전선 접속부 등에서 아산화동(Cu2O)증식 발열에 의해 화재가 발생하는 것은 화재조사 전문가들에게 널리 알려져 있지만 아산화동증식 발열에 의한 화재사례를 구체적으로 분석하여 소개하는 논문은 거의 없다. 이 논문에서는 전기적인 접속부분의 발열에 의한 화재 통계와 아산화동증식 발열 현상과 특징을 분석한 후 아산화동증식 발열에 의해 대학실험실의 전선 접속부분에서 화재가 발생한 사례에 대해 구체적으로 분석하고 있다. 이 화재사례는 발화개소의 화재패턴 조사, 전선 접속부분에 대한 육안 조사, 3차원 CT 촬영 조사, 전원인가 시험, 실체현미경 조사, SEM과 EDS 분석을 통해서 전선 접속부분에서 아산화동 증식 발열로 인해 화재가 발생한 것으로 결론을 내릴 수 있었다.
전선 접속부 등에서 아산화동(Cu2O)증식 발열에 의해 화재가 발생하는 것은 화재조사 전문가들에게 널리 알려져 있지만 아산화동증식 발열에 의한 화재사례를 구체적으로 분석하여 소개하는 논문은 거의 없다. 이 논문에서는 전기적인 접속부분의 발열에 의한 화재 통계와 아산화동증식 발열 현상과 특징을 분석한 후 아산화동증식 발열에 의해 대학실험실의 전선 접속부분에서 화재가 발생한 사례에 대해 구체적으로 분석하고 있다. 이 화재사례는 발화개소의 화재패턴 조사, 전선 접속부분에 대한 육안 조사, 3차원 CT 촬영 조사, 전원인가 시험, 실체현미경 조사, SEM과 EDS 분석을 통해서 전선 접속부분에서 아산화동 증식 발열로 인해 화재가 발생한 것으로 결론을 내릴 수 있었다.
Although fires caused by heat generation due to Cu2O breeding in wire connections are well-known among fire investigators, there are few papers on the analysis and introduction of fire cases by heat generation due to Cu2O breeding. This study analyzed fire statistics caused by heat generation in ele...
Although fires caused by heat generation due to Cu2O breeding in wire connections are well-known among fire investigators, there are few papers on the analysis and introduction of fire cases by heat generation due to Cu2O breeding. This study analyzed fire statistics caused by heat generation in electrical connections and the phenomena and features of heat generation due to Cu2O breeding. Then, a fire which occurred in the wire connection in a university lab by heat generation due to Cu2O breeding was analyzed in more detail. This fire case could reach a conclusion that heat generation due to Cu2O breeding caused a fire in the wire connection through the fire pattern investigation of fire origin, the visual investigation of wire connection, 3D CT, power-on-test, and stereoscopic microscopy, SEM and EDS analysis.
Although fires caused by heat generation due to Cu2O breeding in wire connections are well-known among fire investigators, there are few papers on the analysis and introduction of fire cases by heat generation due to Cu2O breeding. This study analyzed fire statistics caused by heat generation in electrical connections and the phenomena and features of heat generation due to Cu2O breeding. Then, a fire which occurred in the wire connection in a university lab by heat generation due to Cu2O breeding was analyzed in more detail. This fire case could reach a conclusion that heat generation due to Cu2O breeding caused a fire in the wire connection through the fire pattern investigation of fire origin, the visual investigation of wire connection, 3D CT, power-on-test, and stereoscopic microscopy, SEM and EDS analysis.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
은 거의 없다. 이 논문에서는 아산화동증식발열에 대한 선행연구들을 토대로 이론적 고찰을 하고 아산화동증식발열에 의해 발생한 화재사례를 구체적으로 분석한다.
제안 방법
구리와 산소의 성분비(wt%)를 확인하기 위해 Figure 20과 같이 산화물 내 10개의 지점을 Energy dispersive spectrometer (EDS)로 측정하였으며, 그 결과는 Table 1 및 Figure 21과 같다. 이론상 Cu2O 중 구리의 조성은 88.
