전선 및 케이블 공동구 방화대책 1.

화재 위험성

(1) 전선,케이블다발의 화재 정션박스, 맨홀, 케이블트레이, 콘트롤룸 아래 크롤스페이스, 케이블스프레더룸, MCC아래의 케이블트렌치와 같은 곳의 전선과 케이블 다발에서 발생하는 화재는 심각한 손해 원인이 된다. 발화원인은 어쨌거나 절연파괴인데, 이런 사고는 과전류로 인하여 아크와 과열이 발생하여 가연성 절연물질을 연소시켜 일어나게 되며 뒤따라 발생하는 화재는 발견 전에 확대되는 일이 많고 신속한 소화활동을 위한 접근이 어렵기 때문에 결론적으로 절연이 파괴되고 운전이 정지된다. 화재는 모든 전압과 절연타입이나 자켓의 다발전선에서 일어나고 있다. 이런 전선들은 가연성물질로서 직조에 고무를 입힌 것, 아마포에 바니쉬칠을 한 것, 합성물질 절연 및 자켓,PVC와 네오프렌 등이 있다. 연케이블도 낙뢰나 과부하 또는 연피의 구멍이나 틀을 통해 케이블로 들어간 습기가 사고원인이 된다. 사고케이블과 그 근처의 연피의 용융을 수반하는 아크는 연피속의 가연 물질을 연소시킨다. 이 가연물질은 연료 역할을 하여 처음 아크가 과전류보호장치의 작동으로 꺼지더라도 계속 연소한다. (2)PVC부식 PVC절연이 점화되면 연소생성물의 일종인 염화수소가 공기 중의 물과 반응하여 염산이 발생한다. 이 때 민감한 릴레이, 계기, 제어장치, 구리 부스바 및 놋쇠, 알미늄 또는 아연합금과 같은 금속은 이러한 가스에 노출되면 부식손상을 입게 된다. 또한 철근콘크리트 구조에서 염소오염은 시멘트 구조의 석회성분 hygroscopic calcium chloride를 형성하여 철근에 손상을 주게 됨으로서 콘크리트는 화재 후 수 개월 또는 수 년이 경과하면 철근의 부식으로 붕괴될 수 있다. (3)절연파괴 절연파괴는 여러가지 원인이 있을 수 있는데, 가장 큰 원인은 기계적 손상, 과열, 코로나, 오존, 과전압, 화학적 환경에 의한 것과 설치류, 개미 등의 벌레에 의한 피해 등이 있으며, 모터와 기타 전기장치의 전원 공급전선은 기계적 혹사와 진동, 습기, 고온, 기름, 부식성 액체와 기체 및 여러 가지 용제에 노출되어 문제가 발생하고 있다. 그리고 관리불량도 절연파괴의 주요원인이 되고 있다. 기름이 흡수되면 절연은 쉽게 파괴되어 지락이나 단락의 결과를 초래하여 심각한 화재를 수반할 수 있기 때문에 케이블트레이는 이물질이 쌓여 고온이 되어 절연을 파괴하지 않는 조치가 필요하다. 그리고 종이가루, 건조펄프, 나무조각, 기름걸레, 빈 도시락과 같은 것이 트레이에 쌓이지 않도록 해야 하는데, 이런 물질은 쉽게 불이 붙고 때로는 자연발화하여 화염전파를 일으키기 때문이다. (4)부실시공 부실시공과 부실취급은 여러 케이블 화재의 원인이 된다. 케이블은 지나치게 구부리면 금방은 나타나지 않지만 절연에 손상을 주게 되며 수 개월, 수 년 후에는 절연파괴의 원인이 된다. 일반적으로 케이블은 nonshield 전선의 곡률반경을 케이블 직경의 8배 이내로 하며 shield케이블이나 연케이블은 케이블 직경의 12배 이내로 하여야 한다. 경우에 따라서는 제조상의 하자가 사고 원인이 된다. 폴리에틸렌(cross-linked 폴리에틸렌포함)은 절단시 길이 방향으로 수축하는 경향이 있어 splice나 stress cone이 일어나 void를 발생한다. 비자성 스테인레스스틸 호스 클램프가 있는 자켓 클램핑은 초기수축 이후에 더 이상의 수축을 막을 것이다. (5)연결 불량 splice와 터미네이션은 사고의 원인이 되는 경우가 많다. 