[논문]분전반 관리시스템 평가를 위한 시험 장치의 제작 및 특성 분석

고완수; 이병설; 최충석

doi:10.14346/jkosos.2019.34.5.31

분전반 관리시스템 평가를 위한 시험 장치의 제작 및 특성 분석
Manufacturing and Characteristics Analysis of a Testing Device for the Evaluation of a Distribution Board Management System 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.34 no.5, 2019년, pp.31 - 36

고완수 (전주대학교 소방안전공학과) , 이병설 (서정전기주식회사) , 최충석 (전주대학교 소방안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study made a testing device to evaluate the distribution board management system. Power was supplied to the testing device using a loading-back method and the voltage applied to it was 440 V at the same turn ratio. When the human body electric shock current is 30 mA, the breaking time is set to be less than 240 ms while 30~45 mA current is flowing. The test result shows that in the case of the R-phase it was measured to be 5.19 Hz (193 ms). And the S-phase and T-phase were perfectly cut off at 5.39 Hz (186 ms) and 5.71 Hz (175 ms), respectively. When the human body electric shock current is 60mA, the breaking time is set to be less than 120 ms while 45~75 mA current is flowing. The test result shows that the R-phase, S-phase, and T-phase were accurately cut off at 8.39 Hz (11 ms), 8.87Hz (113 ms) and 9.69 Hz (103 ms), respectively. When the human body electric shock current is 90 mA, the breaking time is set to be less than 48 ms while 75 mA current is flowing. The test result shows that the R-phase, S-phase, and T-phase were accurately cut off at 19.8 Hz (50.4 ms), 16.9 Hz (59.2 ms), and 17.9 Hz (56.0 ms), respectively. That is, the developed testing device satisfied all the requirements of the distribution board evaluation criteria, and it becomes available for the performance evaluation of the distribution board management system.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Actual photos of developed distribution panel management system and testing apparatus.
그림 Fig. 2. Actual photos of developed testing apparatus.
그림 Fig. 3. Circuit diagram to test leak current and overload alarm functions.
그림 Fig. 4. Circuit diagram to test the overload protection function of single phase R and N.
그림 Fig. 5. Circuit diagram to test overload prevention function on 3-phase R and S.
그림 Fig. 6. Circuit diagram to test short circuit protection on single phase R and N.
그림 Fig. 7. Circuit diagram to test the 3 phase R and N circuit breaker.
그림 Fig. 8. Actual photos for testing shutdown of the human electric shock current to the switchboard management system.
표 Table 1. Leakage current alarm and cut-off test reference value for developed system
표 Table 2. Leak current alarm and shutdown test results for developed system
표 Table 3. The cut-off time reference for the human electric shock current for the developed system
그림 Fig. 9. Test result of the shutdown time of the human electric shock current when the branch circuit is 300A or less and the reference current is less than 30mA.
그림 Fig. 10. Test results for the shutdown time of the human electric shock current when the branch circuit is 300A or less and the reference current is 60mA or less.
표 Table 4. The cut-off time result of the human electric shock current for the developed system

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

시험은 분기회로 50 A, 250 A, 600 A 등을 대상으로 실시하였다. R상, S상, T상에 대한 누전 경보 및 누전 차단 성능에 대한 평가이다. 누전 경보는 모든 실험에서 90 mA 이하에서 적절하게 경보하였으며, 누전 차단은 100 mA 이하에서 정확하게 차단하는 것을 확인하였다.
따라서 본 연구에서는 분전반 관리시스템 평가를 위한 시험 장치(2017-TE & DBMS, HAN Co., Korea)를 제작하는데 있다.

