[논문]단자대 전선접속개소의 접촉불량에 따른 발열특성에 관한 연구

박상민; 지승욱; 김시국; 이춘하

단자대 전선접속개소의 접촉불량에 따른 발열특성에 관한 연구
A Study on the Thermal Characteristics Depending on Poor Contact of Wire Connection Part in Terminal Block 원문보기

박상민 (호서대학교 소방방재학과) , 지승욱 (호서대학교 소방방재학과) , 김시국 (호서대학교 소방방재학과) , 이춘하 (호서대학교 소방방재학과)

본 논문은 나사조임 단자대 내에 접속되는 전선의 접촉불량에 따른 발열특성을 분석하고자 단자대 접속개소의 조임토크를 KS C 2625에서 규정한 정상조임토크와 인위적인 불량조임토크를 변수로 설정하여 조임토크의 크기별로 동일한 부하를 인가한 후, 열화상카메라를 이용하여 접속불량에 따른 발열특성을 비교 분석하였다.

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문제 정의

5, 4, 6 SQ)을 실험시료로 선정하고, KS C 2625에서 규정한 정상조임토크와 인위적인 불량조임토크를 변수로 설정하여, 동일한 부하들을 인가한 후 정상조임토크와 불량조임토크에 따른 발열특성을 열화상카메라를 이용하여 관찰한 후 비교·분석하였다. 도출된 결과를 바탕으로 단자대 전선접속개소의 조임토크에 따른 화재위험성을 규명하고자 한다.

제안 방법

따라서 본 논문에서는 단자대 전선접속개소의 조임토크에 따른 발열특성을 확인하고자 단자대(10, 20, 30 A)와 비닐절연전선(1.5, 4, 6 SQ)을 실험시료로 선정하고, KS C 2625에서 규정한 정상조임토크와 인위적인 불량조임토크를 변수로 설정하여, 동일한 부하들을 인가한 후 정상조임토크와 불량조임토크에 따른 발열특성을 열화상카메라를 이용하여 관찰한 후 비교·분석하였다.
표 1은 실험에 사용된 조임토크를 나타낸 것으로써 KS C 2625에서 규정한 정상조임토크와 인위적인 불량조임토크를 변수로 하였고, 불량조임토크의 최소치는 4 N의 힘을 가했을 경우 TB의 접속부에서 전선이 탈선되지 않는 토크로 정하였다. 또한, 부하(L)은 최소 2.5 A부터 최대 30 A까지 각각 30분씩 인가하였고, 이때 정상조임토크인 Zone 1과 불량조임토크인 Zone 2에서 발생하는 발열현상을 비교하기 위해 열화상카메라(Ti 32, FLUKE사, 미국)를 이용하여 단자대별 토크 및 부하의 따른 Zone 1과 Zone 2의 최대 온도를 측정한 후 온도차(T_D=T_Z2-T_Z1)를 구하였다.³⁾
본 논문은 나사조임 단자대 내에 접속되는 전선의 접촉불량에 따른 발열특성을 분석하고자 단자대 접속개소의 조임토크를 KS C 2625에서 규정한 정상조임토크와 인위적인 불량조임토크를 변수로 설정하여 조임토크의 크기별로 동일한 부하를 인가한 후, 열화상카메라를 이용하여 접속불량에 따른 발열특성을 비교·분석해 본 결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
²⁾TB의 나사조임볼트에 대한 조임토크는 토크드라이버(RTD, TOHNICH사, 일본)를 이용하여 정상조임토크와 불량조임토크로 구현하였다. 표 1은 실험에 사용된 조임토크를 나타낸 것으로써 KS C 2625에서 규정한 정상조임토크와 인위적인 불량조임토크를 변수로 하였고, 불량조임토크의 최소치는 4 N의 힘을 가했을 경우 TB의 접속부에서 전선이 탈선되지 않는 토크로 정하였다. 또한, 부하(L)은 최소 2.

