ISSN : 1229-6783(Print)
ISSN : 2288-1484(Online)
ISSN : 2288-1484(Online)
Journal of the Korea Safety Management & Science Vol.23 No.3 pp.103-113
DOI : http://dx.doi.org/10.12812/ksms.2021.23.3.103
DOI : http://dx.doi.org/10.12812/ksms.2021.23.3.103
A Study of the Ignition Mechanism in Electric Condenser Iksan Firestation
August 25, 2021
September 15, 2021
September 15, 2021
Abstract
As the use of capacitors in electrical appliances and electrical control circuits increases, the related electrical fire is increasing. There are various parts such as resistors, coils, and capacitors that make up an electric circuit. Among them, the ignition of a capacitor with a temporary charging function is closely related to the structural characteristics of the capacitor. Capacitors can explode due to various reasons, and the high heat generated when they explode ignites the inflammable dielectric, which in turn burns the inflammable materials such as the surrounding electric wires and spreads into a fire. In this paper, the ignition mechanism is studied by conducting a reenactment experiment on the various probabilities that can be ignited in an electric capacitor, and the prevention measures to be applied to the fire prevention are presented.
콘덴서의 발화 메커니즘 실험
초록
1. 서 론
전기산업의 발전과 더불어 전기제품 및 전기제어회로에서 콘덴서의 사용량이 증대되고 있으며, 그에 따라 전기 화재 또한 증가하는 추세에 있다.
도통되는 전선과 부하에서의 누전, 지락, 단락(접촉불 량, 절연열화, 압착손상, 층간, 트래킹), 반단선, 과부하, 과전류 등 전기화재의 여러 가지 원인 중 우리가 간과하기 쉬운 것들이 있는데, 그 중에 전기회로에서 꼭 필요한 부품 중 하나인 콘덴서에서의 발화 메커니즘은 전기제어반에서 사용되어지는 대용량의 콘덴서를 제외하고는 관찰하기 힘든 현상이다.
전기회로를 구성하는 부품은 저항, 코일, 콘덴서, 트랜지스터, 다이오드, 퓨즈, 바리스터 등 많은 부품들로 이루어져 있는데, 이 중에 일시적인 충전기능을 가진 콘덴서에서 발화가 되는 것은 콘덴서가 가지는 구조적인 특징과 관련이 깊다고 할 수 있다.
콘덴서는 전기제품 및 전기제어반에서 많이 사용하고 있고, 여러 가지 원인에 의하여 콘덴서가 폭발할 때 발생하는 고열로 인하여 가연성 유전체에 착화되어 주변 전선의 피복 및 가연물이 연소되면서 화재로 확대되고 있다.
그래서 전기제품 및 전기제어회로에 사용되어지는 콘덴서에서 발생할 수 있는 발화 메커니즘을 연구하여 그에 따른 보완책을 제시함으로써 화재를 예방하고, 또한 콘덴서에서 화재가 발생하면 어떠한 형상으로 변화되는지, 주위의 물질에는 어떠한 영향을 미치는지 판단할 수 있는 감식기법을 제시함으로서 앞으로 전기화재의 조사에 도움이 되고자 한다.
콘덴서는 극판과 유전체의 사용물질 및 제작방법에 따라 크기 및 용량이 다른 여러 가지 종류가 있고, 전하를 축적하거나 교류만 흐르게 할 때, 또는 역률을 보상하기 위하여 사용되어진다. 즉, 회로의 기판, 모터의 기동장치, 전기제어장치 등 여러 곳에서 다양하게 사용되어진다. 하지만, 본 연구에서는 쉽게 볼 수 있고 접할 수 있는 전기회로의 기판과 모터의 기동장치에 존재하는 전해콘덴서에서의 발화메커니즘을 중점적으로 연구하고자 한다.
