There have been a number of major fatal fire accidents in Korea recently. The number of fires in 2017 were 44,178, which is not only increasing number of fires but also increasing in casualties. Particularly, the fire at Jecheon Sports Center, which suffered many casualties, is expected to have a hu...
There have been a number of major fatal fire accidents in Korea recently. The number of fires in 2017 were 44,178, which is not only increasing number of fires but also increasing in casualties. Particularly, the fire at Jecheon Sports Center, which suffered many casualties, is expected to have a huge impact. The cause of the fire has not been determined yet, but heat waves on the ceiling have also been pointed out. As such, the copper heating waves, which are used as a preventive measure against damage of pipes due to freezing of pipes, etc., always have a fire hazard. To determine the possibility of a flame-resistant heated fire, a positive electric cable product was used to artificially ignite and analyze the results. In case of a short circuit, the external covering of the positive electric cable is damaged, but not short circuit unless the heating material surrounding the wire is damaged. Due to the characteristics of heating cable for preventing copper waves, the chances of insulation becoming more severe due to moisture and temperature changes are higher than normal wires. If the internal heating system is carbonized by insulating deterioration without damage to the outer coating, it is likely to cause trekking, to form a winding loop in the heating materials, and to cause short circuit in the heated materials. For the positive temperature line, if the middle is shorted, the current continues to flow to the short circuit unless the breaker disconnects. Consequently, a heated fire that does not cut off the power immediately may leave multiple marks or cuts.
There have been a number of major fatal fire accidents in Korea recently. The number of fires in 2017 were 44,178, which is not only increasing number of fires but also increasing in casualties. Particularly, the fire at Jecheon Sports Center, which suffered many casualties, is expected to have a huge impact. The cause of the fire has not been determined yet, but heat waves on the ceiling have also been pointed out. As such, the copper heating waves, which are used as a preventive measure against damage of pipes due to freezing of pipes, etc., always have a fire hazard. To determine the possibility of a flame-resistant heated fire, a positive electric cable product was used to artificially ignite and analyze the results. In case of a short circuit, the external covering of the positive electric cable is damaged, but not short circuit unless the heating material surrounding the wire is damaged. Due to the characteristics of heating cable for preventing copper waves, the chances of insulation becoming more severe due to moisture and temperature changes are higher than normal wires. If the internal heating system is carbonized by insulating deterioration without damage to the outer coating, it is likely to cause trekking, to form a winding loop in the heating materials, and to cause short circuit in the heated materials. For the positive temperature line, if the middle is shorted, the current continues to flow to the short circuit unless the breaker disconnects. Consequently, a heated fire that does not cut off the power immediately may leave multiple marks or cuts.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 일반 가정에서 가장 흔히 사용하고 있는 동파 방지 열선 중 정온전선 제품으로 인위적 발화 조건을 부여 후 나타난 결과물을 토대로 화재 가능성 및 화재 원인 판정을 위한 근거를 제시하여 과학적으로 추론 가능한 결과를 도출하고자 한다.
가설 설정
단락에 의한 발화실험은 절연열화를 가정한 발화실험으로서 두 가지로 구분하여 실시하였다. 한 가지는 피복을 벗기고 발열체를 탄화 후에 실시하는 방법과, 다른 한 가지는 피복을 벗기고 전선을 배관에 접하게 하여 전원을 인가하는 방법이다.
둘째, 전원 인가 상태와 발열체 저항 측정치 변화를 관찰하는 것이다. 주의할 사항은 발열체의 저항 측정은 정상 발열체와 탄화된 발열체를 비교하여 판단하여야 한다. 동파 방지 열선의 발열체는 전선 피복과 달리 발열체 자체의 저항값을 가지고 있기 때문이다.
제안 방법
먼저 열축적에 의한 발화 가능성을 알아보기 위해 배관에 Fig. 7.처럼 정온전선을 정상설치(일정 간격을 유지하여 감음) 후 온도변화를 측정하였다(Table 1).
