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전기화재 대응 첨단기술: 예방 솔루션과 발화점 소화

  • 작성자: 스펙스테크
  • 작성일: 2020-03-13 15:10:24
  • 조회수: 2482

전기화재 대응 첨단기술: 예방 솔루션과 발화점 소화

 

대규모 정전은 사회를 마비시키고 파괴할 정도로 잠재적 위험이 큰 재난이다. 이러한 정전 사태는 전기화재에 의해 촉발되 기도 한다. 앞서 살펴본 것처럼 전기화재는 전체 화재사고에서 적지 않은 비중을 차지한다. 전기적 요인에 의한 발화는 최 초의 착화물에 의해서 화재로 촉발된다. 대부분의 전기화재에서 전기전자제품이 착화물로 작용한다. 세부적으로 전선피복 이 57.9%이고, 전기전자기기의 콘센트나 스위치류에서 착화가 일어나기도 한다. 따라서 전선피복을 난연성이나 불연성 재 료로 만드는 노력이 이어지고 있다. 이외에도, 전기화재를 방지하기 위해 첨단기술이 사용되기도 한다. 화재 모니터를 위한 다양한 장치들이 개발되고 있고, 방대한 데이터를 수집해 화재의 위험을 예보하는 인공지능 개발도 이루어지고 있다. <편집부>

 

영국처럼 해상자원이 풍부한 나라에서는 대규모 풍력 발전단지들이 만들어지고 있다. 그러나 2013년 아드로 산(Ardrossan) 등에서 발생한 화재처럼, 풍력발전이 늘 어나는 만큼 화재사고도 증가하고 있는 추세다. 2019년 6월에 노르웨이 오슬로에 있는 넬(NEL)사의 수소충전 소에서는 수소저장시스템의 플로그 이상으로 화재사 고가 발생하기도 했다. 한국도 재생에너지와 연계된 ESS에서 화재사고가 끊이지 않았다. 정부 차원의 원인 조사와 대책 등이 발표됐지만 배터리업계와 재생에너 지 발전사업자는 어려움을 겪을 수밖에 없었다. 이처럼 발전 및 송배전 설비 등의 사고는 큰 경제적 손실로 이 어지곤 한다. 2012년 3월 독일에서 발생한 그로스 아일 스토르프(GroßEilstorf) 풍력발전단지에서 3 ㎿ 1기에 화재가 발생해 40만 유로(한화 5억3,000만 원)의 경제 적 손실을 입었다. 화재는 고조파 필터가 느슨하게 결 합돼 발생한 아크플래시(arc flash)가 원인이었다. 최근에는 디지털전화 또는 4차 산업혁명의 바람과 함 께, 막대한 피해를 유발하는 전기화재를 감시하고 미연 에 방지하기 위해 최첨단 기술이 연구·개발되고 있다. 영국 임페리얼 칼리지(Imperial College London)는 2017년에 풍력발전기의 고장 유형 분류와 감시 및 진단에 인 공지능을 활용하는 연구를 발표한 바 있다. 미국 재생 에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory: NREL)는 인공지능 기반의 자율 에너지관리 플랫폼인 AEGs(Autonomous Energy Grids)을 개발하고 있다. 이 플랫폼은 극단적 기후와 배전망 사고에 따른 전력망 고 장을 예측하는 실증사업으로서, 다양한 기계학습 기법 을 ESS와 풍력, 태양광, 전기차, 건물, 계통 연계를 제어 하는 데 적용하고 있다. AEGs는 전력공급 신뢰동에 문 제가 발생할 경우 스스로 예측과 대응, 복구가 가능하 다. 이외에도 미국 에너지부(Department of Energy)는 배전망의 회복력을 위해 인공지능(기계학습) 기반의 플 랫폼인 GRIP(Grid Resilience & Intelligence Platform) 을 구현하기도 했다. 미국은 이 플랫폼을 기반으로 현 재 전력 균형을 위한 예지분석(Predictive Analytic) 연 구를 수행하고 있다. 국내에서도 건물 내 화재의 예방, 시스템관리, 비상대응, 비상상황 관리를 위한 유무선복합 방재시스템 등의 연 구·개발이 활발하다. 현재 다양한 분야의 기술 발전과 더불어 무선 분야 또한 많은 기술 발전을 이루었고 있기도 하다. 한국소방산업기술원이 낸 자료에 따르면 사물 인터넷 화재감지기의 국내시장 규모는 2016년 8,818억 원 에서 올해까지 약 1조1,255억 원 규모로 성장할 것으로 전망했다. 이는 연평균 성장률 5.0%에 이른다. 이어서 화재 화재 예방과 효율적 에너지 관리를 위한 통합 솔루션 사례로 슈나이더일렉트릭(schneider electric)의 사례와 함께 ㈜스펙스테크의 ‘발화점 소화’ 라고 하는 획기적인 화재진압 기술을 소개한다.

