본 논문에서는 상용전원이 침수되었을 경우, 이에 의한 인체 감전의 위험성을 실증실험을 통해 검토하였다. 실험을 위해 한쪽 벽면에 노출된 충전부가 설치된 모의수조를 구축하고 내부에 도전성 수용액을 채운 후, 전원으로부터의 거리, 방향, 도전성 수용액의 전도율 및 수위에 따른 전위를 측정하였다. 실험 결과 수중에 설치된 전원장치로 인한 전위분포는 거리에 따라 달라지지만, 침수 수용액의 도전율, 노출된 충전부로부터의 각도 및 측정높이는 전기적으로 미치는 영향이 거의 없음이 확인되었다.
본 논문에서는 상용전원이 침수되었을 경우, 이에 의한 인체 감전의 위험성을 실증실험을 통해 검토하였다. 실험을 위해 한쪽 벽면에 노출된 충전부가 설치된 모의수조를 구축하고 내부에 도전성 수용액을 채운 후, 전원으로부터의 거리, 방향, 도전성 수용액의 전도율 및 수위에 따른 전위를 측정하였다. 실험 결과 수중에 설치된 전원장치로 인한 전위분포는 거리에 따라 달라지지만, 침수 수용액의 도전율, 노출된 충전부로부터의 각도 및 측정높이는 전기적으로 미치는 영향이 거의 없음이 확인되었다.
This paper describes a risk assessment of electric shock based on a experiment which demonstrates a submerged commercial power source. For the experiment a water tank was made and an outlet was installed on an interior wall. After filling the tank with a conductive water solution, the electric poten...
This paper describes a risk assessment of electric shock based on a experiment which demonstrates a submerged commercial power source. For the experiment a water tank was made and an outlet was installed on an interior wall. After filling the tank with a conductive water solution, the electric potential was measured with the distance, the direction from the power source, the conductivity and the level of the water solution. As a result, the potential distribution due to the outlet energized and exposed to the water solution depends on the distance from the submerged power source, however, the direction from the power source, the conductivity and the level of the water solution seemed to scarcely affected on the electrical shock risk.
This paper describes a risk assessment of electric shock based on a experiment which demonstrates a submerged commercial power source. For the experiment a water tank was made and an outlet was installed on an interior wall. After filling the tank with a conductive water solution, the electric potential was measured with the distance, the direction from the power source, the conductivity and the level of the water solution. As a result, the potential distribution due to the outlet energized and exposed to the water solution depends on the distance from the submerged power source, however, the direction from the power source, the conductivity and the level of the water solution seemed to scarcely affected on the electrical shock risk.
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문제 정의
특히 침수된 환경 하에서의 전기사용이 일반적인 상황보다 더 치명적일 수 있다는 것은 지상과 수중에서의 위험성 비교를 통해 이미 실험적으로 입증된바 있으몌2], 실제로 이와 같은 사고사례가 매스컴을 통해 매년 보고되고 있다. 본 논문에서는 인체에 대한 전격의 위험이 제반 전기적 . 환경적 요인에 의해서도 영향을 받을 것으로 사료되는 바, 상용전원이 침수된 조건에서 선행연구들과는 달리 침수액의 도전율, 측정방향 및 수위를 변화시키면서 전위를 측정하였으며, 이때 이 공간 내에 설치한 인체모형의 양발간에 인가되는 전위경도도 아울러 측정 .
본 연구에서는 지하에 설치된 전기설비가 내수나 외수에 의해 침수되었을 경우, 이 공간에 잔류된 인원이 전기적으로 경험할 수 있는 2차 재해로부터 의안 전성을 알아보기 위한 직접적인 방법으로서 모의설비를 구축하여 실증실험을 실시하고 결과를 분석하여 전기적 감전위험성을 검증하고자 하였다.
본 절에서는 침수된 전원장치로 인한 전위분포 및 인체의 감전위험성 실험 결과, 다음과 같은 결과를 얻었다.
