[논문]변압기의 화재확산 방지를 위한 부싱 방화구조체 적용에 관한 연구

김도현; 조남욱; 윤충호; 박필용; 박근성

doi:10.7731/kifse.2017.31.5.053

변압기의 화재확산 방지를 위한 부싱 방화구조체 적용에 관한 연구
A Study on the Application of Bushings Fire Prevent Structure to Prevent Fire Spread of Transformer 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.31 no.5, 2017년, pp.53 - 62

김도현 (한국건설기술연구원) , 조남욱 (한국건설기술연구원) , 윤충호 (한국전력충북지역본부) , 박필용 (한국전력충북지역본부) , 박근성 (한국전력충북지역본부)

초록
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경제 및 산업의 원천 에너지원인 전력은 생산과 소비의 지역적 상이함으로 장거리 수송을 필수로 하며, 다중환상망(Multi-loop) 형식의 송배전계통으로 전력을 공급한다. 실질적 사용에 앞서, 변전소내 변압기를 통해 변전과정을 거쳐 각 사용처의 특성을 고려하여 전력공급이 이루어지고 있으며 변압기는 본체, 권선, 절연유, 부싱등의 구조로 결합되어 있다. 변전소에서 발생하는 변압기화재는 가구와 상업시설등에 전기공급을 중단시키고 각종 안전사고를 발생시키는 1차 손실뿐만 아니라 2차적으로 경제 손실을 야기한다. 화재의 원인은 부싱 하부파손에 따른 절연유 유출과 약 1초 이내 발화점에 도달하는 절연유에 의한 화재의 연쇄반응으로 파악된다. 화재피해의 최소화를 위해 연기감지기, 자동소화설비 등이 구축되어있으나 감지기의 동작 및 소화가스 방출지연 등으로 화재진화를 위한 골든타임 확보의 부재가 문제되고 있다. 이에 본 연구는 초기 화재진화에 따른 골든타임 확보의 중요성에 따라 화재확산을 방지하고 절연유 누출을 차단하는 능동적 메커니즘의 필요에 따라 수행되었다. 따라서 화염에 의해 팽창하는 고온형상 유지물질과 기계적 화염차단장치를 적용한 부싱방화구조체를 개발하였다. 실제 부싱 및 프렌지규격을 적용하여 제작된 변압기모형에 부싱방화구조체를 설치하여 실규모 화재실험을 수행하였다. 초기화염으로부터 3초내에 정확한 위치와 높이에 부싱방화구조체가 작동함을 확인하였으며 이는 실제 변압기화재 시 화염 확대를 효과적으로 차단할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Electric power which is the energy source of economy and industries requires long distance transportation due to regional difference between its production and consumption, and it is supplied through the multi-loop transmission and distribution system. Prior to its actual use, electric power flows through several transformations by voltage transformers in substations depending on the characteristics of each usage, and a transformer has the structure consisting of the main body, winding wire, insulating oil and bushings. A transformer fire that breaks out in substations entails the primary damage that interrupts the power supply to houses and commercial facilities and causes various safety accidents as well as the secondary economic losses. It is considered that causes of such fire include the leak of insulating oil resulting from the destruction of bottom part of bushings, and the chain reaction of fire due to insulating oil that reaches its ignition point within 1 second. The smoke detector and automatic fire extinguishing system are established in order to minimize fire damage, but a difficulty in securing golden time for extinguishing fire due to delay in the operation of detector and release of gas from the extinguishing system has become a problem. Accordingly, this study was carried out according to needs of active mechanism to prevent the spread of fire and block the leak of insulating oil, in accordance with the importance of securing golden time in extinguishing a fire in its early stage. A bushings fireproof structure was developed by applying the high temperature shape retention materials, which are expanded by flame, and mechanical flame cutoff devices. The bushings fireproof structure was installed on the transformer model produced by applying the actual standards of bushings and flange, and the full scale fire test was carried out. It was confirmed that the bushings fireproof structure operated at accurate position and height within 3 seconds from the flame initiation. It is considered that it could block the spread of flame effectively in the event of actual transformer fire.