나사와 볼트식 연결과 불량납땜 부분은 급격한 부하변동과 환경조건의 온도변화로 인하여 헐거워지며 과온으로 되는 경향이 있다. 알미늄터미널과 연결부분은 잘못하여 이완되면 고온이 될 수 있다. 알미늄전선용으로 특수하게 고안된 연결부분을 사용하고 알미늄전선과 연결하는 기기는 이 용도로 고안된 것만을 사용하여야 한다. 그리고 구리와 알미늄전선을 연결하는 경우에도 이 목적용 연결장치만을 사용하여야 한다. splice는 케이블의 가장 취약부이므로 최대의 주의를 요한다. splice나 터미널 연결은 전선굵기, 절연의 종류, 전압, 자켓, 쉴드나 armored여부에 따라 여러 가지 방법이 있다. 기본적으로 기계적, 전기적으로 케이블과 동일한 강도를 발휘하도록 하여야 한다. 납땜 splice와 연결은 전기가 상용화한 이래 오랫동안 사용하고 있는데 현재는 저압에서도 납땜없는 장치로 교체되고 있다. 고전압용 spliceing 도구가 여러 회사에서 시판되고 권장되고 있다. 이러한 도구는 케이블 굵기와 종류별, 절연,전압별로 여러 가지가 있으므로 그 제조회사의 지침을 지켜야 한다. 단락 상태에서 케이블은 단락 회로의 자력의 제곱만큼 큰 지락이 생긴다. 케이블에 대전류는 큰 자장을 수반하게 되는데 이 자장은 케이블을 움직이는 원인이 된다. 케이블의 움직임은 전류의 변화에 따라 온도변화를 일으키므로 적정하게 고정하거나 방호하지 않으면 연결부의 이완과 절연의 파괴가 올 수 있다. (6)화재노출 운전조건이 부적정하게 변경되거나 위치가 나쁘면 전선과 케이블에 유해한 조건을 갖게 한다. 이런 상황에는 고온, 부식성 증기, 심한 진동, 습기, 기름, 부식성 액체 및 물리적 손상과 같은 요인이 있다. 그래서 매설케이블은 자주 부식, 습기, 진동을 받게 되어 노화가 촉진되고 표면에는 중량물이나 뒷채움 돌 등으로 인하여 기계적인 손상을 입게 되는 것이다. (7)정비불량 신 장비는 설치와 동시에 일반변형이 시작되므로 적정한 정비계획이 없으면 오동작이나 전기 사고가 발생하게 된다. (7)정비불량 신 장비는 설치와 동시에 일반변형이 시작되므로 적정한 정비계획이 없으면 오동작이나 전기 사고가 발생하게 된다.

절연 및 전선 종류

(1)방염처리 및 자체소화 절연 1933년 이래 NEC는 직조형, 석면침윤형, 직조바니쉬형 및 비직조 더모플라스틱전선 등 모든 660V고무나 더모플라스틱 절연전선에 비금속방염도포로 요구하고 있다. 오늘날 주 전기절연체는 폴리에틸렌, 폴리비닐크로라이드 및 네오프렌과 같은 더모플라스틱을 배선계통에 자켓이나 도체의 절연용으로 사용하고 있다. 여기에는 여러 동급의 방염성능이 있는데 어떤 제조회사는 케이블이나 전선을 자기소화나 비화재 전파로 등급을 매긴다. 도체의 방염처리와 절연자재의 자기소화성이 현재 전선과 케이블에서 많이 사용되는데 이것은 연소하지 않은 것을 의미하는 것은 아니다. 자기소화 절연의 단전선이 양호하게 분리될 때 연소하지 않을 수는 있지만 다량이 정션박스나 트레이에 쌓인 경우라면 화재시 자체로 화염을 전파시킨다. 현장조건에 따라 다른가연물, 기름찌꺼기, 공기흐름, 주위상황이나 불로 인한 작동온도 상승 등은 별개의 문제이다. 굴뚝 효과는 수직트레이,레이스웨이 또는 케이블샤프트 발화시에 화재의 급속한 확산 원인이 된다. Teflon(polyterafluoroethy)수지, TFE, FEP로 절연한 도체는 270℃, 205℃까지의 고온에서 사용할 수 있는 것으로서 NEC가 인정하고 있다. 이 절연방법은 계속해서 고온에 노출되면 용융할 것이다. 