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문제 정의
- 본 연구를 통해 지중송전선로의 케이블 접속부의 심부 화재 및 표면화재를 효과적으로 진압할 수 있는 미 분무 강화액 소화설비를 개발하였으며 도출된 주요 결론은 다음과 같다.
- 지중송전케이블 접속 부용 소화설비는 전기화재(C급화재)에 적응성이 있어야 하며, 케이블화재의 특성인 표면화재 및 심부 화재에 대하여 소화성능을 가져야 한다. 본 연구에서는 지하 전력구 지중송전선로 접속부의 화재를 방호하기 위한 소화장치의 개발을 위해 강화액 소화약제를 미 분무 상태로 방출하여 화재를 진압하는 실규모 화재시험을 실시하였으며, 시험결과를 토대로 지하전력구의 화재 방호를 위한 최적의 미분무 강화액 소화설비를 개발하였다. 한국소방검정공사의 기술기준인 KOFEIS 0102에 의해 형식승인된 강화액 소화약제를 미분무 방출 노즐을 통하여 화재실험실에 설치된 지중송전케이블 접속 부의 화재에 액적의 DVD%가 1000 gm 이하인 상태로 방사하여 소화성능을 시험하였다.
- 표면화재와 심부화재에 대한 소화시험을 동시에 시행하였다. 심부화재를 구현하기 위해 최하단 케이블에 설치된 전기히터에 전기를 인입하여 3분 동안 가열하였으며, 이후 표면화재의 시험기준에 따라 유류점화 대를 강제 점화시켜 6단의 케이블을 1분 동안 자유 연소시킨 뒤 수동으로 솔레노이드 밸브를 기동시켜 소화 약제를 방출하였다.
제안 방법
- 방출배관은 화재실험실에서 6m 이격 설치된 4병의 약제용기에 연결하였다. KSD 3576(배관용 스테인리스 강관) 호칭 지름은 15 A 방출배관을 사용하여 매니폴드 후단에 솔레노이드 밸브를 설치하였으며, 내용적이 50리터인 약제 용기에 강화액을 주입하고 약제의 방출을 위한 가압 원으로 1 MPa 압력의 질소가스를 충진하였다. 화재수신반출력신호단자와 솔레노이드 밸브를 연결하여 점화 1분 후 수동조작으로 솔레노이드를 기동하도록 하였다.
- 강화액 미분무 방출노즐은 천장부 및 케이블 각 3단마다 배치하여 고정 부착하였으며, 천장부에 설치되는 방출 노즐 및 고정용 배관의 높이는 5.5 이로 하였고, 측벽 부 고정방식의 경우 벽면에서의 돌출거리는 0.6m로 설치하였다. 미분무 방출노즐은 충원추(Full cone) 형태의 노즐로서 방사각도는 40 °, 90°, 98。의 세 종류를 준비하여 각 회의 소화실험마다 전체 노즐을 같은 각도의 방출노즐로 교체하여 시험하였다.
- 강화액 소화약제의 밀도, 표면장력, 어는점, 수소이온농도(pH) 등 물리적 성질을 측정하여 분석하였다. 표면장력을 측정하기 위해서 Du Nouy ring 법을 이용한 표면 장력계 (Seisakusho, 514-B2)를 사용하여 측정하였다.
- 심부화재를 구현하기 위해 최하단 케이블에 설치된 전기히터에 전기를 인입하여 3분 동안 가열하였으며, 이후 표면화재의 시험기준에 따라 유류점화 대를 강제 점화시켜 6단의 케이블을 1분 동안 자유 연소시킨 뒤 수동으로 솔레노이드 밸브를 기동시켜 소화 약제를 방출하였다. 강화액 소화약제의 소화성능을 물과비교하여 보기 위해 강화액 약제용기에 물을 넣어 소화시험을 우선 실시한 후에 강화액 소화약제로 소화시험을 실시하였다. 2회 연속 시행하여 3분 이내에 표면화재 및 심부화재를 모두 소화하는 것을 합격 기준으로 하였다.
- 노즐의 분무특성을 고려하여 실제로 지하전력구 지중 송전케이블의 화재를 소화하는데 적합한 미분무 방출 노즐을 제작하였다. 노즐 말단에서의 압력강하를 고려 하여 방수압력이 0.
