[논문]스위칭 아크 방전의 거동에 관한 연구

정연하; 장태준; 송길목; 노영수; 곽희로

[국내논문] 스위칭 아크 방전의 거동에 관한 연구
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정연하 (숭실대학교) , 장태준 (숭실대학교) , 송길목 (숭실대학교) , 노영수 (숭실대학교) , 곽희로 (숭실대학교)

전기 기기의 스위칭 동작시 발생하는 아크로 인한 화재 및 감전사고가 발생하고 있다. 본 논문에서는 간단한 스위칭 동작을 할 수 있는 회로를 구성하여 아크방전을 시킨 후 고속 카메라를 이용하여 아크 방전의 거동 과정을 분석하였다. 또한, 유한요소해석법으로 전자계 현상을 분석하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 대전류 공급장치를 이용한 전류를 인 가함으로써, 스위치의 개방시 발생하는 아크의 성장과정을 관찰하였다. 아크는 초기 크게 발생하여 성장하지만 그 시간은 소멸시간에 비해 아주 짧았다.

제안 방법

본 논문에서는 아크방전의 특성을 분석을 위한 기초실 험으로 간단한 아크발생 회로를 만들어 스위치 개폐에 의한 아크를 발생시킨 후, 이를 고속 카메라로 촬영하였다. 그리고 유한요소법을 이용한 전자계 현상을 모의하였다.
본 논문에서는 아크방전의 특성을 분석을 위한 기초실 험으로 간단한 아크발생 회로를 만들어 스위치 개폐에 의한 아크를 발생시킨 후, 이를 고속 카메라로 촬영하였다. 그리고 유한요소법을 이용한 전자계 현상을 모의하였다.
아크를 발생시키기 위해 대전류발생장치를 이용하였으며, 아크거동은 고속카메라를 이용하여 관찰하였다.
본 실험에서는 대전류발생장치를 이용하여 스위치 역할을 하는 반구형 갭에 대전류를 공급한 후, 양 전극에서 발생하는 아크 성장 과정을 관찰하였다.
이와 같이 구성된 반구형 갭간에 교류 400A의 전류를 공급한 후, 아크가 성장하고 소멸하는 과정을 고속카메 라로 관찰하였다. 그림 2는 400A 전류 공급시 아크 성장 과정을 0.
전류 400A 공급시 갭사이에서 일어나는 전자기적인 현상을 모의하였다. 갭간격은 0.
아크는 초기 크게 발생하여 성장하지만 그 시간은 소멸시간에 비해 아주 짧았다. 그리고 유한요 소법을 이용한 분석을 통해 아크 발생시 전류와 자계의 영향을 확인하였다. 향후, 전류 크기별 아크 성장과정을 비교하고 아크 발생시 전자계 해석 뿐만 아니라 유동해석 과 열해석을 동시에 고려해야 할 것이다.

대상 데이터

아크는 스위치 역할을 하는 청동제의 반구형 전극 간 에서 발생하도록 실험장치를 그림 1과 같이 구성하였다. 전극은 모터의 구동에 의해 좌우운동이 가능한 가동형 우전극과 고정형 좌전극으로 구성되었다.

성능/효과

8 [ms]로 생성보다는 소멸되는 시간이 더 긴 것으로 나타났다. 아크의 성장속도는 소멸속도보다 빠르다는 것을 알 수 있었다. 또한 아크 소멸시 미소하게 상하로 진동하는 것을 관찰할 수 있었다.
아크의 성장속도는 소멸속도보다 빠르다는 것을 알 수 있었다. 또한 아크 소멸시 미소하게 상하로 진동하는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 2차원적으로만 해석한 결과이므로 다양한 각도 에서의 관찰이 요구된다.

후속연구

그리고 유한요 소법을 이용한 분석을 통해 아크 발생시 전류와 자계의 영향을 확인하였다. 향후, 전류 크기별 아크 성장과정을 비교하고 아크 발생시 전자계 해석 뿐만 아니라 유동해석 과 열해석을 동시에 고려해야 할 것이다.

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