[논문]가로등 화재사고의 원인규명과 검증

송길목; 한운기; 김종민; 김영석; 김명수; 김혁수

가로등 화재사고의 원인규명과 검증
Cause Investigation and Verification of Fire Accidents for Road and Street Lighting 원문보기

본 연구는 현장에서 발생한 가로등 화재에 대한 원인을 규명하기 위한 것으로 검증실험과 다양한 분석을 수행하였다. 이물질이 부착된 250W 메탈할라이드등은 $410.4^{\circ}C$로 급격하게 온도가 상승하였다. 따라서 환기 및 방진에 대한 개선이 요구된다. MH 램프에 의한 열은 발광판에서 유리구, 등기구로 이어지며 확산되었다. 메탈할라이드등의 사고원인은 등기구 내부의 이물질이 침적되어 축열 및 화재로 이어진 것으로 추정되며, 등기구의 설계에 있어서 외부 이물질 또는 분진이 침적되지 않으면서 축열이 되지 않는 구조 개선이 요구된다.

This paper carried out a variety of analysis for a finding out the causes of fire on the street lamp. The glass bulb of 250W metal-halide(MH) lamps attached with the impurities rose the temperature by at $410.4^{\circ}$ in normal condition. Therefore, a lamp apparatus is needed the improvement for ventilation and the protection against dust. The heat of MH lamps is diffused through out the luminous tube, a glass bulb, and apparatus by degrees. The accident cause of the lamp is presumed that the accumulated heat by deposits of the inner part. It will be recommended the improvement of the structure that aren't the external impurity and accumulated heat in the MH lamps set.

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문제 정의

실험조건은 정상 상태에서의 온도분포와 외부 이물질이 램프에 부착되었을 때의 온도 등을 측정하였다. 본 검증실험의 목적은 분진의 부착에 의한 화재위험성을 확인하는 것이다. 실험에서 분석된 패턴을 근거로 하여 현장에서 수거한 등갓, 인출선, 메탈할라이드등에 대해 각각 외형 소손패턴, 엑스레이에 의한 내부구조, 적외선분광기에 의한 탄화특성에 대한 자료를 종합적으로 판단하여 결론을 도출하였다.
본 연구는 현장에서 발생한 가로등 화재에 대한 것으로 그 원인을 규명하고 검증하기 위한 실험으로 구성하였다. 메탈할라이드등의 형태와 구조 등을 분석하였으며, 등기구의 열적 특성을 검토하였으며, 사고 현장에서 수거한 대상물의 외형 소손패턴, 엑스레이를 이용한 내부구조 적외선분광기를 이용한 탄화패턴 등을 종합적으로 고찰하여 사고원인을 규명하는데 활용하였다.

제안 방법

소비전력은 250W이며, 시동기가 없는 것을 이용하였다. 등갓에 설치하여 내부의 온도상승 상태와 유리구의 온도 등을 측정하였다. 실험조건에 있어서 현장에서 초기 분석대상물의 외형 특성상 제조 및 설치불량은 없는 것으로 판단되어 이 조건들은 고려하지 않았다.
메탈할라이드등의 형태와 구조 등을 분석하였으며, 등기구의 열적 특성을 검토하였으며, 사고 현장에서 수거한 대상물의 외형 소손패턴, 엑스레이를 이용한 내부구조 적외선분광기를 이용한 탄화패턴 등을 종합적으로 고찰하여 사고원인을 규명하는데 활용하였다. 향후 유사사고에 있어서 신속한 분석접근과 원인 규명에 중요한 역할을 담당할 것으로 기대된다.
본 검증실험의 목적은 분진의 부착에 의한 화재위험성을 확인하는 것이다. 실험에서 분석된 패턴을 근거로 하여 현장에서 수거한 등갓, 인출선, 메탈할라이드등에 대해 각각 외형 소손패턴, 엑스레이에 의한 내부구조, 적외선분광기에 의한 탄화특성에 대한 자료를 종합적으로 판단하여 결론을 도출하였다.
재현실험[5-6]은 등기구의 커버를 벗긴 상태에서 수행하였다. 실험조건은 정상 상태에서의 온도분포와 외부 이물질이 램프에 부착되었을 때의 온도 등을 측정하였다. 본 검증실험의 목적은 분진의 부착에 의한 화재위험성을 확인하는 것이다.
열전대는 K형으로 하였으며, 데이터취득장치(DAQ) 에 의해 실시간 모니터하였다. 주변온도는 실험실 조건 (15℃±3℃)으로 하였으며, 습도는 상대습도 50%+10% 에서 실험하였다.
용량의 차이에 따라 온도상승정도가 달라질 수 있는지를 확인하기 위하여 기준보다 낮은 용량을 선정하여 정상 상태에서의 온도상승을 측정하였다. 그림 8은 용량의 차이가 있을 때 온도변화를 측정비교한 그래프이다.
따라서 전원이상에 의한 영향은 없었던 것으로 추정된다. 절연피복에 영향이 있는지여부를 확인하기 위해 적외선분광분석頒T.IR)을 실시하였다. 적외선 분광기에 의해 그림 4에서와 같이 절연 피복의 외부와 내부에 대한 탄화구조를 대한 적외선 홉 광 스펙트럼을 비교할 수 있다.
5. 절연피복의 적외선 흡광스펙트럼 비교.