- 또한 유류점화대의 화염온도측정을 위해 연료팬 상부 0.6m 높이에 K-type 열전대를 설치하였으며 A/D 컨버터를 이용하여 컴퓨터로 0.5초마다 화염의 온도가 저장되도록 하였다.
- 비중병법은 일정 온도에서 부피를 아는 액체의 질량을 측정하는 방법으로 실험에 주의를 요하나 정밀한 값을 얻을 수 있다. 물질의 어는점은 항온 순환조에 10m/ 용액을 넣은 시험관을 담그고 냉각하여 일정온도에서 유리막대로 휘저어 결정이 석출되었을 때의 온도를 읽되 3회 반복 측정하여 평균값을 어는점으로 하였다. 수용액의 수소이온농도는 inoLab pH 740(WTW Inc.
- 심부화재를 구현하기 위해 최하단 케이블에 설치된 전기히터에 전기를 인입하여 3분 동안 가열하였으며, 이후 표면화재의 시험기준에 따라 유류점화 대를 강제 점화시켜 6단의 케이블을 1분 동안 자유 연소시킨 뒤 수동으로 솔레노이드 밸브를 기동시켜 소화 약제를 방출하였다. 강화액 소화약제의 소화성능을 물과비교하여 보기 위해 강화액 약제용기에 물을 넣어 소화시험을 우선 실시한 후에 강화액 소화약제로 소화시험을 실시하였다.
- 6m로 설치하였다. 미분무 방출노즐은 충원추(Full cone) 형태의 노즐로서 방사각도는 40 °, 90°, 98。의 세 종류를 준비하여 각 회의 소화실험마다 전체 노즐을 같은 각도의 방출노즐로 교체하여 시험하였다. 방출배관은 화재실험실에서 6m 이격 설치된 4병의 약제용기에 연결하였다.
- 2회 연속 시행하여 3분 이내에 표면화재 및 심부화재를 모두 소화하는 것을 합격 기준으로 하였다. 표면화재의 소화시간은 소화약제 방출 후 유류점화 대에 착화된 화염이 완전히 소화되는 순간까지의 시간으로 간주하였으며, 심부화재의 소화시간은 소화약제 방출 후 케이블에 착화된 화염이 소화되는 순간까지의 시간으로 간주하였다. Figure 2에 화재시험실의 시험장치 실물모형을 나타내었다.
- 표면화재의 시험은 유류화재의 시험방식으로 화재시험을 실시하였다. 유류화재의 기준은 소방법 수동식소화기의 형식승인 및 검정기술기준 제 5조에 근거하여 Figure 2(c)와 같이 유류 점화대의 모형번호 수치를 6 단위로 하였으며, 유류화재용 연료는 휘발유를 사용하였다.
- 본 연구에서는 지하 전력구 지중송전선로 접속부의 화재를 방호하기 위한 소화장치의 개발을 위해 강화액 소화약제를 미 분무 상태로 방출하여 화재를 진압하는 실규모 화재시험을 실시하였으며, 시험결과를 토대로 지하전력구의 화재 방호를 위한 최적의 미분무 강화액 소화설비를 개발하였다. 한국소방검정공사의 기술기준인 KOFEIS 0102에 의해 형식승인된 강화액 소화약제를 미분무 방출 노즐을 통하여 화재실험실에 설치된 지중송전케이블 접속 부의 화재에 액적의 DVD%가 1000 gm 이하인 상태로 방사하여 소화성능을 시험하였다.3)
- 최하단 케이블은 양측 절단부위 중 한 면을 마감처리 하고 반대편은 급유 관으로 임시급유탱크와 연결하여 시험 중 계속해서 하드 알킬벤젠 절연유가 공급되도록 하였다. 화재감지용 정온식 감지선형감지기는 최상단 케이블 위에 설치하여 화재수신반에 연결하였으며, 감지기는 공칭작동온도 70/90P 다신호식의 정온식 감지선형 감지기를 사용하였다.
- KSD 3576(배관용 스테인리스 강관) 호칭 지름은 15 A 방출배관을 사용하여 매니폴드 후단에 솔레노이드 밸브를 설치하였으며, 내용적이 50리터인 약제 용기에 강화액을 주입하고 약제의 방출을 위한 가압 원으로 1 MPa 압력의 질소가스를 충진하였다. 화재수신반출력신호단자와 솔레노이드 밸브를 연결하여 점화 1분 후 수동조작으로 솔레노이드를 기동하도록 하였다.