콘덴서에 관한 기존 연구는 김종겸 외(2010)[1]의 전압 불평형시 콘덴서 전압, 전류, 용량 특성 해석에 관한 연구, 손진구(2009)[2]의 비선형부하에 대한 전해 커패 시터의 특성 해석과 커패시턴스 용량 추정 알고리즘에 관한 연구, 조남훈 외(2008)[3]의 고압 커패시터 투입 시 전압확대에 따른 사고 사례에 관한 연구, 김종겸 외 (2008)[4]의 전력용 커패시터 사고 사례 조사에 관한 분 석, 이동준 외(2001)[5]의 진상 전류 개폐 시험 회로에 관한 연구 등이 있다. 연구방법으로는 화재사례를 분석하는 방법, 그 동안 발표된 연구논문을 살펴보는 방법, 재연 실험을 통한 방법 등 여러 가지가 있으나, 콘덴서는 일단 화재가 발생하여 탄화가 되면 단락흔과 같이 바로 식별할 수 있는 흔적을 남기지 않아 콘덴서가 화재발생 원인으로 조사된 화재건수는 다음에 나오는 화재통계에서 보는 바와 같이 미미한 수준이므로 화재사례보다는 재연실험으로 발화메커니즘을 연구하고자 하였다.
2. 이론적 고찰
2.1 콘덴서의 특성 및 종류
콘덴서는 전기를 축적하는 기능을 가진 부품으로, 콘덴서의 저장 능력을 정전 용량(capacitance)이라고 하며, 기호 C로 나타내고, 단위는 패럿[F]을 사용하며, 일반적으로 콘덴서에 축적되는 전기의 양은 매우 적기 때문에 마이크로패럿(㎌,10-6F)이나 피코패럿(㎊,10-12F)을 사용한다.
두 극판의 전극간에 절연체(유전체라고 한다)를 넣어 콘덴서를 만드는데, 이 재질에 따라 여러 종류의 콘덴서가 있고, 아무것도 삽입하지 않고 공기를 유전체로 하는 콘덴서도 있다.
콘덴서는 용량의 변화 유무에 따라 고정 콘덴서, 가변 콘덴서 등이 있다. 고정 콘덴서는 용량을 변화시킬 수 없는 것으로 전해 콘덴서, 세라믹 콘덴서 등이 있다.
전해 콘덴서(chemical condenser)는 (＋), (－)의 극성이 있는 고정 콘덴서로, 일반적으로 (－)측 리드를 표시하는 마크가 붙어 있고 전압, 용량도 표시되어 있다. 전해 콘덴서는 유전체로 얇은 산화막을 사용하고 전극은 알루 미늄으로 만든다. 또한 유전체를 매우 얇게 할 수 있어 큰 용량을 얻을 수 있다.
세라믹 콘덴서는 전극 간의 유전체로 유전율이 큰 재료가 사용되고 있으며, 코일의 성질이 적어 고주파 특성이 양호하다는 특징을 가지고 있다.
2.2 콘덴서에서의 화재 분석
2.2.1 콘덴서 화재 통계[6]
(1) 최근 5년간 콘덴서에서의 화재
국가화재정보시스템에 등록된 최근 5년간 콘덴서에서의 화재는 아래 Table 1에서 보는 것과 같이 1년에 20건 내외로 발생되고 있지만, 이번 연구를 통하여 콘덴서에서의 발화메커니즘이 제시되면 화재감식 기술의 발전과 함께 콘덴서의 성능개선 등 화재예방대책이 가능할 것이다.
(2) 최근 5년간 콘덴서에서 발화의심 화재
콘덴서는 전기관련기기나 제품에서 약방의 감초와 같이 꼭 필요한 전기 소자(부품)로서 거의 모든 곳에 존재하지만, 그 중에서도 화재발생이 용이한 제어반, 인버터 또는 컨버터, 컨트롤박스 및 기타 전기설비에서 발생한 화재를 국가화재정보시스템 통계에서 찾아보면 아래 Table 2 에서와 같이 해마다 상당히 많은 건수의 화재가 발생되고 있는 것으로 분석되고 있다. 이러한 전기 기기에서의 화재 원인을 전기단락 등 단순 전기화재로 분류하지 아니하고 조금 더 세부적으로 조사를 하게 되면 콘덴서에서 발화된 화재의 감식능력이 증가될 것이다.
2.2.2 발화 메커니즘
지금까지 콘덴서에서의 발화가 된 화재조사 사례와 콘덴서 관련 화재발생에 대한 연구논문[7]을 살펴보면 콘덴서는 단자에서의 트래킹 발생, 순간적인 과전압 유입, 콘덴서 주변 온도상승, 직류전원을 사용하는 콘덴서의 극성 연결 오류로 인하여 폭발과 함께 전해물질이 비산하면서 트래킹이 발생하여 화재가 발생하는 것으로 알려져 있다.
