[논문]태양광 발전설비가 설치된 건물의 진화 시 주수에 의한 감전의 위험성에 관한 연구

김진선; 권성필

doi:10.7731/kifse.2014.28.6.047

태양광 발전설비가 설치된 건물의 진화 시 주수에 의한 감전의 위험성에 관한 연구
A Study on the Risk of Electric Shock from the Sprayed Water for Fire Suppression of the PV Installed Building 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.28 no.6, 2014년, pp.47 - 51

초록
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본 연구에서는 태양광 발전설비가 설치되어 있는 건물에서 화재가 발생할 경우 분사되는 물을 통해 전류가 흐를 가능성 및 감전의 위험성에 대해 고찰하였다. 분사되는 물을 수학적 모델을 통하여 해석 하였고, 물 전도도 측정을 위한 물분사 시스템을 제작하여 유속에 따른 물 저항값을 측정하여 수치적으로 예상한 값과 비교하였다. 실험과 수치계산의 결과로 태양광 발전설비 화재 시 고려되어야 할 사항들을 정의할 수 있게 되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study we investigated the risk of electric shock and the possibility of current flow from the sprayed water when fire took place in a photovoltaic (PV) installed building. The sprayed water was analysed by using a mathematical model, a water spray system for water conductivity was made. With changing the initial water flow rate the water resistance was measured, and compared with the numerically expected value. As the experimental and numerical computing result, we were able to define the requirements that must be considered in the fire of PV systems.

주제어

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문제 정의

또한 태양광 발전설비의 규모에 따라 다양한 전류의 단락 상황이 발생 할 수 있으며, 이런 상황이 화재 진화 시 발생할 경우 예기치 않은 전류가 인체를 통해 흐를 수 있다. 본 논문은 태양광 발전설비의 진화 시 인체를 통해 흐를 수 있는 발전전류와 분사되는 물 저항을 분석하였다. 진화 시 감전요인인 물 분사 모델을 수학적으로 해석하여 식을 세웠으며, 태양광 발전설비의 단락 시 회로를 정의하고 구성하여 예측되는 저항을 배치하였다.
또한 물 분사를 통한 화재진압시 태양광 발전설비로부터 흘러나오는 전류에 의한 감전의 위험성이 높아져서 이에 대한 대응방안이 마련되어야 한다^(5,6). 본 연구에서는 태양광 발전설비의 화재 진압 시 주수로 인한 감전 가능성의 진단을 위해 태양광 발전설비의 상황을 분석하였고 감전요인과 현상을 계산과 실험을 통해 데이터를 확보 하였다. 주수 시 물 분사 모델을 구성하고 수식으로 표현 하였고, 실험 장치를 통해 감전의 상황을 구현하였다.

가설 설정

여기서, 확산고유저항 ρspread은 분사된 상태의 물의 저항을 말하는데, 이 저항은 확산면적에 따른 단위 면적당 고유저항 값에 의해 정해지는 값이며, 공기의 높은 고유저항 값의 영향을 받기 때문에 분사속도 v0의 지수함수로 증가하는 확산면적 Aspread의 함수로 가정되었다.