실험은 D소방서 차고에서 진행하였고, 9명 인원이 참가하였다. 본 실험은 동파 방지 열선의 발화 가능성과 동파 방지 열선과 관련하여 발화 후 나타난 흔적을 통해 정확한 화재 원인을 밝히는데 주안점을 두어 정온전선을 실험대상으로 기존에 밝혀진 동파 방지 열선의 주된 발화원인을 중심으로 인위적 발화조건을 부여 후 강제 발화로 진행하였다.
본 실험은 먼저 배관에 정온전선을 정상설치 후 외부 화염 접촉에 의한 흔적 분석을 위해 보온재 외부에서 화염을 접촉 강제발화 후 흔적을 분석하였다(Fig. 9).
본 실험은 절연열화된 열선에 철선으로 묶어 고정한 것을 가정하여 손상된 열선을 금속관에 감고 위로 구리선으로 고정시켜 전원을 인가 후 발화과정과 흔적을 분석하였다(Fig. 16).
먼저, 피복을 벗기고 발열체를 탄화시킨 후에 실시하는 방법이다. 본 실험은 피복의 경년열화 혹은 취급 상의 부주의로 인한 발열체 손상을 가정하여 열선 중간 부분에 피복을 벗기고 발열체를 탄화시킨 후 전원을 인가하여 발화과정과 흔적을 분석하였다. 실험은 발열체 내의 변화의 정밀 관찰을 위해 금속관에 감지 않고 진행했으며, 이동 보관시 손상을 방지하기 위해 금속관에 감아 보관하였다(Fig.
이번 동파 방지 열선 화재실험은 동파 방지 열선 중 정온전선을 중심으로 발화 가능성과 화재흔적 분석을 중점으로 실험을 진행하였다.
절연열화를 가정한 발화실험의 다른 한 가지로서, 본 실험은 피복의 경년열화 혹은 취급상의 부주의로 인한 발열체 손상을 가정하여 열선 중간 부분에 피복을 벗기고 전선을 배관에 접하게 하여 전원을 인가 후 발화 과정과 흔적을 분석하였다(Fig. 14).
대상 데이터
실험시료는 Fig. 6처럼 동파 방지 열선과 보온재 그리고 배관을 준비하였으며, 측정 및 실험장비로는 스톱 워치, 디지털온도계, 열화상카메라 등을 준비하였고, 실험세트를 구성하였다.
실험은 D소방서 차고에서 진행하였고, 9명 인원이 참가하였다. 본 실험은 동파 방지 열선의 발화 가능성과 동파 방지 열선과 관련하여 발화 후 나타난 흔적을 통해 정확한 화재 원인을 밝히는데 주안점을 두어 정온전선을 실험대상으로 기존에 밝혀진 동파 방지 열선의 주된 발화원인을 중심으로 인위적 발화조건을 부여 후 강제 발화로 진행하였다.
성능/효과
금속관에는 두 개의 아크흔, 열선에는 소선 일부에 단락흔이 나타났다. 금속관과 접하는 부분의 열선 손상은 누전 혹은 합선으로 인한 화재의 가능성이 높음을 확인하였다(Fig. 15).
금속물질로 손상된 정온전선을 고정하거나 금속물 질로 정온전선을 고정하기 위해 정온전선 위로 감아 사용시 합선의 위험성이 있으며 만일 차단기가 작동하지 않은 상황이라면 다수의 아크흔과 단락흔이 발견될수 있음을 확인하였다(Fig. 17).
발화 가능성 실험의 결과는 일정온도를 유지하는 정온전선 열선의 특성상 열축적으로 인한 발화 가능성은 다른 열선에 비해 상대적으로 낮은 것을 확인할 수 있었고, 외부 화염에 의한 발화, 단락에 의한 발화의 결과물은 육안상으로 발화원인을 판정하기 어려움이 있을 정도로 유사함을 보였다.