2.2.3 트래킹
트래킹(Tracking)은 충전 전극간의 절연물 표면에 도전성 오염이 있을 경우 오염 표면을 따라 전류가 흐르면서 열이 발생 탄화되고 그 정도가 확대되면서 발화에 이르는 현상이다. 극간에 먼지, 수분, 염분, 화학약품 등이 부착되어 표면에 전류가 흐르면 미소방전이 발생하고, 이러한 과정을 반복하면 절연이 파괴되어 극간방전에 의한 화재가 발생된다. 이러한 현상을 트래킹이라 하는데, 전기, 전자 부품이나 가전제품 내부에서 발생할 수 있다.
2.2.4 순간적인 과전압(서지전압) 유입
콘덴서에서의 폭발은 설계된 전압보다 높게 순간적으로 과전압이 유입되었을 때 발생한다. 콘덴서로 과전압이 유입되면 순간적으로 콘덴서 내부 온도가 상승하고, 이 때 콘덴서 내부의 전해액이 팽창하면서 비산하게 된다. 이것 외에도 +극과 –극을 잘못 연결하여 발생하는 폭발현상이 있지만, 순간적인 과전압의 유입에 의한 폭발현상은 우리가 전기회로에서 종종 접할 수 있는 현상 가운데 하나이다. 순간적인 과전압을 서지전압이라고 하는데, 발생하는 원인[8]은 번개로 인한 과전압(서지전압) 발생, 낙뢰로 인한 과전압(서지전압) 발생, 기타 원인에 의한 과전압 (서지전압) 발생으로 여기서 기타 원인이란 변전소에서 고압전력 공급선을 스위칭할 때, 분전함 주전원 스위치를 작동할 때, 중장비를 시동할 때, 주위에서 아크용접기, 압축기, 진공청소기, 사무기기 등을 사용할 때 등이다.
2.2.5 온도상승으로 인한 콘덴서 폭발
화재가 발생하면 주위온도는 상승한다. 콘덴서는 내부에 유전체로 충만된 상태에서 알루미늄 재질로 밀봉하여 제작되기 때문에 외부화염이나 주위의 온도 상승에 따라 충전재 내에서 가스가 발생하고 내부 압력이 팽창하기 때문에 주위의 온도에 의해 충분히 폭발할 수 있다.
2.2.6 콘덴서 극성 연결 오류로 인한 콘덴서 폭발
콘덴서는 AC(교류)와 DC(직류)용 콘덴서로 나눌 수 있으며 교류용 콘덴서의 경우 단자의 극성과 상관없이 사용할 수 있지만 직류용 콘덴서의 경우 단자의 극성(+,-) 을 바꾸어 사용하면 폭발할 수 있다.
3. 발화 메커니즘 재연실험
3.1 트래킹
3.1.1 화재사례
[Figure 2]는 에어컨 실내기 상부의 소손 패턴을 비교한 것으로 (a)의 정상품의 경우 중앙에 송풍용 모터와 연결된 송풍용 팬, 팬을 둘러싼 송풍용 하우징과 차가운 공기를 송풍하는 송풍부분과 송풍용 모터의 기동용 콘덴서로 구성되어 있다. (b)의 소손품의 경우, 송풍용 팬과 하우징, 송풍부분의 절연물이 심하게 용융, 탄화된 것을 확인 할 수 있다. 실내기 상부의 용융, 탄화 패턴으로 볼 때, 열적 영향은 가운데 부분을 중심으로 위 아래로 화염이 확산된 것으로 추정된다.
또한 정상품의 경우 중앙의 모터에 팬이 설치되어 있으며 그 주위에 둥근 모양의 하우징이 설치되어 있다. 하우징 중앙부분은 둥근 구멍이 뚫어져 있으며 이곳으로 차가운 공기가 유입되어 팬의 동작에 의해 상부의 송풍구를 통해 기기 밖으로 배출된다. 송풍부분과 경계는 플라스틱과 스펀지 등으로 막혀있는 구조이다. 송풍 팬과 송풍용 하우징은 열에 의해 심하게 용융되고 변형된 것을 볼 수 있다. 송풍부분은 열에 의해 용융, 탄화되어 형체가 없어짐을 알 수 있고 기동용 콘덴서가 하부로 소락(燒落)되었다.