제안 방법
도전성 수용액의 도전율은 적정량의 NH4C1 과 계면활성제를 혼합 . 교반 하여 실제 우수의 도전율과 유사한 200[pS/m]부터 200mS/m]씩 증가시키고 수위별로는 0.5[m]씩 증가시키면서 거리별, 방향별 측정을 반복하였다. 또한 200mS/m]의 도전성 수용액을 0.
그림 1에 보인 바와 같이, 모의수조는 가로, 세로 및 높이를 모두 2[m]로 제작하였으며, 강제 프레임 내에 콘크리트로 의 내벽을 조성한 후 도료를 입히고 바닥 역시 에폭시로 마감하여 절연하였다. 수조 하부 한쪽 모서리에는 배수를 위한 집수정을 설치하였으며, 출입문 주위에는 고무를 둘러 누수를 억제하였다.
모의수조 내의 전위분포 및 인체에 인가되는 전위 및 전류를 측정하기 위해 디지털 검전계와 멀티 미터 및 전류계를 사용하였으며, 모의수조 내 도전성 수용액의 도전율을 측정하기 위해 도전율계를 사용하였다.
본 실험에서는 200陷/m]의 수용액에 침수된 전원 장치를 기준으로 0[°](전원설비가 부착된 벽면 방향), 45[°] 및 90[°](전원장치가 부착된 벽면과 직각 방향)에서의 전위를 전원장치로부터 동일 거리에서 측정하여 그 결과를 그림 4에 나타내었다.
침수된 상용전원을 모의하기 위해 모의수조 출입구의 반대쪽 벽에 바닥에서 0.1[m] 높이로 콘센트를 부착하였으며, 전원으로부터 0[。:1( 벽면방향), 45[°] 및 90[°](벽면에 수직방향)으로 구분하여 0.2[m] 간격으로 전위측정점을 바닥에 표시하여 측정간의 편의를 도모하였다.
침수된 지하에 잔류한 인원에게 미칠 수 있는 위험을 알아보기 위해 도심부 일반 규모의 지하변전실을 1/3 정도 규모로 축소한 모의수조 및 인체모형을 제작하였으며, 이를 그림 1에 나타내었다.
침수환경 하, 전원장치로부터 거리에 따른 전위분포 및 인체에 미치는 감전위험성을 알아보기 위해, 우선 콘크리트 내에 0.1M 간격으로 박힌 철골과 전기적으로 접속된 강제 외함의 한쪽 끝을 접지하고 전원 장치에 220[V]의 전원을 투입한 후, 거리별 및 방향별로 전위를 측정하였다. 도전성 수용액의 도전율은 적정량의 NH4C1 과 계면활성제를 혼합 .
수조 하부 한쪽 모서리에는 배수를 위한 집수정을 설치하였으며, 출입문 주위에는 고무를 둘러 누수를 억제하였다. 한편 전장이 1.2[m]인 목재 구체관절인형 위에 도전성 고무를 입혀 IEC에서 규정한 인체 저항 비에 최대한 가깝게 제작한 인체모형을 수조 내에 배치하여 양발간 전위경도를 측정하고자 하였으며, 이 인체모형의 각 부위별 저항값을 IEC와 비교하여 표 1에 나타내었다{3].
본 논문에서는 인체에 대한 전격의 위험이 제반 전기적 . 환경적 요인에 의해서도 영향을 받을 것으로 사료되는 바, 상용전원이 침수된 조건에서 선행연구들과는 달리 침수액의 도전율, 측정방향 및 수위를 변화시키면서 전위를 측정하였으며, 이때 이 공간 내에 설치한 인체모형의 양발간에 인가되는 전위경도도 아울러 측정 . 검토하였다.
성능/효과
그림 4에 보인 바와 같이, 200[gS/m]의 수용액에 침수된 전원장치로부터 0[°], 45[°] 및 90[이의 방향에서 거리별 전위를 측정한 결과, 당초 모의수조 내 전류의 이동경로가 전원설비로부터 출입문을 향할 것으로 가정하여 각 방향별로 어느 정도의 차이를 예상하였으나, 실측 결과 방향별로 거의 차이가 나지 않는 것을 알 수 있었다. 이는 전류의 이동이 전원을 중심으로 하여 사방 균일하게 이루어지기 때문이라고 사료된다.