주제어

표/그림 (15)

그림 Figure 1. 1^st fire prevent structures of fire prevention foaming and aperture mechanism at the bottom of bushing.
그림 Figure 2. Transformer, bushing and flange model for real fire test.
그림 Figure 3. Design concept of 2^nd fire prevent structures.
그림 Figure 4. Open and close types of 2^nd fire prevent structures.
그림 Figure 5. Removable fire prevent structure left and right of 3^rd fire prevent structures.
그림 Figure 6. Design concept of 3^rd fire prevent structures.
그림 Figure 7. Operating processes with 'ㄷ' bracket.
그림 Figure 8. 3^rd fire prevent structures.
그림 Figure 9. Fire model with LPG burner (Left), Flame nozzle and Bushing (Right).
그림 Figure 10. Real bushing size applied at fire test module.
그림 Figure 11. Upper structures of bushing and flange.
그림 Figure 12. After fire test of 1^st fire prevent structure.
그림 Figure 13. Fire test processes of 2^nd fire prevent structure.
그림 Figure 14. After fire test, 2^nd fire spread prevention foaming conditions.
그림 Figure 15. Fire test processes of 3^rd fire prevent structure.

AI 본문요약
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문제 정의

변전소의 화재확산 방지와 효과적 소화를 위해 소화감지기로서 연기감지기, 소화설비 동작으로서 자동소화설비 등을 설치하여 적용된 시스템의 동작시간 단축, 변압기실 건축물 보강, 변압기 1차 부싱의 난연화 등의 소방관련 개선방안을 수립하고 있으나^(7,8) 화재 발생 시 연쇄적 화재확산으로 초기진화의 골든타임 확보를 통한 화재확산 방지의 대책이 필요한 시점이다. 따라서 본 연구에서는 변압기 화재의 초기 골든타임 확보를 통해 화재확산을 방지하고자 절연유 누출에 따른 초기화재에 3초 내에 기계적 화염차단장치가 작동하며 화염에 의해 팽창하여 미세 틈을 메우는 고온형상유지물질을 적용한 부싱방화구조체를 개발하였다. 실제 부싱과 플랜지의 규격에 준하여 모형을 설치하여 실규모 화재실험을 수행하였으며 부싱 방화구조체 적용에 따른 변압기 화재확산 방지 효과를 확인하였다.
1차 부싱방화구조체(1^st FPS)는 고온형상유지물질과 조리개 구조체를 플랜지 내측에 설치하는 것으로 구성하였으나 실제 부싱과 플랜지에 1차 방화구조체를 설치하기 어려운 구조로 확인되어, 부싱 외측에 방화구조체를 설치하여 실제 현장에 적용할 수 있도록 개선하였다. 또한 1차 부싱방화구조체(1^st FPS)의 발포메커니즘과 조리개 방식의 작동이 완료되어 화염 및 누유를 차단하는데 소요되는 시간을 단축하고자 하였다(Figure 3).
본 연구는 변압기 화재사고의 여러 원인 중 절연유 누출로 인한 화재상황에 대하여 초기에 화염을 차단하여 골든타임을 확보할 수 있도록 하였다. 변압기 화재는 다양한 요인에 의하여 짧은 시간에 부싱을 파괴시키고 플랜지 사이로 화염이 급격히 분출되므로 기계적 차단 메커니즘과 열에 의해 발포하는 소재기술을 적용하면 인접 변압기로 확산되는 화재를 차단할 수 있을 것으로 증명되었다.