[Figure 3]은 정상상태의 콘덴서와 소손된 실내기에 설치된 송풍기 기동용 콘덴서를 비교 분석한 것이다. 실내기에 설치된 콘덴서는 4㎌, 440VAC, 50Hz/0.55A, 60Hz/0.66A이다. 송풍 모터용 콘덴서는 (a)와 같이 송풍 하우징의 좌측 상단부에 수평으로 설치되어 있는 것을 볼 수 있으며 콘덴서의 단자 충전부는 외부에 노출되어 있는 것을 알 수 있다. (b)는 수평으로 눕혀 정상품과 소손품의 외형을 비교한 것으로 소손품의 경우 외부 표면에 검은 그을음이 부착하였으며 콘덴서가 팽창하지는 않음을 알 수 있다. (c)는 수직으로 세운 것으로 소손품의 경우 극간의 절연물이 손상된 것을 알 수 있다. (d)는 극간 절연물 사이 의 저항을 측정한 것으로 약 50Ω의 저항이 측정됨을 볼 수 있다. 이는 콘덴서의 극간에 절연파괴가 발생하여 탄화 도전로가 형성된 것으로 판단된다.
3.1.2 재연실험
(1) 실험구성
모터에 접속된 기동용 콘덴서의 극간은 절연물로 구성되어 있으며, 극간 절연저항은 무한대(∽)이다. 그러나 소손된 콘덴서 극간 절연물의 절연저항이 약 50Ω이 측정되었으며, 극간 절연물을 중심으로 소손패턴이 형성되었다. 따라서 이러한 특성을 재연하기 위해서 전원이 투입된 상태에서 콘덴서 전극 표면에 염수를 주입하여 극간 방전에 의한 화재 확산 특성을 분석하여, 현장에서 화염에 의해 소손된 콘덴서와 비교하였다.
[Figure 4]는 송풍기 모터 기동용 콘덴서의 극간에 오염이 되었을 때, 표면방전에 의한 트래킹 진전특성 실험을 위한 실험 구성도이다. 실험에 사용된 콘덴서의 용량은 4㎌이며, 표면의 절연파괴 특성 분석이 용이하도록 콘덴서의 하부는 절개하여 분리하고 상부 전극 부분만으로 실험하였다. 실험전원으로는 단상 220[V], 60[Hz]를 사용하였으며 콘덴서 앞단에는 직렬로 저항성 부하인 전구 (220V, 100W×5EA)를 연결하였다. 콘덴서 양극간에 1% NaCl의 염수를 주입하여 극간 방전에 의한 화재 특성을 분석하였다.
(2) 실험결과
[Figure 5]는 콘덴서 양단의 트래킹 진행과정을 나타낸 사진이다. (a)는 지속적인 염수주입과 건조대 형성으로 국부적으로 탄화도전로가 생성된 상태를 나타내고 있다. 이때 (b)와 같이 염수가 다시 극간에 주입되면 극간방전이 다시 시작되고 (c)와 같이 강한 화염을 동반한 폭발이 일어나게 된다. 이때 발생된 강한 화염에 의해 극간의 절연재료는 탄화도전로가 형성이 되고 (d)와 같이 착화에 이르게 된다. 주변에 가연성 물질이 있게 되면 이로 인해 화재가 확산될 수 있다.
3.1.3 특성분석
[Figure 6]은 [Figure 5]의 실험 후 소손된 콘덴서의 극간 사이의 절연물에 대한 저항을 측정한 것이다. 극간 절연물 사이의 저항이 약 14Ω이 측정되어 외부 화염에 의하여 콘덴서의 저항(∽)과는 다르게 나타냈다. 또한 트래킹에 의해 소손된 콘덴서는 극간 사이의 절연물을 중심으로 탄화가 진전되었음을 관찰할 수 있지만, 외부화염에 의하여 소손된 콘덴서는 [Figure 7]과 같이 단자 내부 표면이 심하게 탄화되어 트래킹에 의하여 소손된 콘덴서와는 다른 특성을 나타냈다.
