절연링형 금속플렉시블호스(CSST)의 저항 특성 및 신뢰성 평가 The Resistance Characteristics and Reliability Evaluation of an Insulation Ring Type of Corrugated Stainless Steel Tubing(CSST)원문보기
This paper has analyzed the structure, applicable regulations and the resistance characteristics of insulation ring type of CSST (Corrugated Stainless Steel Tubing for Gas). With the flammability test conducted in accordance with KS C IEC 60811-1-1, the evaluation of insulation resistance, temperatu...
This paper has analyzed the structure, applicable regulations and the resistance characteristics of insulation ring type of CSST (Corrugated Stainless Steel Tubing for Gas). With the flammability test conducted in accordance with KS C IEC 60811-1-1, the evaluation of insulation resistance, temperature characteristics, and reliability has been conducted. An insulation ring type CSST consists of protective coating, tube, nut, insulation ring, packing, socket, and ball valve. Connecting an insulation ring type CSST to gas tubings for gas appliance is not permitted, moreover, the product shall be installed inside a sleeve pipe in case of buried installation such as the ceiling. Damages on protective coating and tube were detected when fire was applied to the test sample with a portable torch for 60 seconds. The insulation resistance of a normal product was $49.59M{\Omega}$, while that of the product completed the flammability test reduced to $9.21M{\Omega}$. The mean insulation resistance within the confidence Interval of 95% using the mini tap program 17 was $49.59M{\Omega}$ and the mean insulation resistance within the confidence interval reduced to $9.21M{\Omega}$. In the normal distribution analysis of 95% confidence interval, the value-P of the normal product was stable at 0.075 and AD(Anderson-Darling) statistic value was turned out to be 0.063, which is very normal, and the standard deviation was analyzed as 0.2586. The value P of the product completed the flammability test resulted in 0.005, the AD was 1.355 and the standard deviation reduced to 0.07908.
This paper has analyzed the structure, applicable regulations and the resistance characteristics of insulation ring type of CSST (Corrugated Stainless Steel Tubing for Gas). With the flammability test conducted in accordance with KS C IEC 60811-1-1, the evaluation of insulation resistance, temperature characteristics, and reliability has been conducted. An insulation ring type CSST consists of protective coating, tube, nut, insulation ring, packing, socket, and ball valve. Connecting an insulation ring type CSST to gas tubings for gas appliance is not permitted, moreover, the product shall be installed inside a sleeve pipe in case of buried installation such as the ceiling. Damages on protective coating and tube were detected when fire was applied to the test sample with a portable torch for 60 seconds. The insulation resistance of a normal product was $49.59M{\Omega}$, while that of the product completed the flammability test reduced to $9.21M{\Omega}$. The mean insulation resistance within the confidence Interval of 95% using the mini tap program 17 was $49.59M{\Omega}$ and the mean insulation resistance within the confidence interval reduced to $9.21M{\Omega}$. In the normal distribution analysis of 95% confidence interval, the value-P of the normal product was stable at 0.075 and AD(Anderson-Darling) statistic value was turned out to be 0.063, which is very normal, and the standard deviation was analyzed as 0.2586. The value P of the product completed the flammability test resulted in 0.005, the AD was 1.355 and the standard deviation reduced to 0.07908.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 가스 배관으로 사용되는 절연링형(insulation ring type) CSST의 구조, 관련 규정 및 저항 특성을 분석하고자 한다. 또한 KS C IEC 60811-1-1에 의한 난연성 실험을 실시한 후 CSST의 절연 저항 및 온도 특성 분석하고, 신뢰성 평가를 실시하여 사고 원인 조사를 위한 기초 자료를 제공하고자 한다5-7).
따라서 본 논문에서는 가스 배관으로 사용되는 절연링형(insulation ring type) CSST의 구조, 관련 규정 및 저항 특성을 분석하고자 한다. 또한 KS C IEC 60811-1-1에 의한 난연성 실험을 실시한 후 CSST의 절연 저항 및 온도 특성 분석하고, 신뢰성 평가를 실시하여 사고 원인 조사를 위한 기초 자료를 제공하고자 한다5-7).
