화재전류(IGR) 경보 기능이 내장된 누전경보차단기의 개발 및 안전성 평가에 관한 연구 Development and Safety Evaluation of Earth Leakage Alarm Breaker Equipped with Fire Current (IGR) Alarming Function원문보기
본 연구에서는 누전경보 기능이 내장된 누전경보차단기(JER-E2S, ETECKOREA Co., Korea)를 개발하고, 그 특성을 분석하였다. 개발된 누전경보차단기는 단상 220 V 전용으로 정격전류는 32 A, 20 A, 20 A(화장실용), 16 A 등이다. JER-E2S는 기존 누전차단기(ELB)의 특성을 모두 만족하고 있으며, 13 ± 2 mA의 저항성누설전류(Igr)인 화재전류가 전선로에 흐르면 실시간 검출하여 LED 램프로 위험 상태를 점멸할 수 있는 제품이다. 개발된 누전경보차단기는 LED 램프 및 통신기기 등에서 필연적으로 발생되는 용량성누설전류(Igc)에 대한 내성이 있어서 안정적인 전기 공급이 가능하다. 또한, 누전경보차단기는 순간지락 정전보호 기능이 있어서 작은 물방울 및 나뭇잎 등의 순간지락에 따른 차단기의 오동작 없이 전원 공급이 가능하다. 그리고 개발된 누전경보차단기의 대기전력은 0.1 W 이하로 기존 ELB에 비해 절전 성능이 3~8배 우수한 특성을 나타냈으며, 일반 120 ㎡의 아파트 1 세대에 10개 정도의 누전경보차단기가 설치되었을 때 1 개월에 2~5 kWh의 전기를 절감할 수 있다. 개발된 누전경보차단기는 기존 누전차단기의 특성을 만족할 뿐만 아니라 전기화재 예방기능 및 오동작 방지기능이 있어서 전원 품질이 우수하고, 전기화재 예방에 혁신적으로 기여할 수 있는 제품이다.
본 연구에서는 누전경보 기능이 내장된 누전경보차단기(JER-E2S, ETECKOREA Co., Korea)를 개발하고, 그 특성을 분석하였다. 개발된 누전경보차단기는 단상 220 V 전용으로 정격전류는 32 A, 20 A, 20 A(화장실용), 16 A 등이다. JER-E2S는 기존 누전차단기(ELB)의 특성을 모두 만족하고 있으며, 13 ± 2 mA의 저항성누설전류(Igr)인 화재전류가 전선로에 흐르면 실시간 검출하여 LED 램프로 위험 상태를 점멸할 수 있는 제품이다. 개발된 누전경보차단기는 LED 램프 및 통신기기 등에서 필연적으로 발생되는 용량성누설전류(Igc)에 대한 내성이 있어서 안정적인 전기 공급이 가능하다. 또한, 누전경보차단기는 순간지락 정전보호 기능이 있어서 작은 물방울 및 나뭇잎 등의 순간지락에 따른 차단기의 오동작 없이 전원 공급이 가능하다. 그리고 개발된 누전경보차단기의 대기전력은 0.1 W 이하로 기존 ELB에 비해 절전 성능이 3~8배 우수한 특성을 나타냈으며, 일반 120 ㎡의 아파트 1 세대에 10개 정도의 누전경보차단기가 설치되었을 때 1 개월에 2~5 kWh의 전기를 절감할 수 있다. 개발된 누전경보차단기는 기존 누전차단기의 특성을 만족할 뿐만 아니라 전기화재 예방기능 및 오동작 방지기능이 있어서 전원 품질이 우수하고, 전기화재 예방에 혁신적으로 기여할 수 있는 제품이다.
The purpose of this study is to develop an earth leakage alarm circuit breaker, equipped with a leakage alarming function (JER-E2S, ETECKOREA Co., Korea), and to analyze its characteristics. The developed mechanism is exclusively used for single-phase and 220 V circuits, with a rated current of 32 A...