3.2 과전압 유입
3.2.1 재연실험
(1) 실험구성
전원으로 과전압 유입시 TV 동작 특성 및 화재위험성을 분석하고 과전압 유입에 대한 보호 동작 및 소자 특성을 관찰하기 위하여 [Figure 8]과 같이 실험 장치를 구성하여 110V부터 10V단위로 10분간 상승하면서 발열 요소 및 동작 전류, 1차 소손 전자부품과 2차 소손 전자부품 을 살펴보았으며, 제품의 동작 특성 및 전자보호 소자의 동작 특성을 관찰하였다.
(2) 실험결과
콘덴서는 주로 전압을 필터링하는 부품으로 과전압이 인가되면 콘덴서가 팽창하고 연기가 발생할 수 있으며, 터질 수 있다. 대부분 AC를 DC로 변환하는 전원장치에 주로 사용하기 때문에 순간적인 과전압 유입시 화재위험이 높은 전기 부품이다.
아래 [Figure 9]는 전압을 110V부터 440V까지 서서히 상승했을 때 열화상 카메라로 온도 변화를 관찰한 것이고, [FigURE 10]은 48V부터 440V까지 전압이 상승될 때 전류의 변화를 나타낸 그래프이다.
콘덴서에서 과전압 유입에 대한 보호 동작 및 소자의 특성을 관찰하기 위해 슬라이닥스로 110V부터 10V 단위 10분 상승으로 실험한 결과 [Figure 11]과 같이 TV의 경우 전류는 수하특성을 보이나 300V에서 상승 후 450V 에서 급격히 하락하며 전압 상승에 따라 역률이 하락하며 250V에서 급격히 하락함을 알 수 있다.
3.2.2 특성분석
전압 상승속도를 1분에 10V 상승시 [Figure 12]와 같이 1차적으로 콘덴서가 약 450V에서 폭발을 하며 폭발직전의 온도는 162℃이고, 많은 연기가 발생하며 TV는 지속적으로 동작을 하면서 다른 소자에는 큰 영향이 없다.
500V로 전압 상승시 콘덴서 폭발 후 전해액이 분사되면서 [Figure 14]와 같이 하부 LCD 모듈방향의 바리스터가 급속 가열 되어 온도가 191.6℃까지 올라가고 510V 에서 [Figure 15]와 같이 바리스터가 폭발하면서 TV는 화면이상 후 정지가 되고 불꽃 분사 범위가 커진다.
[Figure 16]은 과전압 상승시 전자부품의 상태를 나타낸 것으로 콘덴서는 팽창 후 불꽃을 동반하여 터졌으며, 전원입력 측의 바리스터도 소손된 것을 알 수 있다. 그러나 과전압을 보호하기 위한 바리스터가 콘덴서 팽창 및 폭발 이후 소손되기 때문에 보호 순서에 대한 고려가 필요하다.
3.3 과전압에 의한 폭발과 외부 화염에 의한 콘덴서 내부 변화 비교
콘덴서에 과전압을 인가하여 폭발하였을 때 콘덴서의 내부 상태와 외부 화염에 의한 콘덴서의 내부 상태와의 다른 점을 확인하기 위하여 다음과 같이 재연실험을 하고 그 특성을 비교 분석하였다.
3.3.1 재연실험
(1) 실험구성
콘덴서에 과전압을 인가하기 위하여 [Figure 17(a)] 와 같이 실험용 테이블에 교류 기동용 전해콘덴서와 직류 회로용 전해콘덴서를 각각 연결하였고 전압상승을 위한 슬라이닥스, 캠코더, 열화상카메라를 설치하였으며, 교류와 직류용 전해콘덴서에 외부 화염을 근접시키기 위하여 [Figure 17(b)]와 같이 콘덴서 주변에 토치를 설치하여 약 3~5분간 가열을 하였다.
(2) 실험결과
[Figure 18]은 콘덴서에 과전압을 인가하면서 변화되는 과정을 동영상으로 촬영하여 캡처한 그림이다. 전압을 50V부터 서서히 상승시켰을 때 콘덴서에 표시된 전압 (110VAC)의 한계를 벗어나면 슬라이닥스에서 ‘윙’ 하는 소리가 나면서 콘덴서 내부의 충진제가 녹으면 (b)와 같이 극간 간격이 벌어지고 콘덴서 상부가 부풀기 시작하며, 콘덴서에 표시된 전압(110VAC)의 약 2배(220VAC) 이상 되었을 때 ‘펑’ 하는 소리와 함께 폭발하면서 (c)와 같 이 내부의 전해액이 외부로 비산하는 것을 관찰할 수 있 었다.
