[논문]축사별 먼지 저항률에 따른 트래킹화재 위험성에 관한 연구

박광묵; 방선배; 김재현; 박진영

doi:10.7731/kifse.2016.30.6.099

축사별 먼지 저항률에 따른 트래킹화재 위험성에 관한 연구
Study of the Tracking Fire Risk by Dust Resistivity of Pens 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.30 no.6, 2016년, pp.99 - 104

박광묵 (한국전기안전공사 전기안전연구원) , 방선배 (한국전기안전공사 전기안전연구원) , 김재현 (한국전기안전공사 전기안전연구원) , 박진영 (한국전기안전공사 전기안전연구원)

초록
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본 논문에서는 동식물시설 중 전기화재 비율이 높은 우사, 계사, 돈사에서 먼지샘플을 채취하여 증류수에 희석시킨 후 이 물의 저항률을 측정하고, 저항률에 따른 물의 온도변화 및 전류 측정실험, 트래킹 재현실험을 통해 축사별로 먼지에 따른 트래킹화재 위험성을 분석하였다. 분석결과 저항률 수치는 우사, 계사, 돈사 순으로 돈사가 가장 낮게 측정되었으며, 축사별 평균 값 역시 우사, 계사, 돈사 순으로 돈사가 가장 낮게 나타났다. 온도변화 및 전류 측정실험에서는 저항률이 낮을수록 물의 온도변화가 큰 경향을 보였으며, 전류 실효값 역시 높게 나타났다. 트래킹 재현실험에서도 저항률이 낮을수록 트래킹 진전속도가 빠르게 진행되었으며 착화시간이 단축되었다. 실험결과를 통해 도출된 결과를 가지고 축사별 먼지 저항률이 다른 이유를 고찰하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In animal and plant facilities, dust samples were collected from cattle sheds, pigsties and hen-houses, which have high proportion of electrical fires. The samples were diluted in distilled water and water resistivity was measured. Current measurements and tracking reappearance experiments were conducted using distilled water with dust samples. The analysis results were obtained to track the fire risks according to the dust resistivity. The highest value was the dust from cattle sheds followed in order by the dust of pigsties and hen-houses. In experiments measuring the temperature change and RMS current, the lower resistivity of water showed a significant trend of temperature and high amperage. In the tracking reappearance experiment with the lower resistivity water, the tracking speed was fast and the ignition time was shortened. This study investigated why each dust resistivity shows different results.

주제어

표/그림 (9)

그림 Figure 1. Tracking electric fire process.
표 Table 1. Dust Resistivity Pen (Cattle)
표 Table 2. Dust Resistivity Pen (Chicken)
표 Table 3. Dust Resistivity Pen (Pig)
그림 Figure 2. Experimental schematic.
그림 Figure 3. The temperature changes of the water.
표 Table 4. Water Max Temperature by Resistivity
그림 Figure 4. Intermediate electrode current waveform.
표 Table 5. Ignition Time by Tracking

AI 본문요약
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문제 정의

또한 실제 먼지를 가지고 트래킹 재현실험을 실시하여 축사별 먼지에 따른 전기설비 트래킹 화재 위험성을 분석하였다. 분석결과를 토대로 축사 간에 먼지가 희석된 물의 저항률이 다른 이유를 고찰하고, 트래킹에 의한 전기화재를 줄이기 위한 예방대책을 제시하고자 한다.

