적외선 열화상 진단의 개요와 측정방법에 의한 판정기준
1. 개요
물체는 절대영도(-273℃) 이상의 온도를 가지고 있으며 이들 물체로부터는 그 온도에 대응한 세기의 적외선이 복사되고 있다.
스테판-볼츠만(Stefan-Boltzmann)의 법칙에 의하면 복사하는 에너지의 크기는 절대온도의 4승에 비례한다.
방출된 에너지는 전도(Conduction), 대류(Convection), 복사(Radiation) 현상에 의해 외부로 전달되는데, 이 중 복사 현상에 의해 전달되는 에너지를 세부적으로 분류하면 [그림 1]과 같이 분류되며, 이 가운데 0.8㎛~ 1000㎛ 범위를 적외선이라 한다.
2. 적외선의 특징
2.1 적외선의 특징
1) 스테판-볼츠만 법칙
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명 칭
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파장 대역 [㎛]
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특 징 및 용 도
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근적외선
(Short wave infrared radiation)
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0.8 ~ 2
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● 가시광선에 가장 근접한 파장
● 적외선 중 물체에 비교적 깊게 투과 ● 수광기(受光機)에 사용 |
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중간 적외선
(Medium wave infrared radiation)
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2 ~ 4
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● 상온에서 직접 가열하는 방식의 적외선 복사에는 주로 이 파장 대역을 복사함. ● 적외선 중 공기 중의 투과력이 크다 ● 열 온도 측정에 이용 |
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원 적외선
(Long wave infrared radiation)
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4 ~ 1000
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● 무선 주파수에 가장 근접한 파장
● 고분자 재료의 표면 가열이나 유기용제의 건조에 사용 |
[표-1 적외선의 특징 및 용도 (IEC 기준) ]
2.2 중간 적외선
적외선은 공기 중에서 산란되지 않고 직진하며. 전달 매질(공기)에 의한 손실이 적기 때문에 생활 전반에 걸쳐 많이 사용된다.
그중에서도 중간 적외선은 파장 대역이 비교적 안정되고 온도 분포에 따라 복사 파장이 다르기 때문에 온도 측정에 많이 사용되고 있다. 그러나 중간 적외선은 전기기기 대부분의 외함을 이루는 철판이나 절연재 등을 투과하지 못하기 때문에 노출된 부분을 제외한 기기 내부의 직접적인 온도 측정은 불가능하다.
2.3 물체의 온도 측정
물체의 온도를 측정하는 방법으로는 접촉식과 비접촉식이 있으며 비접촉식으로 온도를 측정하는 계측기의 대부분은 적외선 복사에너지를 매개체로 물체 온도를 측정한다.
이와 같은 적외선과 사람의 눈으로 볼 수 있는 가시광선의 차이점은 다음과 같다.
● 사람의 눈으로 뚜렷이 보이는 것도 주위 온도와 차이가 없으면 적외선 사용 장비로 구별할 수 없고,
● 사람의 눈에 보이지 않는 어두운 물체도 온도 차이가 있으면 적외선 사용 장비로 구별할 수 있다.
2.4 적외선의 전파 특성
온도 측정에 사용되는 적외선 대역은 물체에서 복사하는 적외선의 양이 많고 공기 중에서 전파특성이 우수한 적외선의 대역을 선택해야 하므로 3~5, 8~12 [㎛] 대역을 이용하면 효과적이다.
대체적으로 3~5 [㎛] 대역은 물체의 온도 측정에 사용되고, 8~12 [㎛] 대역은 특수 목적에 사용된다.
3. 판정 기준
물체에서 발산된 복사에너지는 적외선 열화상 진단장비에 의하여 화상으로 나타나며,
이 화상에 표시된 각 지점(Point)의 온도 분포를 3상 비교법과 온도 패턴법으로 분석한다.
열화상 사진 예시
3.1 3상 비교법
동일 조건 (3상 평형 부하이고, 전선의 굵기가 같은 경우 등)의 다른 부위와 비교하여 판별할 수 있다. 따라서 측정점의 정확한 온도보다는 비교하고자 하는 측정점 간의 온도차를 중요시 한다.
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상별 온도차
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판정 기준
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비 고
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5℃ 이하
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양 호
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전기안전관리자의 직무에 관한 고시
[시행 2021. 6. 15.] [산업통상자원부고시 제2021-105호, 2021. 6. 15., 일부개정]
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5℃ 초과 ~ 10℃ 이하
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요주의
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10℃ 이상
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이 상
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[표-2 판정 기준 Ι (3상 비교법) ]
3.2 온도 패턴법
절연재 열화 개념에서의 판정 기준이므로 기준치 이하라 하더라도 측정 당시의 조건 (부하율, 주위 온도 등) 을 고려하여야 한다.
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전 력 기 기
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온도 상승 한도
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최고 허용 온도
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비 고
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유입변압기 (본체)
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50 ℃
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90 ℃
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KSC 4306(유온기준)
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건식변압기
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에폭시(B종)
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80 ℃
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130 ℃
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IEC 726
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에폭시(F종)
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100 ℃
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155 ℃
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IEC 726
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GIS
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15 ℃
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-
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단로기 및
동부스바
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접촉부
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25 ℃
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65 ℃
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KSC4502
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접속부
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40 ℃
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80 ℃
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구조 부분
(자기 애자 등)
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50 ℃
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90 ℃
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전선
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IV
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-
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60 ℃
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내선규정 130-1
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HIV
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-
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75 ℃
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EV
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-
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75 ℃
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CV, CN-CV
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-
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90 ℃
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OF
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-
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85 ℃
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-
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전력형 고정 권선
저항기
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구분
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사용온도 범위
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최고 표면 온도
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IEC-115-4(82')
KSC6419-95
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V형
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-55 ~ +200 ℃
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350 ℃
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G형
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-40 ~ +200 ℃
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275 ℃
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[표-3 판정 기준 Ι (온도 패턴법) ]
* 판정 기준 :최고 허용 온도를 초과하거나 온도 상승한도를 초과한 경우 이상이 있는 것으로 판정한다.
[예) : 정격전류 115A의 IV 전선(22㎟ 가공)에 주위 온도 20℃에서 부하전류 30A 일 때 50℃를 나타냈다면 최고 허용 온도 60℃에는 미달하지만 문제가 있는 것으로 보고 원인을 찾아야 한다.]