전기화재 일반사항
가. 개요
전기는 석유 가스 등과 같이 중요한 에너지원이며, 일상생활에
필수 불가결한 것이지만 인간이 의도하는 것과는 다른 영향을 미칠 수 있다. 전기를
열원으로 사용하고 있는 건축물의 경우 타 에너지를 열원으로 사용하는 경우와 비교하여
안전성은 향상된다고 할 수 있으나 전력시설물의 관리의 양부에 따라 충분히 발화원이
될수 있다. 특히 전압이 높고 대전류를 취급하는 것과, 대전력을 사용하는 전력설비에
대하여는 화염발생의 위험성은 한결 커지는 것으로 예상된다.
따라서 전력기술인은 전력설비의 설계,시공,감리에서부터 안전관리까지 반드시 유의하여
전기설비로 인한 화재가 없어야 하겠다.
1. 화재발생 원인별 상황
행정자치부의 화재통계에 의하면 원인별 화재발생 상황중 전기화재가 전체 화재중 30% 이상으로 매년 1위를 차지하고 있다. |
1.1 전기화재원인 종류별 통계
|
구분 |
계 |
단락 |
과부하 |
누전 |
접촉부과열 |
정전기 |
제품결함 |
취급부주의 |
기타 |
|
발생건수 |
10897 |
8240 |
793 |
792 |
200 |
28 |
131 |
240 |
473 |
|
점유율 |
100 |
75.6 |
7.3 |
7.3 |
1.8 |
0.3 |
1.2 |
2.2 |
4.3 |
1.2 설비별 단락에 의한 전기화재분포
|
구분 |
계 |
가전기기 |
배선기구 |
조명장치 |
전기배선 |
전기장치 |
수전설비 |
전자설비 |
기타 |
|
건수 |
10535 |
1398 |
818 |
766 |
6743 |
632 |
75 |
37 |
66 |
|
단락 |
7978 |
676 |
566 |
618 |
5778 |
274 |
29 |
24 |
13 |
|
점유율 |
75.7 |
48.4 |
69.2 |
80.7 |
85.7 |
43.4 |
38.7 |
64.9 |
19.7 |
1.3 월별 전기화재분포
|
구분 |
계 |
1월 |
2월 |
3월 |
4월 |
5월 |
6월 |
7월 |
8월 |
9월 |
10월 |
11월 |
12월 |
|
전체 |
32664 |
3085 |
3115 |
3559 |
2390 |
2545 |
2342 |
2253 |
2393 |
2433 |
2494 |
2730 |
3325 |
|
전기 |
10897 |
1084 |
918 |
938 |
824 |
822 |
825 |
913 |
1078 |
843 |
807 |
877 |
971 |
|
점유율 |
33.4 |
35.1 |
29.5 |
26.3 |
34.5 |
32.3 |
35.2 |
40.5 |
45 |
34.6 |
32.4 |
32.1 |
29.2 |
2. 전기화재중 발화원인별 화재발생비율
3. 발생별 발화현상
전기화재란 전기에 의한 발열체가 발화원이 되는 화재의 총칭이다.
따라서 전기회로중에 발열,방전을 수반하는 장소에 가연물 또는 가연성 가스가 존재하면
전기화재로 연결된다. 이를 분류하면 크게 3가지로 분류된다.
- 전기기기나 전기배선에서 또는 그 부근에서 출화하는 경우.
- 누전경로가 되는 부근에서 발화하는 경우
- 정전기,스파크에 의해 가연성 가스 분진 등에 착화하여 발화하는 경우.
전기로 인한 화재는 주로 합선,전기기기 등의 제작불량에 의한 구조적 결함과 시공 부적합, 전기설비의 취급소홀, 사용상태로의 방치 및 전기지식 부족, 부주의 등의 요인에 의하여 발생되고 있다.