The purpose of this study is to develop an earth leakage alarm circuit breaker, equipped with a leakage alarming function (JER-E2S, ETECKOREA Co., Korea), and to analyze its characteristics. The developed mechanism is exclusively used for single-phase and 220 V circuits, with a rated current of 32 A, 20 A, 20 A (for restrooms), 16 A, etc. It satisfies all characteristics of existing earth leakage circuit breakers (ELB). If a fire current, which is a resistive leakage current (Igr), flows through an electric line, the device detects the leakage current in real time and warns against the leakage through a blinking LED lamp. Since the developed device displays a tolerance to a capacitative leakage current (Igc) that inevitably occurs in LED lamps, communication devices, etc., it ensures a stable power supply. In addition, the earth leakage alarm circuit breaker protects against power failure due to a momentary ground fault. Therefore, it can supply power without the risk of the circuit breaker malfunctioning due to a momentary ground fault caused by water droplets, leaves, etc. Moreover, with a standby power of less than 0.1 W, the developed earth leakage alarm circuit breaker exhibits a power saving performance that is 3~8 times greater than that of other ELBs. Installation of approximately 10 earth leakage alarm circuit breakers in one apartment household, with an area of 120 ㎡, can save 2~5 kWh per month. Therefore, the developed earth leakage alarm breaker not only satisfies the characteristics of existing earth leakage breakers, but also exhibits outstanding power supply quality since it has the functions of electric fire prevention and malfunction prevention. Therefore, this device can innovatively contribute to electric fire prevention.
The purpose of this study is to develop an earth leakage alarm circuit breaker, equipped with a leakage alarming function (JER-E2S, ETECKOREA Co., Korea), and to analyze its characteristics. The developed mechanism is exclusively used for single-phase and 220 V circuits, with a rated current of 32 A, 20 A, 20 A (for restrooms), 16 A, etc. It satisfies all characteristics of existing earth leakage circuit breakers (ELB). If a fire current, which is a resistive leakage current (Igr), flows through an electric line, the device detects the leakage current in real time and warns against the leakage through a blinking LED lamp. Since the developed device displays a tolerance to a capacitative leakage current (Igc) that inevitably occurs in LED lamps, communication devices, etc., it ensures a stable power supply. In addition, the earth leakage alarm circuit breaker protects against power failure due to a momentary ground fault. Therefore, it can supply power without the risk of the circuit breaker malfunctioning due to a momentary ground fault caused by water droplets, leaves, etc. Moreover, with a standby power of less than 0.1 W, the developed earth leakage alarm circuit breaker exhibits a power saving performance that is 3~8 times greater than that of other ELBs. Installation of approximately 10 earth leakage alarm circuit breakers in one apartment household, with an area of 120 ㎡, can save 2~5 kWh per month. Therefore, the developed earth leakage alarm breaker not only satisfies the characteristics of existing earth leakage breakers, but also exhibits outstanding power supply quality since it has the functions of electric fire prevention and malfunction prevention. Therefore, this device can innovatively contribute to electric fire prevention.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 전선로에 화재전류(Igr)가 13 ± 2 mA 흐르면 내장된 LED 램프가 반복 점멸하여 전기화재 발생을 예방할 수 있는 누전경보차단기(JER-E2S, ETECKOREA Co., Korea)를 개발하였고, 개발된 제품에 대한 안전성 평가를 실시하여 품질의 신뢰성을 검증하는데 있다.
제안 방법
누전경보 기능이 내장된 저압용 누전경보차단기를 개발 하였고, 그 특성을 분석하여 다음의 결과를 얻었다.
, Korea)를 사용하여 소비전력을 측정하여 기록한 것이다. 먼저 시험버튼을 눌러 차단기가 작동하는지 여부를 기록하고, 개발된 각각의 누전경보차단기의 대기전력을 측정한 것이다. 시판되는 기존 누전차단기의 대기전력은 0.