대상 데이터

소비전력은 250W이며, 시동기가 없는 것을 이용하였다. 등갓에 설치하여 내부의 온도상승 상태와 유리구의 온도 등을 측정하였다.
실험은 사고분석 대상물과 동일한 메탈할라이드등과 설치 현장에서 많이 사용되고 있는 고압나트륨등을 선택하였다. 소비전력은 250W이며, 시동기가 없는 것을 이용하였다.
주변온도는 실험실 조건 (15℃±3℃)으로 하였으며, 습도는 상대습도 50%+10% 에서 실험하였다. 실험의 구성은 현장에 설치된 가로등과 유사하게 하였으며, 온도를 샘플링한 지점은 총 7곳으로 선정하였다. 재현실험[5-6]은 등기구의 커버를 벗긴 상태에서 수행하였다.

성능/효과

(1) 메탈할라이드등과 고압나트륨등의 유리구에서 검출된 온도검출을 통해 메탈할라이드등이 온도가 높게상승된 것을 확인할 수 있었으며, 같은 용량에서 약 8 6℃의 온도 차이가 나타났다.
(2) 이물질이 부착된 상태에서 250W 메탈할라이드등은 410.4Y로 급격하게 온도가 상승되는 것을 알 수 있으며, 이는 일반적인 유기물이나 분진이 부착되었을 경우 발화온도인 450X:에서 500℃에 접근하는 것으로 과다한 이물질이 부착되어 축열이 되면, 화재로 이어질 수 있는 것으로 나타났다.
(3) 가로등 등기구의 열 확산 패턴은 메탈할라이드등을 중심으로 하여 열 확산이 시작되었을 것으로 판단되는 그을음이 확인되었으며, , 등기구의 외부와 내부에서 나타난 것으로 내부의 열원이 외부로 확산된 것으로 판단된다.
(4) 사고케이블을 분석한 결과로서 외형은 탄화 흔적이 발견되지 않았으며, 내부구조는 정상상태와 동일한 형태로 되어 있고, 절연피복의 경우 내부보다 외부에 의한 영향으로 화학적 구조가. 변한 것으로 과부하 또는 단락에 의해 과전류가 흐른 흔적은 발견되지 않았다.
(5) 일반적인 경우 방전등의 극히 일부에서 나타나는 아크 튜브의 균열에 의해 화재가 발생되는 경우 파손이 발생할 수 있으나 이러한 결과를 입증하기 위해서는 현장에서 초기 조사과정이 매우 중요한 것으로 나타났다.
흡광스펙트럼이 확인되었다. 약 1638cm”에서절연피복의 외부에서 열에 의해 분해되었다가 재결합한 형태의 산소와 탄소의 이중결합구조가 나타나는 것을 확인하였다. 외부에서 열화되었을 것으로 추정되는 적외선 흡광피크가 나타나는 것은 장시간 주변 환경에노출되었음으로 인해 열화가 진행된 것을 확인할 수 있다.

후속연구

따라서 메탈할라이드등의 사고원인은 현장에서 수거할 때의 조건 등을 배제하고 단지 의뢰품에 대한 정밀분석에 의한 결과에 의하면, 등기구 내부의 이물질이 과다하게 침적되면서 축열에 의해 화재로 진전된 것으로 추정되며, 등기구의 설계에 있어서 외부 이물질 또는 분진이 침투할 수 있는 구조를 개선하고 축열이 되지 않는 구조 개선이 요구된다.
메탈할라이드등의 형태와 구조 등을 분석하였으며, 등기구의 열적 특성을 검토하였으며, 사고 현장에서 수거한 대상물의 외형 소손패턴, 엑스레이를 이용한 내부구조 적외선분광기를 이용한 탄화패턴 등을 종합적으로 고찰하여 사고원인을 규명하는데 활용하였다. 향후 유사사고에 있어서 신속한 분석접근과 원인 규명에 중요한 역할을 담당할 것으로 기대된다.

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