- 화재시험용 케이블은 단면적 1200154kV OF 케이블을 2.5 m로 절단하여 마감처리를 하였다. 화재실험실 내부 한쪽벽부에 키이블 고정용 지지대를 설치하여 바닥면에서 0.
- 5 m로 절단하여 마감처리를 하였다. 화재실험실 내부 한쪽벽부에 키이블 고정용 지지대를 설치하여 바닥면에서 0.6 m, 상부이격 0.4 m를 띄워서 OF케이블을 6단으로 설치 고정하였다. 최하단 케이블은 양측 절단부위 중 한 면을 마감처리 하고 반대편은 급유 관으로 임시급유탱크와 연결하여 시험 중 계속해서 하드 알킬벤젠 절연유가 공급되도록 하였다.
대상 데이터
- 실시하였다. 유류화재의 기준은 소방법 수동식소화기의 형식승인 및 검정기술기준 제 5조에 근거하여 Figure 2(c)와 같이 유류 점화대의 모형번호 수치를 6 단위로 하였으며, 유류화재용 연료는 휘발유를 사용하였다.
- 직경 10 mm, 길이 150 mm의 전기히터를 최하단 케이블의 상단 중간부 좌측(측벽측) 45。방향에 직 경 11 mm 구멍 을내어 도체 에 2~3 mm 꽂히는 정도로 삽입하였다. 전기히터는 AC 220V, 500W의 카트리지 히터를 사용하였다.
이론/모형
- 밀도 측정 방법에는 비중병법, westphal balance법, hydrometer법, 액적 낙하법 둥이 있으며, 본 연구에서는 비중병법을 이용하였다. 비중병법은 일정 온도에서 부피를 아는 액체의 질량을 측정하는 방법으로 실험에 주의를 요하나 정밀한 값을 얻을 수 있다.
- 본 연구에서의 실험장치 구성은 한국전력공사의 미 분무 강화액 소화설비 시험기준에 의거하여 설치하였다.3)화재시험실은 Figure 1과 같이 폭 3 m, 높이 5.
- 표면장력을 측정하기 위해서 Du Nouy ring 법을 이용한 표면 장력계 (Seisakusho, 514-B2)를 사용하여 측정하였다. 측정원리는 가는 금속 환을 수평으로 걸어서 액체의 표면에 접촉하여 서서히 위로 들어 올리면, 액체와 부착되어 있는 금속 환 사이에는 인장력이 생긴다.
성능/효과
- 지하전력구 화재는 대부분 전기화재의 특성을 띠고 있으며, 일반 수계 및 가스계소화설비로는 소화 및 재발화에 대한 억제가 매우 어렵다. 1) 또한 케이블 외장재인 폴리에틸렌이나 PVC는 연소 시 독성가스(HC1, CO2, CO 둥)를 생성하여 단시간 동안 흡입하여도 인체에 치명적인 영향을 줄 수 있고, 축적된 연기 및 다량의 연소생성물들은 지상으로 배출되기 어렵기 때문에 화재에 대한 소화활동이 더욱 어려워지게 된다.기 지하전력구의 화재원인은 지중 송전케이블의 과전류 및 전기합선, 절연파괴 등으로 인한 내부적 요인이 대다수이다.
- 강화액 소화약제의 소화성능을 물과비교하여 보기 위해 강화액 약제용기에 물을 넣어 소화시험을 우선 실시한 후에 강화액 소화약제로 소화시험을 실시하였다. 2회 연속 시행하여 3분 이내에 표면화재 및 심부화재를 모두 소화하는 것을 합격 기준으로 하였다. 표면화재의 소화시간은 소화약제 방출 후 유류점화 대에 착화된 화염이 완전히 소화되는 순간까지의 시간으로 간주하였으며, 심부화재의 소화시간은 소화약제 방출 후 케이블에 착화된 화염이 소화되는 순간까지의 시간으로 간주하였다.
- 3) 강화액 소화약제의 소화 메커니즘은 냉각. 질식 .
- 한다. 물을 소화약제로 하여 미분무 상태로 방사한 결과 화재를 진압하는데 실패하였으나, 강화액 소화약제를 사용한 결과 소화효과를 크게 향상시키는 방법임을 확인하였다.
