한국화재보험협회 웹진 89호

이전 트래킹 화재사례 및 안전점검 활용 방안 이후

화재 시 실제구조물의 거동을 고려한 T형보의 내화성능 연구

글 이흥수 화재보험협회 화재조사센터, 공학박사

1. 머리말

전기화재 분석(Electrical fire analysis)의 저자 Robert A. Yereance는 트래킹(Arc tracking)을 가장 중요한 전기화재원인 중에 하나로 꼽았다. 그만큼 화재발생 빈도가 높다는 것인데, 실제로 2018년 국내 전기화재 통계에 의하면 전기화재 건수 10,471건 중에 11.2%에 해당하는 1,168건이 트래킹에 의한 화재로 분류되어 있다. 이것은 전기화재 10건 중에 1건 이상이 트래킹에 의한 화재라는 것을 의미하는 수치로서 트래킹 화재가 가정 및 산업현장 등에서 많이 발생하고 있다는 것을 방증하는 근거이다.

따라서 트래킹 화재를 예방하기 위한 목적으로 화재사례를 연구하고 안전점검에 활용할 수 있는 방안을 제시하였다.

2. 트래킹의 정의

트래킹은 전압이 인가된 이극도체 간 고체 절연물 표면에 오염물질(분진, 오존 등)이나 이를 함유하는 액체의 증기 또는 금속분 등의 도전성 물질이 부착하면 오염부 표면을 따라 미소전류가 흘러 발열이 지속되고 절연물을 탄화시켜 전극간에 탄화 도전로가 형성되는 현상을 말한다(NFPA 921, 2014 Edition, 9.9.4.5.1. Arc Tracking, SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 4th Edition, p. 3-485).

[그림 1] 트래킹 실험장면

3. 트래킹 화재의 진행 단계

1단계: 절연재료 표면의 오염

- 습기, 염분, 섬유질 또는 도전성 물질 등에 의해 절연체 표면의 오염

2단계: 누설전류 및 발열 및 미소 발광방전의 발생

- 절연체의 오염부분을 통해 누설전류가 흐르고 줄열의 발생 및 미소발광 방전 발생

3단계: 줄열 및 방전에 의한 표면의 탄화

- 미소발광방전이 반복적으로 계속되면서 열에너지에 의해 절연재 표면이 탄화되어 탄화 도전로 형성

4단계: 가연물의 착화

- 탄화 도전로에서 아크(Arc)가 발생하는 경우 고온의 열에너지에 의해 주위 가연물 착화

[그림 2] 트래킹의 진행 단계

4. 화재사례

가. 화재일시: 201○년 ○월 ○일(토) 05시 00분경

나. 화재장소: 경북 칠곡군 소재 ‘(주)○○금속’

다. 업 종: 공장(열처리)

라. 화재원인: 트래킹에 의한 차단기 등 가연물의 착화

[그림 3]은 열처리기 제어반의 연소상황을 보여주고 있다. 전체적인 연소흔적은 제어반의 주차단기를 중심으로 연소가 진행된 형태이다.

a) 제어반 및 그 주변의 연소상황

b) 제어반 내부의 연소상황

[그림 3] 제어반의 연소상황

[그림 4]는 주차단기를 근접 촬영한 사진이다. 사진에서 볼 수 있는 바와 같이 주차단기의 전원측 단자가 심하게 연소되었으며, 제어반의 금속 외함, 주차단기의 전원측 접속단자 및 전원선이 용융(아크열에 의한 용융)된 것을 확인할 수 있다. 이러한 연소흔적은 트래킹 화재현장에서 나타나는 전형적인 패턴으로서 단자 간 절연이 파괴되어 발생하게 된다.

a) 주차단기의 연소상황

b) 주차단기의 연소상황(차단기 덮개 분리 후)

c) b)의 □표시부분, 트래킹 흔적

[그림 4] 주차단기의 트래킹 흔적

트래킹이 발생하기 위해서는 오염물질이 단자 등 이극도체 사이에 부착되어야 한다. 화재현장의 공장에서 연소되지 않는 콘센트 및 차단기 등의 청소상태를 확인해 보았다.

[그림 5]는 콘센트 상부에 축적된 분진의 상황이다. 열처리 공장이기 때문에 금속분으로 판단되는 검회색의 분진이 축적되어 있다. 이뿐만이 아니다. [그림 6]은 다른 제어반의 주차단기 전원측 단자에 축적된 분진을 보여주고 있다. 단자 상부에 검회색의 분진이 수북이 쌓여 언제라도 트래킹이 발생할 수 있는 상태이다.

[그림 5] 콘센트 상부에 축적된 검회색 분진의 상황

[그림 6] 연소되지 않은 다른 제어반 내 설치된 주차단기의 상황
(전원측 단자에 검회색 분진이 다량 축적됨)

5. 예방대책 및 안전점검 활용

가. 트래킹은 차단기의 단자, 콘센트의 칼받이, 전선 노출부 및 PCB 단자 등의 2극 도체 사이에 분진, 수분 등의 오염물질이 부착되는 경우 발생하기 때문에 이러한 오염물질을 제거해 주어야 한다.

따라서 이들에 대한 청소상태를 확인하고 분진 또는 수분 등의 오염 물질이 축적되어 있을 경우에는 주기적으로 청소를 실시해야 한다.

[그림 7] 에어건(Air gun)을 이용한 청소 예시

나. 트래킹 화재를 예방하기 위해서는 2극 도체 사이에 오염물질이 축적되어도 도전로가 형성될 수 없는 조건을 만들어 주어야 한다. 차단기의 경우 트래킹을 예방하기 위해 단자간 분리판(Separator)을 설치하는 경우가 많이 있다.

만일 각종 시설에서 사용되는 차단기에 분리판이 설치되지 경우에는 분리판이 있는 차단기로 교체하는 등 보완하여 트래킹 화재를 예방해야 할 것이다.

[그림 8] 차단기 분진축적 우려부분에 분리판 설치 사례

다. 그 밖의 전기설비 외함(분전반) 등의 개구부는 분진 또는 수분 등 이물질의 침투 경로가 될 수 있으므로, 이물질이 침투할 수 없는 구조로 개구부를 밀폐하는 것도 트래킹 화재 예방에 도움이 될 것이다.