양회장 블로그

전기화재의 원인을 출화의 경과에 의한 분류중 중요한 3가지를 들어 설명하시오.

전기화재의 원인은 매우 여러가지 원인이 복합적으로 작용하여 출화가 된다고 볼수 있다. 예를 들면 과부하로 인한 열이 발생되고 이에 따라 절연물이 용해되어 선간 단락이 일어난후 스파크에 의해서 점화가 된다고 볼수 있다. 따라서 각각의 원인을 개별발화의 원인으로 보기는 무리가 있으나 일반적으로 분류되고 있는 체제를 따라 기술하면 다음과 같다.

1. 과전류에 의한 발화

전선에 전류가 흐르면 주울(Joule)의 법칙에 의하여 H=I2Rtt로 주어지는 주울열이 발생하게 된다. 주울열은 정상상태에서는 화재의 원인이 되지 않으나, 일정 전류용량의 전선에 용량을 초과하는 부하를 걸거나 전기회로 일부에 단락등의 전기사고가 발생한 경우 과전류로 인한 발열이 발화원으로 진전될 수 있다. 일반적으로각종 전선의 절연체가 가지는 허용온도를 초과하는 열로 인하여 절연 피복이 용융된후 심선간의 단락이 발생되어 아크와 단락전류로 인한 점화가 대부분이다.

2. 단락에 의한 발화

배선용 전선이나 전기기기의 절연체가 전기적 또는 기계적 원인으로 파괴 또는 열화되면 전압선간의 단락현상이 일어나게 된다. 저압옥내배선에서 단락이 발생하는 경우 단락전류는 배선의 길이와 굵기에 따라 다르나 대체로 1,000[A] 이상으로 보고 있으며 단락하는 순간 폭음과 함께 단락점에서 스파크를 발생하고 단락점이 분리된다. 이때 발생된 대전류 아크와 고온 용융금속의 비산으로 인하여 주변 인화성 물질이나 전선자체의 절연물에 착화하게 된다.

3. 누전에 의한 발화

누전이란 전류가 통하는 도체 이외의 곳으로 전류가 흐르는 현상이라고 정의할 수 있다 . 누전은 절연물의 장기적인 열화나 외상으로 인한 절연물의 성능저하로 발생될수 있으며 누전통로를 통하여 가연물이 존재하는 경우 발화될수 있다. 일반적으로 저압전로의 경우 최대공급전류의 1/2,000까지 누설전류를 허용하고 있다.

4. 접속부의 과열에 의한 발화

전선과 전선, 전선과 단자등 도체의 접속에 있어서 접촉이 불완전한 상태이거나 과전류가 흐르면 접촉저항에 의해서 접촉부가 발열하게 된다. 이 발열은 국부적이나 접촉면이 산화되거나 불완전하면 접촉저항은 더욱 증가하게 되어 발열량이 증가하게 되고 주위의 절연물을 발화시킨다.

5. 열적경과에 의한 화재

전등, 전열기 등을 가연물 주위에서 사용하거나 열의 발산이 잘 안되는 상태에서 사용하면 열축적에 의해 가연물을 발화시킨다. 60[W]이상의 전구를 신문지에 싸서 10시간 정도 지나면 발화하게 된다는 보고가 있다.

6. 전기 스파크에 의한 발화

전기회로를 개폐기로 개폐하는 경우나 퓨즈가 용단될 때 강한 스파크가 발생하게 되는데 부하전류를 차단할 때나 직류인 경우에 더욱 심하다. 이때 주위에 가연성 물질 또는 인화성 가스가 있을 경우 착화될 우려가 있다. 예를들어 설비의 운전중 카바나이프 스위치를 조작시 발생한 스파크가 부근에 부착된 가연성 분진에 착화하는 경우와 휘발유등 가연성 증기나 가스가 있는 장소에서 스파크로 인한 화재 또은 폭발사고가 발생할 수 있다.

7. 절연열화 또는 탄화에 의한 발화

전기배선 또는 기구의 절연체는 대부분이 고분자화합물로 제작되고 있다. 일반적으로 유기질 절연체는 장시일이 경과하면 열화되어 누설전류가 발생하게 된다. 누설전류가 장기간 발생되면 누설지점이 탄화되어 착화될수도 있고 또 고전압이 가해진 절연체의 경우 절연파괴로 주변 인화성물질에 착화된다.

8. 정전기 스파크에 의한 발화

마찰이나 유도 등으로 발생된 정전기가 축적되어 방전되는 경우 폭발성 분위기나 가연성 가스에 의한 환경에서 화재가 발생할수 있다. 가연성 가스 및 증기로 인하여 화재가 발생하려면 다음의 조건이 만족되어야 한다.