제안 방법

슬라이닥스를 이용하여 시험 전압 220 V를 설정하였고, 부하전류를 증가시켜 정격전류가 설정치를 초과하면 회로가 차단되도록 구성하였다. 그리고 시험이 진행될 때 통전 유무는 클램프 메터를 이용하여 확인하였다. 이와 같은 방법을 반복적용하면 각각의 선로에 연결된 부하의 과부하 차단 상태 여부를 확인할 수 있다.
누설전류를 증가시켜 누설전류가 설정값 이상으로 흐르면 회로가 차단되도록 구성하였다. 그리고 시험이 진행될 때 통전 유무를 전류계를 이용하여 확인하였다. 즉, 각각의 선로에 연결된 부하의 누설전류 차단 상태 여부를 확인할 수 있다.
부하전류를 증가시켜 정격전류가 설정치를 넘으면 회로가 차단되도록 구성하였다. 그리고 시험이 진행될 때 통전 유무를 후크온 전류계를 이용하여 확인하였다. 즉, 하나의 시스템을 사용하여 각각의 선로에 연결된 부하의 과부하 차단 상태 여부를 확인할 수 있는 것이다.
7은 3상 R상과 N상의 누전 차단 기능을 시험하기 위한 회로도를 나타낸 것이다. 누설전류를 증가시켜 누설전류가 설정값 이상으로 흐르면 회로가 차단되도록 구성하였다. 그리고 시험이 진행될 때 통전 유무를 전류계를 이용하여 확인하였다.
슬라이닥스를 이용하여 시험 전압 220 V를 설정하다. 누설전류의 공급 및 차단은 설정값에 부합하도록 하였고, 시험이 진행될 때 통전 확인은 후크온 전류계를 이용했다.
그리고 공급전압, 부하전압, 누설전류 등을 표시할 수 있도록 모니터가 설치되어 있다. 또한, 관리시스템에 연결하여 시험을 원활하게 진행할 수 있도록 단자를 인출하였고, 표시 등을 설치하여 작동 상태를 쉽게 식별할 수 있도록 구성하였다.
, Korea)를 제작하는데 있다. 또한, 제작된 시험 장치를 이용하여 누전경보, 차단 시험 및 인체 감전전류의 차단 시험 등을 실시하였다. 그리고 측정된 결과로 신뢰성을 검증하여 향후 생산될 분전반의 평가에 활용하고자 한다.
5는 3상 R - S 상의 과부하 차단 기능을 시험하기 위한 회로도를 나타낸 것이다. 부하전류를 증가시켜 정격전류가 설정치를 넘으면 회로가 차단되도록 구성하였다. 그리고 시험이 진행될 때 통전 유무를 후크온 전류계를 이용하여 확인하였다.
3은 누설전류 및 과부하 경보 기능을 시험하기 위한 회로도를 나타낸 것이다. 분전반의 분기회로에 가변 누설전류와 가변 부하전류를 공급하는 회로를 구성하였다. 분기회로에 누설전류를 공급하기 위하여 가변저항, 고정저항 및 콘덴서 등을 사용하였다.
4는 R상과 N상의 과부하 차단 기능을 시험하기 위한 회로도를 나타낸 것이다. 슬라이닥스를 이용하여 시험 전압 220 V를 설정하였고, 부하전류를 증가시켜 정격전류가 설정치를 초과하면 회로가 차단되도록 구성하였다. 그리고 시험이 진행될 때 통전 유무는 클램프 메터를 이용하여 확인하였다.
(1) 전원 공급은 반환부하법을 이용했으며, 전압은 440 V이다. 슬라이닥스와 220 V/30 V 절연변압기를 설치하여 안전성을 향상확보하였다.
8은 개발된 시스템에 대한 인체 감전전류의 차단 시간 시험 과정을 나타낸 실체 사진이다. 시험은 개발된 시험 장치를 사용하였고, 전문가를 입회시킨 상태에서 진행되었다. 안정적인 상용전원을 공급하기 위해 절연변압기를 인입구에 설치하였고, 슬라이닥스의 손잡이를 조정하여 AC 220 V를 정확하게 설정하였다.
2는 분전반 관리시스템의 특성 평가를 위해 개발된 시험 장치의 실체 사진을 나타낸 것이다. 안정적인 상용전원을 공급하기 위해 절연변압기를 인입구에 설치하였고, 슬라이닥스(Slid-AC)의 손잡이를 조정하여 AC 220 V를 정확하게 설정하였다. 그리고 공급전압, 부하전압, 누설전류 등을 표시할 수 있도록 모니터가 설치되어 있다.
시험은 개발된 시험 장치를 사용하였고, 전문가를 입회시킨 상태에서 진행되었다. 안정적인 상용전원을 공급하기 위해 절연변압기를 인입구에 설치하였고, 슬라이닥스의 손잡이를 조정하여 AC 220 V를 정확하게 설정하였다. 공급전압, 부하전압, 누설전류 등을 표시할 수 있도록 모니터가 설치되어 있다.