제안 방법

이에 Figure 1과 같이 부싱하단에 고온형상유지물질과 셔터메커니즘을 적용한 1차 부싱방화구조체(1^st FPS)를 설치하였으며 절연유의 누유를 방지하고 화재시 발포하여 플랜지 부위의 틈을 신속히 메우는 것으로 화재확산을 방지하도록 고안하였다. 1차 부싱방화구조체(1^st FPS)는 고온형상유지물질과 조리개 방식(Aperutre mechanism)의 부싱 방화구조체를 고리모양으로 성형하여 부싱 외측과 플랜지 모형의 내측에 설치하였으며 화염에 노출되었을 때 고온형상유지물질의 열팽창으로 인한 신속한 차단 및 조리개의 조임 과정으로 화재확산을 방지할 수 있는 가능성을 확인하고자 하였다. 부싱과 플랜지의 미세 틈을 발포메커니즘으로 차단하는 고온형상유지물질은 팽창흑연과 금속수산화물로 조합되었으며 고온의 열에 의해 발포 및 팽창되어 팽창층이 비산되지 않고 견고하게 유지되는 특징을 지닌다.
2차 부싱방화구조체(2^nd FPS)는 플랜지 외측에 위치하도록 하였다. 1차 부싱방화구조체(1^st FPS)의 조리개 메커니즘을 2차 부싱방화구조체(2^nd FPS)에서는 방화판과 고온형상유지물질로 구성하여 열림(Open type)형태에서 방화판이 닫히(Close type)는 방식의 셔터 메커니즘 방식으로 개선하였다. 셔터메커니즘은 방화판이 화염 및 누유차단 역할로 작동하는 것으로 센서와 전기적 요인이 요구되지 않는 기계적 화염차단장치이다.
2차 부싱방화구조체(2^nd FPS)는 화재 전(평상시) 플랜지 상단과 부싱애자 하단 사이의 최대 40 mm 간격 사이에 수평선상으로 위치하여 작동하도록 구성하였으나 부싱 및 플랜지 주변의 물리적 간섭과 화재 시 애자파편에 의한 부싱 방화구조체의 파손위험으로 3차 부싱방화구조체(3^rd FPS)는 화재 전인 평상시에 플랜지 하단에 위치하도록 하였다. 화재 및 화염 발생 시 3차 부싱방화구조체(3^rdFPS)는 플랜지 상부로 이동하고 방화셔터가 수평으로 이동하여 차단하는 2단계 작동구조로 설계하였다.
그러나 현재 운영중인 변전소 내 변압기의 화재 시 화재확산을 방지하고 최소화하기 위해 현장 체결형 부싱방화구조체로 개선이 필요하다. 3차 부싱방화구조체(3^rdFPS)가 양방향 분리형으로서 현장체결형 방화구조체이며 좌우로 탈착 가능하도록 고안하여 현재 운영 중인 변압기에 설치가 용이하도록 하였다(Figure 5). 또한 실제 현장의 부싱과 플랜지에 부싱방화구조체를 장착하는데 기존현장에 설치되어 있는 볼트의 간섭을 회피하기 위해 바닥부의 외면은 홈이 파이도록 하였다.
LPG 버너를 화원으로 화재모델을 적용하여 기계적 화염차단장치와 고온형상유지물질을 적용한 2차 부싱방화구조체의 화재실험을 수행하였으며 과정과 결과는 Figure 13과 같다. 하부에서 화염이 분출되자 가연성 임계선이 끊어지면서 3초 이내에 좌우에 열려있는 형태의 방화판이 부싱 내측으로 수렴하였다.
