Study on the Development of Fire Investigation Techniques and Ignition Probability Experiments of Low Voltage Electrolytic Condenser

영주 박; 이표 홍; 기봉 고

doi:10.9798/KOSHAM.2016.16.6.247

Abstract

In this study, a reproduction experiment of ignition probability was conducted using five kinds of low-voltage electrolytic condensers(6.3 V, 10 V, 16 V, 25 V, and 50 V 1000 μF). When 1.14 times bigger voltage was applied to the low voltage electrolytic condensers, the temperature of the condensers was 34 degrees and when 1.70 to 2.22 times bigger voltage was applied, the maximum temperature was between 52 degrees and 55 degrees. Therefore, the temperature rose in proportion to the applied voltage and there was a high ignition possibility. Also, the temperature of the exterior and bottom of the low voltage electrolytic condensers was nearly 36 degrees, but the temperature of the upper safety valve was 30 degrees when there was a breakdown and the heating temperature increased in proportion to the current amount. The burning form by the external flame of the de energized low voltage electrolytic condensers was internal pressure expansion and the pole plate and the insulator projected outward. In addition, the upper safety case was broken and there was a small amount of soot. When physical damage was applied, the electrolyte spouted in the direction of physical damage.

Keywords: Condenser, Thermal Life, Fire Investigation, Ignition, Heating Temperature, Reproduced Experiments

요지

본 연구에서는 저전압 전해콘덴서 5종(6.3 V, 10 V, 16 V, 25 V, 50 V 1000 μF)을 대상으로 발화개연성 재현실험을 실시하였다. 과전압 인가에 따른 저전압 전해콘덴서 온도특성은 저전압 전해콘덴서에 전압 1.44배 인가 시 34°C로 측정되었으며, 1.70~2.22배 인가 시는 최고 온도는 52~55°C 사이인 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 인가전압이 높을수록 온도가 높은 경향을 보여 발화 위험성은 높은 것으로 나타났다. 또한, 절연파괴에 따른 저전압 전해콘덴서 외부 및 하단부의 온도는 36°C 정도로 측정되었으나 상부 안전판의 온도는 30°C임을 알 수 있었으며, 발열온도는 전류량이 증가할수록 높은 것을 알 수 있었다. 비통전 저전압 전해콘덴서의 외부 화염에 의한 연소형태는 내부 압력 팽창으로 극판 및 절연체가 바깥으로 돌출되었으며, 상부 안전케이스 파손 및 미량의 그을음이 나타났다. 물리적 손상을 가한 경우에는 물리적 손상을 입은 방향으로 전해액이 분출되는 것으로 식별되었다.

1. 서론

콘덴서는 1919년 GE사(미국)에 의해 개발된 이후 급속히 발전하여 현재 전압조정, 부하의 역률개선 등의 목적으로 전기 사용 장소에 이용된다. 그러나 장시간 사용 중에 가해지는 서지(Surge), 과전압, 유전손 등의 전기적, 열적 스트레스와 경년열화에 의해 절연 특성이 저하되어 절연파괴에 이르게 되며, 정전, 부하설비의 손상, 폭발 및 화재를 동반하는 경우가 종종 발생한다. 콘덴서는 부분방전이 발생하지 않는 장소에 설치 및 사용하여야 하며, 특히 부분방전이 발생하는 시점을 콘덴서의 수명(기대특성을 유지 할 수 없는 상태)으로 보며 전압열화의 영향보다 경년열화, 열적 스트레스에 의한 요인이 지배적이다(Kim, et al., 1998; Kim et al., 2008).

