[논문]벽면 모델링을 이용한 저압용 일체형 코드의 화재확산 패턴

송길목; 김향곤; 김동욱; 김동우; 김영석; 최충석

제안 방법

일체형 코드는 가장 많이 사용하고 있는 비닐 코드 (polyvinyl chloride insulated flexible cords) 및 고무 코드(rubber insulated flexible cords)를 사용하였으며 단락 사고에 대한 화재 위험성을 연구하였다. 또한 일체형 코드의 단락 시, 화재 진행과정과 확산 패턴을 고속카메라 이미지 시스템을 이용하여 측정하였으며, 단락된 일체형 코드는 실체현미경 및 금속현미경을 이용하여 분석하였다.
일체형 코드는 가장 많이 사용하고 있는 비닐 코드 (polyvinyl chloride insulated flexible cords) 및 고무 코드(rubber insulated flexible cords)를 사용하였으며 단락 사고에 대한 화재 위험성을 연구하였다. 또한 일체형 코드의 단락 시, 화재 진행과정과 확산 패턴을 고속카메라 이미지 시스템을 이용하여 측정하였으며, 단락된 일체형 코드는 실체현미경 및 금속현미경을 이용하여 분석하였다.
75[顽]x2C의 고무 코드를 사용하였으며, 실험에 사용된 벽면 모델링의 개략도를 그림 1에 나타낸다. 실험은 벽면의 콘센트에서 일체형 코드의 방향이 수평한 구조로 하였으며, 실험 장치의 구성은 크게 벽면모델과 제어부 그리고 데이터 취득 부로 나누었다.
실험은 순차적으로 벽면의 콘센트에 일체형 코드를 설치한 후, 전원을 인가하였으며, 토오치를 이용하여 일체형 코드에 인위적으로 화염을 가하였다. 일체형 코드에 화염을 가한 위치는 일체형 코드의 길이를 고려하여 플러그에서 약 80[cm] 떨어진 부분에 화염을 가하였으며, 토오치와 일체형 코드의 거리는 5[cm]로 하였다.
코드에 인위적으로 화염을 가하였다. 일체형 코드에 화염을 가한 위치는 일체형 코드의 길이를 고려하여 플러그에서 약 80[cm] 떨어진 부분에 화염을 가하였으며, 토오치와 일체형 코드의 거리는 5[cm]로 하였다. 이때 주위환경은 온도 15TC], 습도 50[%]로 유지하였으며, 무부하 상태에서 실험하였다.
이때 주위환경은 온도 15TC], 습도 50[%]로 유지하였으며, 무부하 상태에서 실험하였다. 또한, 화재 진전 및 단락 현상을 고속카메라(HG-100K REOAKE, USA)로 취득하였으며, 시료의 분석은 실체현미경 (SV-U, Carlzeiss, Germany), 금속현미경 (Epifhot, Nikon, Japan), FT-IR(Spectruin GX, Fterian-Hmer, USA) 등을 이용하였다.
7&I血]x2c)코드의 외부화염에 의해 단락이 발생하는 과정을 보여준다. 고무코드도 그림 3의 비닐 코드와 동일하게 단락이 발생한 후 섬락과 비산 그리고 용단되는 과정으로 진행하였다. 또한 외부 화염에 의해 단락이 되어도 이에 따른 차단기의 차단 동작은 일어나지 않았다.
비닐코드의 절연피복은 열에 약한 특성을 가진다. 따라서 외부화염으로 내부로 화재가 진행될 경우 일반적으로 먼저 소손되는 외피에서부터 홉열피크의 변화가 나타나며, 적외선분광기를 이용하여 분석을 실시하였다.
따라서 본 실험은 저압기기용 일체형 코드의 화재모델링으로 벽면 모델을 설정하여 인위적으로 외부 화염을 인가하여 전기화재로 이어지는 과정을 분석하였다. 일체형 코드는 가장 많이 사용하고 있는 비닐 코드 (polyvinyl chloride insulated flexible cords) 및 고무 코드(rubber insulated flexible cords)를 사용하였으며 단락 사고에 대한 화재 위험성을 연구하였다.
벽면 모델링을 이용하여 실제화재와 유사한 조건에서의 화재 재현이 가능하였으며, 화염의 확산 패턴 및 진행과정을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

저압용 일체형 코드의 화재 위험성을 규명하기 위해 22이:V], 비접지형 0.75[mnf]x2C, 小 2C, 2.0 [nmflxX 등 3종류의 비닐코드와 0.75[顽]x2C의 고무 코드를 사용하였으며, 실험에 사용된 벽면 모델링의 개략도를 그림 1에 나타낸다. 실험은 벽면의 콘센트에서 일체형 코드의 방향이 수평한 구조로 하였으며, 실험 장치의 구성은 크게 벽면모델과 제어부 그리고 데이터 취득 부로 나누었다.

