[논문]접촉압력에 따른 전선 연결기구의 열특성 변화

김향곤; 송길목; 김형래; 김동욱; 김동우; 최충석

문제 정의

본 연구에서는 저압용 누전차단기 단자에서의 접촉압력에 따른 발열특성과 화재위험성을 규명하고자 접촉압력 변화에 따른 단자의 발열상황과 차단기 단자부근 절연물의 온도변화를 해석하였으며, 정상상태의 단자와 접촉불량이 발생한 단자의 외형을 비교하였다. 또한, 차단기 단자와 전선사이, 단자 내부도체와 전선사이에서 접촉불량이 발생했을 때 전압과 전류의 파형변화와 접촉면에서의 산화물 증식특성, 발열온도 등을 분석하였다.

제안 방법

USA)를 이용하여 해석하였으며, 접촉불량 단자부근 절연물의 온도변화를 측정하기 위하여 차단기 부하측 우측단자에 그림 1과 같이 열전대(Thermocouple, J-type)를 부착시키고 기록계(AR1100A Yokagawa, Japan)를 이용하여 온도를 기록하였다. 또한, 실체현미경(SV-11, Carlzeiss, Germa-ny)을 이용하여 정상단자와 접촉불량이 발생한 단자의 외형을 비교하였으며, 정밀전력분석계(3030A, BMI, USA)와 적외선카메라(TR-63Q Minolta, Japan)를 이용하여 단자와 전선 사이,단자 내부도체와 전선 사이에서 접촉불량이 발생했을 때 전압과 전류의 파형변화와 발열온도를 측정하였다.
본 연구에서는 저압용 누전차단기 단자에서의 접촉압력에 따른 발열특성과 화재위험성을 규명하고자 접촉압력 변화에 따른 단자의 발열상황과 차단기 단자부근 절연물의 온도변화를 해석하였으며, 정상상태의 단자와 접촉불량이 발생한 단자의 외형을 비교하였다. 또한, 차단기 단자와 전선사이, 단자 내부도체와 전선사이에서 접촉불량이 발생했을 때 전압과 전류의 파형변화와 접촉면에서의 산화물 증식특성, 발열온도 등을 분석하였다.
실험전원으로는 10220V 60Hz를 사용하였으며 가변저항(VR)을 이용하여 부하전류를 조절하였다: 전원측 양쪽단자와 부하측의 좌측단자는 토크드라이버 (FDS2-S, Tohnichi, Japan)를 이용하여 단자나사의 지름에'따라 KS에 규정된 접촉압력으로 접속하였으며, 부하측의 우측단자는 접촉압력 변화에 따른 단자의 발열 특성을 관측하기 위하여 조임토크를 가변시켰다. 부하측 우측단자에서의 발열상황은 적외선열화상진단장비(IQ325, FL-IR. USA)를 이용하여 해석하였으며, 접촉불량 단자부근 절연물의 온도변화를 측정하기 위하여 차단기 부하측 우측단자에 그림 1과 같이 열전대(Thermocouple, J-type)를 부착시키고 기록계(AR1100A Yokagawa, Japan)를 이용하여 온도를 기록하였다. 또한, 실체현미경(SV-11, Carlzeiss, Germa-ny)을 이용하여 정상단자와 접촉불량이 발생한 단자의 외형을 비교하였으며, 정밀전력분석계(3030A, BMI, USA)와 적외선카메라(TR-63Q Minolta, Japan)를 이용하여 단자와 전선 사이,단자 내부도체와 전선 사이에서 접촉불량이 발생했을 때 전압과 전류의 파형변화와 발열온도를 측정하였다.
0mm를 접속하였다. 실험전원으로는 10220V 60Hz를 사용하였으며 가변저항(VR)을 이용하여 부하전류를 조절하였다: 전원측 양쪽단자와 부하측의 좌측단자는 토크드라이버 (FDS2-S, Tohnichi, Japan)를 이용하여 단자나사의 지름에'따라 KS에 규정된 접촉압력으로 접속하였으며, 부하측의 우측단자는 접촉압력 변화에 따른 단자의 발열 특성을 관측하기 위하여 조임토크를 가변시켰다. 부하측 우측단자에서의 발열상황은 적외선열화상진단장비(IQ325, FL-IR.