콘덴서의 유전재료 열화는 절연지 열화와 폴리프로필렌(polypropylene)필름의 열화가 있으며, 절연지의 경우, 열적 스트레스를 받게 되면 절연지가 분해되며, 분해생성물로 CO, CO₂ 가스가 발생, 절연유종에 용존(溶存)하게 된다. 그리고, 가스농도의 증대에 의해 절연유의 절연내력이 저하되고 부분방전 특성이 낮아지게 된다. 또한, 투입 시에 과전압에 의해 부분 방전이 발생하며 방전에 의해 절연유가 분해되고 분해가스는 H₂, C₂H₂가 발생, 점차 부분 방전 전하가 증대되다가 최종적으로 절연파괴에 이르게 된다(Kim, et al., 1998)

PP 필름의 경우에는 열 스트레스에 의한 PP 필름의 직류 내전압 특성이 저하하는 경향을 나타낸다. 콘덴서의 유전체는 복수판으로 구성되어 필름의 열화에 의해 약점부분이 생기게 되고 결국 소자의 절연 레벨은 저하된다. 또한 PP 필름의 열화는 소자의 절연내력에 영향을 미치기 이전에는 유증가스 농도 증대에 의해 부분 방전 절연 특성이 저하되기 때문인 것으로 추정할 수 있다(Kim, et al., 1998;).

본 연구에서는 콘덴서 관련 다양한 연구(Ju, et. al. 2004; Kwak, 2004; Kim, 2008; Kim, et. al. 2009; Kim, et. al. 2009)들이 진행되고 있지만, 화재재현실험은 미미한 실정이므로 콘덴서의 재현실험을 실시하였다. 콘덴서의 과전압 인가의 화재재현을 위하여 정상 저전압 전해콘덴서를 니퍼 등을 이용하여 물리적 손상을 가하는 방법으로 발화개연성 실험을 실시하였으며, 향 후 화재조사 분야의 감식·감정에 있어 과학적이고 실질적인 자료 제공에 목적이 있다.

2. 화재 사례

2.1 콘덴서 관련 화재 사례

2.1.1 사례 [1]

강원도 동해시 망상동 724번지에서 2015년 03월 07일 04:23분에 콘덴서 관련 화재가 발생하여 인명피해는 없었으나 재산피해가 892천원 발생하였다(NEMA, 2009). 발화지점은 목공실 출입구 좌측 목공용 도료 보관함에서 발생하여 주변벽면 및 천장 일부로 연소확대 되었다(Fig. 1, 2). 원인으로는 발화부분에서 발견된 키폰이 전체적으로 소훼되어 있었으며, 기판의 우측부분이 심하게 소훼(Fig. 3, 4)되어 키폰의 기판 이상 발열로 추정되었다. 키폰의 기판 이상 발열은 콘덴서의 과전압 발열로 인한 것으로 추정되었다.

Fig. 1

Ignition Area.

Fig. 2

Burned Vanish of Wall and Ceiling.

Fig. 3

Keyphone

Fig. 4

Board of Keyphone.

2.1.2 사례 [2]

강원도 H시장 지하식당에서 2013년 12월 26일 08:47분에 화재가 발생하였다(NEMA, 2009). 인명피해는 없었으며 재산피해로 천장 3.3m² 그을음 및 형광등 1개 소실되었다.

원인으로는 식당 천장에 설치된 형광등에서 발생한 화재로, 형광등 내부 콘덴서 절연이 파괴되어 이상 발열하여 발생하였으며, 최초 발화지점은 식당 천장 형광등으로 한정되었고, 형광등 외부 연소패턴을 볼 때 좌측의 콘덴서를 중심으로 강한 열을 받은 것으로 판단하였다(Fig. 5, 6).

Fig. 5

Fluorescent Lights Ceiling Mounted (First Point).

Fig. 6

Loss of Condenser.

3. 실험내용 및 방법

3.1 실험조건 및 동원장비

실험기간 중 기온은 20~23.8°C 사이였으며, 습도는 61~78% 사이였다. 이에 대하여 Table 1에 제시하였다. 실험 장치는 콘덴서에서 발생하는 열을 측정하기 위한 적외선 열화상카메라(FLUKE사 TI40FT)와 열화상 카메라에서 수신된 데이터를 분석하기 위한 노트북, 콘덴서에 가변 전압을 인가하기 위한 가변직류 전원 공급장치(Odacore, EX 100-6, 측정범위 0~100 V, 0~6 V/1 CH), 기록용으로 비디오 카메라 2대 및 디지털 카메라를 사용하였다. 또한, 저전압 전해콘덴서 외부를 촬영하기 위한 실체현미경은 라이커 5555를 사용하였으며, 내부를 촬영하기 위한 X-Ray 튜브의 전압은 Tube Voltage : 130 kv 이상이며 초점은 5 μm spot size(이하)인 X-Ray 5130을 사용하였으며, 시료는 콘덴서 4종(10 V, 16 V, 25 V, 50 V 1,000 μF)을 사용하였으며, 실험장치는 Fig. 7~10, Table 3에 제시하였다.