그러나 실제 변압기에 적용되는 부싱방화구조체는 1차 부싱방화구조체(1^st FPS)와 같이 플랜지와 부싱 사이에 방화구조체를 적용할 수 없는 것이 확인되었다. 따라서 1차 부싱방화구조체(1^st FPS) 보다 단시간에 부싱과 플랜지의 틈을 차단하는 셔터 메커니즘, 고온형상유지물질의 발포메커니즘을 적용하여 2～3차에 걸쳐 새로운 부싱방화구조체를 고안하였다.
따라서 2차 부싱방화구조체(2^nd FPS)는 1차 부싱방화구조체(1^stFPS)의 실화재 실험에서 확인된 개선점을 고려하여 재구성하였다. 2차 부싱방화구조체(2^nd FPS)는 플랜지 외측에 위치하도록 하였다.
3차 부싱방화구조체(3^rdFPS)가 양방향 분리형으로서 현장체결형 방화구조체이며 좌우로 탈착 가능하도록 고안하여 현재 운영 중인 변압기에 설치가 용이하도록 하였다(Figure 5). 또한 실제 현장의 부싱과 플랜지에 부싱방화구조체를 장착하는데 기존현장에 설치되어 있는 볼트의 간섭을 회피하기 위해 바닥부의 외면은 홈이 파이도록 하였다.
플랜지상부까지 상승한 방화판은 수평방향 스프링에 의해 수렴한다. 또한 화염에 의해 고온형상유지물질이 발포하여 틈을 메우도록 구성하였다.
변압기 화재시 하단의 부싱 플랜지의 접합부에서 분출하는 절연유의 유출에 따라 화재의 연쇄반응이 발생하고 이로 인한 대형 화재로의 확산을 방지하고자 3차례에 걸쳐 부싱방화구조체의 구조를 변경하여 실험체를 구성하였다. 변압기 화재를 모사하기 위해 변압기 모형을 제작하였으며 부싱방화구조체 전용 화재모델을 구축하여 다양한 화재실험을 수행하였다.
변압기 화재시 하단의 부싱 플랜지의 접합부에서 분출하는 절연유의 유출에 따라 화재의 연쇄반응이 발생하고 이로 인한 대형 화재로의 확산을 방지하고자 3차례에 걸쳐 부싱방화구조체의 구조를 변경하여 실험체를 구성하였다. 변압기 화재를 모사하기 위해 변압기 모형을 제작하였으며 부싱방화구조체 전용 화재모델을 구축하여 다양한 화재실험을 수행하였다.
부싱화재는 하부에서 분출하는 절연유 누출에 따른 연쇄 폭발로 화재의 연쇄반응이 발생하는 형태이며 실화재실험에서는 변압기와 부싱 및 플랜지 모형을 구성하여 하부에서 상부로 화염이 분출하는 현상을 모사하였다. 이에 Figure 2와 같이 하단에서 상부로 화염이 분출하도록 하며 화재모델의 규격은 자체실험 방법으로 축소모형의 변압기로서 1.
실제 변압기 부싱의 파손과 이에 따른 화재발생을 실규모로 재연하는 것은 고압을 발생시켜 부싱을 파손시키고 절연유 분출에 따른 대형 폭발을 유도해야 하는 것으로 실험 재연이 어렵기 때문에 축소 모형의 변압기를 제작하여 화재모델로 구현하였다. 화재모델은 절연유 분출로 인한 순간적 화학반응에 의한 고온 폭발을 재연하기 위하여 하부에서 상부로 올라오는 형태의 가스관 버너를 제작하여 화염 분출구를 실현하도록 하였다.