대상 데이터

실험에 사용한 차단기는 누전 . 과부하 보호 겸용의 누전 차단기(10220V 30A)를 사용하였으며, 차단기의 전원 측과 부하측에 IV 2.0mm를 접속하였다. 실험전원으로는 10220V 60Hz를 사용하였으며 가변저항(VR)을 이용하여 부하전류를 조절하였다: 전원측 양쪽단자와 부하측의 좌측단자는 토크드라이버 (FDS2-S, Tohnichi, Japan)를 이용하여 단자나사의 지름에'따라 KS에 규정된 접촉압력으로 접속하였으며, 부하측의 우측단자는 접촉압력 변화에 따른 단자의 발열 특성을 관측하기 위하여 조임토크를 가변시켰다.
저압용 차단기 단자의 접촉압력에 따른 발열 특성과 화재위험성을 밝히기 위하여 그림 1과 같은 실험장치를 제작하였다. 실험에 사용한 차단기는 누전 . 과부하 보호 겸용의 누전 차단기(10220V 30A)를 사용하였으며, 차단기의 전원 측과 부하측에 IV 2.

성능/효과

1) 차단기 단자의 발열상황을 분석한 결과, 접촉압력이 작아질수록 단자에서의 발열온도가 현저하게 상승하였으며, Ogf . cm, 3A전류에서는 18CTC 이상을 나타냈다.
2) 단자 외부 절연물의 온도변화를 분석한 결과, 접촉압력이 작아질수록 온도가 급격히 상승하여 Ogf- cm 3A에서는 1588C까지 올라갔다. 접촉불량 진행시 단자부분에서 미세한 불꽃과 반복적인 소리가 발생하였다.
3) 정상상태의 단자와 접촉불량이 발생한 단자의 외형을 비교한 결과, 정상단자는 흰색으로 광택을 띠었으나, 접촉불량 단자는 표면에 산화피막이 형성되어 흑회색을 띄었으며 광택도 보이지 않았다.
4) 차단기 단자와 전선사이에서 접촉불량이 진행되는 동안 전압과 전류의 파형 변화를 분석한 결과, 전류는 정현파를 나타냈으며 전압은 접촉시는 펄스파형이, 황색불꽃 발생시는 구형파가 나타났다. 차단기 단자와 전선 접촉면에서의 산화물 증식은 일어나지 않았으며, 단자에는 스파크에 의한 침식 흔적을 보였다.
5) 단자 내부도체와 전선사이에서 접촉불량이 진행되는 동안 전압과 전류의 파형변화를 분석한 결과, 전류는 정현파를 나타냈으며, 전압은 접촉시는 펄스파형이, 산화물이 증시될 때는 펄스형태의 구형파가 나타났고 접촉면에서 산화물의 증식이 순조롭게 진행되었다. 이때의 발열온도를 측정한 결과, 869C를 나타내 전기재해의 위험이 매우 높음을 알 수 있었다.
5) 단자 내부도체와 전선사이에서 접촉불량이 진행되는 동안 전압과 전류의 파형변화를 분석한 결과, 전류는 정현파를 나타냈으며, 전압은 접촉시는 펄스파형이, 산화물이 증시될 때는 펄스형태의 구형파가 나타났고 접촉면에서 산화물의 증식이 순조롭게 진행되었다. 이때의 발열온도를 측정한 결과, 869C를 나타내 전기재해의 위험이 매우 높음을 알 수 있었다.

후속연구

이상과 같은 실험과 분석결과를 바탕으로 접촉압력 변화에 따른 전선 연결기구의 발열특성과 화재위험성을 규명할 수 있었으며, 연구결과가 전기재해 예방에 기여할 수 있기를 기 대한다.

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