 

회로 고장이나 과전류를 예방하는 스마트 장치

 

건조한 날씨가 많은 봄철에 접어들면서 화재 및 안전사 고의 우려가 증대되고 있다. 특히 전기 에너지가 가장 많이 사용되는 산업 현장이나 제조시설, 공조시설의 경우 안전사고가 대형 화재와 인명피해, 재산손실로 이 어질 수 있다. 따라서 기존 전력을 안전하게 사용하면 서 효율적으로 관리할 수 있는 시스템에 대한 요구가 커지고 있다. 이러한 요구에 부응할 수 있는 사례로는 슈나이더일렉트릭의 솔루션이 있다. 슈나이더일렉트릭 은 일반 건물뿐만 아니라, 산업 현장에서 전력 수요의 증가로 인해 발생하는 화재를 예방하고 효율적으로 에 너지를 관리하기 위한 통합솔루션을 소개한 바 있다. 미국화재예방협회(NFPA: National Fire Protection Association)가 발표한 2019년 보고서에 따르면, 미국의 상업용 건물에서 매년 약 10만 건의 화재가 발생하고, 이로 인한 경제적 손실은 무려 30억 달러 (한화 약 3조 5,500억원)에 달한다고 한다. 화재사고는 복구로 인한 사업 중단, 중단 기간 동안의 시장 점유율 손실 등 치명 적인 결과로 이어지곤 한다. 산업현장의 화재 사고는 비 즈니스는 물론, 작업자의 생명을 직접적으로 위협한다. 산업 현장 전기화재 원인의 14%가 과전류가 감지되지 않는 노후 배선 및 회로로 인해 발생하고 있어 미국화 재예방협회(NFPA)가 제안하는 안정적이고 혁신적인 제품, 중앙 집중식 시스템에 의해 강화되고 능동적인 사고 예방 솔루션이 필요하다. 특히, 습기나 먼지가 많은 제조 현장에서는 공기를 통 해 발생하는 일종의 방전 및 폭발사고인 아크 플래시 (Arc Flash)가 발생하기 쉬울 뿐 아니라, 이러한 사고는 작업상의 오류, 현장 노동자의 부상, 폭발 등으로 이어 질 수 있어 심각하다. 이를 예방하는 방안으로, 전기설비 국제 표준인 ‘IEC 61439’요구 사항에 맞춰 설비 및 배전반을 설계하면 절 연 파괴나 과도한 온도 상승으로 인한 화재 위험을 크 게 낮출 수 있다. 이에 슈나이더일렉트릭은 프리즈마 (Prisma) 또는 블록센(Blokset) 제품군 등 IEC 61439 표 준을 완벽하게 준수하는 저압배전반을 제공한다. 케이블, 부스바, 차단기의 잘못된 전원 연결은 전기 접 촉 저항의 증가로 이어질 수 있어 저압 설비에서 발생하 는 전기 화재의 주요 원인 중 하나이다. 에버링크 (EverLink)는 크리프(Creep) 변형으로 인한 느슨함을 방지하는 슈나이더일렉트릭만의 특화된 기술로, 에버 링크 단자를 적용할 수 있는 콤팩트(Compact) NSXm 배선용 차단기, 파워팩트(PowerPact) B 멀티스탠다드 배선용 차단기, 테시스(Tesys) GV4 모터보호용 차단기 를 적용하면 이러한 문제를 사전에 차단할 수 있다. 특 히 마이크로로직(MicroLogic) 7.0이 장착된 기중 차단 기 매터팩트(MaterPact) MTZ을 적용하면, 첨단 디지털 기술을 통해 절연 결함을 방지해 화재 사고를 사전에 막을 수 있게 된다. 또한, 이저지(Easergy) TH110 무선 열 센서와 이 센서로 부터 정보를 수집해 실시간 관리가 가능한 소프트웨어 인 슈나이더일렉트릭의 에코스트럭처 파워 모니터링 엑 스퍼트(EcoStruxure Power Monitoring Expert) 및 에코 스트럭처 파워 스카다 오퍼레이션(EcoStruxure Power SCADA Operation)을 적용하면 지속적인 열 모니터링(Thermal monitoring)이 가능한 통합 관리 환경을 구 축할 수 있게 된다. 지속적인 열 모니터링과 함께 사전 예방적 권장사항이 포함된 분석에 관한 정기적인 보고를 얻기 위해서는 에 코스트럭처 어셋 어드바이저(EcoStruxure Asset Advisor)를 적용한다. 슈나이더일렉트릭 김진선 빌딩 사업부 본부장은 “슈나 이더일렉트릭의 검증된 테스트를 거친 안전한 솔루션 을 통합 적용하면 전기설비에서 발생하는 화재 위험을 크게 낮출 수 있다”며 “이전에는 결코 파악할 수 없었 던 내부 장비에 대한 통찰을 확보할 수 있다”라고 했다. 그는 또, 슈나이더일렉트릭은 “중요한 모든 전기장비에 대한 이상동작이나 패턴을 파악하는 클라우드 기반의 분석을 통해 유지보수 작업을 지속적으로 최적화할 수 있도록 지원하기 때문에 작업자의 일정에 따라 사전 예 방적 유지보수 방식을 적용해 문제를 해결할 수 있다” 라고 했다. 슈나이더일렉트릭의 전기화재 방지 솔루션의 자세한 내용은 홈페이지(https://bit.ly/2YB2Lf6)를 통해 확인 할 수 있다.

