[논문]과부하에 의해 변형된 비닐절연전선의 구조변화 분석

최충석; 김형래; 송길목; 김향곤; 김동욱; 김동우

[국내논문] 과부하에 의해 변형된 비닐절연전선의 구조변화 분석
Analysis on the Structure Variation of IV Transformed by the Overload 원문보기

최충석 (과부하에 의해 변형된 비닐절연전선의 구조변화 분석) , 김형래 (과부하에 의해 변형된 비닐절연전선의 구조변화 분석) , 송길목 (과부하에 의해 변형된 비닐절연전선의 구조변화 분석) , 김향곤 (과부하에 의해 변형된 비닐절연전선의 구조변화 분석) , 김동욱 (과부하에 의해 변형된 비닐절연전선의 구조변화 분석) , 김동우 (한국전기안전공사 부설 전기안전시험연구원)

When the current flows over the allowable current due to the overload, it causes electric disaster such as an electrical fire and an electric shock by short current or leakage of electricity because the covering is deteriorated according to the heating action. In this paper, for the wire(IV 1.6mm) used as interior wiring, we analyzed a variation of the surroundings temperature, the form and the structure of a covering, and the crystal structure of a conductor. In the result of this experiment, the surroundings temperature at the allowable current of 300% rose to about 47$^{\circ}C$, and it rose up to the maximum allowable temperature of the wire at 400%. Consequently, it was broken within one minute at 500%. In the analysis of a metallograph, the conductor broken by the over current showed the dendrite. These analyses result will be applied to judging the electrical fire.

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제안 방법

과전류에 의한 전선피복의 열화특성을 규명하기 위하여 그림 1의 실험회로와 같이 대전류공급장치 (ODEN IX, Programma, Sweden)를 이용하여 전선에 허용전류 이상으로 과전류를 인가하였으며, 과전류에 따른 실험전선 주위의 온도변화는 기록계 (AR1100A, Yokogawa, Japan) 열전대(K-type)를 이용하여 3곳에 설치하여 측정하였다. 또한, 과전류에 의한 전선피복의 열화과정을 4단계로 구분하여 실체현미경 (SV-11, Carlzeiss, Germany) 과 SEMQSM-6400, Jeol, Japan)을 이용하여 표면 상태와 구조를 분석하였으며, FT-IR(Spectrum GX, PerkinElmer, USA)를 이용하여 화학적 구조변화를 분석하였다.
그림 3은 IV 1.6mm에 대하여 전선 허용전류의 100%, 200%, 300%, 400%, 500%에 해당하는 각각의 전류를 500sec 동안 인가하여 전선주위의 온도변화를 분석하였다.
3곳에 설치하여 측정하였다. 또한, 과전류에 의한 전선피복의 열화과정을 4단계로 구분하여 실체현미경 (SV-11, Carlzeiss, Germany) 과 SEMQSM-6400, Jeol, Japan)을 이용하여 표면 상태와 구조를 분석하였으며, FT-IR(Spectrum GX, PerkinElmer, USA)를 이용하여 화학적 구조변화를 분석하였다.

성능/효과

(b) 는 200% 전류(54A)를 흘렸을 때의 전선 주위의 온도변화로 T1은 최고 35.5010, T2는 29.2213, T3은 27.730까지 상승했으며, 3점간의 최고온도 차는 7.77P를 보였으며 일정시간 후 주위온도가 일정하게 유지됨을 볼 수 있었다.
120까지 상승했다. 3점간의 최고온도차는 46.28P를 보였으며, 밀폐용기 안에는 발생한 연기로 가득 찼으며 전선도체가 붉게 발열하였다.
① 과전류에 따른 전선주위의 온도변화를 분석한 결과, 300% 전류에서는 최고 46.68P까지 상승하여 계속 상승곡선을 유지하였으며 전선피복에서 흰 연기가 발생하였고, 400% 전류에서는 최고 105.4C까지 온도가 상승하였으며 피복이 열에 의한 용융으로도 체에서 이탈하여 열의 발산을 촉진시켰다. 500% 전류에서는 전선도체가 붉게 발열하였고 피복이 심하게 용융하였으며 전류인가 후 1분 이내에 도체가용단되었다.
② IV의 열화진행 단계에 따른 특성변화를 분석한 결과, 정상전선은 표면이 고르고 매끈한 형태를 보였으며 온도가 상승할수록 전선도체와 접촉한 내부 피복에 작은 홀(hole)들이 형성됨을 볼 수 있었으며 피복이 용융하여 도체로부터 이탈, 전선 도체와 닿은 부분의 피복은 연녹색으로 변색되었다.
③ 500% 전류에서 용단된 전선도체의 표면 상태와 결정구조를 분석한 결과, 도체 끝부분에 용융흔이 형성되었으며 전선 본래의 연신구조가 없어지고 과전류에 의해 용단될 때 나타나는 수지상 조직이 변형되어 나타났다.
이상의 결과로 볼 때, 200%의 과전류까지는 주위 온도가 시간이 지남에 따라 점차 완만해지는 경향을 나타낸 반면에 300%의 과전류부터는 주위온도가 상승하여 전선의 최고허용온도 이상으로 올라감을 확인 할 수 있었으며, 과전류가 커짐에 따라 주위의 온도 차가 급격히 커졌으며 피복의 유무가 열의 축적과 발산에 많은 영향을 기침을 알 수 있었다.

후속연구

" data-before="IV" data-ocr-fix="">Ⅳ.의 전류에 의한 전선주위의 온도변화, 전선피복의 외형과 화학적 구조변화, 전선도체의 결정구조 등을 분석하였으며, 이 분석결과는 현장의 전기화재 감정 시 유용한 자료가 될 것으로 판단된다.

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