제안 방법
인가된 화염은 휴대용 가스 토치이며, 절연링형 CSST의 좌측 하단에서 60°로 60 s 동안 인가하였다. 가스 토치의 노즐 끝과 절연링형 CSST의 사이는 약 80 mm이었으며, 토치에서 생성된 화염이 절연링형 CSST에 도달하여 열적 스트레스를 받을 때의 온도 변화를 분석하기 위해 임의로 선정된 곳에 4개의 온도 센서(K-type, chromelalumel thermocouple)를 설치하여 온도측정기(Temperature Measuring System, Yokogawa Co., Japan)로 실시간 측정 하였다. 또한 실험이 완료된 절연링형 CSST의 패턴은 디지털카메라(Digital Camera D90, 2009, Nikon, Japan) 를 이용하여 촬영하였다.
, Japan)로 실시간 측정 하였다. 또한 실험이 완료된 절연링형 CSST의 패턴은 디지털카메라(Digital Camera D90, 2009, Nikon, Japan) 를 이용하여 촬영하였다.
절연 저항 측정할 때 실험실의 온도는 20℃～22℃, 상대 습도는 18 ± 2%로 일정하게 유지하였다. 배관용 CSST의 절연 저항 측정은 실체 사진에서 알 수 있는 바와 같이 튜브와 볼 밸브의 양단에 전극을 연결하고 30회 반복 측정하였다.
3은 절연링형 CSST의 난연성 실험을 위한 실체 사진으로 KS C IEC 60811-1-1에 제시되어 있는 규정을 적용하였다16). 실험 장치의 구성은 구획된 공간에서 지지대를 이용하여 절연링형 CSST를 고정시켰다. 인가된 화염은 휴대용 가스 토치이며, 절연링형 CSST의 좌측 하단에서 60°로 60 s 동안 인가하였다.
절연링형 CSST의 구조, 관련 규정, 난연성 실험, 절연 저항, 신뢰성 평가 등을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
체결 상태의 정확한 해석과 신뢰성을 검증하기 위해 동일한 환경에서 30회 측정한 것이다. 측정기로 절연 저항을 측정하기 전 절연저항 측정기의 영점을 보정함으로써 오차 발생을 최소로 하였으며, 일정한 위치에 측정 단자를 연결하여 측정을 실시하였다. 측정된 최소값은 49.
대상 데이터
5 mm이다. 그리고 너트와 이음쇠는 KS D 5201과 KS D 5301의 합금 번호가 C3771인 황동이며, 보호 피막은 KS D 3625의 폴리에틸렌 등을 사용한다. Table 1은 너트와 소켓의 성분을 나타낸 것으로 구리(Cu; copper)가 57.
배관용 CSST 1 본의 길이는 튜브와 이음쇠를 구분하고 튜브는 50 m, 이음쇠는 각 직경별로 구분하며, 튜브의 길이 허용 오차는 +3%～-2% 이내이다. 그런데 배관용 CSST가 부적절하게 고정되거나 물리적인 충격을 반복적으로 받게 되면 체결 부위 사이의 간극이 벌어지고 가스의 누출로 인해 사고를 유발할 수 있다.
Table 2는 배관용과 연소기용 CSST의 관련 규정을 비교한 것이다. 배관용 CSST에 대한 시험 및 검사 규정에 대한 규격은 KGS Code AA 535에서 연소기용 CSST와 배관용 CSST를 대상으로 분석하였다.
배관용 CSST에 사용되는 튜브의 재질은 KS D 3698의 STS 304이며, 두께는 2.5 mm이다. 그리고 너트와 이음쇠는 KS D 5201과 KS D 5301의 합금 번호가 C3771인 황동이며, 보호 피막은 KS D 3625의 폴리에틸렌 등을 사용한다.
Table 3은 정상 제품인 절연링형 CSST의 절연 저항을 측정한 데이터이다. 체결 상태의 정확한 해석과 신뢰성을 검증하기 위해 동일한 환경에서 30회 측정한 것이다. 측정기로 절연 저항을 측정하기 전 절연저항 측정기의 영점을 보정함으로써 오차 발생을 최소로 하였으며, 일정한 위치에 측정 단자를 연결하여 측정을 실시하였다.