성능/효과

1. TB 허용전류의 60 %이하인 부하를 인가하였을 경우에는 온도차(T_D=T_Z2-T_Z1)의 차이가 거의 나타나지 않았지만, 허용전류의 60 %이상의 부하를 인가하였을 경우에는 T_D값의 변화가 뚜렷하게 나타나기 시작하였다. 또한, 정상조임토크의 30 %이하인 불량조임토크를 가하였을 경우 Zone 1과 Zone 2에서 발생하는 T_D 값의 차이가 크게 나타나는 것을 확인 할 수 있었다.
2. 불량조임토크 하에서의 발열특성은 전선의 굵기 보다는 불량조임토크의 크기가 더 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
3. 정상조임토크의 30 % 이하인 불량조임토크에서는 접속불량에 따른 온도가 급격히 증가하는 것으로 나타났으며, 시간이 장시간 지속된다면 줄(H = 0.24 I²RT)의 법칙에 의해 국부적으로 온도가 전선의 허용온도 이상으로 상승하여 부착된 먼지와 함께 출화되어 전기화재로 전이될 가능성이 충분할 것으로 생각된다.
단자대별 토크 및 부하에 따른 TD 값을 분석해 본 결과, TB(10 A)의 경우 부하 10 A에 0.3 Kgf·cm 토크를 가하였을 때 TD가 4.1 ℃, TB(20 A)의 경우 부하 20 A에 0.6 Kgf·cm 토크를 가하였을 때 TD가 8.3 ℃, TB(30 A)의 경우 부하 30 A에 0.6 Kgf·cm 토크를 가하였을 때 TD가 19.8 ℃로 각각 가장 높게 나타났다.
또한, 정상조임토크의 30 %이하인 불량조임토크를 가하였을 경우 Zone 1과 Zone 2에서 발생하는 TD 값의 차이가 크게 나타나는 것을 확인 할 수 있었다.
3 ℃ 나오는 것을 관찰할 수 있었다. 이와 같은 결과 정상조임토크의 30 % 미만인 불량조임토크에서는 접속불량에 따른 온도가 급격히 증가하는 것으로 나타났으며, 최대 53 ℃ 이상까지 온도가 상승하였다.

후속연구

이상과 같은 결과 건물시공 시 단자대 조임토크의 규정 준수가 필요할 것으로 생각되고, 또한 시공 시 정상조임토크로 시공을 하였어도 경년에 따른 환경적인 요인에 의해 조임토크가 풀려 접촉불량이 발생할 수가 있기 때문에 정기점검 시 열화상 카메라를 이용한 점검이 수행된다면, 전기사고를 미연에 방지할 수 있을 것으로 생각된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

단자대는 어떤 용도로 사용되는가?

단자대는 전선 접속부를 가진 도전쇠와 그것을 유지하는 절연체로 조합된 것으로서 주로 전기 제어기기, 제어반, 배전반 등의 내부에 사용되는 것으로 전선간의 접속을 담당하는 중요한 역할을 한다. 이로 인해 전기설비기술기준 및 세칙 등에서 시공시의 유의점들을 규정하고 있다.

전기설비기술기준 및 세칙 등에서 시공시의 유의점들의 관한 규정으로는 무엇이 있는가?

이로 인해 전기설비기술기준 및 세칙 등에서 시공시의 유의점들을 규정하고 있다. 그 중 하나가 KS C 2625(공업용단자대)에서 규정하는 단자대와 전선접속개소의 조임토크이다. 조임토크란 단자대 나사조임볼트에 힘을 가해 회전시켜 전선에 인가되는 압축강도로써 정상조임토크는 시공 시에 고려해야 될 부분이지만, 대부분의 시공자의 경우 조임토크에 대해 알지 못하거나 숙지하고 있더라도 공사기간 단축을 위해 경험에 의한 시공을 하게 된다.

단자대는 무엇으로 이루어져 있는가?

단자대는 전선 접속부를 가진 도전쇠와 그것을 유지하는 절연체로 조합된 것으로서 주로 전기 제어기기, 제어반, 배전반 등의 내부에 사용되는 것으로 전선간의 접속을 담당하는 중요한 역할을 한다. 이로 인해 전기설비기술기준 및 세칙 등에서 시공시의 유의점들을 규정하고 있다.

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