따라서 본 연구에서는 변압기 화재의 초기 골든타임 확보를 통해 화재확산을 방지하고자 절연유 누출에 따른 초기화재에 3초 내에 기계적 화염차단장치가 작동하며 화염에 의해 팽창하여 미세 틈을 메우는 고온형상유지물질을 적용한 부싱방화구조체를 개발하였다. 실제 부싱과 플랜지의 규격에 준하여 모형을 설치하여 실규모 화재실험을 수행하였으며 부싱 방화구조체 적용에 따른 변압기 화재확산 방지 효과를 확인하였다.
부싱방화구조체(Bushing Fire Prevent Structure;BFPS)는 파손된 틈을 정확히 차단하며 화재시 신속하고 오류 없이 동작하는 것과 화염폭발에 견뎌야 하는 품질이 요구된다. 이에 Figure 1과 같이 부싱하단에 고온형상유지물질과 셔터메커니즘을 적용한 1차 부싱방화구조체(1^st FPS)를 설치하였으며 절연유의 누유를 방지하고 화재시 발포하여 플랜지 부위의 틈을 신속히 메우는 것으로 화재확산을 방지하도록 고안하였다. 1차 부싱방화구조체(1^st FPS)는 고온형상유지물질과 조리개 방식(Aperutre mechanism)의 부싱 방화구조체를 고리모양으로 성형하여 부싱 외측과 플랜지 모형의 내측에 설치하였으며 화염에 노출되었을 때 고온형상유지물질의 열팽창으로 인한 신속한 차단 및 조리개의 조임 과정으로 화재확산을 방지할 수 있는 가능성을 확인하고자 하였다.
이에 Figure 2와 같이 하단에서 상부로 화염이 분출하도록 하며 화재모델의 규격은 자체실험 방법으로 축소모형의 변압기로서 1.5 m (W)×1.5 m (L)×1.2 m (H)로 제작하였다.
화재모델은 절연유 분출로 인한 순간적 화학반응에 의한 고온 폭발을 재연하기 위하여 하부에서 상부로 올라오는 형태의 가스관 버너를 제작하여 화염 분출구를 실현하도록 하였다. 이에 LPG 버너를 화원으로 하부에서 상단으로 화염을 지속적으로 분출하도록 구성하였으며 화염분출시 화염의 노출 높이 및 화력을 조절하여 다양한 화재변수의 설정이 가능하도록 구성하였다(Figure 9).
FPS)는 화재 전인 평상시에 플랜지 하단에 위치하도록 하였다. 화재 및 화염 발생 시 3차 부싱방화구조체(3^rdFPS)는 플랜지 상부로 이동하고 방화셔터가 수평으로 이동하여 차단하는 2단계 작동구조로 설계하였다.
실제 변압기 부싱의 파손과 이에 따른 화재발생을 실규모로 재연하는 것은 고압을 발생시켜 부싱을 파손시키고 절연유 분출에 따른 대형 폭발을 유도해야 하는 것으로 실험 재연이 어렵기 때문에 축소 모형의 변압기를 제작하여 화재모델로 구현하였다. 화재모델은 절연유 분출로 인한 순간적 화학반응에 의한 고온 폭발을 재연하기 위하여 하부에서 상부로 올라오는 형태의 가스관 버너를 제작하여 화염 분출구를 실현하도록 하였다. 이에 LPG 버너를 화원으로 하부에서 상단으로 화염을 지속적으로 분출하도록 구성하였으며 화염분출시 화염의 노출 높이 및 화력을 조절하여 다양한 화재변수의 설정이 가능하도록 구성하였다(Figure 9).