- 0 1000㎛의 경우이다. 방사되는 물 액적의 입자크기를 분석하기 위하여 Malvern 입자 크기 측정 장치를 사용하여 측정한 결과, 노즐로부터 Im 떨어진 지점에서 입자크기(Dvo.9)는 방수압력 0.7MPa일 때 300|im이었고 Class 2급에 해당하는 노즐임을 알 수 있었다.67)
- 질식 . 복사열 차단 및 부촉매 효과 등에 의한 것이며, 실제 소화시험 결과에 의하면 피복효과도 일부분 작용하는 것으로 관찰되었다.
- 방사각도가 98°, 90。이었을 때 표면화재 소화시간은 허용기준인 3분을 초과하는 결과를 나타내었으며, 6차와 7차 시험에서의 결과와 같이 강화액 소화약제를 40° 방사각도의 방출노즐을 사용하여 2회 연속 시행한 결과 허용기준인 3분이내에 심부 화재와 표면화재의 화염을 모두 소화하는데 성공하였으며 소화 후 재발화도 일어나지 않았다. 본 시험에서 사용된 미분무 방출노즐은 방사각도가 클수록 방사량이 많은 특성을 지니고 있어서 각도가 큰 노즐을 사용하게 되면 냉각효과면에서 긍정적일 것으로 기대했으나, 실제 시험결과에 의하면 방출노즐말단에서의 방출압력 감소로 인해 소화약제의 침투력이 약화되어 표면화재를 효과적으로 소화하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 유류점화대를 점화시킨 후 1분 후에 수동으로 솔레노이드를 기동시켜 강화액 소화 약제를 방출하는 방법으로 시험하였으나, 시험결과 정온식 감지 선형 감지기는 유류점화대 점화 후 30초 이내에 작동함을 확인하였음으로 실제로 감지기와 소화 장치가 연동되는 현장시스템에서는 화재진압시간이 더 단축될 수 있을 것으로 예상된다.
- 소화약제로 순수물을 사용하였을 경우 어떠한 경우에도 화염은 소화되지 않았으며 연료가 전부 소모된 후 자연적으로 소멸되었다. 그러나 강화액을 사용하였을 경우는 심부화재 및 표면화재의 화염이 모두 소화되었으며 미분무 방출노즐의 방사각도에 따라 소화 시간이 다르게 나타났다.
- 유류점화대 점화 후에 측정한 화염의 크기는 약 1MW 정도였고, 점화 후 다신호식 정온식 감지 선형감지기의 공칭작동온도 70 °C용 감지기가 24초에 동작하였으며, 공칭작동온도 90 °C용 감지기는 28초에 동작함을 화재수신반에서 확인하였다. 점화 후 1분 후 화재 수신 반에서 수동으로 솔레노이드를 기동시켜 강화액 소화 약제를 화재시험실의 실물모형에 방출하여 7회의 소화시험을 실시하여 최종 확인된 시험결과를 Table 2 에 요약하였다.
- 그러나 강화액을 사용하였을 경우는 심부화재 및 표면화재의 화염이 모두 소화되었으며 미분무 방출노즐의 방사각도에 따라 소화 시간이 다르게 나타났다. 방사각도가 98°, 90。이었을 때 표면화재 소화시간은 허용기준인 3분을 초과하는 결과를 나타내었으며, 6차와 7차 시험에서의 결과와 같이 강화액 소화약제를 40° 방사각도의 방출노즐을 사용하여 2회 연속 시행한 결과 허용기준인 3분이내에 심부 화재와 표면화재의 화염을 모두 소화하는데 성공하였으며 소화 후 재발화도 일어나지 않았다. 본 시험에서 사용된 미분무 방출노즐은 방사각도가 클수록 방사량이 많은 특성을 지니고 있어서 각도가 큰 노즐을 사용하게 되면 냉각효과면에서 긍정적일 것으로 기대했으나, 실제 시험결과에 의하면 방출노즐말단에서의 방출압력 감소로 인해 소화약제의 침투력이 약화되어 표면화재를 효과적으로 소화하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 지하 전력구에서 화재발생 가능성이 가장 높은 지중 송전케이블의 접속부에 대한 방호대책으로는 본 연구에서 개발된 미분무 강화액 소화설비가 상당히 효과적인 소화 설비임을 확인하였으나, 지하전력구가 갖는 사회기반시설로서의 가치와 중요성을 고려할 때 미분무 강화액 소화 설비의 성능 및 적용에 대한 지속적인 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
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