 

전기화재 발생 즉시 진압하는 ‘발화점 소화’

 

화재나 사고를 미연에 예측하고 관리할 수 있는 기술이 연구·개발되고 있지만, 실제 화재가 발생했을 때 이에 효과적으로 대응할 수 있는 기술도 필요하다. 물론, 각 종 전기설비에 소화설비의 설치를 법으로 의무화하고 있지만, 이러한 소화설비들은 화재의 규모가 일정 정도 이르지 않았을 경우 작동하지 않을 수도 있다. 게다가 화염이 전선 등을 따라 발화지점에서 외부로 번질 경우 소화설비는 무용지물이 될 수도 있다. ㈜스펙스테크의 고분자화학에 기반한 ‘발화점 소화’기술은 바로 이러한 맹점을 보완하고 조기에 불을 진압함으로써 화재가 확산되지 않도록 해준다. 작은 공간에서 발생한 화재의 발화점에서 즉각적인 소화가 필요한 이유가 바로 이것 이다. ㈜스펙스테크는 고분자화합물에 기초한 기술로 이를 구현하고 있다. ㈜스펙스테크의 소화 기술에 응용한 냉매는 퍼플루오 로(perfluoro: 2-methyl-3-pentanone)라는 소재다. 냉 매는 폴리머쉘(polymer shell)이라는 마이크로캡슐에 담겨 있다가 발화점의 온도가 120℃에 이르면 캡슐이 터지면서 분출된다. 이때 냉매가 발화원을 냉각시킴으 로써 불을 끄게 된다. 냉매가 담긴 미세한 캡슐은 마치 고운 모래처럼 작은 알갱이로 이루어져 있다. 이를 멀티 콘센트처럼 내부의 공간이 좁은 전기 및 전자 기기 내 에 도포해 놓으면 트래킹에 의한 화재를 손쉽게 제압할 수 있다. 국소 부위에서 발생한 불을 초기에 진압하기 때문에 화재가 확산돼 발생하는 피해를 줄일 수 있다 는 점도 큰 장점으로 손꼽힌다. ㈜스펙스테크는 냉매를 패드나 접착시트, 절연 테이프 (SFEX Sleeve) 형태로 응용한 제품을 내놓기도 했다. ‘스 펙스 패드’(SFEX Pad)는 좁은 공간이나 꺾인 면에도 탈 착이 간편한 제품이다. 특히, 이 제품은 분전반이나 배 전반 등의 비좁은 공간에서의 발화를 억제하기 위해 고 안됐다고 한다. 전기기기 등 이보다 더 좁은 공간에는 얇은 시트 형태인 ‘스펙스 씨백’(SFEX C100)을 적용하면 된다. ‘스펙스 에이피 테이프(SFEX Arc Proof Tape)’는 절연 테이프를 대신해 전선이나 단자의 연결 또는 결선 부위에 사용할 수 있다. 이 제품에는 소화 냉매 이외에 도 난연(UL94 VTM0) 및 절연 소재(절연강도 20K)를 적 용해 발화점 화재를 진압하고 확산을 방지한다. 이들 제품들은 모두 시선이 닿지 않아 상시적인 감시가 불가능한 좁은 공간에 설치할 수 있다. 뿐만 아니라, 발 화로 인해 일정 정도 급상승한 온도를 감지해 자동으 로 작동한다는 점도 큰 장점이다. 따라서 수시로 발화 가능성을 감시할 수 없는 영역의 화재 예방과 진압에 매우 효과적인 제품들인 셈이다. ㈜스펙스테크의 소화 기술은 고분자화학 기반의 소화 물질이 핵심적인 부분이다. 