[논문]저항부하에서 배선용 차단기 접속단자부의 접속결함에 의한 화재위험성 분석

김동우; 이기연; 문현욱; 김향곤; 최충석

저항부하에서 배선용 차단기 접속단자부의 접속결함에 의한 화재위험성 분석
Fire Hazard Analysis of MCCB Terminals in Resistance Load by Connection Failure 원문보기

김동우 (한국전기안전공사 전기안전연구원) , 이기연 (한국전기안전공사 전기안전연구원) , 문현욱 (한국전기안전공사 전기안전연구원) , 김향곤 (한국전기안전공사 전기안전연구원) , 최충석 (한국전기안전공사 전기안전연구원)

본 논문에서는 배선용 차단기 단자와 전선간의 접속결함에 의한 아크발생 및 화재위험성을 분석하였다. 실험 및 분석에 사용된 배선용 차단기는 단상 2선식의 국내외 제품으로 외형분석결과 단자구조는 제품마다 상이하였으며, 단자와 전선간의 접촉저항 측정결과 국내 제품은 접속방식에 따라 접촉저항의 편차가 컸다. 배선용 차단기 단자와 전선간 접속결함에 의한 접촉불량 발생시 단자구조에 따른 아크 및 화염의 특성 실험의 부하조건으로는 저항부하를 사용하였으며, 가진기의 축에 배선용차단기를 설치하여 진동에 의한 영향을 받도록 하였다. 인가시간은 10[분]으로 하였으며, 접촉불량이 진전됨에 따라 배선용 차단기 단자에 아크가 지속적으로 발생하였다. 대략 수분이 경과한 후 차단기가 차단되는 경우도 있었으며, 차단되지 않는 경우도 있었다. 또한 4개사의 제품 중 1개사의 제품은 접속단자 주변 절연재료로 아크에 의한 화염전이가 용이하였다.

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문제 정의

이때, 접촉불량시 발생한 아크는 캠코더에 의해 촬영하였다. 접촉불량이 진전됨에 따라 배선용 차단기 주변 절연재료로 화염전이 특성 및 화염에 의한 난연성 특성을 분석하여, 접촉 불량시 아크 및 화재에 의한 문제점을 고찰하고, 안전한 접속 방법을 제시하고자 한다.

제안 방법

또한, 배선용 차단기 단자와 전선간 접촉 불량 발생 시 단자구조에 따른 아크 및 화염의 특성을 비교분석하였다. 실험에 사용된 배선용 차단기는 정격전압용, 단상 2선식으로, 실험시 부하조건으로는 전열기 2 대를 병렬로 연결하여 사용하였으며, 가진기의 축에 배선용 차단기를 설치하여 진동에 의한 영향을 받도록 하였고, 토크드라이버를 사용하여 전선과 2차측 부하 중 한상의 단자의 체결토크를 이kg, cm]으로 설정하였다.
본 연구에서는 국내외 배선용 차단기 단자와 전선 간의 접촉저항을 조임토크의 변화에 따라 측정 및 분석하였다. 또한, 배선용 차단기 단자와 전선간 접촉 불량 발생 시 단자구조에 따른 아크 및 화염의 특성을 비교분석하였다.
본 연구에서는 국내외 배선용 차단기의 단자구조분석, 단자와 전선간의 토크변화에 따른 접촉저항분석, 접속결함에 의한 아크발생 및 화재위험성을 분석하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다.
사용하였다. 실험시 부하조건으로는 전열기 2대 (900[W]+570[W])를 병렬로 연결하였으며, 접속결함 조건으로는 배선용 차단기 2차측 중 한상의 조임토크를 토크 드라이버(FDS2-S, Tohnichi, japan)를 사용하여 0kg-cm 으로 설정하였고, 가진기의 축에 MCCB 를 연결하여 5[G], 6[Hz]의 진동이 전달되도록 하였다. 접속결함에 의한 접속단자의 아크 및 열화특성은 캠코더를 이용하여 촬영하여 분석하였다.
또한, 배선용 차단기 단자와 전선간 접촉 불량 발생 시 단자구조에 따른 아크 및 화염의 특성을 비교분석하였다. 실험에 사용된 배선용 차단기는 정격전압용, 단상 2선식으로, 실험시 부하조건으로는 전열기 2 대를 병렬로 연결하여 사용하였으며, 가진기의 축에 배선용 차단기를 설치하여 진동에 의한 영향을 받도록 하였고, 토크드라이버를 사용하여 전선과 2차측 부하 중 한상의 단자의 체결토크를 이kg, cm]으로 설정하였다. 이때, 접촉불량시 발생한 아크는 캠코더에 의해 촬영하였다.
실험시 부하조건으로는 전열기 2대 (900[W]+570[W])를 병렬로 연결하였으며, 접속결함 조건으로는 배선용 차단기 2차측 중 한상의 조임토크를 토크 드라이버(FDS2-S, Tohnichi, japan)를 사용하여 0kg-cm 으로 설정하였고, 가진기의 축에 MCCB 를 연결하여 5[G], 6[Hz]의 진동이 전달되도록 하였다. 접속결함에 의한 접속단자의 아크 및 열화특성은 캠코더를 이용하여 촬영하여 분석하였다.
실험에 사용된 MCCB는 그림 1(A사), 그림 2(B 사), 그림 3(C사)에 나타낸 것과 같다. 측정장비로는 나노 볼트미터 (Nanovoltmeter, Keithley, 2182A)와 소스비터 (AC and DC current source, Keithely, 6221)를 사용하였고, 차단기 1차측과 2차측에 600[V] IV 전선(전선길이: 5[cm], 전선직경: 을 접속한 후, 토크크기(0, 10, 15, 20[kg・cm])에 따른 접촉저항을 측정하였다.