번 전선(단선) 전원측의 끝부분을 직류전원장치의 -극에 연결하고 산화물 덩어리가 있는 쪽의 끝을 +극에 연결하여 실험 설정을 하였다. 그리고 산화물 덩어리가 있는 부위의 온도변화를 확인할 수 있도록 열화상카메라(TI-45, Fluke)의 초점을 맞추어 온도변화를 측정할 수 있게 설정한 후 10 A의 전류를 인가하는 방법으로 실험을 하였다.
분석은 대학 실험실에서 발생한 화재를 대상으로 화재현장의 연소상황 조사, 화재현장의 연소된 곳에서 절단해낸 전선의 육안조사, 연소잔재물을 제거한 전선의 접속부분 분해 및 3차원 CT 조사, 부하 통전시험, 접속부분에서 분리한 산화물 덩어리에 대한 실체현미경과 SEM 및 EDS 분석으로 화재원인을 특정하는 방법을 사용하였다.
실험결과와 전선피복의 내열온도가 70 ℃~90 ℃인 점을 감안할 때, 화재 당시 접속부분에서 아산화동증식발열현상이 발생하여 피복이 탄화된 것으로 추정할 수 있었다. 실험을 통해 산화물 덩어리가 아산화동의 특징을 가지고 있다는 것을 확인하였지만, 산화물 덩어리가 아산화동임을 더 과학적으로 입증하기 위해 실체현미경, SEM, EDX로 추가 분석을 하였다.
아산화동증식발열 현상에 대한 이론적 고찰과 발열 메커니즘 및 특징을 분석한 후 대학 실험실 내 전선의 접속 부에서 발생한 화재사례의 화재원인을 구체적으로 분석하였다.
6 mm) 사이의 미소거리에서 할 수 있는 간단한 장치를 만들었다. 이 장치로 100 W1) 전구를 부하로 하는 회로의 개폐시험을 한바 접속하고 분리하는 두 전선 틈새의 청백색 전기불꽃(스파크)이 갑자기 주황색 전기불꽃(스파크)으로 변하였다. 그대로 놔두었더니 구리선을 지지하고 있던 나무부분이 타서 지지력이 약해져 접촉이 불안정하게 되어 주황색 전기불꽃이 꺼졌다.
이러한 특징이 확인되면 아산화동증식에 의한 화재로 화재원인을 특정할 수 있다. 이에 따라, ①번 케이블의 #번 전선(단선) 접속부분에 직류전류를 인가하여 산화물 덩어리의 아산화동증식발열현상을 확인하는 실험을 구성하였다.
직류전원장치(XPF 60-20D, Sorensen)로 직류전류를 인가하기 위해서 Figure 14와 같이 ①번 케이블의 #번 전선(단선) 전원측의 끝부분을 직류전원장치의 -극에 연결하고 산화물 덩어리가 있는 쪽의 끝을 +극에 연결하여 실험 설정을 하였다. 그리고 산화물 덩어리가 있는 부위의 온도변화를 확인할 수 있도록 열화상카메라(TI-45, Fluke)의 초점을 맞추어 온도변화를 측정할 수 있게 설정한 후 10 A의 전류를 인가하는 방법으로 실험을 하였다.
대상 데이터
홋타(堀田悦博)는 1A의 작은 전류로도 큰 열에너지가 발생하는 현상을 아래와 같은 우연한 실험을 계기로 발견하였다. 1963년 5월 작은 부하 전기회로의 단속개폐(斷續開閉)를 전선(1.6 mm) 사이의 미소거리에서 할 수 있는 간단한 장치를 만들었다. 이 장치로 100 W1) 전구를 부하로 하는 회로의 개폐시험을 한바 접속하고 분리하는 두 전선 틈새의 청백색 전기불꽃(스파크)이 갑자기 주황색 전기불꽃(스파크)으로 변하였다.
이 전류경로는 항상 움직이고 있으며, 특히 그 끝부분에서는 미소 스파크 불꽃을 비산하면서 심하게 움직인다. 전류경로의 끝에서 비산하는 물질은 Cu2O이다. 이와 같은 반복에 의해 동선은 이 전류경로에 침식되어 Cu2O가 된다.
