[논문]황동이음쇠형 금속플렉시블호스(CSST)의 저항 특성 및 소손 패턴 해석에 관한 연구

이장우; 최충석

doi:10.7731/kifse.2016.30.5.067

황동이음쇠형 금속플렉시블호스(CSST)의 저항 특성 및 소손 패턴 해석에 관한 연구
A Study on the Analysis of the Resistance Characteristics and Damage Patterns of Brass Fittings Type CSST 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.30 no.5, 2016년, pp.67 - 73

이장우 (전주대학교 소방안전공학과) , 최충석 (전주대학교 소방안전공학과)

초록
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본 논문에서는 연소기에 사용되는 황동이음쇠형 CSST의 구조, 난연성 및 신뢰성 검증을 실시하였다. 황동이음쇠형 CSST는 보호 피막, 튜브, 너트, 클램프 링, 소켓, 볼 밸브 등으로 구성되어 있다. CSST의 적용 범위는 JIA가 4.2 kPa로 가장 높고, KS D 3625는 3.24 kPa이다. 정상 제품에 대한 신뢰 구간의 평균 저항은 $7.36m{\Omega}$으로 해석되었다. 난연성 실험이 완료된 후 신뢰 구간의 평균 저항은 $6.67m{\Omega}$이다. 정상 제품에 대한 AD는 1.584이며, 표준 편차는 0.3972로 해석되었다. 그리고 난연성 실험이 완료된 소손된 제품의 AD는 1.145이고, 표준 편차는 0.2467로 정상 제품에 비해 양호한 것으로 해석되었다. 또한 히스토그램 분석에서 정상 제품의 저항 평균은 $7.359m{\Omega}$이고, 표준 편차는 0.3972이었다. 그리고 난연성 실험이 완료된 후의 히스토그램의 저항 평균은 $6.67m{\Omega}$이며, 표준 편차는 0.2467이다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper examined the structure, fire resistance of brass fittings type CSST employed in gas appliances and the reliability verification. Brass fittings of type CSST consisted of cladding, tubing, nut, clamp ring, socket, and ball valve. The applicable JIA standard regulates the maximum working pressure to be 4.2 kPa, which is the highest pressure of the relevant standards and the KS D 3625 stipulates the maximum pressure to be 3.24 kPa. With a normal product, the average resistance within the confidence interval was found to be $7.36m{\Omega}$. The average resistance within the confidence interval was $6.67m{\Omega}$ after the fire resistance tests. The analysis indicated that the AD was 1.584 and the standard deviation was 0.3972 with respect of a normal product. Compared to the normal product, however, the damaged product after the fire resistance test showed better features, such as an AD of 1.145 and a standard deviation of 0.2467. Moreover, the average resistance of the normal product was $7.359m{\Omega}$ and the standard deviation in histogram analysis was 0.3972. The average resistance of the damaged product after the fire resistance test in the histogram was $6.67m{\Omega}$ and the standard deviation was 0.2467.

주제어

표/그림 (13)

그림 Figure 1. The structure and names of brass fittings CSST employed to gas appliances.
표 Table 2. Test and Inspector Instruction of a CSST
표 Table 1. Ingredient of Socket and Nut of a CSST
그림 Figure 2. Resistive measurement of brass fittings type a CSST.
표 Table 3. Resistance of Normal Product of a CSST
그림 Figure 3. Photograph for the CSST fire resistance testings in accordance with KS C IEC 60811-1-1.
그림 Figure 4. The actual photograph of the CSST heated by gasfueled torch for 60 s.
표 Table 4. Temperature Relation with Time by Position of Sensor
그림 Figure 5. The relationship between temperature and time as fire resistance being conducted.
그림 Figure 6. The average of brass fittings CSST within 95% confidence interval.
표 Table 5. The Resistance of CSST Thermally Stressed for 60 s
그림 Figure 7. The normal distribution of brass fittings CSST within 95% confidence interval.
그림 Figure 8. The normal distribution of brass fittings CSST.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 연소기에 사용되는 황동이음쇠형(brass fittings type) 금속플렉시블호스(CSST)의 구조, 관련 규정, 난연성, 저항 특성 및 신뢰성 평가 등을 실시하여 사고 조사를 위한 기초 자료를 제공하는 데 있다^(3-5).