대상 데이터

실부하에서 MCCB 접속단자의 접속결함에 의한 접속 단자의 아크 및 화염특성을 분석하기 위해 그림 5와 같이 실험장치를 구성하였다’ 실험에 사용된 MCCB는 국내외 제품 4개사로, 실험전원으로는 단상 220[V], 60[Hz] 를 사용하였다. 실험시 부하조건으로는 전열기 2대 (900[W]+570[W])를 병렬로 연결하였으며, 접속결함 조건으로는 배선용 차단기 2차측 중 한상의 조임토크를 토크 드라이버(FDS2-S, Tohnichi, japan)를 사용하여 0kg-cm 으로 설정하였고, 가진기의 축에 MCCB 를 연결하여 5[G], 6[Hz]의 진동이 전달되도록 하였다.

성능/효과

2) 국내외 MCCB 단자와 전선간 조임토크에 따른 접촉저항을 비교 분석한 결고" 국내 A사의 접촉저항은 일본(B사)이나 유럽(C사)제품에 비해 단자와 전선이 정확히 접속된 경우는 접촉저항이 낮게 측정되었으나 접속방식에 따라 전선의 이탈이 용이하여 접촉저항의 편차가 컸다. 반면, 일본(B사)과 유럽(C사)제품은 접속방식 및 조임 토크에 따른 접촉저항의 편차가 작았다.
1) 국내 MCCB 접속단자의 구조는 대부분 단자 부분이 전선과 접속시 나사에 의해 직접 접속하게 되어 있어, 접속면적 감소로 인한 접촉저항 증가가 용이하며, 이물질 등이 침입하기 용이한 구조로 되어 있다. 반면, 선진외국의 MCCB 접속단자의 대부분은 나사에 의한 직접접속이 아닌 중간지지 물에 의한 간접접속방식으로 전선과 단자의 접촉면적이 증가하는 구조로 되어 있으며, 먼지 등 이물질 침입이 어려운 구조로 되어 있다.
3) 저항부하에서 접속단자의 접속결함에 의한 아크 및 화염 특성을 분석한 결고}, 접속결함이 발생한 후, 접속 단자와 전선간에 아크가 지속적으로 발생하였으며, MCCB 스위치는 대부분 아크가 발생한 후 1이분] 전후로 차단되었으며, 아크발생 초기에는 초록색의 불꽃이 발생하였으나, 시간이 경과함에 따라 일부 모델에서 적열부가 관측되었다. 또한 4개사의 제품 중 1개사의 MCCB 절연재료의 재질은 아크가 발생함에 따라 녹아내리며 착화되어 2차 화재로 진전될 가능성이 높았다.
또한 4개사의 제품 중 1개사의 MCCB 절연재료의 재질은 아크가 발생함에 따라 녹아내리며 착화되어 2차 화재로 진전될 가능성이 높았다.

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