① 가연성 가스 및 증기가 폭발한계 내에 있을 것

② 정전스파크의 에너지가 가연성 가스 및 증기의 최소착화에너지 이상일 것

③ 방전하기에 충분한 전위가 나타나 있을 것 등이다.

9. 낙뢰에 의한 발화

낙뢰는 구름에 발생된 정전기가 대량축적되어 구름과 대지간에 방전현상을 일으키는 것을 말한다. 낙뢰가 유입되면 전기설비에 막대한 전류가 유입되고 고전압이 발생하게 되어 기기의 파손은 물론 낙뢰지점의 물체에 따라 대규모 화재가 발생되기도 한다.

전력용 기기의 열화원인.

1. 부분방전

절연체 내부나 절연체와 도체사이의 공극(Void)이나 이물질로부터 부분방전이 발생되어 절연체가 서서히 침식되어 간다. 국부가열이나 화학반응에 따라 Viod의 내면은 침식되고 Pit가 발생되여 Void 방전은 생성된 Pit의 앞끝까지 진전하고 다시 Pit는 성장하여 절연파괴에 이른다. 부분방전에 의한 절연체의 열화는 주로 기기를 장기간 사용함에 따라 발생된다.

2. 전기Tree

도체와 절연체의 접촉부에 미소한 돌기나 손상이 생기게 되면 접촉부에 높은 전계(Electric field)가 형성되고 그곳으로 부터 접지극(금속)을 향하여 절연체속을 나무가지 모양의 방전로(Electric Tree)로 성장된다. 이러한 전기Tree가 절연체 속에서 접지극에 도달했을때 절연파괴가 일어난다.

3. 수 분

절연체가 수분을 흡수하거나 제조과정에서 절연체 내부에 수분을 포함하게 되면 절연내력이 현저하게 저하되는데 현재는 각종 기기의 구조개선과 제조기술의 진보에 따라 기기 자체의 고유특성에는 거의 문제가 되고 있지는 않다. 다만 운영시 외부환경에 의한 열화문제가 특별하게 고려되어야 한다.

4. 기계력

유입변압기나, 발전기등의 권선 절연체는 장기간의 진동에 의하여 도체와 절연체 사이의 공극이 발생되고 탈락하게 되기도 하며, 절연체와 도체의 선팽창 계수가 다르기 때문에 열에 의한 팽창,수축으로 레진내의 응력,균열 및 공극이 발생되어 열화를 촉진시킬수 있다.

5. 빛

일반적으로 절연체는 햇빛에 노출되는 경우 자외선에 의한 화학적 특성의 변화와 적외선에 의한 열열화가 촉진된다. 이는 절연체의 고유한 특성이 변화하여 절연내력이 저하하게 되는 것이다.

6. 열

절연체가 장기간 동안 허용온도 이상의 높은 온도로 운전됨에 따라 열적, 화학적 변화를 일으키게 된다. 과도한 온도상승에 의한 열열화로 인하여 셀룰로우스 절연체는 기계적인 강도가 저하하여 약해지고 절연유는 전기적인 특성이 나빠져서 변색한다. 또한 열에 의한 장기간 동안의 Heat cycle로 절연체와 도체사이의 공극이 발생하여 열화를 촉진할 수도 있다.

7. 화학물질

기름속에 동이 존재하면 이것이 산화와 열화의 촉매가 된다. 운전중인 유입변압기는 절연유속에 도체의 동 및 잔류산소가 공존하고 있는 외에 비교적 유온이 높으므로 절연유는 열화하기 쉬운 조건이 된다. 또한 건식변압기는 산, 알카리, 기름, 유기용제 등에 따라 절연체가 침식되는 일이 있다.

정전기 대전의 종류.

정전기는 일반적으로 서로 다른 물질이 상호운동을 할 때에 그 접촉면이나 근접지점에서의 마찰, 충돌, 유도등으로 인한 에너지 교환 형태로 발생하게 되며, 이 정전기는 고체 상호간에서 뿐만아니라, 고체와 액체간. 액체 상호간.액체와 기체사이에서도 발생하게 된다. 일반적으로 분류되고 있는 대전의 종류를 분설하면 다음과 같다.

1. 마찰대전

운동하는 두 물질이 마찰에 의한 접촉과 분리과정이 계속되면, 이에 따른 기계적 에너지 교환에 의한 자유전자의 방출 또는 흡입으로 정전기가 발생되는 현상을 말한다. 고체류.액체류 또는 분체류에서의 대전은 주로 마찰대전에 기인된다고 볼수 있다.