Table 1

Weather of During the Test Period.

Date	Weather	Temperature(°C)	Humidity(%)
7. 20.	lucidity	20	65
7. 21.	lucidity	21.9	76
7. 22.	lucidity	21.6	78
7. 23.	lucidity	22	62
7. 24.	lucidity	23.8	61

Fig. 7

Experimental Apparatus.

Fig. 8

X-ray.

Fig. 9

Stereomicroscope.

Fig. 10

Experiment Samples.

Table 2

Mobilized Equipment on Experiments.

Equipment	Variable DC power supply	Motherboard	Condenser(0 V X 1,000 μF)
Quantity	Variable DC power supply	Motherboard	10 V	16 V	25 V	50 V
211	1	10	200	200	200	200
Equipment	Thermal imaging camera	Phone	Recording Equipment
Quantity	Thermal imaging camera	Phone	Camcorder	Camera	Stereomicroscope	X- ray
17	1	10	2	2	1	1

3.2 실험방법 및 절차

과전압 인가에 따른 콘덴서 외부 변화 실험 장치는 가변직류 전원공급장치와 기록용으로 비디오카메라 2대 및 디지털 카메라를 사용하였다. 실험시료는 콘덴서 6.3 V 4종, 10 V 4종, 16 V 4종, 25 V 4종, 50 V 4종을 사용하였다. 실험 장면은 Fig. 11, 12에 나타내었다.

Fig. 11

Experimental Apparatus.

Fig. 12

Experiment Scene.

또한, 과전압 인가에 따른 저전압 전해콘덴서 8종에 대하여 실험종료 후 X-Ray 장비를 이용하여 저전압 전해콘덴서 내·외부 연소형태를 관찰하였다. 과전압 인가에 따른 저전압 전해콘덴서 4종에 대한 발열 온도를 측정하기 위한 인가전압은 Table 3에 제시하였으며, 실험절차는 아래 절차에 의해 진행하였다.

Table 3

Applied Voltage.

Condenser	6.3 V	10 V	16 V	25 V	50 V
	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
	μF	μF	μF	μF	μF
Applied voltage (V)	15	17	28	54	72

① 콘덴서 6.3 V 4종, 10 V 4종, 16 V 4종, 25 V 4종, 50 V 4종을 가변직류 전원 공급장치에 연결한다.

② 각종 계측장비(열화상카메라, X-Ray, 실체현미경 등)를 준비한다.

③ 가변직류 전원공급장치 과전압 인가

④ 실험 중 폭발하면 실험 중단한다

⑤ 콘덴서 종류별 폭발형태를 관찰한다

⑥ 실험의 정확도를 높이기 위해 각 시료마다 5회 이상 실험을 실시한다.

절연파괴에 따른 저전압 전해콘덴서 온도변화 측정하기 위해 전류가 인가된 상태에서 10분간 내부 온도변화를 측정하고, 실험시료는 저전압 전해콘덴서 6.3 V, 10 V, 16 V, 25 V, 50 V 각각에 대한 온도를 측정하였다.

비통전 저전압 전해콘덴서 외부화염에 의한 연소형태 관찰 실험으로 부터 감식하기 위한 시료는 10 V, 100 μF, 10 V 1,000 μF, 50 V 10 μF, 16 V 1,000 μF를 사용하였으며, 정상적인 저전압 콘덴서와 과전류를 인가하여 내부가 단락된 저전압 콘덴서를 사용하였다. 외부화염은 가스토치를 시용하였다. 실험 장면은 Fig. 13에 나타내었으며, 실험시료는 Fig. 14에 나타내었다. 또한, 물리적 손상을 가한 콘센서 과전압 인가실험에 있어서는 정상 저전압 전해콘덴서를 니퍼 등을 이용하여 물리적 손상을 가하여 과전압을 인가 후 내·외부를 관찰하였다.