제안 방법

(a)와 같은 실험장치에서 일정량의 물을 채워 넣은 후 DC 입력전압 V를 30 V에서 5V까지 내리면서 물의 양 끝에서 전압을 측정하고, 저항 4.7 kΩ에서의 전압강하와 전류를 측정하였다.
(b)와 같은 방법으로 오른쪽 노즐에서 물을 분사시켰고, DC 입력전압 V를 30 V에서 5V까지 내리면서 물의 양 끝에서 전압을 측정하고, 저항 4.7 kΩ에서의 전압강하와 전류를 측정하였다.
7 kΩ을 연결하였다. 노즐의 타입, 물의 유속, 물 분사 거리를 측정변수로 하여 DC 입력전압 V를 30 V에서 1V까지 내리면서 물의 양 끝에서 전압을 측정하였다. 이때 노즐과 주석평판과의 거리는 50 cm로 설정하였으며, 그리고 유속은 16.
진화 시 감전요인인 물 분사 모델을 수학적으로 해석하여 식을 세웠으며, 태양광 발전설비의 단락 시 회로를 정의하고 구성하여 예측되는 저항을 배치하였다. 또한 물 분사 시 저항을 계산하여 실제물 진화 시 발생 할 수 있는 단락 전류를 예측 하게 하였으며, 구성된 상황을 바탕으로 실험 장치를 구축하여 태양광 발전설비의 소화 시 발생 할 수 있는 감전 시뮬레이션을 하였다. 이 실험을 통해 물 고유저항이 전압의 크기와 물 분사에 의해 변하는 값을 얻었고 앞에서 수치적으로 예상한 값과 비교하였다.
주수 시 물 분사 모델을 구성하고 수식으로 표현 하였고, 실험 장치를 통해 감전의 상황을 구현하였다. 본 수치해석과 실험을 통해 물 전도도, 전압과 물 저항의 변화를 알아내어 태양광 발전설비전압의 크기 따른 전도도 및 감전 가능성을 수치적 방법과 실험적 방법으로 예측하였다.
실험 장치는 DC전원의 양극(+)부를 목표물 주석평판에 접합하고, DC 전원의 음극(−)부를 소방 호스의 노즐부에 접합하였다.
또한 물 분사 시 저항을 계산하여 실제물 진화 시 발생 할 수 있는 단락 전류를 예측 하게 하였으며, 구성된 상황을 바탕으로 실험 장치를 구축하여 태양광 발전설비의 소화 시 발생 할 수 있는 감전 시뮬레이션을 하였다. 이 실험을 통해 물 고유저항이 전압의 크기와 물 분사에 의해 변하는 값을 얻었고 앞에서 수치적으로 예상한 값과 비교하였다. 본 논문이 제시한 실험 모델, 측정시스템 모델 그리고 수치해석의 결과를 통하여 태양광 발전설비 화재 시 고려되어야 할 사항들을 정의 할 수 있고, 여기서 제시된 각각의 주제를 바탕으로 물리적인 관점은 물론, 화재진화방법을 고려한 해석과 연구가 계속 되어야 할 것이다.
7 kΩ을 선택하였다. 이를 통하여 인가된 총 전압과 외부저항에서 측정되는 전압의 차이로 물의 전압강하를 쉽게 알 수 있도록 하였다. 실험 장치는 DC전원의 양극(+)부를 목표물 주석평판에 접합하고, DC 전원의 음극(−)부를 소방 호스의 노즐부에 접합하였다.
본 연구에서는 태양광 발전설비의 화재 진압 시 주수로 인한 감전 가능성의 진단을 위해 태양광 발전설비의 상황을 분석하였고 감전요인과 현상을 계산과 실험을 통해 데이터를 확보 하였다. 주수 시 물 분사 모델을 구성하고 수식으로 표현 하였고, 실험 장치를 통해 감전의 상황을 구현하였다. 본 수치해석과 실험을 통해 물 전도도, 전압과 물 저항의 변화를 알아내어 태양광 발전설비전압의 크기 따른 전도도 및 감전 가능성을 수치적 방법과 실험적 방법으로 예측하였다.
본 논문은 태양광 발전설비의 진화 시 인체를 통해 흐를 수 있는 발전전류와 분사되는 물 저항을 분석하였다. 진화 시 감전요인인 물 분사 모델을 수학적으로 해석하여 식을 세웠으며, 태양광 발전설비의 단락 시 회로를 정의하고 구성하여 예측되는 저항을 배치하였다. 또한 물 분사 시 저항을 계산하여 실제물 진화 시 발생 할 수 있는 단락 전류를 예측 하게 하였으며, 구성된 상황을 바탕으로 실험 장치를 구축하여 태양광 발전설비의 소화 시 발생 할 수 있는 감전 시뮬레이션을 하였다.