이 물질은 상당히 고가이나 믿을 수 있는 전력공급과 화재위험의 제거차원에서 사용이 증가되고 있으며 항공기와 우주선, 데이터 처리기기 및 무기통제계통의 전기설비에 쓰인다. 또 다른 cross-linked 폴리에틸렌 절연은 방염뿐 아니라 고온에 노출될 때 부식가스를 발생하지 않는다. 이 케이블은 항공기산업에서 많이 사용하고 있는데, 22AWG에서 1000MCM 굵기에서 2000V까지의 싱글 및 멀티콘덕터 케이블에서 가능하다. MI(Mineral insulated conductors)도 NEC에서 600V 절연과 다발절연전선으로 인정된 것으로서 고밀도 산화마그네슘 절연물을 금속피로 한 것이다. 보통 사용하는 85℃제한 터미널 접점 이외에는 연소하지 않으며 특수용인 250℃에서는 구리금속시스의 용융온도까지 견딜 수 있다. 이 전선은 가장 굵은 것이 4/0의 싱글콘덕터로 제한 사용되며 싱글케이블 내에 최대 7가닥인 최대 NO.10까지이다. 이러한 종류 제한은 케이블 제조방법 때문이다. Type XHHW로 알려진 방염절연은 600V의 모든 알루미늄 및 동선에서 가능하다. 이케이블은 cross-linked 폴리비닐크로라이드 컴파운드가 사용된다. 네오프렌 절연이나 자켓팅의 가연성은 그 컴파운딩에 따라 다른데 어떤 종류는 아주 잘 연소하며 또 어떤 것은 합선점에 아크나 불꽃에 잘 견디어 확산을 방지한다. (2)고형 비전절연전선(Solid Dielectric Insulated Conductors) 고형비전절연 케이블은 중간 전압용 산업용도에서 많이 사용한다. 성능이 좋고 저가이므로 노후전선 교체시에 대부분 이것을 사용하고 있는데 다른 전선에 비해 절연두께가 얇고 방염특성, 전기적,화학적 물리특성이 양호한 장점이 있다. 가장 인기있는 고형비전절연에는 폴리에틸렌(PE),cross-linked 폴리에틸렌(XLPE)에틸렌 프로필렌코폴리머 (EPM) 및 에틸렌 프로필렌 터폴리머(EPDM)가 있다. 이들 물질의 각각은 코로나손상 및 고절연저항,임펄스강도 및 내습저항이 양호하다. PE와 XLPE는 뻣뻣하여 구부리기 어렵지만 EPM과 EPDM은 쉽게 구부러지므로 지나치게 구부려 절연이 파괴되지 않도록 주의를 요한다. PE절연은 95℃에서 연화되고 107℃에서 용융한다. 그리고 XLPE는 130℃에서 변형하나 EPM과 EPDM은 단기간 250℃에서 견딜 수 있다. (3)쉴드전선(Shield Conductors) 고형 비적충비전절연(solid nonlaminated dielectic insulation) 케이블은 비자성금속테이프 또는 반도체테이프, 메탈릭 브레이드 또는 절연을 파괴할지 모르는 파괴성 출력(코로나)과 절연질내에 비전필드를 가둬두는 목적에 쓰이는 전선에 적용된다. 쉴딩은 2KV 이하에서는 요구되지 않으며 2KV이상 8KV 이하는 NEC에서 310-51에 적합한 경우 쉴드를 요구하지 않는다. 즉 절연과 자켓 두께는 NEC 1975표 310-33에 따라야한다. (4)관형케이블-유입형( pipe-type Cable-Oil Filled ) 고압발전기와 변압기 전선 및 230,000V 이하의 고압수중전선, 고형 침윤지 절연케이블은 1379 kpa이하 유압의 절연유를 배관내에 충전하는데 이것이 oilostatic cable이다. 이 유압은 감시가 가능하여 누유나 감압시 경보가 작동한다. 이 설비는 1935년 이래 계속사용되고 있으며 잔고장이 없는 고급설비이다. 여기에 사용되는 기름은 가연성이므로 구조물이나 기기화재의 노출범위에 따라 케이블과 기름이 타지않도록 자동소화설비를 갖추어야 한다.