그림 5에 보인 바와 같이, 침수 수용액의 수위를 변화시키면서 전원설비로부터의 거리에 따른 전위를 측정한 결과, 수위별로 거리에 따른 전위 분포는 바닥 면에서의 전위가 다른 두 지점에서 즉정한 전위보다 다소 높은 값을 나타내기는 하였으나, 전반적으로는 수위별로 차이가 거의 나지 않음을 알 수 있었다. 이같은 결과는 전위가 동일 위치에서 측정될 경우, 측정 위치에서의 수용액의 수위에 무관하게 항상 일정한 값을 유지할 것이기 때문이다.
즉 본 실험에서는 최대 800E11 S/m]까지 200[jiS/m] 간격으로 전원선 전류를 측정하였으나, 이 정도의 도전율은 수중에 흐르는 전류의 크기를 눈에 띨만큼 변화시키기에는 매우 낮은 값이었기 때문일 것으로 추정된다. 본 실험에서 전반적인 전류값은 약 0.1871A] 정도로서 거의 일 정한값을 유지하였으나, 전위를 측정하는 센서가 전원이나 접지 역할을 하는 출입문에 가까워질수록 0.19EA] 를 약간 초과하는 전류값이 측정되었다. 이는 전원에서 누설되는 전류가 수중을 경유하여 사방으로 흐르다가 출입문으로 집중될 뿐만 아니라 센서와 출입문의 간격이 가까워질수록 이 사이에 집중되는 도전성 부유물의 밀도가 높아지는 것도 출입문 근처에서 측정된 전류값을 다소나마 증가시키는 원인으로 작용했을 것으로 사료된다.
실증실험으로부터 수중에 침수된 전원 장치로부터의 거리에 따라서만 눈에 띄는 전위의 감소가 관찰되었으며, 실험상의 다른 변수, 즉 도전성 수용액의 도전율, 전원으로부터의 측정방향에 의해서는 전위 상의 변화가 거의 없음을 알 수 있었다 또한 인체모형을 사용하여 실험한 결과, 전원과 양발이 직선상에 놓여있을 경우에만 거리에 따른 전위의 감소가 발생하며, 전원에서 거리가 가까울수록 양발간의 전위 경도가 증가하는 것을 알 수 있었다.
한편 본 실험에서는 도전율에 따른 전위도 측정하였으며, 실험 결과 도전율에 의해서는 전위분포가 크게 달라지지 않는 것을 확인하였다.
한편, 그림 7에 보인 바와 같이, 200[uS/m] 의 수용액이 채워진 모의수조 내부에 전원으로부터 양발까지의 거리가 동일하도록 인체모형을 설치하고 양발 간 전위를 측정하여 전위경도로 환산한 결과, 양발 간에는 거의 모든 구간에서 0.4[V/m] 이하의 전위 경도로서 양발간에 거의 영전위가 인가되었음을 확인하였으나, 전원과 출입문 근처에서는 다른 위치보다다소 높은 값이 측정되었으며, 이는 실험 상의 오차로 간주되었다.
후속연구
추후에는 보다 다양한 환경 하에서 발생하는 인체 감전의 위험성을 규명하기 위해, 본 연구에서 얻었던 실험결과를 시뮬레이션으로 검증하여 두 결과의 일치성을 확인하고 여러 환경조건에서 발생하는 결과를 예측하는 연구가 수행되어야 할 것이다.
참고문헌 (4)
윤용남, 지하공간의 침수방지대책에 관한 연구, 행정자치부, pp. 5-69, 2004
김두현, 강동규, 이종호, '지상과 수중에서 전격에 의한 위험성 평가', 산업안전학회지, 제19권, 제2호, pp. 26-33, 2004
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