제안 방법

본 논문에서는 연소기에 사용되는 황동이음쇠형 CSST의 구조, 관련 규정, 난연성, 저항 특성 및 신뢰성 평가를 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
실험이 시작하기 전 실험실은 23 ± 5℃의 온도로 3시간 안정화시켰으며, 화염의 온도 및 화원에 대한 특별한 규정이 없어서 실험의 편리성과 정성적인 화염의 공급위해 휴대용 가스 토치(piezoelectric automatic ignition device, GIRAFE, 108 g/h, korea)를 사용하여 실험을 진행하였다.
체결 상태의 정확한 해석과 신뢰성을 검증하기 위해 동일한 환경에서 30회 측정한 것이다. 측정기로 저항을 측정하기 전 저항기를 0점 보정함으로써 오차 발생을 최소로 하였으며, 일정한 위치에 측정 단자를 연결하여 측정을 실시하였다. 가장 낮게 측정된 저항은 6.
인가된 화염은 휴대용 가스 토치이며, CSST의 좌측 하단에서 60°로 60 s 동안 인가하였다. 토치의 노즐 끝과 CSST의 사이는 약 80 mm이었으며, 토치에서 생성된 화염이 CSST에 도달하여 열적 스트레스를 받을 때의 온도 변화를 분석하기 위해 임의로 선정된 곳에 4개의 온도 센서(K-type, chromel-alumel thermocouple)를 설치하여 온도측정기(Temperature Measuring System, Yokogawa Co., Japan)로 실시간 측정하였다. 센서는 황동이음쇠형CSST의 좌측에는 센서 A, 우축에는 센서 B를 설치하였다.

대상 데이터

Table 2는 CSST의 시험 및 검사 규정을 비교한 것이다. CSST에 대한 시험 및 검사 규정에 대한 규격은 KGS Code AA 535, 한국산업규격 KS D 3625 및 일본 JIA 등을 대상으로 분석하였다. 주요 비교 내용은 적용 범위, 튜브, 이음쇠, 치수, 두께, 시험 등이다.
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.
그리고 볼밸브 내부의 중심에는 센서 C, 튜브 내부의 중심에는 센서 D를 설치하였다. 또한 실험이 완료된 CSST의 패턴은 디지털카메라(Digital Camera D90, 2009, Nikon, Japan)를 이용하여 촬영하였다.
이와 같은 규정을 적용하여 실험한 이유는 CSST에 대한 난연성 실험 규정이 없을 뿐만 아니라 CSST에 전기가 흘러 소손되는 사고가 발생하는 현실을 응용한 것이다. 실험 장치의 구성은 구획된 안전한 공간에서 지지대를 이용하여 황동이음쇠형 CSST를 고정시켰다. 인가된 화염은 휴대용 가스 토치이며, CSST의 좌측 하단에서 60°로 60 s 동안 인가하였다.
연소기용 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.
CSST에 대한 시험 및 검사 규정에 대한 규격은 KGS Code AA 535, 한국산업규격 KS D 3625 및 일본 JIA 등을 대상으로 분석하였다. 주요 비교 내용은 적용 범위, 튜브, 이음쇠, 치수, 두께, 시험 등이다. 적용 범위는 JIA가 4.
Table 3은 황동이음쇠형 CSST 정상 제품의 저항을 측정한 데이터이다. 체결 상태의 정확한 해석과 신뢰성을 검증하기 위해 동일한 환경에서 30회 측정한 것이다. 측정기로 저항을 측정하기 전 저항기를 0점 보정함으로써 오차 발생을 최소로 하였으며, 일정한 위치에 측정 단자를 연결하여 측정을 실시하였다.

