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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 전극의 형태별 직렬 아크 방전시 발생되는 전압 및 전류 파형을 실시간 측정하는데 있다. 또한, 방전이 진행될 때의 재기전압의 크기 및 지속 시간 등을 해석하여 전기화재의 발화 메커니즘 규명 및 예방 장치의 개발을 위한 자료를 확보하는데 있다.
- 따라서 본 연구에서는 전극의 형태별 직렬 아크 방전시 발생되는 전압 및 전류 파형을 실시간 측정하는데 있다. 또한, 방전이 진행될 때의 재기전압의 크기 및 지속 시간 등을 해석하여 전기화재의 발화 메커니즘 규명 및 예방 장치의 개발을 위한 자료를 확보하는데 있다.
제안 방법
- 그리고 110 Ω 및 220 Ω 저항부하(HRA 2000, RARA Elect., Korea)을 연결하였으며, 직렬 아크 방전의 발생 과정은 오실로스코프(Oscilloscope, 1 G㎐ ReCroy 610Zi, USA)를 사용하여 실시간 기록하였다.
- 직렬 아크 방전이 진행될 때 저항부하 110 Ω를 연결하여 일정한 조건에서 방전이 진행됨에 따라 외란에 의한 오동작을 최소로 하였다.
- , Korea)을 연결하였으며, 직렬 아크 방전의 발생 과정은 오실로스코프(Oscilloscope, 1 G㎐ ReCroy 610Zi, USA)를 사용하여 실시간 기록하였다. 전압 측정은 직렬 아크 방전 전극의 양단에 전압 프로브(Voltage Probe, ReCroy ADP305, USA)을 연결하여 측정하였다. 전류 측정은 직렬 아크 방전 전극에 직렬로 전류 프로브(Current Probe, ReCroy CP150, USA)을 연결하여 측정하였다.
- 전압 측정은 직렬 아크 방전 전극의 양단에 전압 프로브(Voltage Probe, ReCroy ADP305, USA)을 연결하여 측정하였다. 전류 측정은 직렬 아크 방전 전극에 직렬로 전류 프로브(Current Probe, ReCroy CP150, USA)을 연결하여 측정하였다. 또한, 실험의 초기 방전부터 종료되는 과정을 디지털 캠코더(Sony Nxcam Avchd Mpe2 SD, Japan)와 디지털 카메라(Nikon HB-40, Japan)를 사용하여 실시간 촬영하였다(12-15).
- 전류 측정은 직렬 아크 방전 전극에 직렬로 전류 프로브(Current Probe, ReCroy CP150, USA)을 연결하여 측정하였다. 또한, 실험의 초기 방전부터 종료되는 과정을 디지털 캠코더(Sony Nxcam Avchd Mpe2 SD, Japan)와 디지털 카메라(Nikon HB-40, Japan)를 사용하여 실시간 촬영하였다(12-15).
- 그리고 탄소 전극은 직경 2mm, 탄소 함유율 99%이상의 제품을 실험에 사용하였다. 실험의 신뢰성을 확보하기 위해 동일한 환경 및 제품을 실험에 적용하였으며, 전극의 형태별 각각의 조건에서 20회 실험을 반복 실시하였다. 직렬 아크 방전이 진행될 때 저항부하 110 Ω를 연결하여 일정한 조건에서 방전이 진행됨에 따라 외란에 의한 오동작을 최소로 하였다.
- Figure 5는 평면형 구리 전극과 평면형 탄소 전극을 서로 맞대고, 직렬 아크 방전이 진행될 때의 방사 패턴을 나타낸 실체 사진이다. 평판형은 전극의 단면이 직각으로 제작된 것이며, 두 전극 사이의 방전이 진행될 때 방사 패턴을 디지털 카메라로 촬영하였다. Figure 5(a)는 직렬 아크 방전이 간헐적으로 발생되는 있는 것을 알 수 있었고, Figure 5(b) 는 아크의 성장 과정을 확인할 수 있었다.
- 직렬 아크 방전 장치를 이용하였으며, 가진기의 기계적 진동수는 2,000 rpm으로 설정하였다. 그리고 두 전극 사이에 AC 220 V, 60 Hz를 인가하였고, 부하는 저항 부하를 연결하여 2 A의 전류가 일정하게 흐르도록 조정하였다. 전류 및 전압 파형은 정현파와 같은 주기성을 나타냈으나 ‘+’ 파형에서 ‘-’ 파형으로 바뀔 때와 ‘-’ 파형에서 ‘+’ 파형으로 바뀔 때 파형의 일그러짐이 심하게 발생되는 것을 확인할 수 있었다.
- UL-1699에서 제안한 방법에 근거한 직렬 아크 방전 장치를 개발하였고, 구리 전극과 탄소 전극의 형태별 직렬 아크 방전을 실시하여 Table 1과 같은 특성을 알 수 있었다. 전류의 실효치는 약 1.