대상 데이터

분전반의 분기회로에 가변 누설전류와 가변 부하전류를 공급하는 회로를 구성하였다. 분기회로에 누설전류를 공급하기 위하여 가변저항, 고정저항 및 콘덴서 등을 사용하였다. 회로도에서 R1과 R2는 저항성 누설전류(Igr)를 공급하는 회로이다.
Table 2는 개발된 시스템의 누전전류 경보 및 차단시험 결과를 나타낸 것이다. 시험은 분기회로 50 A, 250 A, 600 A 등을 대상으로 실시하였다. R상, S상, T상에 대한 누전 경보 및 누전 차단 성능에 대한 평가이다.

이론/모형

(1) 전원 공급은 반환부하법을 이용했으며, 전압은 440 V이다. 슬라이닥스와 220 V/30 V 절연변압기를 설치하여 안전성을 향상확보하였다.
분기회로에 가변 부하전류를 공급하기 위해서 분기회로에 실제 부하를 인가하면 소비전력이 수십 킬로와트로 높아지기 때문에 전력손실이 커진다. 그러므로 반환부하법을 이용하여 가변 부하전류를 공급하도록 회로를 구성하였다. 1차 측의 전압 440 V, 2차 측의 전압 440 V로 동일한 1 : 1 권수비를 갖는 변압기를 사용하여 전원 전압의 극성을 180° 바꾸고 이것을 측정하고자 하는 분기회로에 연결한 것이다.
시험 장치는 누전전류 경보 및 차단 시험을 수행할 수 있다. 그리고 제작된 시험 장치는 평가의 안전성 및 효율성을 확보하기 위해 반환부하법(Loading-back Method)을 적용하였다. 그리고 시험 장치에 사용된 절연 변압기(Insulating Transformer)는 동일한 권수비를 갖고 있고, 전압은 440 V이다.

성능/효과

(2) 인체 감전전류의 차단 기준 전류 30 mA일 때 상하한 범위의 전류 30~45 mA가 흐르고 있는 상태에서 차단시간은 240 ms 이내이다. R상의 차단시간은 5.
(3) 인체 감전전류의 차단 기준 전류 60 mA일 때 상하한 범위의 전류 45~75 mA가 흐르고 있는 상태에서 차단시간은 120 ms 이내이다. R상의 차단시간은 8.
(4) 인체 감전전류의 차단 기준 전류 90 mA일 때 상하한 범위의 전류 75 mA 이상이 흐르고 있는 상태에서 차단시간은 48 ms 이내이다. R상의 차단시간은 19.
9. Test result of the shutdown time of the human electric shock current when the branch circuit is 300 A or less and the reference current is less than 30 mA.
Table 4는 개발된 시스템에 대한 인체 감전전류의 차단 시간 시험 결과를 나타낸 것이다. 감전 전류에 따른 차단 시간을 10mA로 설정하고 분기회로 50 A/250 A/600 A 각각에 대한 시험에서 모두 부동작 하는 것이 확인되어 설계값에 적합한 것을 알 수 있다. 그리고 감전 전류에 따른 차단 시간을 240 ms, 120 ms, 48 ms 각각의 조건에서도 적합한 것으로 해석되었다.
누전 경보는 모든 실험에서 90 mA 이하에서 적절하게 경보하였으며, 누전 차단은 100 mA 이하에서 정확하게 차단하는 것을 확인하였다. 그러므로 개발된 누전 경보 및 차단 시스템은 양호한 특성을 나타낸다는 것이 확인되었다.
그러므로 개발된 시험 장치는 분전반의 평가 기준에 모두 만족하였고, 분전반 관리시스템의 성능 평가에 활용할 수 있게 되었다.
감전 전류에 따른 차단 시간을 10mA로 설정하고 분기회로 50 A/250 A/600 A 각각에 대한 시험에서 모두 부동작 하는 것이 확인되어 설계값에 적합한 것을 알 수 있다. 그리고 감전 전류에 따른 차단 시간을 240 ms, 120 ms, 48 ms 각각의 조건에서도 적합한 것으로 해석되었다.
R상, S상, T상에 대한 누전 경보 및 누전 차단 성능에 대한 평가이다. 누전 경보는 모든 실험에서 90 mA 이하에서 적절하게 경보하였으며, 누전 차단은 100 mA 이하에서 정확하게 차단하는 것을 확인하였다. 그러므로 개발된 누전 경보 및 차단 시스템은 양호한 특성을 나타낸다는 것이 확인되었다.
1차 측의 전압 440 V, 2차 측의 전압 440 V로 동일한 1 : 1 권수비를 갖는 변압기를 사용하여 전원 전압의 극성을 180° 바꾸고 이것을 측정하고자 하는 분기회로에 연결한 것이다. 최소의 에너지를 이용하여 개발된 관리시스템의 특성을 안전하게 평가할 수 있고, 특성을 정확하게 해석할 수 있는 것이다. 회로도에서 DA는 디지털 전류계이며, DV는 디지털 전압계를 의미한다.