Fig. 13

Experiment Scene.

Fig. 14

Experiment Samples.

4. 실험 결과

4.1. 과전압 인가에 따른 연소형태 및 온도특성

4.1.1 6.3 V 470 μF 콘덴서에 3배 전압인가의 연소형태

콘덴서에 정격전압의 3배인 20 V를 인가한 경우 내부에서 연기가 식별되었으며, 전압이 지속적으로 인가되었다. 최고 온도는 51°C로 측정되었으며, Fig. 15의 (a), (b)에 나타내었다. 실험 종료 후 실체현미경으로 감식한 결과, 전극판 및 절연체가 하부로 분출된 형태로 식별되었다(Fig. 15 (b), (c)).

Fig. 15

Combustion form for applied voltage of 3 Pear at the condenser 6.3[V] 470[μF].

4.1.2 6.3 V 1000 μF 콘덴서에 3배 전압인가의 연소형태

저전압 전해콘덴서에 정격전압의 3배인 20 V를 인가한 경우 내부에서 연기가 식별되었으며 전압이 지속적으로 인가되었다. 최고 온도는 51°C로 측정되었다(Fig. 16 (a), (b)). 실험 종료 후 콘덴서를 실체현미경으로 감식한 결과, 상부 케이스가 부풀어 오른 형태로 식별되었다(Fig. 16 (c), (d)).

Fig. 16

Combustion form for Applied Voltage of 3 Pear at the Condenser 6.3 V 1000 μF.

4.1.3 10 V 100 μF 콘덴서에 3배 전압인가의 연소형태

저전압 전해콘덴서에 정격전압의 3배인 20 V를 인가한 경우 내부에서 연기가 식별되었으며, 전압이 지속적으로 인가되었다. 최고 온도는 51°C로 측정되었으며, 실험장면은 Fig. 17 (a), (b)에 나타내었다. 실험 종료 후 콘덴서를 실체현미경으로 감식한 결과 전극판 및 절연체가 하부로 분출된 형태로 식별되었다(Fig. 17 (c), (d)).

Fig. 17

Combustion form for Applied Voltage of 3 Pear at the Condenser 10 V 100 μF.

4.1.4 16 V 10μF 콘덴서에 5배 전압인가의 연소형태

저전압 전해콘덴서에 정격전압의 5배인 80 V를 인가한 경우 폭발현상이 식별되었으며, 최고 온도는 47°C로 측정되었다. 실험장면은 Fig. 18의 (a), (b)에 나타내었다. 실험 종료 후 콘덴서를 실체현미경으로 감식한 결과, 전극판 및 절연체가 하부로 분출된 형태로 식별되었다(Fig. 18(c), (d)).

Fig. 18

Combustion form for Applied Voltage of 5 Pear at the Condenser 25 V 22 μF.

4.1.5 25 V 22 μF 콘덴서에 2배 전압인가의 연소형태

저전압 전해콘덴서에 정격전압의 2배인 50 V 를 인가한 경우 안전판 개방 및 연기가 발생하였으며, 폭발되는 경우도 발생하였다.

실험 당시 최고온도는 51°C로 측정되었으며, 실험장면은 Fig. 19의 (a), (b)에 나타내었다. 실험 종료 후 콘덴서를 실체현미경으로 감식한 결과, 전극판 및 절연체가 하부로 분출된 형태로 식별되었다(Fig. 19의 (c), (d)).

Fig. 19

Combustion form for Applied Voltage of 2 Pear at the Condenser 25 V 22 μF.

4.1.6 25 V 470 μF 콘덴서에 2배 전압인가의 연소형태

저전압 전해콘덴서에 정격전압의 2배인 50 V를 인가한 경우 저전압 전해콘덴서 내부 압력 팽창으로 인해 안전판이 부플어 오르는 현상이 식별되었다. 실험 당시 최고온도는 51°C로 측정되었으며, 실험장면은 Fig. 20의 (a), (b)에 나타내었다.

