- 1 - 소방기술사정규반제 1 강의 : 제 1 장연소기구및소방 방화대책 소방기술사박성수, 신부환著 문제1) 발화문제2) 자연발화와인화문제3) 인화점과연소점문제4) 연소범위 ( 폭발범위 ) 문제5) 연소범위의규칙성문제6) 연소범위측정법문제7) 인화점시험방법문제8) 발화점측정방법문제9) 최소발화에너지문제10) 소염거리문제11) 화염일주한계문제12) 전기화재의원인과대책문제13) 과전류에의한화재발생 Mechanism 문제14) 단락에의한화재발생원인과대책문제15) 누전에의한화재발생원인과 Mechanism 문제16) 누전경보기문제17) 트래킹 (Tracking) 현상문제18) 아산화동발열현상
- 2 - 문제 1) 발화 ( 發化, Ignition) 1. 발화의개념 1 화재성장의시작점으로연쇄반응이일어나는반응속도를갖기시작하는과정 2 가연성물질이공기중에서점화원없이스스로연소할수있는최저온도를발화점 2. 발화의한계조건 ⑴ 물적조건 1 연소하한계 (LFL) ⑵ 에너지조건 1 발화온도 ( 발화점 ) 2 최소발화에너지 (MIE) 3. 발화점에영향인자 ⑴ 압력ᄀ높을수록분자간인력이커져에너지축적이용이해져서발화점이낮아진다ᄂ즉, 화학적활성도가커진다 ⑵ 산소ᄀ농도가높을수록착화가용이하여발화점이낮아진다ᄂ즉, 화학적친화력이커진다 ⑶ 발열량 : 클수록발화점이낮아진다 ( 온도의영향 ) ⑷ 분자구조 : 탄화수소계가연물이분자량이클수록 ( 복잡함 ) 발화점이낮아진다 ⑸ 열전도율 : 혼합기체의열전도도가낮을수록발화점이낮아진다 ⑹ 반응표면적 : 접촉면적 ( 부피 ) 이클수록발화되기용이하므로발화점이낮아진다 4. 발화형식 ⑴ 인화 1 점화에의한발화 2 연소하한계이상의농도로예혼합된가연성혼합기에점화원이가해질때발화 ⑵ 자연발화 1 점화에너지의공급없이방열과발열의관계에서반응열의축적에의한발화 2 고체연료의발화점ᄀ인화 : 250 ~ 450 ᄂ자연발화 : 500 이상
- 3 - 문제 2) 자연발화와인화 ( 引化 ) 1. 자연발화 (Spontaneous Ignition) 1 착화원의유무 : 없다 2 연소조건 : ᄀ연소범위내의농도ᄂ외부에너지필요 3 농도범위 ( 최소조건 ) : 연소하한계농도 4 계 ( 界 ) 의형태 : 가연성혼합기체를외부에서가열 ( 밀폐계 ) 5 방지대책 : ᄀ열축적방지ᄂ공기와의접촉표면적을작게한다ᄃ고온다습한환경의제거 2. 인화 (Piloted Ignition) 1 착화원의유무 : 있다 2 연소조건 : ᄀ연소범위내의농도ᄂ외부에너지불필요 3 농도범위 ( 최소조건 ) : 연소하한계농도 4 계 ( 界 ) 의형태 : 국소적열원에의한가열, 발화에이은화염전파 ( 개방계 ) 5 방지대책 : ᄀ점화원 ( 착화원 ) 의관리ᄂ위험한환경의제거ᄃ전기설비, 전기기기등의방폭화 3. 자연발화와인화의비교표 1 발생현상 자연발화열축적 온도상승 반응가속 온도상승반복 발화온도이상시 인화에의한발화에너지조건을충족하는착화원의 존재에의해발화가시작 ( 화염전파 발화 의반복 ) 2형식상구분 착화원이없음 착화원이있음 3조건 물질농도와에너지의조건필요 물질농도의조건만필요 4현상적구분 밀폐계 개방계 -산화열 -나화 5 발생형태 6 방지법 - 분해열 -흡착열 -열의축적을방지 - 온도를낮게한다 - 습도를낮게한다 - 고온고체의표면 -충격마찰등 -방폭전기기기를사용 - 열면관리 - 고온가스 ( 화염 ) 의관리