성능/효과
직류전원을 접속부분에 인가하여 약 480 ℃까지 온도가 상승한 것을 확인하였다. 마지막으로 EDS로 구리와 산소의 성분비를 분석하여 산화물 덩어리가 아산화동이라는 것을 확인하였다. 이러한 결과로부터 #번 전선의 접속점에서 아산화동증식발열현상이 발생하였으며, 이로 인한 국부적 발열이 전선 피복을 탄화시켜 화재로 진전된 것으로 판단할 수 있다.
실험결과와 전선피복의 내열온도가 70 ℃~90 ℃인 점을 감안할 때, 화재 당시 접속부분에서 아산화동증식발열현상이 발생하여 피복이 탄화된 것으로 추정할 수 있었다. 실험을 통해 산화물 덩어리가 아산화동의 특징을 가지고 있다는 것을 확인하였지만, 산화물 덩어리가 아산화동임을 더 과학적으로 입증하기 위해 실체현미경, SEM, EDX로 추가 분석을 하였다.
화재현장의 화재패턴 조사를 통해 전선 접속부분이 발화개소임을 확인하였으며, 전선 접속부분 분해 조사, 3차원 CT 촬영 조사, 전원인가 시험, 실체현미경과 전자현미경 및 EDS 분석한 결과, 케이블 접속부분의 탄화물 외부에서 심한 청녹색의 산화물과 내부에서 적갈색의 산화물이 식별되고, 3차원 CT 영상으로 단선 5가닥 중 1가닥에 감긴 연 선의 수가 적고 유효 단면적이 거의 없음이 확인되며, 전원인가 시험 결과 접속부분에서 약 480 ℃까지 온도가 상승함이 확인되며, EDS 성분 분석을 통해 구리와 산소의 성분이 확인된다. 이러한 결과들로부터 전원측의 케이블 단선 5가닥 중 1가닥이 부하측 연선과 접속된 부분에서 아산화동증식발열현상으로 인해 국부적인 과열이 발생하여 화재로 진전된 것으로 결론을 내릴 수 있다.
이상 분석 내용을 종합하면, #번 전선의 접속점에서 녹청색의 산화흔적이 심하고, 단선과 연선 간의 접속이 불량한 점으로 볼 때, #번 전선의 접속점에서 국부적인 발열이 발생한 것으로 추정된다.
이상의 분석 결과를 요약하면, 외형상 #번 전선의 접속점에서 산화물 덩어리가 식별되고, 이 덩어리의 겉면은 녹청색, 안면은 적갈색을 띠는 특징이 있다. 3D CT로 확인한 결과, #번 전선의 접속점은 전류가 흐를 수 있는 유효 단면적이 거의 없었다.
3D CT로 확인한 결과, #번 전선의 접속점은 전류가 흐를 수 있는 유효 단면적이 거의 없었다. 직류전원을 접속부분에 인가하여 약 480 ℃까지 온도가 상승한 것을 확인하였다. 마지막으로 EDS로 구리와 산소의 성분비를 분석하여 산화물 덩어리가 아산화동이라는 것을 확인하였다.
화재현장의 화재패턴 조사를 통해 전선 접속부분이 발화개소임을 확인하였으며, 전선 접속부분 분해 조사, 3차원 CT 촬영 조사, 전원인가 시험, 실체현미경과 전자현미경 및 EDS 분석한 결과, 케이블 접속부분의 탄화물 외부에서 심한 청녹색의 산화물과 내부에서 적갈색의 산화물이 식별되고, 3차원 CT 영상으로 단선 5가닥 중 1가닥에 감긴 연 선의 수가 적고 유효 단면적이 거의 없음이 확인되며, 전원인가 시험 결과 접속부분에서 약 480 ℃까지 온도가 상승함이 확인되며, EDS 성분 분석을 통해 구리와 산소의 성분이 확인된다. 이러한 결과들로부터 전원측의 케이블 단선 5가닥 중 1가닥이 부하측 연선과 접속된 부분에서 아산화동증식발열현상으로 인해 국부적인 과열이 발생하여 화재로 진전된 것으로 결론을 내릴 수 있다.