전선에 전류가 흐르면 주울열이 발생하는데 발열과
방열이 평형되는 정상상태에서는 화재가 발생할 수 없다. 그러나 과부하가
걸리거나 전기회로 일부에 전기사고가 발생하여 회로가 비정상적으로 되면
그때 과전류로 인한 발열이 발화원인으로 진전될 수 있다.
전선에는
허용전류치가 있는데 전선의 주위온도와 허용전류와의 관계는
으로 표시된다. 여기서 I1, I2는 각기 주위온도가 T1, T2일 때 허용전류이다.
실험에 의하면 온도,장소(개방 밀폐 등) 등에 따라 차이가 있으나 일반적으로
화재발생의 가능성은 비닐절연전선이 고무절연전선보다 더 높으며, 비닐절연전선의
경우 200~300%의 과전류에서 피복이 변질,변형되고 500~600%에서 붉게 열이
난 후 용융되었다.
[표]주위온도에 따른 전류감소계수(비닐절연전선의 경우)
주위온도 ℃ |
전류감소계수 |
30~35 |
0.91 |
전선이나 전기기계에 있어서 절연체가 전기적 또는 기계적 원인으로 파괴 변질되면 전선의 통로가 바뀌어 단락현상이 일어난다. 저압 옥내배선에서 단락되는 경우 단락전류는 배선의 길이 굵기에 따라 다르나 대체로 1000A 이상으로 보고 있다. 이때 주위의 인화가스 등과 같은 인화물질에 인화되는 경우와 전선피복이 연소하여 발화원이 되는 경우도 있다.
과전류단계 |
인화단계 |
착화단계 |
발화단계 |
순간용단 단계 |
|
발화후 용단 |
용단과동시발화 |
||||
전선전류밀도 |
40~43 |
43~60 |
60~70 |
75~120 |
120 |
CV 케이블인 경우 단락이 일어났을 때 도체의 크기와 차단기에 의한 차단시간과의 관계에 따라 케이블이 소손되는 경우가 있다.
다음식은 단락전류가 흐를 때 소손되지 않는 단면적을 구하는 식이다
S : 케이블이 허용하는 도체 단면적
t :
단락지속시간 (sec)
Is : 단락전류(A)
지락이란 전기의 통로 즉, 전선로 이외의 곳으로 전류가
흐르는 현상이라고 정의할 수 있다. 엄밀한 의미로는 전기가 존재하면 완전한
절연체가 없으므로 반드시 누전이 된다고 할 수 있으나 특히 한정된 종류의 물질,
실험 등의 허용치(저압전류의 경우 최대공급전류의 1/2000)이하의 누전은 문제가
되지 않는다. 통상적으로 누설전류 500㎃ 이상일 때 누전에 의한 화재위험이
있다.
누전화재가 발생되는 장소에는 접지물과 누전점이 주로 되며, 고압이상의 전로에는
일반적으로 대지전류발생시 전로를 차단하는 보안장치가 부설된 감지전류이하로
누전될 때는 차단불능으로 지락지점에 인화물질이 있으면 화재가 발생된다.
◆ 허용누설전류 ≤ 최대정격전류/2,000
전선과 전선, 전선과 단자 또는 접속 핀 등의 도체에
있어서 접촉상태가 불완전하면 특별한 접촉저항(아산화동 현상, 접촉저항 등)을
나타내어 발열하게 된다.
이 발열은 국부적이며 그 부분에 산화, 열팽창, 수축 등의 현상이 나타나 접촉면이
거칠어져 접촉저항이 증대하게 되고 드디어 적열상태가 되어 주위의 가열물을
발화시킨다. 이러한 현상이 지속되면 아산화동으로 인해 발열현상이 일어난다.
아산화동에 의한 발열현상이란 동선과 단자의 접속부분에 접속불량이 발생할 때 접촉되고 있는 부분의 동이 산화 발열하여 주위의 동을 용해시켜 들어가면서 아산화동이 증식하는 현상을 말한다.