Fig. 20

Combustion form for Applied Voltage of 2 Pear at the Condenser 25 V 470 μF.

실험 종료 후 콘덴서를 실체현미경으로 감식한 결과, 전극판 및 절연체가 하부로 분출된 형태로 식별되었으며, 상부케이스가 부풀어 오른 형태로 식별되었다(Fig. 20. (c), (d)).

4.1.7 50 V 10 μF 콘덴서에 1.8배 전압인가의 연소형태

저전압 전해콘덴서에 정격전압의 1.8배인 90 V를 인가한 경우 저전압 전해콘덴서 전극 및 유전체가 하부 쪽으로 튀어 나오는 현상이 식별되었으며, 내부 압력 팽창으로 인해 폭발 후 화재 현상이 식별되었다. 실험 당시 최고 온도는 72°C로 측정되었다. 이에 대하여 Fig. 21의 (a)와 (b)에 나타내었다. 실험 종료 후 콘덴서를 실체현미경으로 감식한 바 전극판 및 절연체가 하부로 분출된 형태로 식별되었으며, 상부 케이스가 폭발된 형태로 식별되었다(Fig. 21. (c), (d)).

Fig. 21

Combustion form for Applied Voltage of 1.8 Pear at the Condenser 50 V 10 μF.

4.1.8 50 V 1000 μF 콘덴서에 1.8배 전압인가의 연소형태

저전압 전해콘덴서에 정격전압의 1.8배인 90 V를 인가한 경우 저전압 전해콘덴서 전극 및 유전체가 하부쪽으로 튀어 나오는 현상이 식별되었으며, 대다수의 저전압 전해콘덴서 외피가 폭발하는 현상이 식별되었다. 실험 당시 최고온도는 74°C로 측정되었으며, 실험 장면은 Fig. 22의 (a), (b)에 나타내었다. 실험 종료 후 콘덴서를 실체현미경으로 감식한 바 전극판 및 절연체가 하부로 분출된 형태로 식별되었으며, 상부케이스가 부풀어 오른 형태로 식별되었다(Fig. 22 (c), (d)).

Fig. 22

Combustion form for Applied Voltage of 1.8 Pear at the Condenser 50 V 1000 μF.

4.1.9 과전압 인가에 따른 온도 특성

Fig. 23에는 과전압 인가에 따른 온도측정을 열화상카메라로 측정한 사진이다. 외부 온도를 측정한 결과 6.3 V 1,000 μF, 10 V 1,000 μF, 16 V 1,000 μF, 25 V 1,000 μF의 경우 인가저압을 14~54 V를 가하였을 때 즉, 1.70~2.22배 인가하였을 때는 최고온도는 52~55°C 사이로 측정되었다. 하지만, 50 V 1,000 μF의 경우 인가전압 72 V를 가하였을 때 즉, 인가전압 1.44배 증가 시는 34°C인 것으로 나타났다. 따라서, 인가전압이 높을수록 온도가 높은 경향을 보여 발화 위험성은 높은 것으로 나타났다. 이에 대하여 Table 4에 제시하였다.

Fig. 23

Measurement of the Outside Temperature.

Table 4

Temperature Characteristics according to the Applied Voltage.

Division	Applied voltage V	Endding time of test	Temp.(°C)
6.3 V 1,000 μF	14	4 minute 25sec	53
10 V 1,000 μF	17	6 minute	52
16 V 1,000 μF	28	4 minute 50sec	55
25 V 1,000 μF	54	10 minute	53
50 V 1,000 μF	72	10 minute	34

4.1.10 과전압 인가 및 외부화염에 따른 X-Ray에 의한 내·외부 연소 형태 관찰

Fig. 24에는 과전압 인가에 따른 저전압 전해콘덴서 8종에 대한 결과를 실험종료 후 콘덴서를 X-Ray 내부의 연소형태를 관찰하였다. 전극판 및 절연체가 상부 및 하부로 분출된 형태로 식별되었다. Fig. 25에는 과전압 10분 인가에 따른 저전압 전해콘덴서 4종에 대한 결과를 나타내었다. 실험종료 후의 콘덴서를 X-Ray 외부의 연소형태를 관찰한 결과, 전극판 및 절연체의 변화를 식별할 수는 없었다.