이들 소화물질이 작동하는 방식은 앞서 살펴본 냉각 방 식 이외에도 ‘부촉매’와 ‘질 식’이 있다. 부촉매 방식은 발화시 발생 하는 활성라디칼(산소와 수 산화라디칼)의 농도를 줄이 고, 연쇄반응을 정지시켜 소화하는 방식이다. 이때, 차르(char)를 형성함으로써 산소와 잠열을 차단하여 열분해 반응을 감소시킨다. 질식은 산소 농도를 급격히 낮춤으로써 화재 초기에 소 화하는 방식이다. 무언가를 태우는 반응인 불은 가연 물에 열이 가해질 때 발생한다. 이때 가연물은 강한 열 과 빛을 동반하며 산화반응이 일어난다. 이때 산소를 없앰으로써 산화반응을 막아 화재를 진압하는 방식이 질식이다. 부촉매와 질식 방식을 응용한 소화 제품으 로는 스펙스라인(SFEX Line)이 있다. 이 제품에는 질산 칼륨(KNO₃) 및 부촉매의 조성으로 구성된 온도 감응 형 그래뉼(granule)을 소재로 사용됐다. 스펙스라인은 비교적 공간이 큰 중대형 분배전반이나 장비에 설치 및 부착하여 화재를 초기에 진압하는 소 화용구이다. 제품의 모양은 유연한 로프 타입이기 때 문에 좁은 공간에도 설치할 수 있으며, 설치 지점의 상 황에 맞게 자유자재로 모양을 바꿔 발화점에 가깝게 설치할 수 있다. 이 제품 역시 다른 제품과 마찬가지로, 독립실행형(stand-alone)이다. 따라서 오작동이 없으 며 별도의 유지보수가 필요하지 않기 때문에 적은 비용 으로도 편리하게 화재에 대응할 수 있다. 중대형 전기 패널에는 기존에도 자동 소화용구가 설치 돼 있다. 이들 소화용구는 대게 감지부와 저장탱크, 노 즐로 구성돼 패널의 상단에 위치한다. 그리고 센서가 화재를 감지함으로써 작동한다. 그러나 센서의 오작동 가능성을 배제할 수 없다. 그리고 또, 노즐 경화 등에 의한 저장탱크 체결 부위에서의 가스 누출과 같은 위험 이 있다. 따라서 탱크의 압력을 주기적으로 확인하거나 가스를 보충해주는 등과 같은 유지보수가 필요하다. 이 외에도, 설치를 위해 리벳 드릴링 작업을 할 때 발생한 쇳가루가 스파크를 일으키는 원인이 될 수도 있다. 반면, 간단한 로프 형태인 스펙스라인은 접착식 고리만 으로도 간단하게 설치할 수 있다. 그렇기 때문에 패널 내부의 공간 효율을 높일 수 있다. 시공 과정에서 발생 하는 부산물이 없고, 한 번 설치하면 별도의 유지보수 도 필요하지 않다. 만약 화재가 발생할 경우, 일정 정도 로 상승한 온도를 감지한 스펙스라인이 작동하면서 순 식간에 발화점 부근의 산소를 제거한다. 패널의 일부가 개방돼 있더라도 스펙스라인의 소화 기능은 문제없이 작동해 화재를 진압한다. 소화능력이 우수하고 설치가 간편한 스펙스라인은 매 우 광범위한 사업장에 적용되고 있다. 발전소를 비롯 해, 제조공장, 제철소 등에서 인버터 및 접속반, 분전 반, PLC 패널이나 전동기 제어반 등과 같은 각종 전기 제어설비 등에 스펙스라인을 설치하고 있다.