- 전극의 형태별 직렬 아크 방전시 발생되는 전압 및 전류 파형을 실시간 측정 및 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
대상 데이터
- Figure 4는 전극의 형태별 직렬 아크 방전시 발생되는 전압 및 전류 파형을 실시간 측정하기 위한 순서도이다. 구리 전극은 도전율 97% 이상, 단면적 2.5 mm2 표준 연동을 사용했다. 그리고 탄소 전극은 직경 2mm, 탄소 함유율 99%이상의 제품을 실험에 사용하였다.
- 5 mm2 표준 연동을 사용했다. 그리고 탄소 전극은 직경 2mm, 탄소 함유율 99%이상의 제품을 실험에 사용하였다. 실험의 신뢰성을 확보하기 위해 동일한 환경 및 제품을 실험에 적용하였으며, 전극의 형태별 각각의 조건에서 20회 실험을 반복 실시하였다.
성능/효과
- 2) 직렬 아크 방진이 진행될 때 전류 및 전압 파형은 정현파와 같은 주기성을 나타냈다. 그리고 + 파형에서 - 파형으로 바뀔 때와 - 파형에서 + 파형으로 바뀔 때 파형의 재기전압이 발생하였다.
- 전류 및 전압 파형은 정현파와 같은 주기성을 나타냈으나 ‘+’ 파형에서 ‘-’ 파형으로 바뀔 때와 ‘-’ 파형에서 ‘+’ 파형으로 바뀔 때 파형의 일그러짐이 심하게 발생되는 것을 확인할 수 있었다.
- 전류 및 전압 파형은 정현파와 같은 주기성을 나타냈으나 ‘+’ 파형에서 ‘-’ 파형으로 바뀔 때와 ‘-’ 파형에서 ‘+’ 파형으로 바뀔 때 파형의 일그러짐이 심하게 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 전류 파형의 분석에서 단락은 약 1.667 ms가 발생하는 것으로 해석되었고, 동일한 주기에서 전압 파형은 33.8 V까지 전위가 상승하는 것을 알 수 있었다. 즉, 전류와 전압은 수하특성을 보이며, 직렬 아크 방전이 지속되는 것을 확인하였다(12-15).
- 따라서 평면형 구리 전극과 평면형 탄소 전극에서 전압 220 V, 저항성 부하전류 2 A를 인가하여 1 s 동안에 직렬 아크가 발생하는 열량은 약 0.317 mJ 이고, 600 s 동안에 발생하는 약 190 mJ의 열이 발생하는 것을 실험을 통해서 확인하였다.
- Figure 7은 평면형 구리 전극과 송곳형 탄소 전극을 서로 맞대고 직렬 아크 방전이 진행될 때의 전압 및 전류 파형을 측정한 것으로 Figure 4의 조건과 동일한 실험이 진행된 것이다. 전파형의 분석에서 단락은 약 1.66 ms가 발생하는 것으로 해석되었고, 동일한 주기에서 전압 파형은 32.4 V까지 전위가 상승하는 것을 알 수 있었다. 즉, 전류와 전압은 수하특성을 보이며, 직렬 아크 방전이 지속되는 것을 확인하였다.
- 4 V까지 전위가 상승하는 것을 알 수 있었다. 즉, 전류와 전압은 수하특성을 보이며, 직렬 아크 방전이 지속되는 것을 확인하였다. 발생하는 열량은 0.
- 즉, 전류와 전압은 수하특성을 보이며, 직렬 아크 방전이 지속되는 것을 확인하였다. 발생하는 열량은 0.317 mJ로 계산되었으며, 600 s 동안에 발생하는 열량은 약 190 mJ로 해석되어 전극의 형태는 열량 변화에 큰 영향이 없는 것으로 해석되었다.
- 대각형은 전극의 단면이 45°로 제작된 것이며, 방전이 진행되는 동안 동일한 조건을 유지시켰다. 전류 파형의 분석에서 단락은 약 1.66 ms가 발생하는 것으로 해석되었고, 동일한 주기에서 전압 파형은 49.9 V까지 전위가 상승하는 것을 알 수 있었다. 즉, 전류와 전압은 수하특성을 보이며, 직렬 아크 방전이 지속되는 것을 확인하였다(12-15).
- 1) 직렬 아크 방전이 진행될 때의 방사 패턴 분석에서 간헐적인 방전, 아크의 성장, 발열부의 생성, 플룸의 발생, 적열부 형성 순서로 진행된다.
- 3) 구리 전극과 탄소 전극에 전압 220 V, 저항성 부하전류 2 A를 연결되어 있을 때 1 s 동안에 발생하는 열량은 약 0.317 mJ이고, 600 s 동안에 발생하는 약 190 mJ의 열이 발생하였다.
- 4) 직렬 아크 방전이 진행될 때 단락 지속 시간은 약 1.66 ms인 것으로 해석되었고, 동일한 주기에서 전압 파형은 49.9 V까지 전위가 상승하는 것을 알 수 있었다. 그리고 전류와 전압은 수하특성을 보이며, 직렬 아크 방전이 지속된다.
- 5) 구리 전극과 탄소 전극의 직렬 아크 방전이 진행될 때 전류의 실효치는 약 1.72 A이고, 최대치는 약 2.53 A로 분석되었다. 그리고 전압의 실효치는 약 42.
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