AC/DC 아크방전의 리스트라이크 패턴 해석에 관한 연구

A Study on the Analysis of Restike Patterns of AC/DC Arc Discharge

저압 전기설비에서 발생되는 직렬 아크는 전원과 부하를 직렬로 연결되는 접촉 또는 접속부에서 발생한다. 직렬 아크가 발생되면 접속부에 열이 축적되고, 설비 사고 및 전기화재를 유발시키는 주요한 인자가 된다. 건축물에는 설치된 전기설비를 안정적으로 사용하기 위해서 관련 규정에 부합하는 MCCB(배선차단기) 및 RCD(누전차단기) 등을 설치한다. AC/DC의 직렬 아크의 발열량은 작지만 반복적으로 장시간 진행됨에 따라 소손 범위가 넓어지고, 주변의 기기의 열화(劣化)를 가속시켜 피해를 확산시킨다. 전기설비의 접촉 불량은 설비 운전 시 접촉부 저항 증가를 수반하고, 나사 또는 너트 등의 연결 상태가 부적절할 때 발생된다. 접촉 불량이 발생되면 접촉부에는 경계저항과 집중저항이 형성되고, 설비 각각의 상태에 따라 발열의 정도는 다양하게 진화된다. 산업 현장과 유사한 조건의 AC/DC 아크방전을 재현하기 위해 IEC-62606, UL-1699 및 UL-1699B 규정을 준용하였으며, 실험 데이터의 취득은 실시간 진행하였다. 실험에 사용된 전극은 구리 및 탄소이며, 직경은 각각 2.0[mm]이다. 또한, 220[Ω]의 저항 부하를 연결하여 아크방전을 실시하여 외란의 간섭을 배제하였다. 전극의 형태는 원형으로 두 전극을 서로 맞댄 상태에서 실험이 진행되었다. 이때 실험 장치에 설치된 가진기의 발진은 2,000 [rpm]이며, 전원은 AC 220 [V]이고, 주파수는 60 [Hz] 이다. 자체 제작된 재현 실험에서 전압 파형은 기본 파형이 대부분 없어지는 것으로 확인되었고, 반복적인 과도 파형 및 삼각파로 변형되는 것을 알 수 있었다. 방전의 말미에는 과도 직렬아크 파형이 재차 발생하는 것으로 해석되었다. AC/DC 직렬 아크방전의 재현은 동일한 조건에서 10회 반복 실시하였고, 아크방전의 발생 주기는 약 0.02 [s]로 설정하였다. 직렬 아크방전의 평균 전압은 32.80 [V]이며, 전류는 1.72 [A]이고, 저항은 19.04 [Ω]로 해석되었다. 또한, 열용량은 59.51 [J]이고, 발열량은 0.23 [cal]로 해석되었다. 동일한 조건에서 재현된 실험에서 방사 스펙트라의 최대 세기는 40,000 이상이며, 스펙트라 60,000 미만은 309, 325, 589 [mm]의 대역에서 발생되는 것으로 분석되었다. 즉, 재현 실험에서 입증된 바와 같이 AC/DC의 직렬 아크방전이 반복적으로 발생되면 전기설비 및 기기 등의 열화(劣化)가 가속되는 것을 알 수 있고, 주변의 기기 역시 소손되어 전기화재 및 설비사고 등을 발생시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.