Figure 4는 개발된 누전경보차단기의 Igr 검출 및 LED 램프의 점멸 기능을 평가하기 위한 회로를 나타낸 실체 사진이다. 실험의 안전성과 신뢰성을 동시에 확보하기 위해 절연변압기(단상 220 V, 60 Hz, 1 kVA, 한일테크(주), Korea)를 전단에 설치하였으며, 슬라이닥스(단상 220 V, 60 Hz, 1 kVA, 대광슬라이닥스, Korea)를 이용하여 안정된 전압을 일정하게 공급하였다. 화재전류 Igr의 허용 범위는 일반용은 13 ± 2 mA이며, 화장실용은 7 ± 2 mA에서 동시에 LED 램프가 점멸해야 한다.
성능/효과
1) 개발된 누전경보차단기는 기존 누전차단기의 특성을 모두 만족하였고, 13 ± 2 mA의 화재전류(Igr)가 흐르면 LED 램프가 점멸되어 전기화재의 위험성을 알리는 기능이 검증되었다.
2) 개발된 누전경보차단기는 LED 램프 및 통신기기 등에서 필연적으로 발생되는 Igc에 대한 내성이 있어서 안정적으로 전기의 사용이 가능한 제품이다.
3) 개발된 누전경보차단기는 순간지락 정전보호 기능이 있어서 작은 물방울 및 나뭇잎 등의 순간 유입에 따른 차단기의 차단이 없이 전원을 공급하는 것을 확인하였다.
4) 개발된 누전경보차단기의 대기전력은 0.1 W 이하로 기존 누전차단기에 비해 절전 성능이 3~8배 우수한 특성을 나타냈으며, 일반 120 m2의 아파트 1 세대에 10개 정도의 차단기가 설치되었을 때 1 개월에 2~5 kWh의 전기를 절감할 수 있다.
개발된 누전경보 차단회로는 기존의 회로에 비하여 전선로에 흐르는 Igr을 실시간 감시할 수 있고, Igr이 설정 기준치에 도달하면 경보 신호를 발생할 수 있다. 개발된 Igr 검출 회로는 기존의 누설전류 검출 회로보다 전압 검출, 동기 신호 발생 부가 추가되었다. 즉, 저압용 전선로에 화재전류가 흐르면 그 값을 실시간 적분하여 설정된 값에 도달하면 위험 상태를 실시간 경보하여 전기화재를 예방할 수 있는 것이다(9-11).
ZCT로 검출한 Ig 신호를 전원의 반주기마다 디지털 적분을 한 후 이것을 기준값과 비교하여 누전 차단 신호를 전달한다. 개발된 누전경보 차단회로는 기존의 회로에 비하여 전선로에 흐르는 Igr을 실시간 감시할 수 있고, Igr이 설정 기준치에 도달하면 경보 신호를 발생할 수 있다. 개발된 Igr 검출 회로는 기존의 누설전류 검출 회로보다 전압 검출, 동기 신호 발생 부가 추가되었다.
Igr의 허용 범위는 15 mA에서 부동작, 25~45 mA에서 180~220 ms, 46~75 mA에서 180~120 ms, 76 mA 이상에서 40 ms 이하이다. 개발된 누전경보차단기의 평가 결과에서 알 수 있듯이 모든 항목에서 적합한 것으로 평가되었고, 순간지락 정전보호 기능이 있어서 전원 품질이 기존 누전차단기에 비해 우수한 것이 입증되었다.
Igc를 0 으로 하고, 누전 경보차단기가 차단될 때까지 Igr을 증가시켰다. 고감도형 누전차단기의 차단전류의 상한 값은 30 mA 이하이며, 개발된 누전경보차단기의 누전차단 특성은 모두 적합한 것으로 확인되었다. 즉, LED 램프, 통신기기, 전자기기 등에서 필연적으로 발생되는 Igc에 내성이 있어서 안정적으로 전기의 사용이 가능하게 되었다.