실험결과 정온전선은 일정온도를 유지하는 특성상 정상적인 설치 또는 겹쳐 감아 사용하는 경우에도 온도 증가는 최종적으로 12℃ 차이는 보이지만 70℃ 정도를 지속적으로 유지하고 더 이상의 변화가 없어 발화 가능성은 낮은 것으로 판단된다. 다만, 설치된 파이프의 가열과 단열재를 매립한 경우에 대한 화재 가능성 여부에 대해서는 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
실험결과 전원을 인가하자 9초 후 발열체에 실금이 가듯 도전로가 형성되고 연기와 함께 화염을 분출하면서 정온전선이 단락되었다. 정온전선이 발열체의 절연 열화로 절연이 파괴되면 화재가 진행될 위험이 높음을 확인하였다(Fig. 12).
후속연구
실험결과 정온전선은 일정온도를 유지하는 특성상 정상적인 설치 또는 겹쳐 감아 사용하는 경우에도 온도 증가는 최종적으로 12℃ 차이는 보이지만 70℃ 정도를 지속적으로 유지하고 더 이상의 변화가 없어 발화 가능성은 낮은 것으로 판단된다. 다만, 설치된 파이프의 가열과 단열재를 매립한 경우에 대한 화재 가능성 여부에 대해서는 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
단락흔이 형성되는 과정은 정온전선이 외부화염 또는 자체 문제(주로 절연열화)로 발열체가 탄화되어 도전로가 형성되어 양전선의 합선으로 단락되게 된다5). 단락흔이 형성되는 원인은 다를지라도 형성되는 과정 및 단락흔의 형태가 유사하여 구별하기 어려워 동파 방지 열선과 관련한 화재 원인을 단락흔만을 근거로 열선 자체 문제로만 판단할 것이 아니라 다음 사항에 대한 사전 조사 후 판단하여야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
동파 방지 열선의 종류는 무엇이 있는가?
동파 방지 열선의 종류는 제조사마다 많은 종류의 열선이 있지만 구조적 특징에 따라 정온전선, 벨트히터 및 정전력 히터로 나눌 수 있으며 가장 많이 사용된다.
정온전선의 작동원리는 무엇인가?
정온전선의 작동 원리는 주위온도가 낮은 상태에서 초기의 전류유입 단계에는 플라스틱 폴리머 분자가 수축되어 반도전성 층에 전류의 흐름이 많아져 발열량이 증가되고, 시간이 지나 주위온도가 상승되면 플라스틱 폴리머 분자가 팽창되어 전류의 흐름을 적게 하여 자동적으로 발열량을 조절하게 된다(Fig. 1).
어떤 경우에 동파 방지 열선 화재의 위험이 높아지는가?
동파 방지 열선은 절연피복의 손상으로 누설전류가 밖으로 흐르게 되면 누전에 의한 감전 및 발화 가능성이 있으며 부직포 및 스티로폼 등으로 필요 이상 보온을 할 경우 축열로 절연체의 열화로 인한 화재가 발생할 수 있다. 동파 방지 열선에 설치된 온도조절기 또는 온도감지센서는 배관의 내부 온도가 아닌 설치 주변의 외부온도를 감지하므로 보온재로 감싸진 동파방지열 선의 축열 방지와는 무관하다 3) .
참고문헌 (5)
National Fire Emergency Management Agency, "National Fire Data", National Fire Information System, 2017.
J. H. Lee and J. R. Park, "A Study on the Potential of the Fire Resistance of the Hot Heat Storage System", Buan Fire Station in Jeonbuk Province, 2018.
H. I. Lee, "An Experimental Study on the Evaluation of the Risk and cause of Fire in the Heat Electric Cable", Daejeon Fire Station, 2017.
Korea Electrical Safety Corporation's Institute, "Electrical Safety Education", Korea Electrical Safety Corporation's Institute, 2017.
Kirk, "Kirk's Fire Investigation(6th edition) Chapter 10 Electric fire", 2017.
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