데이터처리

Figure 6는 한국산업규격 KS CIEC60811-1-1의 난연성 실험에 의해 열적 스트레스를 60 s 동안 받은 황동이음쇠형 CSST의 95% 신뢰 구간(Confidence Interval; CI)의 평균을 나타낸 것이다. 신뢰성 검증은 미니탭 프로그램 17(Mini tap PGM 17)을 사용했으며, CCST의 신뢰성을 확보하기 위해 중심극한정리(Central Limit Theorem; CLT)에 따라 저항은 30회를 반복하여 측정하였다. Figure 6(a)는 정상 제품에 대한 신뢰 구간의 평균 저항(mean resistance)은 7.

이론/모형

CSST의 호칭 지름은 15A이므로 너트와 이음쇠의 체결 토크는 KGS Code AA 535의 기준에 따라 28.25 N · m로 체결하였다.
Figure 3은 황동이음쇠형 CSST의 난연성 실험을 위한 실체 사진으로 한국산업규격 KS C IEC 60811-1-1에 제시되어 있는 규정을 적용하였다⁽³⁾. 실험이 시작하기 전 실험실은 23 ± 5℃의 온도로 3시간 안정화시켰으며, 화염의 온도 및 화원에 대한 특별한 규정이 없어서 실험의 편리성과 정성적인 화염의 공급위해 휴대용 가스 토치(piezoelectric automatic ignition device, GIRAFE, 108 g/h, korea)를 사용하여 실험을 진행하였다.

성능/효과

(2) CSST의 적용 범위는 JIA가 4.2kPa로 가장 높고, KS D 3625는 3.24 kPa를 요구하고 있다. 튜브 및 이음쇠의 재질은 대부분 스테인리스 및 동합금 등으로 제작할 것을 요구하고 있다.
(3) 연소기용 CSST 1본의 길이는 한쪽 이음쇠 끝에서 다른 쪽의 이음쇠 끝까지로 정의되며, CSST의 최대 길이는 3 m 이내이다. 그런데 CSST가 부적절하게 고정되거나 물리적인 충격을 반복적으로 받게 되면 체결 부위 사이의 간극이 벌어지고 가스의 누출로 인해 사고를 유발할 수 있으므로 사용자 및 관리자 등은 주기적인 점검 및 확인이 필요한 것으로 판단된다.
(4) 정상 제품에 대한 신뢰 구간의 평균 저항은 7.36 mΩ으로 해석되었으며 최대 7.51 mΩ, 최소 7.21 mΩ이다.
(5) 정상 제품에 대한 회귀선은 대부분의 데이터가 포함되어 있고, 단지 2개의 데이터만 회귀선을 벗어난 것을 알 수 있었다. 그리고 AD는 1.
그리고 Anderson-Darling (AD) 통계량은 데이터가 특정 분포에 얼마나 적합한가를 나타낸다. AD 값이 작을수록 해당 분포가 데이터에 더 적합하다는 것을 나타내므로 검정 절차는 가설을 세운 후 데이터를 오름차순으로 정렬하며, AD는 1.584로 해석되어 데이터의 해당 분포는 보통 정도로 판단된다. 또한 표준 편차(Standard Deviation; SD)는 0.
3972로 해석되었다. 그리고 난연성 실험이 완료된 소손된 제품의 AD는 1.145이고, 표준 편차는 0.2467로 정상 제품에 비해 양호한 것으로 해석되었다. 또한 히스토그램 분석에서 정상제품의 저항 평균은 7.
난연성 실험이 완료된 후의 해석 결과로 신뢰 구간의 평균 저항은 6.67 mΩ으로 해석되었으며 최대 6.76 mΩ, 최소 6.58 mΩ이다.
따라서 화재 조사자는 화재 현장에서 확보한 패턴뿐만 아니라 CSST의 연결 상태, 저항 특성, 화염의 방향성 등을 종합적으로 분석하여 정상 제품과 비교하고, 각각의 요소에 대한 신뢰성을 검증하면 사고 원인 규명의 객관성은 더욱 높아질 것으로 판단된다.
02 MPa의 공기압에서 60 s 동안 견딜 것을 요구하고 있다. 또한 인장시험은 KS D가 19.6 kPa, JIA가 20 kPa로 규정하고 있으나 KGS는 규정이 없는 것으로 확인되었다.
Figure 4는 난연성 실험이 완료된 후 황동이음쇠형 CSST를 분해하여 나타낸 실체 사진이다. 보호 피막(protective coating)은 화열(火熱)로 수축되어 일부 변형된 것을 확인할 수 있었고, 튜브(tube)의 색이 일부 변색된 것을 알 수 있었다. 그러나 클램프 링(clamp ring), 소켓(socket) 및 볼밸브(ball valve) 등은 특이성을 발견할 수 없었다.
(1) 황동이음쇠형 CSST는 보호 피막, 튜브, 너트, 클램프 링, 소켓, 볼 밸브 등으로 구성되어 있다. 소켓과 너트사이에 금속 재질의 클램프 링이 있어서 연소기용으로 사용할 수 있으나 물리적 충격이 큰 배관용으로는 사용할 수 없는 것을 알 수 있었다.
정상 제품의 저항은 평균 7.36 mΩ이었으나 열적 스트레스를 받은 것은 6.67 mΩ으로 약간 줄어들었다.
즉, 산술적인 값과 신뢰 구간에서 해석된 값의 차가 0.69 mΩ으로 참값에 대한 오차는 약 9.38%로 해석되었다.
또한 간접 화염에 의해 공격을 받는 위치의 센서 B와 D는 시간의 변화에 영향이 거의 없음을 알 수 있다. 즉, 온도 변화와 시간의 관계를 종합적으로 고려하면 사고 현장에서 수거된 황동이음쇠형 CCST의 어느 쪽에서 화염 및 화열의 공격을 받았고, 어느 부분이 어떤 환경이었는지를 유추할 수 있을 것으로 판단된다.
그리고 센서 B와 D의 온도 변화는 유사한 변화를 나타냈다. 즉, 직사 화염에 노출된 곳이 더욱 온도가 높게 상승하는 것이 확인되었고, 간접 화염 또는 불꽃과의 거리가 먼 곳은 온도 변화가 거의 없음을 알 수 있었다.