2. 유동대전

유동대전은 주로 액체류와 고체의 접촉에 의해서 발생되는데 액체류를 파이프 등으로 수송할때, 액체류와 파이프 등의 고체류와 접촉하면서 이 두물질 사이의 경계에서 전기 2중층이 형성되고, 이 2중층을 형성하는 전하의 일부가 액체류의 유동과 같이 이동하기 때문에 대전되는 현상을 말한다. 이는 액체류의 유동속도가 대전량에 큰 영향을 미치게 된다.

3. 분출대전

분체류, 액체류, 기체류가 단면적이 작은 분출구를 통해 공기 중으로 분출될때 분출되는 물질과 분출구의 마찰에 의해 발생되는 대전현상을 말한다. 분출대전은 분출되는 물질과 분출구를 구성하는 물질과 직접적인 마찰에 의해서도 발생되지만 실제로는 분출되는 물질의 구성 입자간 상호충돌에 의해서 더 많은 정전기가 발생된다.

4. 박리대전

제지,비닐,면직물,인쇄 공장에서 많이 발생되는 대전으로 상호 밀착되어있는 물질이 서로 떨어질때, 전하의 분리에 의한 정전기 발생현상을 말한다. 박리대전은 접착면의 밀착도, 박리속도 등에 의해서 대전량이 변화되며, 일반적으로 마찰대전보다는 상대적으로 큰 정전기가 발생되게 된다.

5. 충돌대전

석탄 미분화나 밀가루 미분화 등의 이송 공정에서 흔히 발생될 수 있는 대전현상으로 분체류에 의한 입자 상호간이나 입자와 고체와의 충돌에 의한 빠른 접촉.분리과정에서 발생되는 대전현상을 말한다.

6. 파괴대전

주로 고체나 분체류와 같은 물질이 파손되었을 때의 전하분리 또는 정.부 전하의 균형이 깨지면서 발생되는 대전현상이다. 예를 들면 공기중에 분출된 액체류가 미세하게 비산.분리되어, 크고 작은 방울로 되어 새로운 방울이 생성될 때, 새 표면을 형성하면서 발생되는 현상을 말한다.

7. 유도대전

접지되지 않은 도체가 대전물체 가까이 있을 경우에 주로 발생되는 것으로 도체가 전기장에 노출되면 도체에는 전하의 분극으로 가까운 쪽에는 반대극성의 전하가 먼 쪽에는 같은 극성의 전하로 대전되게 되는 현상을 말한다.

8. 교반대전.침강대전

액체류가 교반 또는 수숭 중에 액체류 상호간의 마찰.접촉 또는 액체와 고체와의 상호작용에 의해서 발생되는 대전현상을 말한다.

9. 동결대전

극성을 가진 물 등의 동결된 액체류가 파손되면, 내부의 정부 전하가 균형을 잃게되어 발생되는 대전현상이다.

정전기 방전의 종류 4가지.

1. 방전현상

정전기 방전은 정전기의 전기적 작용에 의해 일어나는 전리작용으로 일반적으로 대전물체에 의한 정전계가 공기의 절연파괴 강도(직류의 경우 30[kV])에 달한 경우에 일어나는 기체의 전리작용이다. 방전이 일어나면 대전체에 축적되어 있는 정전에너지는 방전에너지로써 공간에 방출되어 열, 파괴음, 발광, 전자파 등으로 변환되어 소멸되는데, 이 에너지가 크게 되면, 화재.폭발 등을 일으켜 장.재해의 주 원인이 된다.

2. 방전현상의 종류

대전물체에서의 방전은 대기중에서 발생하는 기중방전과 대전체의 표면을 따라 발생하는 연면방전으로 대별되며, 기중방전에는 코로나(corona)방전, 브러쉬(brush)방전, 불꽃(spark)방전 등 3종류가 있다.

방전현상의 종류

3. 방전현상별 각론

3-1. 연면 방전

일반적으로 절연체의 표면에서 발생하는 방전현상으로 공기중에 놓여진 절연체 표면의 전계강도가 큰 경우에 고체표면을 따라서 진행하는 발광이 동반된 방전을 연면방전(Creeping Discharge)이라 한다.

연면 방전은 드럼이나 사이로내의 분진이 다량의 전하를 보유할 때와 높은 대전상태의 엷은 층상 부도체의 박리, 또는 엷은 층상의 대전된 부도체 뒷면에 근접한 접지체가 있을 때 표면에 연한 복수의 수지상의 발광을 수반하여 발생되는 방전으로 불꽃 방전과 마찬가지로 재해나 장해의 원인이 된다.