후속연구
이 논문이 전선 등 접속부분의 화재조사와 화재예방에 기여하기를 기대한다.
참고문헌 (40)
National Emergency Management Agency, "Manual for National Fire Classification System", pp. 29-33 (2006).
National Fire Service Academy, "Practice text V for Fire Investigation", pp. 150-154 (2019).
NFPA 921, "Guide for Fire and Explosion Investigation", 2017 Edition, National Fire Protection Association, USA, p. 119 (2017).
International Association of Fire Chiefs, "Fire Investigator : Principles and practice to NFPA 921 & 1033", 4th Edition, USA, pp. 127-128 (2016).
Vytenis Babrauskas, "Ignition Handbook", Fire Science Publishers / Society of Fire Protection Engineers, USA, pp. 549-553 (2003).
Nagoya City Fire Department, "Fire Cause Investigation Points for Electrical Fires", Tokyo Horei Publishing, Japan, pp. 73-79 (2000).
T. Matsuzaki and H. Tamura, "Fundamental Study on the Contact Portion Overheating Caused by Screwed Loosening", Report of National Research Institute of Fire and Disaster of Japan, No. 125, pp. 1-10 (2018).
Tokyo Fire Department, "New Fire Investigation Text - Vol. 3 Electrical Fire", Tokyo Disaster Prevention and Emergency Medical Service Association, pp. 4-8 (1999).
W. S. Kim, S. J. Park and D. H. Hwang, "The Heating of Cu-oxide and Arc Properties according to Electrical Poor Contact", Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 34, No. 3, pp. 15-20 (2019).
H. K. Kim, J. Y. Kim, J. H. Park and Y. C. Lee, "Glowing Properties of Copper Oxide by Poor Contact", Proceedings of 2013 Spring Conference, Korean Institute of Fire Investigation, pp. 80-86 (2013).
D. O. Kim, M. S. Kim, J. M. Lim, H. S. Kim, S. B. Bang and Y. S. Chung, "The Properties of Cuprous Oxide Proliferation According to Loan Increase", Proceedings of 2014 Spring Conference, Korean Institute of Fire Investigation, pp. 95-101 (2014).
C. S. Choi, H. K. Kim, K. M. Song, D. O. Kim and H. S. Chung, "The Judgement of Electric Fire according to the Analysis of the Products at the Contacts of Copper Wires", Proceedings of 2001 Spring Conference, The Korean Society of Forensic Science, pp. 134-142 (2001).
C. S. Choi, H. K. Kim, D. O. Kim and D. W. Kim, "The Analysis of Voltage Waveform and Oxidation Growth of Conductor with Series Arc", The Transactions of Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 55P, No. 3, pp. 146-152 (2006),
C. S. Choi, H. K. Kim, H. R. Kim, H. S. Chung and K. S. Lee, "The Relation between Cu 2 O Growing Velocity and Current of Copper Wire", Proceedings of 2000 Summer Conference, The Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 1513-1515 (2000).
K. H. Bae, "A Study to the Low Current Ignition Causing by the Heat Generation Phenomenum of Cuprous Oxide", Research Report on Pusan National University of Technology, No. 34, pp. 51-60 (1992).
M. T. Ikeda and M. H. Takeda, "Pursuing Product Defects Causing Fire Due to Heat Generation of Cu 2 O Breeding", Text for Fire Investigators of the 62nd National Conference of Fire Engineers, pp. 15-25 (2014).
E. Hotta, "On the Phenomenon of Glowing Connections", Journal of Japan Association for Fire Science and Engineering, Vol. 24, No. 1, pp. 52-57 (1974).
N. Isa, "On the Phenomenon of Glowing Connections", Journal of Japan Association for Fire Science and Engineering, Vol. 24, No. 4, pp. 237-242 (1974).
T. Kawase, "Phenomenon of Heat Generation due Cu 2 O Breeding", OHM Journal, Japan, Vol. 62, No. 10, pp. 78-80 (1975).
K. Takahashi and T. Kawase, "Glow Phenomenon in Electrical Connection Parts (1)", Journal of The Institute of Electrical Installation Engineers of Japan, Vol. 16, No. 5, pp. 474-475 (1996).