그리고 Igc는 0 에서 50 mA 또는 90 mA까지 증가시켜 반복 실험을 실시하였으며, 각각의 단계는 10 mA이다. 실시간 측정한 값은 Table 2와 같으며, 개발된 제품 16 A, 20 A, 32 A 모두가 적합한 것으로 판정되었다.
특히, 발생된 전기화재의 70%이상은 저압설비에서 발생되는 것으로 분석되는바 실질적인 전기화재 예방을 위해서는 저압설비에 대한 과학적인 대책이 요구된다(1). 전기화재의 유형은 절연열화, 접촉불량, 누전, 과부하 등 다양한 인자에 의해 발생하는 것으로 조사되었다. 전기설비 및 기기에서 발생되는 전기화재의 메커니즘, 원인분석 및 판정기법 등에 대한 연구는 지속적으로 진행되고 있다, 그러나 저항성누설전류(Igr = 화재전류)의 실시간 검출, 전기화재 예방을 위한 차단기 및 기기 등에 연구 개발은 미진한 것이 현실이다(2-8).
고감도형 누전차단기의 차단전류의 상한 값은 30 mA 이하이며, 개발된 누전경보차단기의 누전차단 특성은 모두 적합한 것으로 확인되었다. 즉, LED 램프, 통신기기, 전자기기 등에서 필연적으로 발생되는 Igc에 내성이 있어서 안정적으로 전기의 사용이 가능하게 되었다.
1 W 정도로 측정되었다. 즉, 일반 120 m2의 아파트 1 세대에 10개 정도의 차단기가 설치되므로 개발된 누전경보차단기를 1 개월 사용하면 2~5 kWh의 에너지를 절감할 수 있는 것이다.
후속연구
이상의 결과에서 알 수 있듯이 개발된 누전경보차단기는 기존 누전차단기의 특성을 완벽하게 만족할 뿐만 아니라 전기화재 예방기능 및 오동작 방지기능이 있어서 전원 품질이 우수하고, 전기화재 예방에 혁신적으로 기여할 것이다.
참고문헌 (11)
S. W. Cho, "A Statistical Analysis on the Electrical Accident", KESCO, pp. 18-333 (2019).
C. S. Choi, "Study of the method to Examine the Cause of Damage to a Flat-Type Vinyl Cord (VFF) according to the Type of Energy Source", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 25, No. 6, pp. 21-26 (2011).
C. S. Choi and J. H. Lee, "Carbonization Patten and Operation Characteristics of a 1 φ 2 W MCCB Damaged by PCITS", Fire Science Engineering, Vol. 28, No. 5, pp. 8-13 (2014).
C. S. Kim, S. Y. Han and C. S. Choi, "Development and Safety Estimation of Resistive Leakage Current (Igr) of Detection Outlet", KIEE, Vol. 58P, No. 2, pp. 221-226 (2009).
C. S. Choi, "Analysis of the Principle and Operation Characteristics of an (Igc-Free ELB) Operated by an Active Component", KIEE, Vol. 59P, No. 20, pp. 456-461 (2010).
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", Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 33, No. 1, pp. 28-34 (2018).
W. S. Ko and C. S. Choi, "Development of a Test Device to Evaluate Leakage Current and Overload Alarms", Proceedings of 2018 Fall Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 99-100 (2018).
W. S. Ko, D. I. Kang and C. S. Choi, "Development and IGR Characteristics of the Earth Leakage Breaker with Built-in Fire Current Warning Function", Proceedings of 2019 Fall Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, p. 40 (2019).
ETECKorea Company, "Residual Current Circuit Breaker with Cut-off Protection due to Instant Grounding and Residual Current Alarm", Korean Intellectual Property Office, Patent Number 10-1969922 (2019).
ETECKorea Company, "Earth Leakage Breaker for Large Charge Current Electric Lines", Korean Intellectual Property Office, Patent Number 20-0453295 (2018).
ETECKorea Company, "Power Saving Type Earth Leakage Breaker", Korean Intellectual Property Office, Patent Number 10-1487282 (2018).
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.