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문제 정의
- 케이블 화재로 인해 생성되는 열과 연기를 통해서 화재를 검출하도록 설정하기 위해서 [그림 7]과 깉■이 화재발생시각 위치에서의 시간에 따른 온도변화와 매연(soot)농도변화를 예측하기 위하여분전반 천장과 바닥면, 분전반 중앙 부분에 각각 3개의 지점에 위치시켰다. 또한 같은 지점에 모델화된 열 감지센서와 연기 감지 센서를 위치시켜 화재 발생 시 적절한 감지센서의 위치를 찾고자 한다. 열 감지센서의 경우 화재 시 74℃ 이상의 온도에서 감지 센서 몸체가 변형되어 화재에 반응하도록 하였으며 연기 감지 센서의 경우 초기 감지센서의 특성길이가 1.
- 분전 : 반이나 수배전반 내부에서 발생하는 화재를 사전예방하기 위해 : 서는 화재발생 징후를 센서를 이용하여 사전에 검출하고 관리할 , 필요성이 있다. 분전반 내부에서 화재가 발생하였을 경우 화염의 전파 특성, 연기의 진행방향, co가스농도, 내부 온도분포 등을 통해 전기화재의 사전예방 및 징후 검출을 위한 센서의 설치 위치, 센서의 종류 선택과 전기안전 관리 운영시스템 등에 활용하고자 시뮬레이션을 수행하였다.
가설 설정
- 열 순환 과정에 의한 고체가연물의 연소율은 5~SOg/Es 정도로 알려져 있고 보통 연소율이 5g/m2s 이하에서는 화염이 전파되지 못하고 소화되는 것으로 알려져 있다. 각 격자에서 연소율이 5g/m2s 이상이 되는 위치에서 화염전파가 이루어지는 것으로 가정하여 화염 전파속도를 산정하였다. 일반적으로 PE/PVC 케이블에 대한 화염 선단의 전파속도는 외부유동 조건이 없는 경우 약 lmm/s의 크기 정도를 가지는 것으로 알려져 있다.
- 수배전반 내부에 화재가 발생하는 경우를 가정하여 [그림 12] 와같이 수배전반 1개 면의 앞쪽 부분에 대해서 모델링을 하고 화재 시뮬레이션을 수행하였다.
- FDS 버전 5는 기존 버전에 비해 CO 생성과 국부적인 화염소화를 해석하는 다단계 연소 모델을 적용하였으며 고체의 경계를 다중층(multiTayer)으로 설정하여 열전달의 계산이나 고체표면에서의 열해리(pyrolysis)등을 해석하는데 보다 발전적 인 모델을 제공하고 있다. 시뮬레이션에서는 단일 물질에 대하여 일 단계 반응을 고려하였으며 고체 가연물은 열해리에 의해 모두 연료증기로 변환되고 수증기나 잔존물은 생성되지 않는 것으로 가정하였다. 각 시간 스텝에서의 반응율 (r)은 아래와같이 단순화된다.
- E값을 산정하게 된다. 시뮬레이션에서의 기준 반응율은 0.1, 기준 온도는 케이블의 가연 피복 재료를 폴리에틸렌(PE)으로 가정하여 PE의 열분해 온도로써 4H℃를 적용하였다. 열해리 과정을 통해 생성된 연료증기(에틸렌)의 연소반응은 2변수 혼합 분율 모델을 사용하였으며 에틸렌의 연기생성율(soot yield rate)과 일산화탄소 생성율(CO yield rate)은 각각 0.
- 전체 해석공간은 케이블의 중앙 면에 대하여 대칭으로 가정하였으며 대칭면을 제외한 나머지 면은 외기에 개방된 것으로 가정하였다. 가열표면에서 방출되는 열유속은 200kW/m2 이며 크기는 폭 2cm 높이 4cm로써 케이블에서 1cm 떨어진 곳에 위치한다.
- 화염 전파과정을 분석하였다. 케이블의 내부 도선의 물성은 구리로 가정하였으며 외부 피복 재료는 폴리에틸렌으로 가정하였다.
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