제안 방법

6 mm인 누전차단기를 사용하였다. 누전차단기 전원측 단자 사이에 종류별로 약 1 g의 먼지를 놓고 전압조정기를 이용하여 220 V를 인가한 후 스포이트로 증류수를 단자 사이로 한 방울씩 떨어뜨려 트래킹에 의한 착화 실험을 실시하였다. 실험 시작과 동시에 물을 한 방물을 떨어뜨리고 이후 30초에 한 방울씩 떨어뜨렸다.
측정값을 토대로 축사별 저항률이 가장 높은 수치를 기록한 물을 가지고 각각 물의 온도변화 및 전극 간 전류파형 측정실험을 하였다. 또한 실제 먼지를 가지고 트래킹 재현실험을 실시하여 축사별 먼지에 따른 전기설비 트래킹 화재 위험성을 분석하였다. 분석결과를 토대로 축사 간에 먼지가 희석된 물의 저항률이 다른 이유를 고찰하고, 트래킹에 의한 전기화재를 줄이기 위한 예방대책을 제시하고자 한다.
전원은전압조정기를 이용하여 220 V를 인가하였다. 물의 온도는 열화상 카메라를 이용하여 측정하였으며 전압 및 전류파형은 오실로스코프를 사용하여 나타내었다. 전압 및 전류 파형은 실험 시작 10초 후의 상태를 기록하였다.
본 논문에서는 전라북도로 한정하여 우사 5곳, 돈사 5곳, 계사 5곳, 총 15곳에서 먼지샘플을 채취하여 증류수에 희석한 후 이 물의 저항률을 측정하였다. 측정값을 토대로 축사별 저항률이 가장 높은 수치를 기록한 물을 가지고 각각 물의 온도변화 및 전극 간 전류파형 측정실험을 하였다.
축사별 먼지가 희석된 물의 저항률이 가장 낮았던 실제 먼지샘플을 가지고 트래킹 재현실험을 실시하였다. 재현실 험은 각각 1회씩 실시하였다. 실험에는 단상 2선식, 정격전압 AC 220 V에 정격전류 30 A인 것으로 정격감도전류는 30 mA, 동작시간 0.
채취한 각각의 샘플에서 전자저울(BB2400, Mettler)을 이용하여 측정한 1 g씩을 비커에 담아 증류수 100 ml에 희석한 후 전도도측정기(Portable Conductivity/Resistivity/Salinity Meters, CM-21P, TOADKK)를 이용하여 저항률(Ω · m)을 측정하였다.
축사(우사, 계사, 돈사)에 축적된 먼지 샘플을 채취하여 각각 일정량의 증류수에 희석한 후 물의 저항률을 측정하여 비교한 후 실험을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
축사별 먼지가 희석된 물의 저항률이 가장 낮았던 실제 먼지샘플을 가지고 트래킹 재현실험을 실시하였다. 재현실 험은 각각 1회씩 실시하였다.
저항률에 따른 물의 온도변화 및 전류량을 알아보기 위해 Figure 2와 같이 실험회로를 구성하였다. 축사별 저항 률이 가장 낮은 먼지샘플이 희석된 물 100 ml를 페트리 접시에 담은 후 전원도체를 물에 담가 전류가 흐를 수 있도록 하였으며, 전원도체 사이의 거리는 정격전류 30 A 누전차단기 상부표면 극간 거리인 13.6 mm로 하였다. 물의초기온도는 27^oC, 실험시간은 10초간 지속하였다.
본 논문에서는 전라북도로 한정하여 우사 5곳, 돈사 5곳, 계사 5곳, 총 15곳에서 먼지샘플을 채취하여 증류수에 희석한 후 이 물의 저항률을 측정하였다. 측정값을 토대로 축사별 저항률이 가장 높은 수치를 기록한 물을 가지고 각각 물의 온도변화 및 전극 간 전류파형 측정실험을 하였다. 또한 실제 먼지를 가지고 트래킹 재현실험을 실시하여 축사별 먼지에 따른 전기설비 트래킹 화재 위험성을 분석하였다.

대상 데이터

김제, 정읍 등 전라북도 내 축사별로 우사 5곳, 돈사 5곳, 계사 5곳, 총 15곳에서 먼지샘플을 채취하였다. 채취 장소는 축사 내 난방기구, 환풍기 등에 전기를 공급하는 분반 내부로 한정하였다.
재현실 험은 각각 1회씩 실시하였다. 실험에는 단상 2선식, 정격전압 AC 220 V에 정격전류 30 A인 것으로 정격감도전류는 30 mA, 동작시간 0.03초 이내, 전원 측 단자간 거리가약 13.6 mm인 누전차단기를 사용하였다. 누전차단기 전원측 단자 사이에 종류별로 약 1 g의 먼지를 놓고 전압조정기를 이용하여 220 V를 인가한 후 스포이트로 증류수를 단자 사이로 한 방울씩 떨어뜨려 트래킹에 의한 착화 실험을 실시하였다.
김제, 정읍 등 전라북도 내 축사별로 우사 5곳, 돈사 5곳, 계사 5곳, 총 15곳에서 먼지샘플을 채취하였다. 채취 장소는 축사 내 난방기구, 환풍기 등에 전기를 공급하는 분반 내부로 한정하였다. 채취한 각각의 샘플에서 전자저울(BB2400, Mettler)을 이용하여 측정한 1 g씩을 비커에 담아 증류수 100 ml에 희석한 후 전도도측정기(Portable Conductivity/Resistivity/Salinity Meters, CM-21P, TOADKK)를 이용하여 저항률(Ω · m)을 측정하였다.