후속연구

또한, 제작된 시험 장치를 이용하여 누전경보, 차단 시험 및 인체 감전전류의 차단 시험 등을 실시하였다. 그리고 측정된 결과로 신뢰성을 검증하여 향후 생산될 분전반의 평가에 활용하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저압용 분전반의 사고에는 무엇이 있는가?	또한, 직류의 정격전압은 1,500 V 이하이다2,3). 저압용 분전반의 사고는 누전, 단락, 과부하, 방전, 반단선, 접촉 불량, 낙뢰 등이 있다. 전선로에서 발생되는 불시정전은 전기 사용의 불편함을 유발시키고, 산업체의 생산성 저하, 공동시설의 사고원인, 다중이용시설의 전기화재의 원인이 될 수 있다.
	시험 장치에 반환부하법을 적용함으로써 발생하는 이점은 무엇인가?	그리고 시험 장치에 사용된 절연 변압기(Insulating Transformer)는 동일한 권수비를 갖고 있고, 전압은 440 V이다. 그러므로 시험이 진행될 때 발생되는 서지전압의 침입저지, 2차측의 회로 지락사고에 의한 영상 전류를 1차 측에 파급되지 못하도록 하는 것은 물론 2차 측의 회로에서 발생될 수 있는 감전 사고를 예방할 수 있다.
	전선로의 불시정전으로 인해 나타날 수 있는 문제점은 무엇인가?	저압용 분전반의 사고는 누전, 단락, 과부하, 방전, 반단선, 접촉 불량, 낙뢰 등이 있다. 전선로에서 발생되는 불시정전은 전기 사용의 불편함을 유발시키고, 산업체의 생산성 저하, 공동시설의 사고원인, 다중이용시설의 전기화재의 원인이 될 수 있다. 그리고 사고가 발생하여 사고를 복구하는데 시간과 비용이 지출되므로 평상시 전기설비의 상태감시 및 점검을 실시해야 한다4-8).

참고문헌 (11)

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C. S. Choi, K. M. Shong, D. O. Kim, D. W. Kim and Y. S. Kim, "A Study on the Analysis of Heat and Metallurgical Structure of Connection Parts for Residual Current Protective Devices", Vol. 18, No. 4, Fire Science and Engineering, pp. 57-63, 2004.
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B. S. Lee and C. S. Choi, "A Study on the Fabrication of the Sensor Module for the Detection of Resistive Leakage Current (Igr) in Real Time and Its Reliability Evaluation", J. Korean Soc. Saf., Vol. 33, No. 1, pp. 28-34, 2018.
W. S. Ko, B. S. Lee and C. S. Choi, "Process Development of a Standard Operating Procedure (SOP) for the Manufacturing of Standardized Distribution Boards", J. Korean Soc. Saf., Vol. 33, No. 5, pp. 21-27, 2018.

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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