전기화재의 원인 및 예방

관리의 기술

전기화재의 원인 및 예방

최근 발생하는 화재는 승강기와도 불가분의 연관성을 갖고있다. ‘화재가 발생하면 승강기를 이용하지 말고 계단을 이용해 신속하고 안전하게 대피하라’고 홍보하고 있지만 이를 어기다 인명피해를 입는 사고가 자주 발생한다.
무엇보다 전기화재 건수는 매년 감소하고는 있지만 총 화재중 전기화재가 차지하는 점유율은 매년 1위를 차지하고 있어 평소 전기화재에 대한 경각심을 가지고 안점점검, 안전교육 등을 통해서 예방을 해야 하겠다.

글. 박성환(한국승강기안전공단 서울지역본부 과장·전기안전기술사)

전기화재의 원인과 발화 형태

연소(불)는 물질이 산소와 급격한 화학반응을 일으키면서 열과 빛을 내는 강력한 산화 반응이 발생되는 현상이다. 가연물(연료), 공기(산소), 점화원(열)을 연소의 3요소라고 한다.
전기화재는 자연적인 열화 및 절연파괴뿐만 아니라 시공자, 취급자의 부주의로 인한 열화 및 절연파괴로 발생된다. 발화 형태를 살펴보면 다음과 같다.

(1) 단락(Electric Short): 전선에 가해진 외력으로 절연피복이 손상되어 동선 상호간 직접 접촉되는 경우, 접촉 불량 등 국부적인 절연열화에 의해 단락되는 경우, 화재열 등 외부 열에 의해 절연이 파괴되어 단락되는 경우가 있다.

(2) 누전(Leakage Current): 전류가 외부적인 이유로 전선 이외의 곳으로 흐르는 현상이다. 즉, 누전화재라 함은 “전류가 통로로 설계된 부분에서 새서 건물 및 부대설비 또는 공작물의 일부가 발열해 발생되는 화재”라고 정의한다. 누전화재에는 전류가 흘러들어 오는 누전점(Leakage Point), 과열개소인 출화점(Fire Point), 접지물로 전기가 흘러들어 오는 접지점(Grounding Point)의 3요소가 있다.

(3) 과부하(Overload): 전기설비의 허용전류 및 정격전압·전류·시간 등의 값을 초과하여 사용되는 것이다. 전선이 과부하 상태가 되는 주된 원인은 사용 부하 전류의 합이 전선의 허용전류를 초과하기 때문이다. 금속 및 도체 상호의 접촉저항은 보통 약 0.1Ω 이하이지만 도체 접속부의 불완전한 접속 상태, 외견상의 접촉면적의 감소, 접촉압력의 저하 및 산화피막의 형성 등에 의해 접촉저항은 증가하게 된다. 이렇게 접촉저항이 증가하게 되면 비례하여 줄열(Joule Heat)도 커지고 접촉부의 국부적인 발열을 가져 온다. 2차적인 산화피막이 형성되면 접촉부의 온도는 더욱 높아져 주변에 있는 가연물을 발화시켜 화재로 이어지게 된다.

(4) 절연파괴(Breakdown): 전기적으로 절연된 물질 상호간에 전기저항이 감소하여 많은 전류를 흐르게 하는 현상을 말한다. 절연파괴의 원인으로는 기계성질의 저하, 취급불량에서 발생하는 절연피복의 손상 및 절연재료의 파손, 이상 전압에 의한 절연파괴, 허용전류를 넘는 과전류에 의한 열적열화, 시간경과에 따른 절연성의 열화 등이 있다.

(5) 방전(Discharge): 기체는 보통 절연체이지만 전자 및 이온이 약간 존재하며 이것이 전계(Electric Fild)에 의해 이동되어 전류가 흐른다. 전극 사이의 전압을 올리면 전류도 점점 증가하지만 전압이 어떤 값 이상이 되면 전류가 일정해지는 영역이 있다. 그와 같은 상태에서 전압을 더 공급하면 다시 전류가 흐르기 시작하며, 더욱 높은 전압을 공급하면 전류가 비약적으로 증가하면서 격렬한 소리와 불꽃을 수반하게 되는데 이러한 현상을 불꽃방전(Spark Discharge)이라 한다.

(6) 반단선(Disconnected Wire): 전선이 절연피복 내부에서 단선되고 그 부분에서 단선과 이어짐을 되풀이하는 상태, 또는 완전히 단선되지 않을 정도로 심선(또는 소선)의 일부가 남아 있는 상태를 말한다.

(7) 흑연화 현상(Graphite Phenomenon): 유기절연물의 전기불꽃(누전회로 중에 발생하는 스파크, 전기회로의 스위치, 릴레이 등의 접점이 개폐될 때 발생하는 불꽃 등)에 장시간 노출되면 절연체 표면에 작은 탄화도전로가 생성되고 그 부분을 통해서 전류가 흘러 줄열(Joule Heat)을 발생시켜 고온이 되고 인접 부분이 열로 흑연화 되어 전류통로가 형성된다. 이것이 점점 입체적으로 확대됨으로 넓은 범위로 발화하는 현상을 말한다.

(8) 트래킹(Tracking): 전압이 인가된 도체간의 고체절연물 표면에 수분을 많이 함유한 먼지 등 전해질의 미소물질, 전해질을 함유하는 액체의 증기 또는 금속가루 등의 도체가 부착되면 절연물 표면의 부착물간에 미소방전이 발생한다. 이것이 반복되면 표면에 도전성의 통로(Track)가 형성되는데 이 현상을 트래킹이라 한다.

복합적인 인과관계를 가진 전기화재 예방 매커니즘

전기화재의 원인들은 대부분 독립적인 발생이 아니라 복합적인 인과관계를 가지고 있어 정확히 화재 원인을 파악하기가 어렵다. 만약 과전류에 의한 절연손상이 일어나면 전기합선, 단락, 누전, 지락 등이 발생할 수 있고 이로 인해 스파크, 열, 아크가 발생되게 된다. 주거시설 및 사무실 등 일상생활에서 접목시킬 수 있는 예방 방법으로 관심을 갖고 수시로 점검을 한다면 충분히 전기화재를 예방 할 수 있을 것이다.