아산화동의 저항-온도특성 |
아산화동의 저항온도 특성을 보면 상온부근에서는 수십㏀의 전기저항을 가지고 있으나 온도상승과 함께 급격히 저하되어 1050℃ 부근에서 약 3Ω으로 가장 적게 되는데 더욱 온도를 올리면 전기저항이 약간 증가하게 된다. 이와 같은 온도특성을 갖고 있으므로 아산화동에
일단 고온부가 생기면 타 부분보다 저항치가 낮은 고온부에 집중적으로
전류가 흘러 전류에 의한 고온상태가 유지된다. |
[참고] 접촉저항
두 도체의 접촉부에는 전류의 흐름이 접촉면에 한정되므로 전류의 통로가 좁아짐에 따르는 집중저항과 접촉자 재료의 산화물, 유화물 등의 화합물이나 흡착가스의 피막을 통하여 발생하는 경계저항이 존재 그러나 계측상으로 접촉부분에서 전압강하가 관측되기 때문에 이 전압강하를 전류로 나눈 값을 접촉저항이라 하며 이 접촉저항의 저감방법으로는
전등, 전열기 등을 가연물 주위에서 사용하거나 열의
발산이 잘 되지 않는 상태에서 사용하면 열축적이 있어 가연물을 발화시킨다.
예로써 60W 이상의 백열전구에 신문지를 싸서 10시간정도 지나면 발화의 가능성이
높다.
백열전구의 온도가 40W는 70~90℃, 60~100W는 80~110℃, 100W 이상은 100~130℃
정도로 올라간다.또한, 시장에서 정전이 되어 전등 스위치를 끄지 않고 점포를
닿았을 경우 전등에 피복물 등이 쌓여진 상태에서 통전이 되어 수시간이 지나면
발화의 위험성은 높다.
스위치로 전기회로를 끊거나 닫을 경우 또는 전기회로가 단락될 경우에는 스파크가 발생되며(끊을 때가 더욱 심하다) 이때 스파크 가까이네 가연성 가스등이 있을 경우에 인화 또는 착화가 일어난다. 특히 고압차단기 중 진공차단기는 차단시 스파크가 일어나 변압기의 전력기기에 소손이 우려되므로 서지 업서버를 부착한다. 예로써 제면공장에서 모터의 스위치를 끊을 때 발생한 스파크가 부근에 부착된 티끌에 착화하는 경우와 가솔린 증기가 있는 장소에 스파크로 인한 발화의 경우가 있다.
옥내배선 및 배선기구의 절연체는 그 대부분이 유기질로
되어 있어 오랜 기간이 이잔면 절연성이 노화된다. 그 외에도 유기질 절연체는
고온에서 공기유통이 나쁜 곳에서 가열되면 탄화과정을 겪어 도전성을 띄게된다.
이러한 장소에 전압이 걸리면 미소전류에 의한 국부발열로 탄화현상이 누적적으로
촉진되어 전류가 점차 증가하고 결과적으로 탄화부분에 발열과 누전으로 화재의
원인이 되고 있다. 이 현상은 단락,스파크,접촉과열 등의 현상이 발생하는 과정에서
발생하는 경우도 있다. 이때 잔존되어 있는 탄화물의 저항치는 수옴에서 수백옴
정도로서 도전성을 띄고 있다.
특히 전기에 의한 탄화는 다른 조건에 의한 탄화보다 절연성이 적다. 이러한
탄화현상의 종류는 트래킹현상과 가네하라 현상으로 나누어볼 수 있다.
전기제품 등에서 충전전극간의 절연물 표면에 어떤 원인으로 탄화전로가 생성되어 결국은 지락,단락으로 발전하여 발화하는 현상.
누전회로에 발생하는 스파크 등에 의하여 목재 등은 탄화도전로가 생성되어 도전로가 증식, 확대되어 발열량이 증대 발화하는 현상
8. 정전기에 의한 발화
정전기는 물질의 마찰에 의하여 발생되는 것으로서 그
대소 및 극성은 대전서열+,-에 의하여 결정되고, 또한 대전서열의 차가 클수록
정전기발생이 일어날 확률이 크다.