3-2. 코로나 방전

고체에 정전기가 축적되면 전위가 높아지게 되고 고체표면의 電位傾度가 어느 일정치를 넘어서면 낮은 소리와 연한 빛을 수반한 放電이 생기게 되는데 이 현상을 코로나 방전(Corona Discharge)이라 한다. 이는 고체표면에 접촉된 공기의 局部的인 절연파괴현상으로 볼수 있다. 특히 침상물체에 전하가 집중하게 되면 첨두의 집중된 부분에 전위가 상승되어 점방전이 일어나게 된다. 코로나 방전이 발생하게 되면 코로나 잡음이 발생하게 되고 코로나의 방전에너지는 낮으나 민감한 물질은 점화폭발이 가능하다.

3-3. 브러쉬 방전

곡률반경이 큰 도체(직경이 10mm이상)와 절연물질(고체,기체)이나 저전도율 액체사이에서 대전량이 많을때 발생하는 수지상의 발광과 펄스상의 파괴음을 수반하는 방전을 브러쉬 방전 또는 스트리머 방전이라 한다.

일종의 코로나 방전으로 방전에너지가 크므로 재해나 장해의 원인이 될 수 있다. 브러쉬 방전의 방전에너지는 4[mJ]까지도 될 수 있으므로 가스, 증기 또는 민감한 분진에서 화재폭발을 일으킬 수 있으며, 이 위험도는 불꽃 방전과 코로나 방전의 중간위치에 있다.

3-4. 불꽃 방전

불꽃 방전은 표면전하밀도가 아주 높게 축적되어 분극화된 절연판 표면 또는 도체가 대전되었을 때 접지된 도체사이에서 발생하는 강한 발광과 파괴음을 수반하는 방전이다. 불꽃 방전은 방전에너지가 높아 재해나 장해의 주요 원인이 되고 있다.

※ 기체중에 놓여진 전극간에 전압을 인가한 경우 방전공간에서 발광이 보이지 않는 정도의 전계에서도 전류가 흐르는데 이것을 암류라고 부른다.

정전이 산업현장에 미치는 영향.

1. 개 요

산업의 고도성장으로 각종 산업 생산기기의 첨단 정밀화,자동화 등 각종 산업시설이 전기에너지에 대한 의존도가 점차 높아지고 있으며 이와 비례하여 정전이 산업현장에 미치는 영향도 점점 커지게 되었다. 과거에는 정전으로 인한 산업현장에 미칠수 있는 영향이 특정 업종과 규모에 따라 일부에 국한 되었으나 작금에는 업종에 관련없이 전반적으로 피해가 확대되고 있는 것으로 나타나고 있다.

2. 정전이 산업현장에 미치는 영향

2-1. 가동율 저하

정전이 발생하는 경우 정전의 지속시간은 물론 전원측 供給再開時 전체 공정설비를 완전가동하는 시간까지 생산이 정지된다. 물론 제조공정에 따라 재가동 시간은 각기 다르나 불시 정전의 경우 공정중에 발생한 불량품의 제거후 원료의 재공급 등이 필요하여 더욱 가동율을 저하시킬수 있다.

2-2. 생산손실의 발생

정전시 생산손실액은 공정에 투입된 원료가 제품이 되지 못하고 폐기되는 손실, 정상제품이 되지 못한 품질등급저하 손실, 정지시간 동안 제품의 생산을 못하고 지출된 제비용(고정비)등 많은 손실이 발생한다. 이는 정전시간이 길수록 급격하게 증가하는 특징을 갖는다.

2-3. 설비투자요인 증대

전력공급 지장에 따라 직접손실이 매우 심각한 산업체에서는 별도의 비상발전설비등 무정전 공급설비를 확충하거나 단독의 송배전설비를 필요로하게 되어 전원측 설비투자비가 많이 증가하게 된다. 또한 빈번한 정전은 정밀설비의 열화촉진과 고장을 증가시키게 되어 유지보수비 또한 증가하게 된다.

2-4. 산업재해요인 증대

공장 조업중 정전이 발생하게 되면 각종 생산기기의 오동작, 조명소등 등으로 작업자의 불안정한 행동 및 심리를 유발하게 되어 안전사고의 요인이 증가하게 된다. 또한 제작공정의 돌발적인 중지로 인하여 화재나 위험물에 의한 위험 분위기의 생성등 심각한 재해요인이 발생될수 있다.