Y. Hagimoto, K. Kinoshita and T. Hagiwara, "Phenomenon of Glow at the Electrical Contacts of Copper Wires", National Research institute of Police Science Reports- Research on Forensic Science-, Vol. 41, No. 3, pp. 30-37 (1988).
K. Kinoshita, Y. Hagimoto and N. Watanabe, "Oxide Production and Phenomenon of Luminous Heat at Electric Connections", National Research Institute of Police Science Reports-Research on Forensic Science-, Vol. 49, No. 1, pp. 31-37 (1996).
T. Kuroyanagi, S. Inoue and H. Suzuki, "Glowing Phenomena of Copper and Copper Materials and Their Electrical Characteristics", Journal of the Japan Copper and Brass Research Association, Vol. 20, pp. 198-204 (1981).
H. Shingu, T. Takahashi and T. Sumi, "Heat Generation on Screwed Electric Contacts (I)", Research Report of Aichi Institute of Technology, Vol. 19-B, pp. 37-42 (1984).
H. Shingu, T. Takahashi and T. Sumi, "Heat Generation on Screwed Electric Contacts (II)", Research Report of Aichi Institute of Technology, Vol. 20-B, pp. 21-25 (1985).
H. Shingu, T. Sumi and T. Takahashi, "Hot Zone Growing on Electric Contacts", The Transactions of IEEJ (Institute of Electric Engineers of Japan), Vol. 106-A, No. 11, pp. 23-28 (1986).
H. Shingu, T. Sumi, Y. Uchida and M. Umeno, "Hot Zone Phenomena on Electric Contacts in D.C.12 Volt Line", The Transactions of IEEJ, Vol. 117-A, No. 2, pp. 186-192 (1997).
H. Shingu, T. Sumi, Y. Uchida and M. Umeda, "The Hot-zone Phenomena Which Occurs in The Electric Circuit", Quarterly Journal of the Japan Welding Society, Vol. 8, No. 4, pp. 651-656 (2000).
K. Sawada, "Fire Investigation Method on Heating Phenomenon due Cu 2 O breeding", pp. 1-9 (https://www.city.kobe.lg.jp/ocuments/872/ronbun2.pdf).
T. Matsuzaki and H. Tamura, "Fundamental Study on the Contact Portion Overheating Caused by Screw Loosening", Report of National Research Institute of Fire and Disaster of Japan, No. 125, pp. 1-10 (2018).
W. J. Meese and R. W. Besusoliel, "Expaloratory Study of Glowing Electrical Connections", National Bureau of Standards, pp. 1-24 (1976).
J. J. Shea, "Glowing Contact Physics", Proceedings of the Annual IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, pp. 48-57 (2006).
J. J. Shea and X. Zhou, "Material Effect on Glowing Contact Properties", IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, Vol. 32, No. 4, pp. 734-740 (2007).
J. J. Shea, "Conditions for Series Arcing Phenomena in PVC Wiring", IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, Vol. 30, No. 3, pp. 532-539 (2007).
J. J. Shea, "Glowing connections in DC circuits", Proceedings of Annual IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, pp. 264-270 (2017).
T. Kawase, "Three Weak Points in Electrical Installations", The Transactions of IEEJ, Vol. 107-D, No. 9, 1091 (1987).
M. Tsukahara, M. Gomi and S. Toriya, "Study on the Identification of Metal Oxides", Report of Tokyo Fire Technology Laboratory, No. 51, pp. 82-89 (2014).
M. O. Durham, R. A. Durham, R. Durham, J. Coffin, "Electrical Failure Analysis for Fire & Incident Investigations", 2nd Edition, Dream Point Publishers, USA, p. 103 (2010).
E. P. Lee, "Case Study on a Home Fire due to Thermal Degradation and Moisture Inhalation of Insulation Covering of Electric Wire", Proceedings of 2011 Autumn Conference, Korean Institute of Fire Investigation, pp. 206-212 (2011).
Korea Electrical Safety Corporation, "Technical Standards and Judgment Standards for Electrical Equipment", p. 3, p. 7, p. 66 (2018).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.