Fig. 24

Combustion Type of Internal according to the Overvoltage Applied.

Fig. 25

Combustion Type of External according to the Applied 10 Minute of Overvoltage.

4.2. 절연파괴에 따른 저전압 전해콘덴서 온도변화

저전압 전해콘덴서 외부 및 하단부의 온도는 36°C정도로 측정되었으나 상부 안전판의 온도는 30°C로 측정되었다.

이는 상단부에 있는 안전핀 밑에 있는 공간(저전압 전해콘덴서 내부에서 발생하는 가스를 저장하는 공간)에 열기가 축척되면서 발생하는 것으로 사료되며, 발열온도는 전류량이 증가할수록 높게 나타난다. 이에 대하여 Table 5에 제시하였다.

Table 5

Temperature Changes of Low-voltage Electrolytic Capacitors.

Division	0	60	120	180	240	300	360	420	480	540	600
6.3 V	27.4	31	31.5	34.5	43.6	-	-	-	-	-	-
10 V	27.6	28	27.8	31.2	35.5	41.6	53	-	-	-	-
16 V	28	31.5	35.4	39.5	44.4	55.5	-	-	-	-	-
25 V	28	29.3	31.2	33.6	36.4	38.7	40.9	42.4	44.3	46.3	53
50 V	27.4	28.4	30.2	31.4	32.3	33.2	33.8	34.5	34.9	35.4	35.7

4.3 비통전 저전압전해콘덴서 외부화염에 의한 연소 형태 관찰

50 V 1,000 μF 저전압 전해콘덴서는 내부 압력 팽창으로 극판 및 절연체가 바깥으로 돌출되었으며, 케이스 상부의 λ가 벌어진 형태로 식별되었으며, 손상된 저전압 전해콘덴서로 단락된 저전압 전해콘덴서는 1차 단락으로 극판 및 절연체가 바깥으로 나온 상태 그대로 유지하였다(Fig. 26의 (a)). 또한, (b)에 나타나듯이 내부의 압력팽창으로 가스가 방출되면서 상부에는 그을음이 부착되지 않은 상태로 식별되었으며, 상부 안전판의 λ가 부풀어진 형태로 식별되었다.

Fig. 26

Combustion form by External Flame for Low-voltage Electrolytic Capacitors of Deenergized.

4.4 저전압 콘덴서의 물리적 손상 관찰

정적인 전압 전해콘덴서(저전압 전해콘덴서)를 니퍼 등을 이용하여 물리적 손상을 가하여 과전압을 인가 후 내·외부 관찰하여 아래와 같은 결론을 도출하였다.

Fig. 27의 (a)의 16 V X 2,200 μF 이 경우에는 파손부위로 전해액이 방출되엇으며, 다른 특이사항 식별되지 않았다. 또한, Fig. 27의 (b)의 저전압 전해콘덴서 상부 파손(6.3 V X 470 μF)의 경우에는 파손 부위로 전해액 방출되었으며, 하부쪽 외형변화 식별되었다. Fig. 27의 (c)의 저전압 전해콘덴서 측면 파손(16 V X 2,200 μF)이 경우에는 파손부위로 전해액 방출되었으며, 다른 특이 사항은 식별되지 않았다. 또한, Fig. 27의 (d)의 저전압 전해콘덴서 측면 파손(6.3 V X 470 μF)의 경우에는 파손부위로 전해액이 방출되었으며, 하부쪽 외형변화 식별되었다.

Fig. 27

Physical Damage of Normal Low-voltage Electrolytic Capacitors.

5. 화재감식기법 개발

5.1 저전압 전해콘덴서 단락흔 관찰

저전압 전해콘덴서 케이스를 분해 내부 전극판의 단락흔적(망울 또는 손상)을 관찰하고, X-Ray 촬영으로는 감정할 수 없다.