이론/모형

물 전도도 측정 및 단락전류 예측에 필요한 물 분사 시스템을 구성하기 위하여 F. Reil 등(2011)의 실험설비를 참조하였다⁽¹⁰⁾. 물 분사 시스템은 길이 50 cm의 장치에 한편에 물 분사 할 수 있는 노즐을 설치하고 반대편에는 전도도가 높은 주석 평판을 설치하여 전선으로 Figure 3와 같이 연결하였다.
에 따라 분사된 물이 이동한 궤적의 길이 L을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 얻어 Figure 2에 나타내었다. 이 때 상미분방정식의 해를 추산하기 위하여 자동으로 단위길이가 조절되는 고차 Runge-kutta 적분법이 사용되었다⁽⁷⁾. 분사된 물이 이동한 궤적의 길이 L은 수평 이동거리 x에 비해 매우 커진다.

성능/효과

우선 정지된 물 저항 값의 변화를 얻기 위해, 입력전압을 증가 시키면서 물의 양단 전압을 측정하였고, 이를 물 저항으로 환산하여 Figure 4에 나타내었다. 정지된 상태에서 물 저항은 입력전압의 크기가 커짐에 따라 기하급수적으로 작아지는 것을 알 수 있었다. 그리고 Figure 3의 (b)와 같은 방법으로 유속을 변화시키면서 물 저항을 측정하였으며, 그 결과를 Figure 5에 나타내었다.

후속연구

이 실험을 통해 물 고유저항이 전압의 크기와 물 분사에 의해 변하는 값을 얻었고 앞에서 수치적으로 예상한 값과 비교하였다. 본 논문이 제시한 실험 모델, 측정시스템 모델 그리고 수치해석의 결과를 통하여 태양광 발전설비 화재 시 고려되어야 할 사항들을 정의 할 수 있고, 여기서 제시된 각각의 주제를 바탕으로 물리적인 관점은 물론, 화재진화방법을 고려한 해석과 연구가 계속 되어야 할 것이다.

참고문헌 (10)

S. P. Kwon, Y. T. Han, W. S. Lim, D. H. Kim and J. Kim, "A Study on the Risks of Solar Photovoltaic Systems Installed on the Rooftop in a Domestic Fire", Proceedings of 2012 Spring Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 464-467 (2012).
H. Haberlin and M. Real "Arc Detector for Remote Detection of Dangerous Arcs on the DC Side of PV Plants", 22nd EU PV Conf., Milano, Italy, Sept. (2007).
Inter Risk Report No.14-038, Japanese Inter Risk Institute Ltd. (2014).
Ozeki, Yoshitomi, "In relation to fire risk of solar power generation", Japanese Safety Engineering, Vol. 52, No. 3 (2013).
H. Haberlin, "Photovoltaik, Strom aus Sonnenlicht fur Verbundnetz und Inselanlagen", VDE-Verlag, Berlin, ISBN 978-3-905214-62-8 (2010).
H. Haberlin, L. Borgna and P. Scharf, "PV und Feuerwehr: Keine Panik, realistische Einschatzung der elektrischen Gefahren und moglicher Gegenmassnahmen", 26. Symposium Photovoltaische Solarenergie Staffelstein (2011).
I. N. Bronstein, K. A. Semendjajew, "Handbook of Mathematics", Springer (1997).
IEC/TS 60479, Technical Specification, "Effects of current on human beings and livestock - General aspects", Edition 4.0 (2005).
Deutscher Feuerwehrverband (DFV), Handlungsempfehlungen Photovoltaik, "Vorgehensweise im Schadensfall fur stromerzeugende Solaranlagen" (2010).
F. Reil, W. Vaassen, A. Sepanski, B. v. Heeckeren, F. Gulenc, H. Schmidt, R. Grab, G. Bopp, H. Laukamp, S. Phillip, H. Thiem, A. Richter, A. Krutzke, R. Haselhuhn, M. Halfmann, F. Volkenborn and H. Haberlin, "Determination of Fire Safety Risks at PV Systems and Development of Risk Minimization Measures", Proceedings of 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, pp. 3553-3555 (2011).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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