직류용 콘덴서(표시전압 50VDC)에서도 교류용 콘덴서와 같이 전압을 상승시키면 [Figure 19]에서 보는 것과 같이 서서히 팽창하다가 약 2배가 되는 전압(100VDC)에서 폭발하면서 콘덴서 내부의 전해액이 하부 안전변을 통하여 외부로 비산되고 폭발압력으로 콘덴서가 실험대에서 사라지는 것을 관찰할 수 있었다.
교류 및 직류용 콘덴서 모두 화염을 근접시켰을 때는 일정한 시간이 흐르면 [Figure 20]의 (b)와 같이 외부가 탄화되면서 팽창하고 약한 부분(콘덴서 상부 또는 하부) 이 갈라지면서 외형이 변하며, 계속 가열하면 형체를 알 수 없을 정도로 녹아버리는 현상을 관찰할 수 있었다.
3.3.2 특성분석
(1) 폭발한 콘덴서의 특성
직류용 콘덴서의 극성을 잘못 연결하거나 직류와 교류용 콘덴서에 과전압을 인가하면 콘덴서 내부에 주울열이 발생하여 충진제가 고체에서 액체로 액체에서 기체로 급격하게 변하면서 압력이 상승하여 폭발하지만 콘덴서를 분해하여 보면 내부는 [Figure 21]과 같이 탄화한 흔적이 없이 깨끗한 상태를 유지하고 있었다.
(2) 외부 화염에 의한 콘덴서의 특성
교류 기동용 전해콘덴서를 외부에서 화염을 근접시켜 가열을 하고 분해하여 내부를 살펴보면 [Figure 22]와 같이 화염이 접근한 쪽의 절연체 및 충진제가 탄화된 현상을 관찰할 수 있다. 직류용 콘덴서도 화염이 접한 부분을 중 심으로 탄화되고 화염에 더 강하게 노출되면 알루미늄 재 질로 만들어진 극판이 열에 의하여 소실되거나 부스러지 는 것을 관찰 할 수 있었다.
4. 결 론
위의 연구에서 보는 바와 같이 콘덴서에서는 다양한 발화 메커니즘 현상이 존재하고, 그에 따라 다른 특성을 나타내기 때문에 콘덴서로 인하여 화재가 발생했을 때 화재 조사관들이 감식의 주안점을 어디에 두어야 하는지 알 수 있을 것이다.
콘덴서가 화재로 인하여 탄화되었을 때 내부를 관찰하면 콘덴서가 화재의 원인이 되는 것이 아니라는 것도 알 수가 있었고, TV와 같은 전기 제품에서는 콘덴서와 바리스터의 연관성도 눈여겨 볼만한 조사기법 중 하나이다.
4.1 콘덴서에서의 화재 감식 기법
- 콘덴서 단자간 저항을 측정하거나 콘덴서를 분해하여 내부 단자사이의 탄화도를 관찰한다.(트래킹 확인 방법)
- 콘덴서 상부와 하부에 존재하는 안전변을 확인하여 폭발의 흔적을 관찰한다.(과전압 유입 여부 확인 방법)
- 탄화되거나 변형된 콘덴서는 분해하여 내부를 관찰한다.(외부화염에 의한 콘덴서의 변형 여부 확인 방법)
- 콘덴서 인근에 존재하는 과전압 방지장치인 바리스터를 관찰한다.(바리스터에 의한 화재발생 여부 확인 방법)
4.2 콘덴서에서 화재발생 방지
콘덴서로부터 화재가 발생할 수 있는 메커니즘은 크게 과전압 유입과 트래킹 발생이므로 콘덴서에서의 화재를 방지하려면 다음과 같이 과전압 방지 대책과 트래킹 방지 대책을 세워야 할 것이다.
4.2.1 콘텐서로 유입되는 과전압 방지[8]
현대의 전기기기는 항시 순간적인 과전압의 피해로부터 무방비 상태로 노출되어 있고 실제로 그 피해가 증가되고 있다. 이러한 이유 때문에 미국을 비롯한 선진국에서는 군과 산업체는 물론 일반 가정에까지도 서지보호기가 널리 보급되어 순간적인 과전압에 의한 피해로부터 모든 전기기기를 보호하고 있다.
