF Band Stop Filter)를 적용하여 노이즈 제거 방안에 대해 연구를 하였다.
또한 본 연구의 실시예는 작업자가 피복의 커팅거리에 따라 스토퍼를 이동시켜 배치하고, 커팅작업을 수행함으로써, 피복의 커팅거리를 간편하게 조절하므로, 작업성이 우수한 한편 작업시간을 단축하며, 또한 레이저기를 이용하여 피복을 커팅에 따라 부스바의 표면에 흠집이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 부스바 접촉 저항값 변화에 따라 접촉부 온도가 27.3°C에서 69.3°C로 상승하는 결과를 확인하였다.
셋째, 서포터는, 프레임에 배치된 가이드 바의 상부에 고정 설치되고, 실린더와 지지 판으로 구성된 것이 특징이다. 본 연구를 통해 기존 피복 레이저 커팅기의 기능과 생산성 향상에 도움을 주었다는데 연구의 의미를 찾을 수 있었다.
본 연구의 실시예는 테이블 위에 놓인 부스바를 서포터가 파지하여 고정한 다음, 커팅유닛의 상하부 레이저 기가 작동하여 부스바의 피복을 자동으로 커팅으로써, 작업자의 안전사고를 방지할 뿐만 아니라 커팅 작업의 효율성을 높이는 효과가 있다.
이영동⋅정성학(2017)은 부스바 접촉부의 볼트 및 너트의 풀림상태, 접촉부 열화 측정이 가능하며, 정밀 가변 저항을 이용하여 저항 값의 변화에 따라 볼트 체결상태 감지 및 비접촉식 적외선 센서를 사용하여 부스바 접촉부 온도 감지 시스템을 설계하고 구현된다. 부스바 접촉부 체결상태 감지를 위한 가변저항을 이용한 실험을 수행한 결과 볼트와 너트를 완전히 체결하면 가변저항 값은 감소하였으며, 최대 오차범위는 0.1mm의 결과를 보였 다. 또한, 부스바 접촉 저항값 변화에 따라 접촉부 온도가 27.
셋째, 서포터는, 프레임에 배치된 가이드 바의 상부에 고정 설치되고, 실린더와 지지 판으로 구성된 것이 특징이다. 본 연구를 통해 기존 피복 레이저 커팅기의 기능과 생산성 향상에 도움을 주었다는데 연구의 의미를 찾을 수 있었다.
첫째, 커팅기 상부에 수평 상으로 테이블이 설치된 프레임 상기 테이블의 일측에 설치되고, 테이블 위에 놓인 부스바를 파지하여 고정하는 서포터 상기 테이블의 일측에 설치되고, 테이블 위에 놓인 부스바를 파지하여 고정하는 다른 서포터의 프레임의 상부에 전후로 이송 가능케 설치되고, 상부와 하부에 각각 레이저기가 부착된 하우징을 포함하는 커팅유닛 및 상기 프레임의 상부에 설치되고, 부스바의 피복 커팅거리를 조절하는 스토퍼를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 부스바 피복 레이저 커팅기이다.

후속연구

이민경(2014)은 산업용 레이저를 이용한 응용기술 부분 투자가 과거에는 단기 경제적 성취는 이로웠으나, 현재에 레이저 혹은 레이저 시스템이 필요할 때마다 외국에서 관련 핵심부품, 모듈 등을 수입해야하는 실정에 이르렀다. 향후 레이저 국산화를 위한 노력과 함께 후방소재. 부품의 전략적 투자를 통해 산업의 건강한 선순환 생태 환경을 조성하여 산업 경쟁력을 갖추어야 한다고 연구를 하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	레이저란 무엇인가?	레이저(LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)는 물리 현상을 이용한 광원장치를 지칭한다. 1958년 Bell 전화연구소의 Schawlow와 Townes가 유도방출에 의한 마이크로(micro)파의 증폭 (메사)과 같은 원리로 광의 증폭⋅발진현상이 일어난다고 논리적으로 지적하여 1960년 Hughes사의 Maiman이 루비를 사용하여 최초로 레이저 발진실험에 성공하였다.
	부스바(busbar)의 특징 및 장점은 무엇이 있는가?	이러한 분전반 또는 배전반은 각종 차단기 및 개폐기를 함체 내부에 설치하여 외부로부터 전력을 끌어들여 배분하고, 전력 공급을 선택적으로 하며, 과전류를 차단 하는 기능을 한다. 부스바(busbar)는 전도성이 높은 구리 또는 알루미늄 재질 등을 적용하고 있으며, 외부 표면에 폴리염화비닐수지(PVC) 등의 절연필름을 피복하여 사용하므로, 외부로 방출되는 전기의 절연에 탁월할 뿐만 아니라 전도성이 향상되는 장점이 있다. 따라서, 부스 바를 분전반 또는 배전반에 설치하기 위해선 접속부위에 코팅된 피복을 벗겨내 제거할 필요가 있으며, 기존에는 작업자가 일반적인 컷터 칼을 이용하여 부스바에 코팅된 피복을 일일이 벗겨내는 방식으로서, 작업이 번거롭고 효율성이 떨어지는 한편 안전사고의 위험성이 따르는 문제점이 있었다.

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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