성능/효과

따라서 일체형 코드 속의 두 전선의 피복이 외부 화염에 의해 녹는 시간은 다르고 단락까지의 시간이 각각 달라지는 것을 알 수 있다. 절연피복이 같은 재질에서의 외부화염에 의한 단락까지의 시간은 전선의 굵기에 따른 선형관계를 가지고 있음을 알 수 있었으며 피복 재질이나 피복 두께의 상향조정으로도 화재에 의한 인명, 재산피해를 어느 정도 줄일 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 피복의 두께가 늘어남에 따른 화재 시 다량의 유독가스 발생을 최소화할 수 있는 무독성 난연재료의 사용이 요구된다.
위의 실험을 통해 일체형 코드는 외부화염에 일정 시간 노출되면 단락으로 진행되는 것을 확인할 수 있었으며 외부화염이 가해졌을 때 절연피복이 탄화되고 내부도체가 맞닿아 상호 접촉되는 과정을 거친다.
때 가능할 것으로 추정된다. 섬락의 크기는 일정하지 않았으나 직경이 약 500[顾〕에서 600[|顽인 것으로 계산되었고 비산된 용융망울은 단락되는 지점을 중심으로 반경 200[mBi] 주변으로 흩어졌으며 일부는 2, 000[miii] 이상 진전되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 화재 현장의 조건에 따라 달라질 수는 있겠으나 선간단락이 발생하는 지점에서 가장 화재가 발생하기 쉬운 취약한 범위는 반경 300[顺]에 위치하는 것이고 2,000[mm] 이상 위치하였을 경우에도 가연성 물질이 존재하고 있다면 위험한 결과를 초래할 수 있는 것으로 나타났다.
섬락의 크기는 일정하지 않았으나 직경이 약 500[顾〕에서 600[|顽인 것으로 계산되었고 비산된 용융망울은 단락되는 지점을 중심으로 반경 200[mBi] 주변으로 흩어졌으며 일부는 2, 000[miii] 이상 진전되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 화재 현장의 조건에 따라 달라질 수는 있겠으나 선간단락이 발생하는 지점에서 가장 화재가 발생하기 쉬운 취약한 범위는 반경 300[顺]에 위치하는 것이고 2,000[mm] 이상 위치하였을 경우에도 가연성 물질이 존재하고 있다면 위험한 결과를 초래할 수 있는 것으로 나타났다.
촬영한 것이다. 이 고무 코드는 화염이 가해진 이후 플러그에 근접될 때까지 소화되지 않고 지속적으로 화염이 타 들어가는 것을 확인할 수 있었다.
이는 고속카메라에 의한 분석에서 알 수 있듯이 비산 및 용단 된 후, 부하 측의 전원공급은 차단되어 에너지의 공급은 더 이상 이루어지지 않기 때문에 두 전선 사이의 탄화물이 남아 있는 것으로 판단된다. 또한, (a)과 같이 용융망울의 비산 방향은 부하 측의 용융형태를 보고 추정이 가능하고 반대로 선간 단락의 진행방향은 선간 가장 인접한 부분으로부터 전원 측 방향으로 진행되었었음을 확인할 수 있다. 전원 측 용단전선에서 용융 부분은 대부분 단락이 발생할 때 용융망울이 되어 비산되고 일부는 전선에 부착되어 있는 것을 볼 수 있다.
그림 (a)은 정상상태의 흡광피크를 나타내며, 그림 (b)은 외부화염에 의해 두 전선 사이의 탄화된 절연 피복의 흡광피크를 나타낸다. 정상상태에서의 홉광피크는 1720.3[cm-l], 1425.0[cm-l], 1273.2[cm-l], 874.9[cm-l] 에서 홉광피크가 나타나는 것을 확인하였다.
1) 외부화염에 의한 일체형 코드의 단락되는 시간은 전선의 굵기에 따라 선형관계가 있음을 확인하였다.
2) 일체형 코드에 외부화염을 가하면 단락, 섬락, 용융 망울 비산, 용단의 순서로 진행되었으며, 주변 가연물 질의 존재에 의해 화재로 이어질 수 있다
3) 단락된 일체형 코드의 외형을 보면 부하 측의 용단 부분은 날카롭게 되어 있는 것을 확인할 수 있고 전원 측 부분의 용융망울이 연선의 일부에 있는 것을 확인할 수 있다.
4) 고무 코드의 경우 외부화염에 의한 단락 후 용단이 되면 불꽃이 소화되지 않고 유지되는 것을 확인하였다.
5) 외부화염에 의해 피복이 소실되고 단락 될 때 생성되는 여러 형태의 구멍(void)과 주상조직이 나타났다. 이상으로 벽면모델에서 발생한 일체형 코드의 화재확산 패턴을 정량적으로 분석이 가능하였으며, 이 결과는 전기화재의 원인분석 및 예방에 크게 도움에 될 것으로 판단된다.

후속연구

절연피복이 같은 재질에서의 외부화염에 의한 단락까지의 시간은 전선의 굵기에 따른 선형관계를 가지고 있음을 알 수 있었으며 피복 재질이나 피복 두께의 상향조정으로도 화재에 의한 인명, 재산피해를 어느 정도 줄일 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 피복의 두께가 늘어남에 따른 화재 시 다량의 유독가스 발생을 최소화할 수 있는 무독성 난연재료의 사용이 요구된다.
따라서 화재진전의 가능성은 단락 후 섬락이 나타난 시점에서 비산되는 용융망울에 의해 주변가연물로 확산될 때 가능할 것으로 추정된다. 섬락의 크기는 일정하지 않았으나 직경이 약 500[顾〕에서 600[|顽인 것으로 계산되었고 비산된 용융망울은 단락되는 지점을 중심으로 반경 200[mBi] 주변으로 흩어졌으며 일부는 2, 000[miii] 이상 진전되는 것을 확인할 수 있었다.
나타났다. 이상으로 벽면모델에서 발생한 일체형 코드의 화재확산 패턴을 정량적으로 분석이 가능하였으며, 이 결과는 전기화재의 원인분석 및 예방에 크게 도움에 될 것으로 판단된다.

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