저전압 전해콘덴서 관련 화재 발생 시 멀티테스터기로 정상, 손상된 저전압 콘덴서인 50 V X 1,000 μF의 저항 값을 측정한 경우, 모두에서 저항이 측정되었다. 이는 멀티테스터기 내부의 건전지로 인해 폐회로가 형성되기 때문이다. 아래 Fig. 30, 29는 멀티테스터기로 측정한 경우이다.

Fig. 28

Normal Condenser.

Fig. 29

Damaged Condenser.

Fig. 30

50 V X 1,000 μF Normal.

Fig. 30과 31은 콘덴서 측정 장면으로 측정 장비는 Protek 9216A Digital LCR Meter를 사용하였으며, 50 V X 1,000 μF 콘덴서가 정상적인 경우 저항이 0.98 Ω이 측정되었지만, 내부가 단락된 경우에는 2.80 Ω이 측정되었다.

Fig. 31

50 V X 1,000 μF Internal Short Circuit.

5.2 저전압 전해콘덴서 케이스의 상부 및 하부 파손상태 확인

정상적인 저전압 전해콘덴서의 경우에는 내부 압력 팽창으로 극판 및 절연체가 바깥으로 돌출되고, 케이스 상부의 λ가 벌어진 형태로 식별됨에 따라 내부의 압력팽창으로 가스가 방출되면서 상부에는 그을음이 부착되지 않은 상태로 식별되었다. 단락된 저전압 전해콘덴서는 1차 단락으로 극판 및 절연체가 바깥으로 나온 상태 그대로 유지, 상부 안전판의 λ가 부풀어진 형태로 식별되었다.

5.3 저전압 전해콘덴서의 내부 전기적 손상 흔적 확인

정상적인 콘덴서가 내부의 전기적 요인으로 발화할 경우에는 내부 전극판에 전기적인 용흔을 나타내고 있으며(Fig. 32), 상부 케이스가 벌어진 형태로 식별되어(Fig. 33) 외부화염에 의해 저전압 전해콘덴서가 완전히 소실되지 않는 한 원형을 보존하고 있다.

Fig. 32

Evidence for Electrical Arcing and Short-common Appeared on the Electrode Plate.

Fig. 33

Flared Shape of the Upper Case.

5.4 전기적 손상을 입은 저전압 전해콘덴서의 그을음 영향 분석

외부화염의 영향을 받은 저전압 전해콘덴서에 비해 케이스 상부에 그을음이 많은 경향이 있다. 그 이유는 외부화염을 받은 저전압 전해콘덴서는 내부압력의 영향을 받았기 때문인 것으로 판단된다.

6. 결론

본 연구에서는 저전압 전해콘덴서에 대한 발화개연성 재현실험을 실시하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

1) 절연파괴에 따른 저전압 전해콘덴서 외부 및 하단부의 온도는 36°C 정도로 측정되었으나 상부 안전판의 온도는 30°C임을 알 수 있었으며, 발열온도는 전류량이 증가할수록 높은 것을 확인할 수있었다.
2) 비통전 저전압 전해콘덴서의 외부화염에 의한 연소형태는 내부 압력 팽창으로 극판 및 절연체가 바깥으로 돌출되었으며, 상부 안전케이스 파손 및 미량의 그을음이 적게 식별되었다.
3) 물리적 손상을 가한 콘덴서의 과전압 인가실험에서는 물리적 손상을 입은 방향으로 전해액이 분출되는 것이 식별되었다.
4) 콘덴서가 원인이 된 화재현장에서는 저전압 전해콘덴서 케이스 내부 전극판의 단락흔을 관찰하고, X-Ray 촬영으로는 감정할 수 없다. 정상적인 저전압 전해콘덴서의 경우에는 내부 압력 팽창으로 상부에는 그을음이 부착되지 않은 상태로 식별되며, 외부화염에 의해 저전압 전해콘덴서가 완전히 소실되지 않는 한 원형이 보존됨을 식별하는 것이 중요하다. 또한, 전기적 손상을 받은 전해콘덴서는 외부화염의 영향을 받은 저전압 전해콘덴서에 비해 케이스 상부에 그을음이 많은 경향이 있는 점의 감식이 중요하다.

저전압 전해콘덴서의 발화개연성 실험 및 화재감식기법 개발에 관한 연구