대상 데이터

2 m (H)로 제작하였다. 하부에 헵탄 2 L, 물 1 L, 목재 10개를 화원으로 구성하였으며 발열량은 약 1 MW로서 화재실험을 수행하였다.

성능/효과

부싱의 고장은 다양한 원인에 의한 부싱파손을 발생시키며 이로 인하여 유출되는 절연유 누유는 발화점에 도달하여 연쇄 화재반응이 반복되고 대형화재로 확산되는 것으로 추측된다^.(1,2) 변전소에 구축되어있는 소화설비는 설치위치 또는 유지관리 등의 문제로 화재 발생시 연기감지기의 동작 지연 및 소화가스의 방출이 지연되는 등 초기화재 진화가 어려운 것으로 파악된다. ⁽⁶⁾ 이에 화재에 대한 예방 및 화재확산의 방지와 화재대응 시스템에 대한 점검과 대체 시스템의 적용이 요구되고 있다.
이로 인해 절연유 분출경로인 부싱과 플랜지 사이에서 발생되는 절연유의 지속적 분출을 차단하기 위한 구조가 필요하다. 1차 부싱방화구조체(1^st FPS)는 고온형상유지물질과 조리개 구조체를 플랜지 내측에 설치하는 것으로 구성하였으나 실제 부싱과 플랜지에 1차 방화구조체를 설치하기 어려운 구조로 확인되어, 부싱 외측에 방화구조체를 설치하여 실제 현장에 적용할 수 있도록 개선하였다. 또한 1차 부싱방화구조체(1^st FPS)의 발포메커니즘과 조리개 방식의 작동이 완료되어 화염 및 누유를 차단하는데 소요되는 시간을 단축하고자 하였다(Figure 3).
1차 부싱방화구조체(1^st FPS)의 고온형상유지물질과 내부 셔터메커니즘을 삽입한 실험체로 화재실험을 통해 고온형상유지물질의 발포 및 팽창효과와 셔터메커니즘은 변압기 부싱 화재의 초기진압의 가능성을 나타내었다. 그러나 빠르게 발포하여 틈을 메우는 골든타임 확보에 개선점이 요구되었으며 정확하고 신속한 차단효과와 폭발에 의한 압력에 대응할 수 있도록 구조개선의 필요성이 확인되었다.
2차 및 3차 부싱방화구조체(2^nd and 3^rd FPS)는 고온형상유지물질의 발포메커니즘 뿐만 아니라 파손에 의한 압력과 정확하고 신속한 차단을 위해 기계적 화염차단장치가 적용되었으며 3초내에 부싱과 플랜지의 틈이 차단되고 고온형상유지물질을 통해 미세 틈이 견고하게 봉쇄되는 것을 확인하였다. 실제 화재시 이러한 부싱방화구조체는 발포 및 기계적 셔터메커니즘으로 화염확산과 대형화를 효과적으로 차단할 것으로 사료된다.
현장의 특성과 변압기화재의 특성을 고려하였을 때 주변 간섭과 방화구조체의 오작동을 회피하기 위한 구성이 필요하다. 3차 부싱방화구조체(3^rd FPS)와 같이 방화판이 화재 전(평상시)에 플랜지 하단에 위치하고 화재시 상단으로 올라와 부싱의 틈을 차단하는 순서의 작동이 필요한 것으로 확인되었다.