정전기에 의하여 화재로 진전되는 것은
정전스파크에 의하여 가연성 가스 및 증기에 인화되는 경우로서 다음조건이 만족되어야
한다.
- 가연성 가스 및 증기가 폭발한계내에 있을 것.
- 정전스파크의 에너지가 가연성가스 및 증기의 최소 착화에너지 이상일 것.
- 방전하기에 충분한 전위가 나타나 있을 것.
정전스파크에 의한 흔적은
남지 않는다. 그러므로 이의 발생여부는 위의 3가지 조건에서 추정할 수밖에
없다.
낙뢰는 정전기에 의한 구름과 대지간의 방전현상인데
낙뢰가 발생하면 전기회로에 이상전압이 유기되어 절연물을 파괴시킬 뿐만 아니라
이때 흐르는 대전류로 인하여 화재의 원인이 되는 경우가 있다.
실례로눈 송전선에 낙뢰하여 변전실의 피뢰기를 파손시키고 더욱이 고압애자를
파손시킨후 전선을 절단시킨 경우, 또는 고압배선에 낙뢰하여 주상변압기 및
변전실의 PT를 소손시킨 경우 등을 들 수 있다.
변전설비의 전기적 사고에는 기기제작상의 결함, 불완전한 공사, 뇌에 의한 이상전압의 침입, 부하측의 일반적인 단락, 새나 짐승류의 침입에 의한 접촉 등 여러 가지 경우가 있지만 전기적 혹은 기계적 열화에 기인하는 것이 많다. 기기별로는 그 배선, 케이블, 차단기, 주변압기, 계기용변성기, 단로기, 기타순으로 기기 전반에 이르고 있다. 또 유입기기가 많은 곳에서는 사고가 일어나면 유화재를 편성하여 큰 사고에 이를 우려가 있다. 이러한 점에서 변전설비는 사용상의 주의사항을 유의하는 동시에 전기적 사고에 의한 화재가 다른 기기에 취급되지 않도록 대책을 세우는 것이 중요하다.
텅스텐선을 사용하는 필라멘트의 온도는 2500℃ 전구의
표면온도는 70~130℃에 달하기 때문에 가연성가스, 증기, 미분이 존재하는 장소에서
전구가 파손하게 되면 인화 폭발의 위험성이 있으며 또한 종이 헝겁,셀룰로이드와
같은 가연물을 장기간 접근 또는 접촉시키면 발화한다.
따라서 가연성 가스 등이 존재하는 장소에는 방폭형의 조명기구를 사용하여야
한다. 특히, 이동등에 대하여는 다음의 사항을 주의하여야 한다.
3. 전동기
전동기중 직류전동기, 교류정류자전동기 등 운전중 정류자로부터
다소의 전기불꽃을 발하지만 우려할 정도로 문제가 되지 않는다. 그러나 전동기에
예측치 못한 사고가 발생한 경우 여기에 기인한 전기불꽃이 부근의 가열물을
발화시키고 또한 전동기 자체가 과열하여 여기서부터 전소하는 것이 있다. 따라서
전동기에 의한 사고를 방지하기 위하여는 설비 장소에 적응한 전동기의 형식선정,
과열방지 외에 항상 주변청결에 주의할 필요가 있다.
개폐기의 주된 위험은 조작시에 발생하는 불꽃과 과전류에 의한 과열이다. 개폐기선정시의 고려사항은 다음과 같다.
전열기 전기스토브는 코드의 절연열화를 초래하기 쉽고 그 때문에 단락에 의한 코드의 소손 등을 일으키는 것도 있지만 일반적으로는 연속적사용 또는 불량기구 사용의 결과 근처의 가연물에 착화하는 사고가 많다.