 

케이블 화재 진압의 새로운 접근법

 

전기화재의 발화점으로 전기배선은 빈도가 매우 높은 편이다. 케이블이 고전압화하거나 대형화됨으로써 화 재의 위험도 커질 수밖에 없다. 케이블 화재 가운데 옥 내에서 발생하는 비중도 매우 높아 케이블의 절연재나 피옥재가 연소하며 발생하는 열과 유독가스가 큰 피해 로 이어질 수도 있다. 더구나 케이블이나 배관류 등은 화재가 발생하면 연소의 도화선으로 작용하기도 해 구 획을 관통하는 부위에 연소방지 조치가 요구된다. 화재의 감지를 위해 사물인터넷 등의 기술이 활용됨으 로써 조기에 발견이 가능해졌지만, 화재 초기의 소화 를 위한 기술의 진전은 상대적으로 더디다. 케이블이 포설된 위치가 사람의 접근이 어렵거나 눈에 띄지 않는 곳이기 때문에 화재를 인지했을 때에는 이미 불이 크 게 번지고 있는 상황일 수 있다. 따라서 케이블 화재에 대한 대응으로 화재 초기에 진화가 가능하고 즉각적으 로 대응할 수 있는 새로운 접근법이 필요하다. 무엇보다 도 화재로 인해 케이블이 기능을 상실할 경우 더 큰 피 해를 초래할 수 있다. ㈜스펙스테크의 ‘스펙스시티망토’(SFEX CT Manteau) 는 냉각작용으로 발화를 억제함과 동시에 초기에 진화 함으로써 케이블의 기능을 유지하도록 해준다. 따라서 케이블 화재로 인해 통신이나 주요 설비의 기능이 무력 화되는 것을 막을 수 있다. SFEX CT Manteau는 시공 이 간편하고 해체가 용이하다는 점이 특징이자 장점이 다. SFEX CT Manteau는 케이블 위에 덮는 것만으로도 설치가 완료된다. SFEX CT Manteau에 내장된 냉매와 그라파이트시트(graphite sheet) 방열 구조는 케이블에 열이 축적되지 않도록 할 뿐만 아니라, 질식효과를 일 으켜 즉각적인 진화 작용과 함께 케이블의 훼손을 최 소화한다. ㈜스펙스테크의 발화점 소화의 자세한 내용과 제품 정 보는 홈페이지(www.sfextech.com)를 통해 확인할 수 있다.

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