그 결과 3차 부싱방화구조체(3^rd FPS)는 약 1400 ℃의 화염에⁽⁹⁾ 노출된 후 2초 내에 초기 설정 위치(Figure 6 (a))에서 방화판의 상부 이동 및 셔터메커니즘 작동으로 전체 구동이 완료된 것을 확인하였다. Figure 15는 3차 부싱방화구조체의 화재 전· 후로 정상 작동한 전반적 순서를 나타낸다.
FPS)의 고온형상유지물질과 내부 셔터메커니즘을 삽입한 실험체로 화재실험을 통해 고온형상유지물질의 발포 및 팽창효과와 셔터메커니즘은 변압기 부싱 화재의 초기진압의 가능성을 나타내었다. 그러나 빠르게 발포하여 틈을 메우는 골든타임 확보에 개선점이 요구되었으며 정확하고 신속한 차단효과와 폭발에 의한 압력에 대응할 수 있도록 구조개선의 필요성이 확인되었다. 또한 현재 운용되고 있는 변전소내 변압기에 체결하기 위해 플랜지 외부에 부싱방화구조체가 장착되어야하는 조건이 적용되어야 한다.
고온형상유지물질이 열에 의해 발포 및 팽창하면서 조리개메커니즘이 작동하여 틈을 메우는 시간은 약 30초가 소요되었다. 그러나 실제 변압기에 적용되는 부싱방화구조체는 1차 부싱방화구조체(1^st FPS)와 같이 플랜지와 부싱 사이에 방화구조체를 적용할 수 없는 것이 확인되었다. 따라서 1차 부싱방화구조체(1^st FPS) 보다 단시간에 부싱과 플랜지의 틈을 차단하는 셔터 메커니즘, 고온형상유지물질의 발포메커니즘을 적용하여 2～3차에 걸쳐 새로운 부싱방화구조체를 고안하였다.
FPS)의 실화재 실험에 대한 결과는 Figure 12와 같다. 목재 연소에 따른 하단부의 화원으로부터 부싱 모형 주위에 설치된 고온형상유지물질의 방화구조체는 열팽창으로 부싱과 방화구조체 사이의 틈을 메웠으며 내측에 삽입된 조리개메커니즘 구조체는 방화구조체의 팽창으로 인하여 부싱 내측으로 조여지면서 부싱과 방화구조체의 틈을 차단하였음을 확인하였다. 고온형상유지물질이 열에 의해 발포 및 팽창하면서 조리개메커니즘이 작동하여 틈을 메우는 시간은 약 30초가 소요되었다.
하부에서 화염이 분출되자 가연성 임계선이 끊어지면서 3초 이내에 좌우에 열려있는 형태의 방화판이 부싱 내측으로 수렴하였다. 부싱과 플랜지 모형의 틈은 2차 방화구조체에 의해 차단됨으로써 상부로 분출되는 화염이 관찰되지 않았으며 셔터메커니즘이 정상적으로 작동하는 것을 확인하였다. 하부 화염에 노출된 방화판 내측의 고온형상유지물질은 3초 내에 약 30 mm로 팽창 및 발포하였으며 틈을 견고하게 메움을 확인하였다(Figure 14).
화염 노출시 가연성 임계선이 끊어지며‘ㄷ’형 브라켓이 풀리고 3차 부싱방화구조체(3^rd FPS)의 방화판이 ‘ㄷ’형 브라켓과 상하스프링에 의해 상부로 들어 올려진다. 수평스프링의 탄성에 의해 방화판이 부싱의 내측으로 밀려 닫히며 플랜지와 부싱 사이의 틈을 차단하는 2단계 순서로 작동하는 것을 확인하였다.