그러나, 우리나라는 선진국과 비교해 볼 때 아직 전기 및 통신 사정이 불안전한 실정임에도 불구하고 서지보호기의 필요성 인식과 보급은 매우 미약하다. 그 뿐 아니라 최근 들어 세계적인 기후환경의 변화로 인해 어느 때보다도 천둥, 번개가 많은 현상이 나타나고 있어 여러 분야에서 전기기기의 잦은 고장과 순간적인 오작동의 빈도가 증가되고 있다.
이러한 상황에서 콘덴서 등 전기기기를 순간적인 과전압으로부터 안전하게 보호하기 위해서는 서지보호기 (Surge Protector or Suppressor)의 설치가 최선의 선택이다. 서지보호기는 일명 TVSS(Transient Voltage Surge Suppressor)라고도 불리며 전압 임펄스나 스파이크과 같은 과도 서지전압이기기에 도달하기 전에 차단하여 기기를 보호하는 장치이다.
순간적인 과전압 유입시 콘덴서에서의 화재발생이 가장 취약하기 때문에 바리스터 등 보호소자가 먼저 동작하여 전원을 차단하는 방식 등 콘덴서 배치에 대한 고려가 필요할 것으로 판단된다.
또한, 바리스터가 어느 정도의 과전압까지는 차단하는 기능을 하지만 그 이상의 과전압은 별도의 차단기능을 설계한다든지, 콘덴서반 직렬리액터에 온도센서 설치하여 리액터 온도 상승시 콘덴서반이 차단되도록 보완하여 콘덴서에서의 화재를 예방하여야 할 것이다.
4.2.2 트래킹 발생 방지
순간적인 과전압이 유입되거나, 콘덴서의 극성 연결 오류로 인하여 콘덴서가 폭발하여 전해물질이 분출되었을 때 회로기판에 존재하는 각종 부품들에서 트래킹이 발생할 수 있고, 외부로부터 먼지, 수분 등이 콘덴서의 양극사이에 침투했을 때 트레킹이 발생할 수 있으므로 이를 차단 할 수 있는 구조로 회로를 만든다면 트래킹에 대한 화재를 예방할 수 있을 것이다.
또한, 내부의 결로(結露)에 의한 절연파괴 방지를 위하여 노출된 충전부를 절연물로 실드(Shield)하거나 결로가 생기지 않는 곳으로 이설하여 사고를 예방하고, 제품에 의한 화재의 확대와 피해를 최소화하기 위하여 사용되는 부품의 재질은 불연성 또는 난연성으로 교체하는 것이 바람직한 것으로 사료된다.
Figure
Table
Reference
- [1] J. G. Kim, Y. J. Park(2010), “Characteristics analysis for voltage, current & capacity of condenser at voltage unbalance.” Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, 24(5):145-151.
- [2] J. G. Shon(2009), “A characteristic analysis and capacitance estimation algorithm of electrolytic capacitor for non-linear loads.” The Journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, 8(6):180–186.
- [3] N. H. Cho, J. S. Jung, Y. W. Park, B. N. Ha, H. H. Lee(2008), “A study on the outages due to voltage expanding in closing high voltage capacitor.” Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, 22(9):94–102.
- [4] J. G. Kim, Y. J. Park, E. W. Lee, I. J. Kim(2008), “Research analysis for trouble case of power capacitor.” Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, 2008(4):217-220.
- [5] D. J. Lee, C. I. Roh, S. K. Kim, D. R. Ra, B. R. Park, C. H. Kim(2001), “A study on the capacitive current breaking test circuit.” Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, 2001(7):261-263.
- [6] National Fire Data System, http://www.firedata.go.kr
- [7] D. O. Kim, J. H. Kim, K. Y. Lee, S. B. Bang, Y. S. Chung(2014), “A study on the fire case analysis of condenser and preventative program.” Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, 2014(11):257-258.
- [8] The Korea Amateur Radio League, KARL. http://www.karl.or.kr/bbs/board.php?bo_table=comm_1& wr_id=46756
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Online Submission
http://submission.koreasafety.or.kr
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