데이터처리
6는 KS C IEC 60811-1-1의 난연성 시험 규정에 의해 열적 스트레스를 60 s 동안 받은 절연링형 CSST 의 95% 신뢰 구간(CI; Confidence Interval)의 평균을 나타낸 것이다. 신뢰성 검증은 미니탭 프로그램 17(Mini tap PGM 17)을 사용했으며, 신뢰성을 확보하기 위해 중심극한정리(CLT; Central Limit Theorem)에 따라 절연 저항은 30회를 반복하여 측정하였다. Fig.
이론/모형
3. Photograph for the CSST non-flammability test in accordance with KS C IEC 60811-1-1.
배관용 CSST의 호칭 지름은 15 A이므로 너트와 이음쇠의 체결 토크는 KGS Code AA 535의 기준에 따라 28.25 N·m으로 체결하였다.
성능/효과
(1) 절연링형 CSST는 보호 피막, 튜브, 너트, 절연링, 패킹, 소켓, 볼 밸브 등으로 구성된 것을 알 수 있었다. 플라스틱 절연링과 고무 패킹이 사용되는 제품은 연소 기용에 연결하여 사용할 수 없으며, 천장 등의 매립 지역에 설치할 때는 2중 보호관 내부에 설치하도록 규정하고 있는 것을 알 수 있었다.
(2) KS C IEC 60811-1-1에 의한 절연링형 CSST의 난연성 실험에서 휴대용 가스 토치로 60 s 화염을 인가하였을 때 보호 피막의 수축 및 튜브의 변색이 확인되었다. 그러나 절연링, 패킹, 소켓 및 볼 밸브 등은 특이성을 발견할 수 없었다.
(3) 절연링형 CSST의 95% 신뢰 구간의 정규 분포 분석에서 신뢰 구간의 P값은 0.075, AD는 0.063, 표준편차는 0.2586로 해석되었다. 난연성 실험이 완료된 후의 소손된 제품의 P값은 0.
(4) 정상 제품의 히스토그램 분석에서 절연 저항의 평균은 49.59 MΩ이며, 표준 편차는 0.2586이다. 그런데 난연성 실험이 완료된 후의 절연 저항의 평균은 9.
Fig. 6(a)는 정상 제품에 대한 신뢰 구간의 평균 절연 저항은 49.59 MΩ으로 해석되었으며 최대 49.69 MΩ, 최소 49.50 M Ω이다. Fig.
보호 피막(protective coating)은 수축되어 일부 변형된 것을 확인할 수 있고, 튜브(tube)의 색이 일부 변색된 것을 알 수 있다. 그러나 절연링(insulation ring), 패킹(packing), 소켓(socket) 및 볼 밸브(ball valve) 등에서는 특이성을 발견할 수 없었고, 테프론 테이프는 열에 의해 분해되어 많은 부분이 없어진 것으로 확인되었다.
07908 등으로 해석되었다. 따라서 CSST는 화열이 받은 곳과 받지 않은 곳이 비교되는 것으로서 절연성능이 불안정한 상태가 되어 신뢰성이 낮아진 것을 알 수 있었다.
07908이다. 따라서 화열을 받은 CSST는 재질열화로 인하여 절연성능이 현저히 떨어진다는 것을 알 수 있었다.
절연 저항의 측정은 정상 제품의 해석할 때 적용된 동일한 조건과 측정기를 사용하였다. 정상 제품의 절연 저항은 평균 49.59 MΩ이었으나 열적 스트레스를 받은 것은 9.21 MΩ으로 절연 성능이 저하되었다. 즉, 정상 제품과 열적 스트레스를 받는 제품의 절연 저항 차이는 40.
21 MΩ으로 절연 성능이 저하되었다. 즉, 정상 제품과 열적 스트레스를 받는 제품의 절연 저항 차이는 40.38 MΩ으로 절연 성능은 약 81.4%저하 되었다.
그리고 센서 B와 D는 유사한 온도를 나타냈다. 즉, 직사 화염에 노출된 곳이 가장 온도가 높게 오르며, 간접 화염 또는 불꽃과의 거리가 먼 곳은 온도 변화가 거의 없음을 알 수 있다.
(1) 절연링형 CSST는 보호 피막, 튜브, 너트, 절연링, 패킹, 소켓, 볼 밸브 등으로 구성된 것을 알 수 있었다. 플라스틱 절연링과 고무 패킹이 사용되는 제품은 연소 기용에 연결하여 사용할 수 없으며, 천장 등의 매립 지역에 설치할 때는 2중 보호관 내부에 설치하도록 규정하고 있는 것을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
절연링형CSST는 어떻게 구성되는가?