후속연구

본 연구는 변압기 화재사고의 여러 원인 중 절연유 누출로 인한 화재상황에 대하여 초기에 화염을 차단하여 골든타임을 확보할 수 있도록 하였다. 변압기 화재는 다양한 요인에 의하여 짧은 시간에 부싱을 파괴시키고 플랜지 사이로 화염이 급격히 분출되므로 기계적 차단 메커니즘과 열에 의해 발포하는 소재기술을 적용하면 인접 변압기로 확산되는 화재를 차단할 수 있을 것으로 증명되었다. 본 연구 결과는 변압기 화재의 절연유 누유와 부싱파괴로 인한 대형화재 확산을 효과적으로 예방하는데 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
변압기 화재는 다양한 요인에 의하여 짧은 시간에 부싱을 파괴시키고 플랜지 사이로 화염이 급격히 분출되므로 기계적 차단 메커니즘과 열에 의해 발포하는 소재기술을 적용하면 인접 변압기로 확산되는 화재를 차단할 수 있을 것으로 증명되었다. 본 연구 결과는 변압기 화재의 절연유 누유와 부싱파괴로 인한 대형화재 확산을 효과적으로 예방하는데 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
FPS)는 고온형상유지물질의 발포메커니즘 뿐만 아니라 파손에 의한 압력과 정확하고 신속한 차단을 위해 기계적 화염차단장치가 적용되었으며 3초내에 부싱과 플랜지의 틈이 차단되고 고온형상유지물질을 통해 미세 틈이 견고하게 봉쇄되는 것을 확인하였다. 실제 화재시 이러한 부싱방화구조체는 발포 및 기계적 셔터메커니즘으로 화염확산과 대형화를 효과적으로 차단할 것으로 사료된다. 현장의 특성과 변압기화재의 특성을 고려하였을 때 주변 간섭과 방화구조체의 오작동을 회피하기 위한 구성이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	변전소의 역할은?	이에 다 중환상망(multi-loop) 형식의 송배전계통을 기반으로 각 사용처의 특성에 적합하게 전력을 공급하며 변전소는 발전소에서 생산된 전기를 선로를 통해 송전 받아 변환하여 주요 수요처로 배전하는 역할을 하고 있다.(1) 변전소는 발전소에서 생산된 전력을고전압으로 바꾸거나 배전용의 낮은 전압으로 바꾸는 역할을 하며 변전은 변압기내 권선비 및 전자유도작용을 이용하여 승압 또는 강압을 시키고, 전기 선로의 인· 출입은 부싱을 통해 외부 기기와 연결된다. 변전소의 운영은 최근 자동화 확대의 추진에 따라 무인으로 운전되는 변전소가 급속히 증가하고 있다.
	변전소의 주된 화재원인은?	변전소의 화재원인은 다양하게 추정되나(4,5) 부싱 고장에 의한 변압기 화재가 주요 원인으로 파악되고 있다. 부싱의 고장은 다양한 원인에 의한 부싱파손을 발생시키며 이로 인하여 유출되는 절연유 누유는 발화점에 도달하여 연쇄화재반응이 반복되고 대형화재로 확산되는 것으로 추측된다.
	본 연구에서 온형상유지물질을 적용한 부싱방화구조체를 개발한 이유는?	(1,2) 변전소에 구축되어있는 소화설비는 설치위치 또는 유지관리 등의 문제로 화재 발생시 연기감지기의 동작 지연 및 소화가스의 방출이 지연되는 등 초기화재 진화가 어려운 것으로 파악된다.(6) 이에 화재에 대한 예방 및 화재확산의 방지와 화재대응 시스템에 대한 점검과 대체 시스템의 적용이 요구되고 있다. 변전소의 화재확산 방지와 효과적 소화를 위해 소화감지기로서 연기감지기, 소화설비 동작으로서 자동소화설비 등을 설치하여 적용된 시스템의 동작시간 단축, 변압기실 건축물 보강, 변압기 1차 부싱의 난연화 등의 소방관련 개선방안을 수립하고 있으나(7,8) 화재발생 시 연쇄적 화재확산으로 초기진화의 골든타임 확보를 통한 화재확산 방지의 대책이 필요한 시점이다. 따라서 본 연구에서는 변압기 화재의 초기 골든타임 확보를 통해 화재확산을 방지하고자 절연유 누출에 따른 초기화재에 3초내에 기계적 화염차단장치가 작동하며 화염에 의해 팽창하여 미세 틈을 메우는 고온형상유지물질을 적용한 부싱방화구조체를 개발하였다.

참고문헌 (9)

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Korea Electric Power Corporation (ChungBuk District Division). "Field Technology Development Project : Development of Transformer Fire Early Extinguish System" (2016).
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H. S. Kim. "A Comparative Analysis on Molten Marks of Wire by Verification Experiment and Real Fire Due to Electrical Arc". Master's thesis, Seoul National University of Science and Technology (2010).
J. H. Lee, D. H. Kim and S. C. Kim, "Improvement and Analysis for an Electrical Fire Cause Classification," Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 23, No. 2, pp. 36-40, (2009).
E. G. "Establishment of a Diagnosis and Improvement plan for the Design of Indoor Substation for Fire Prevention of Substation Fire", 61102-605 (2014).
CIGRE, "Guide for Transformer Fire Safety Practice", CIGRE 2013, Working Group A2.33 (2013).
N. W. Cho, D. H. Kim, J. C. Lee, J. W. Park and B. Y. Min, "Development of Transformer Bushing Fireproof Structure", Korea Institute of Civil Engineering & Building Technology, Gyeonggi, Korea, pp. 10-57 (2016).
Stirling Consolidated Boiler Company, "A Book of Steam for Engineers", The Stirling Company, (1905).

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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