2.1 실태조사

전기설비는 전기사업법 제2조 제16호에 의거 전기사업용, 일반용, 자가용전기설비로 분류하고 있다(Electric Utility Act, 2018). 그중 고전압 및 용량 75 kW 이상의 자가용전기설비의 배전반 및 분전반의 화재위험요소 실태조사를 위해 2018년 5월부터 7월까지 3개월간 서울 전역의 전기안전관리자를 선임 또는 대행하는 자가용전기설비 대상 100개소를 선정하여 일반적인 전력 기기에서의 온도차에 따른 판정기준인 적외선 열화상 진단을 위해 적외선 열화상카메라로 온도분포를 실시간으로 측정하여 자가용전기설비의 배전반 및 분전반의 이상과열 상태를 조사하여 전기화재위험요소를 도출하였다.

2.2 화재위험요소 분석 실험

누전차단기 2P20A 삽입형 터미널에 2.5 ㎟ HIV전선 접속하여 부하를 연결하였을 경우 접촉저항이 증가할 때 제1산화동(CuO) 또는 아산화동(Cu2O)증식에 따른 발열현상에 의해서 Fig. 1 그래프와 같이 온도 상승이 300 ℃이상 상승하다가 열에 의해 동선이 팽창하여 동선 접촉면적이 커지면 접촉저항이 줄어 열의 발생이 줄어든다. 또다시 냉각되면 접촉저항이 증가하고 온도가 상승하여 그래프와 같은 파형이 연속 적으로 나타난다. 높은 온도가 계속 발생되면 피복이 손상되고 화재의 원인이 된다.

Fig. 1

Heat Phase Temperature Change in Short Circuit Braker

2.3 점검결과

㈜서울전기안전공사의 자가용전기설비의 배전반 및 분전반 점검결과 Table 4와 같이 나타나 관리상태는 대체적으로 양호하다고 할 수 있으나, 일부 배전반 및 분전반에서 이상과열 상태를 확인하였으며, 그중 절연파괴 7개소(7%), 접촉불량 5개소(5%), 복수결함 2개소(2%)로 나타났다.

Table 4

Status Survey Result

Fig. 2(a)는 정상적인 분전반 내의 전기기기 및 전선의 온도분포이며, Fig. 2(b)는 노후 된 배전반에서 사용 연수에 따라 배선용차단기 및 전선의 노후로 절연상태가 열화되어 과열된 경우로 화재발생이 우려 되었다.

Fig. 2

Overheating by Insulation Deterioration

접촉불량은 Fig. 3과 같이 분기회로 단자의 볼트가 헐거워지면서 전선과 단자의 접촉불량으로 인해 이상과열이 발생되었다. 이 경우 접속부재가 탄화되어 화재로 이어질 수 있다. 이러한 결과를 통해 접속부분이 전기적, 기계적으로화재에 취약함을 확인할 수 있었다.

Fig. 3

Overheating Caused by Poor Contact

3.1 배전반⋅분전반의 화재감지

배전반⋅분전반의 화재감지에 대한 기술은 지속적으로 연구⋅개발되고 있으며, 최근 배전⋅분전반 내부에 설치된 온도센서, 아크센서, 연기센서, 가스센서로 화재를 감지하는 다양한 기술이 접목 되고 있다. 그러나 이러한 기술은 화재가 발생한 후에 감지하고 알려주는 문제점이 있으므로, 배전⋅분전반의 상황을 실시간으로 예측하여 화재위험요소를 사전에 감지하여 화재를 예방 할 수 있는 연구⋅개발이 지속적으로 이루어져야 한다.

Fig. 4는 현재 개발되어 사용되고 있는 초음파, CO가스, Arc, 초소형카메라, 열화상카메라 등의 기능을 복합적으로 탑재하여 화재를 사전 감지할 수 있는 시스템이다. 최소한의 설치공간이 필요한 장비로 전산센터 등의 주요시설에 보급되고 있다.

Fig. 4

Composite Sensor Example

3.2 배전반 및 분전반의 화재 소화

최근 배전반 및 분전반의 화재진압대책 기술들은 여러 형태로 연구⋅개발 되어있다. 현재 연구⋅개발되어 있는 기술들은 일정 공간의 화재를 소화하는 기술과 배전⋅분전반 내부에서 발생되는 화재를 소화하는 기술이 있다. 자동식소화장치의 종류는 용기형 가스 소화장치, 튜브형 가스 소화장치(유리밸브형, 튜브형), 고체에어졸 소화장치 등이 있다. 그러나 자동식 소화장치의 경우에는 EPS 및 UPS실 내부에만 설치하고 있기 때문에 분전반 내부에서 발생된 화재를 초기에 진압할 수 없어 실적적인 연소확산방지 대안이 되지 못하고 있다. 따라서 분전반 내부에서 발생된 화재를 초기에 진압하기 위한 소화장치 설치가 필요하다.

Fig. 5

Small Space Automatic Fire Extinguisher

3.3 전선⋅케이블의 난연화(내열전선의 내열성능)

화재 시 전선⋅케이블의 손상을 방지하기 위해 다양한 난연 전선⋅케이블 및 연소방지도료, 기타 화재피해 저감을 위한 연구가 지속적으로 수행되고 있다(Lee and Cho, 2018). 그러나 일반 전선⋅케이블은 전기특성, 시공성 등 정상상태에서는 뛰어나지만 전기도체 이외에는 합성고무, 플라스틱으로 구성되어 있기 때문에 화재가 발생하면 짧은 시간에 급격히 연소가 확대된다(Murota, 2014). 또한 화재 시 발생되는 유독가스로 인하여 소화 활동의 장애와 인명피해가 커지며, 전기설비에 막대한 손해를 초래하게 된다.

따라서 화재 시에도 전선⋅케이블의 기능을 유지하는 새로운 연구⋅개발이 필요하다. 또한 절연재료로 사용되는 고분자 재료의 경우 전기적인 성능은 우수하지만, 화재 시에 작용을 살펴봐야 하며, 전기적인 특성뿐만 아니라 절연재료의 발화온도, 발열량, 산소지수 등 연소특성에 대한 연구가 필요하다.

3.4 배전반⋅분전반의 사용연한의 제도화

우리나라의 배전⋅분전반시설은 사용연수에 대한 권고사항은 있으나 강제규정이 없어 노후 배전⋅분전반이 교체되지 않고 그대로 사용되는 실정이다. 또한 배전⋅분전반의 노후화로 고장 빈도가 높아지면서 이를 개선하기 위한 감시⋅예측하는 기술은 다양하게 연구⋅개발되고 있으나, 화재를 저감하기 위한 노력은 부족한 실정이다. 따라서 사용연한을 제한하기 위한 제도적인 개선과 기존에 설치된 배전반과 분전반에 대한 성능시험 기준마련이 시급한 실정이다.