후속연구

36 mΩ으로 계산되었다. 즉, 정상 제품의 저항 특성을 객관적으로 확보함으로써 소손된 제품의 저항과 차이점을 발견할 수 있을 것으로 예측되며, 신뢰성 검증에도 활용하고자 한다.
58 mΩ이다. 즉, 화재 현장에서 수거한 CSST의 저항을 측정함에 따라 화염의 공격 유무를 확인할 수 있는 기초자료가 될 것으로 판단한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연소기용 CSST 1본 길이의 정의는?	(3) 연소기용 CSST 1본의 길이는 한쪽 이음쇠 끝에서 다른 쪽의 이음쇠 끝까지로 정의되며, CSST의 최대 길이는 3m 이내이다. 그런데 CSST가 부적절하게 고정되거나 물리적인 충격을 반복적으로 받게 되면 체결 부위 사이의 간극이 벌어지고 가스의 누출로 인해 사고를 유발할 수 있으므로 사용자 및 관리자 등은 주기적인 점검 및 확인이 필요한 것으로 판단된다.
	CSST 정상 제품과 열적 스트레스를 받는 제품의 저항 차이와 산술 오차 차이는?	67 mΩ으로 약간 줄어들었다. 즉, 정상 제품과 열적 스트레스를 받는 제품의 저항 차이는 0.69 mΩ이고, 산출 오차는 약 9.3%이다.
	가스 시설물의 사고 발생 가능성을 상대적으로 높이는 원인들은 무엇인가?	가스 시설물은 관련 규정에 따라 시공 자격을 갖춘 전문가에 의해 설치되고 있어서 사고의 발생 가능성은 낮다고 볼 수 있다. 그러나 설비의 열화(劣化), 사용자에 의한 설비의 임의 변경, 관리자의 무관심 등에 따라 설비가 위험에 노출되게 되고 사고의 발생 가능성은 상대적으로 높아진다. 가스 화재는 순간적인 연소 폭발에 따른 반응 시간이 짧아서 위기 대응이 현실적으로 불가능하므로 인명과 재산의 손실이 순간적으로 발생하게 된다.

참고문헌 (11)

Korea Gas Safety Corporation, "2015 Gas Accident Yearbook" (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).

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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