2-5. 종업원의 의욕저하

일상적인 운전보다 운전초기 또는 정지후 재가동시의 작업조건이 나쁘기 때문에 정전이 빈번한 경우 일의 성과는 적고 작업은 힘들게 되어 종업원의 작업의욕을 급격하게 감퇴시키게 된다.

2-6. 품질 및 서비스저하

정전이 빈번하게 발생되면 제품의 품질저하는 물론 각종 손실로 인하여 제조원가의 상승이 불가피하게 발생한다. 또한 공장가동율의 저하로 적기납품이 지연되고 신용도가 떨어져 경쟁력이 약화된다.

3. 정전손실 극소화 대책

3-1. 전원설비의 신뢰도 향상

○ 무정전전원설비의 설치 (순간정전으로 많은 피해가 예상되는 산업현장)

순간정전으로도 손실이 크게 발생하는 설비에는 무정전 전원장치(UPS)를 설치한다. 공장설비의 전체적인 무정전 시스템은 대용량을 필요로 하여 매우 고가이므로 공장설비의 중요도에 따라 내부배선을 2계열화하여 UPS설비의 용량을 적정하게 선정하고 비상용발전기와 동시 사용해야 경제적이다.

○ 비상용 발전기의 설치 ( 전원측의 장시간 정전이 빈번한 경우 )

비상용발전기는 공장설비가 단시간의 정전으로는 손실이 발생하지 않는 경우 전면적으로 응용할수 있다. 특히 최근에는 비상용 발전기로서 피크시 정상부하의 일부분을 감당하게 하여 전체적인 계약전력 요금을 합리화 하는 용도로도 활용되고 있어 경제적으로 유리할 수도 있다.

○ 전기사업자로부터 별도의 전용선 수전이나 2중전원 수전

타 산업체로부터의 사고파급을 예방하기 위하여 변전소로부터 전용선으로 공급받거나 별도의 배전계통에서 2중으로 수전하여 전원측의 신뢰도를 향상시킨다. 이 경우 자체 비상발전기나 별도의 전원을 갖추는 경우와 충분하게 비교하여 선택한다.

3-2. 보호기기의 합리적 조정

순간정전에 대하여는 가동중인 기기가 정지되어야 손실이 적은 경우도 있으나 계속운전되어도 손실이 발생하지 않는 경우가 대부분이다. 따라서 일정범위의 전압강하나 순간정전에 대하여는 각종 보호기기의 합리적인 정정(보호계전기의 감도저하 등)이나 선택(누전경보장치등)을 통하여 빈번한 정지가 발생하지 않도록 한다.

3-3. 정전에 영향없는 기기의 선정

제조공정에서 정전으로 인하여 중대한 손실이 발생하는 기기에 대하여는 전력에너지 이외의 대체에너지원의 사용이 가능한 경우, 타에너지원(가스,기름등)의 설비로 선정하여 정전에 대비한다. 또한 타에너지원으로 대체할 수 없는 경우 본질적으로 순간정전에 영향을 받지 않는 전력설비(백열등,비정밀기기)로 설치하여 영향을 극소화 한다.

3-4. 정전대비 작업계획의 표준화 및 교육훈련

정전시 조업중인 설비에서 발생할수 있는 피해상황을 고려하여 정전후 재가동까지의 작업방법 및 절차를 단순화,표준화,계획화하고 해당 종업원을 철저하게 교육 함으로서 정전후 조업재개시간의 단축은 물론 종업원의 안전 및 재해예방을 도모한다.

4. 향후전망

정전은 산업체의 생산성 악화는 물론 품질 및 서비스 수준을 저하시켜 국가 경쟁력을 약화 시키는 중대한 요인중에 하나이다.

최근에는 전기사업자 측에서도 전원측 정전을 감소시키기 위한 무정전 공법의 시행, spot-network 배전방식의 도입, 배전자동화 등의 검토가 본격적으로 이루어지고 있어 전원측의 신뢰도가 매우 높아지고 있으나 공급선로의 고장으로 인한 순간전압강하나 순간정전이 상당한 영향을 주고 있는 것이 사실이다.

따라서 향후 정전의 영향이 큰 중요 산업현장에 대하여는 전력공급 신뢰도가 비교적 높은 별도의 공업단지 조성등 정책적인 배려도 필요하다고 판단된다.

재난관리책임기관 현황.hwp

재난상황정보 해일.pdf

장비운전자 실무교안(운전).ppt

열차운행선교육자료.hwp

출처-철도시설공단