성능/효과

각각의 측정결과를 살펴보면 우사의 경우 저항률이 최고 48.72 [Ω · m], 최저 31.60 [Ω · m], 평균값은 38.76 [Ω · m]로 나타났으며, 계사의 경우 저항률이 최고 24.04 [Ω · m], 최저 11.78 [Ω · m], 평균값은 17.48 [Ω · m]로 나타났다.
물의 온도를 측정한 결과 저항률 31.60 [Ω · m](우사)의 경우 전원 인가 10초 후 49.3oC까지 상승하였으며, 11.78 [Ω · m] (계사)는 53.2oC, 5.46 [Ω · m](돈사)의 온도는 71.4oC까지상승하였다.
실험결과 우사의 경우 43분 만에 아크를 발생시키며 착화가 일어났고, 계사는 16분, 돈사의 경우 가장 단시간인 7분30초만에 착화가 일어났다. 물에 희석시킨 저항률이 낮은 먼지를 사용한 트래킹 실험일수록 착화까지의 시간이 단축되었다.
전원 인가 후 약 7~8초 이후에 각각의 온도는 saturation(포화)현상을 보였다. 저항률이 낮을수록 물의 온도 변화가 큰 경향을 보였으며, 초기온도의 상승속도 또한빠르다는 것을 확인할 수 있었다.
전기적 요인에 의한 발생비율에서는 미확인 단락을 제외하고 절연열화에 의한 단락이 17.95%, 트래킹에 의한 단락이 10.26% 누전 · 지락이 5.13% 순으로 나타났다(3).
축사별 먼지를 희석시킨 물의 저항률을 비교해 보면 돈사에서 채취한 먼지샘플이 희석된 물이 5.46 [Ω · m]로 가장 낮았으며, 축사별 평균값에서도 돈사가 10.32 [Ω · m] 로 가장 낮게 측정되었고, 계사가 17.48 [Ω · m], 우사가 38.76 [Ω · m]으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	2015년 전라북도 동식물시설 화재의 주된 원인은 무엇인가?	전라북도 지역은 농도로서 축산시설이 많으며, 가축수량이 적은 부업정 도의 축사도 있지만, 대부분 전업으로 전 재산을 축사에 투자하여 생업으로 하는 경우가 대부분이다 (2). 2015년도 전라북도 동식물시설 화재의 원인을 살펴보았을 때 발화 요인별로 분류해보면 전기적 요인에 의한 화재가 68.57% 로 단연 높았다. 대부분의 축사화재는 전기에서 기인된 것으로 보인다.
	절연체의 표면열화는 무엇인가?	절연체의 표면열화는 전극 간 절연체의 표면에 발생하는 누설전류에 의한 방전으로 발생하는 현상이다. 누설전 류에 의한 줄열 및 불꽃방전으로 인해 절연체가 탄화되고 도전성을 가짐으로써 탄화도전로가 생성된다.
	전라북도의 동식물시설 화재가 시설별 재산피해액 중 높게 나타나는 이유는 무엇인가?	2015년도 국가화재정보통계에 의하면 전라북도의 경우 도내에서 동식물시설 화재가 시설별 재산피해액에서 가장 높게 나타났다 (1). 전라북도 지역은 농도로서 축산시설이 많으며, 가축수량이 적은 부업정 도의 축사도 있지만, 대부분 전업으로 전 재산을 축사에 투자하여 생업으로 하는 경우가 대부분이다 (2). 2015년도 전라북도 동식물시설 화재의 원인을 살펴보았을 때 발화 요인별로 분류해보면 전기적 요인에 의한 화재가 68.

참고문헌 (14)

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저자의 다른 논문 :

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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