, Korea)를 분해하여 디지털카메라(Digital Camera, D90, Nikon, Japan)로 촬영한 실체 사진이다. 절연링형CSST는 보호 피막(protective coating), 튜브(tube), 너트(nut), 절연링(insulation ring), 패킹(packing), 소켓(socket), 볼 밸브 (ball valve) 등으로 구성된 것을 알 수 있다. 절연링은 국민안전처 고시 제2016-22호 제2조제3호 “스프링클러설비 신축배관 성능인증 및 제품검사의 기술기준8)”에 되어 있다.
사고 원인을 규명할 때 가스 배관, 가스 연소기, 화염의 특징 및 패턴 등을 종합하여야 하는 이유는 무엇인가?
일반적으로 가스 화재의 현장은 그을음의 흔적, 잔존물의 형태, 배관에 연결되는 금속플렉시블호스(CSST; Corrugated Stainless Steel Tubing for Gas)의 재질 및 구조 등에 따라 다르다1). 혼합된 가연성 가스의 화재가 발생하면 필연적으로 폭발이 수반되어 화염의 전파 속도가 음속보다 빠른 1,000 m/s～3,500 m/s 정도이다. 이와 같은 속도는 폭굉파(detonation wave)의 성질을 갖고 있고, 위기 대응이 현실적으로 불가능하므로 인명과 재산의 손실이 순간적으로 발생하게 된다3). 그러므로 사고 조사자는 화재 및 폭발 현장에 남아 있는 가스 배관, 가스 연소기, 화염의 특징과 패턴, 가스 폭발의 비산 방향 등을 종합하여 사고 원인을 규명해야 한다4).
사고의 발생 가능성이 높아지는 이유는 무엇인가?
가스 시설물의 시공은 건설산업기본법2)에서 정하고 있는 시공 자격을 갖춘 전문가에 의해 설치되고 있어서 사고의 발생 가능성은 낮다고 볼 수 있다. 그러나 가스 설비의 사용 환경의 변화, 가스 배관의 은폐로 안전 점검을 할 수 없는 경우, 설비의 임의 변경, 사용자의 및 관리자 등의 부적절한 요인에 의해 사고의 발생 가능성은 상대적으로 높아진다. 가스 배관의 소손에 의해 사고가 발생했을 때 조사자의 역할은 사고 원인을 객관적으로 입증하여 유사 사고의 예방, 안전 교육 및 홍보 등을 위한 자료를 제공하게 된다.
참고문헌 (17)
Korea Gas Safety Corporation, "2015 Gas Accident Yearbook", 2016.
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Korea Gas Safety Corporation, "A Dictionary of Gas terminology", p. 678, 1999
Korean Fire Protection Association, "NFPA 921 Guide for Fire & Explosion Investigation", pp. 313-316, 2009.
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C. S. Choi, "Analysis of the Melting Characteristics of a Blade Type Fuse Used for Vehicles Due to Overload", Vol. 24, No. 2, pp. 38-43, 2010.
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Korea Gas Safety Corporation, "KGS FU 432 Facilities.Technology.Inspection Code for Facilities Using Lp Gas in Small Storage Tanks", p. 21, 2016
Korea Standard Association, "KS D 3698 Cold Rolled Stainless Steel Plates Sheet and Strip", 2015.
Korea Standard Association, "KS D 5201 Copper and Copper Alloy Sheet, Plate and Strips", 2014.
Korea Standard Association, "KS D 5301 Copper and Copper Alloy Seamless Pipes and Tubes", 2014.
Korea Standard Association, "KS D 3625 Metallic Flexible Hose for Gas", 2014.
Korea Standard Association, "KS L 5406 Compressed fiber jointing", 2015.
Korea Gas Safety Corporation, "KGS AA 535 Facilities？ Technology？Inspection Code for Manufacture of Corrugated Stainless Steel Tubing for Gases", 2016.
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C. S. Choi, H. W. Kim, K. S. Lee, Y. S. Lim, C. H. Lee, and J. H. Chung, "Electrical Fire Engineering", Honghwa Technology Publishing Co., pp. 171-173, 2004.
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