- 4 - 문제 3) 인화 ( 引化 ) 점과연소 ( 燃燒 ) 점 1. 인화점 (Flash Point) 1 가연성가스가공기와혼합하여생성된가연성혼합기가착화원에의해발화가일어날수있는최저온도 2 공기중에서연소하한농도의혼합기체를생성할수있는충분한증기를발생시킬수있는최저온도 3 착화원 ( 점화원 ) 을제거하면즉시연소는중지된다 2. 연소점 (Fire Point) 1 가연성가스가개방계에서증기를계속발생하여연소가지속 (5초이상 ) 될수있는최저온도로정의한다 2 인화점에서는점화원을제거하면연소가중단되지만, 계속가열하여높은온도로유지해주면점화원을제거해도자발적으로연소가지속되는데이때의온도를연소점이라한다 3. 인화점과연소점의관계 연소점 인화점 + (5 ~ 10 )
- 5 - 기출문제분석 1( 발화관련 ) 1. 착화점에미치는영향인자를기술하시오 (46회,10점) 2. 발화점이낮아지는조건을 5가지를기술하시오 (83회,10점) 3. 발화점을설명하시오 (62회,10점) 4. 연소점 (Fire Point) 를설명하시오 (50회,5점)(51회,10점) 5. 발화형식상의자연발화와착화원 ( 인화 ) 의한발화의차이점을설명하시오 (35회,10점) 6. 가연물연소시연소온도에영향을주는인자를기술하시오 (47회,10점) 7. 인화물질의연소조건이적정할때착화원이있으면인화되지만곧바로착화원을제거하면불꽃이꺼지는이유를설명하시오 (54회,20점) 8. 대기압하 250 전후의온도에서자연발화를일으킬수있는 Pentane-Air의가연성혼합기가열면에의한발화를위해서는 1,000 이상의고온이유지되어야한다. 그이유를설명하시오 (52회,20점) 9. 가연성고체와가연성액체의인화작용의차이점을설명하시오 (44회,10점)
- 6 - 문제 4) 연소범위 ( 폭발범위 ) 1. 정의 1 가연성가스와공기가적당한비율로혼합되는특정범위에서화염확산이이루어지는데이범위를연소범위 ( 연소한계, 폭발범위 ) 라한다 2 가연성가스와공기가혼합된상태에서도화염확산이되지않는경우가있는데농도조건과에너지조건중에서 1가지가부족하여유효충돌횟수가적기때문이다 2. 연소범위의구성 ⑴ 연소하한계 (LFL : Lower Flammability Limit) 1 LFL은그농도이하에서는발화원과접촉될때도화염전파가일어나지않는공기중의증기또는가스의농도 2 연소를일으킬수있는최저농도로온도가증가됨에따라약간감소되는특징 3 포화증기압선도와의교점을 ( 하부 ) 인화점으로표시하며, 이인화점은해당가연물의착화위험성을나타내는지표 ⑵ 연소상한계 (UFL : Upper Flammability Limit) 1 UFL은그농도이상에서는발화원과접촉될때도화염전파가일어나지않는공기중의증기또는가스의농도 2 연소를일으킬수있는최고농도로온도가증가됨에따라급격히증가되는특징 3 포화증기압선도와의교점을상부인화점으로표시하며, 이온도는일반적으로 30 정도높다 ⑶ 포화증기압선 ( 비점 ) 1 좌측은액체또는액적상태로연소범위를판단할필요는없고, 우측부분이기체인부분으로연소범위를판단하는부분 2 비점 (Boiling point) 이란비등점으로액체의온도를점차높여가면외압 ( 이경우대기압 =1기압 ) 과같아져서끊는점 3 비등점이낮을수록증발이쉽고인화될위험성이높아진다
- 7-3. 연소범위에대한영향인자 ⑴ 산소농도 1 산소농도가증가하면연소하한계는하방향으로약간넓어진다 2 산소농도가증가하면연소상한계는상방향으로많이넓어진다 ⑵ 불활성가스의농도 1 불활성가스의농도가증가하면연소하한계는하방향으로약간좁아진다 2 불활성가스의농도가증가하면연소상한계는상방향으로많이좁아진다 ⑶ 온도 1 온도가 100 상승하면연소하한계는하방향으로 8% 넓어진다 2 온도가 100 상승하면연소상한계는상방향으로 8% 넓어진다 3 온도가 10 상승하면반응속도는 2배가속된다 (Arrhenius식) 4 온도에따른연소범위의계산식 LFL = LFL25 - ( 0.8 LFL25 10 ³) (t-25) UFL = UFL25 + ( 0.8 UFL25 10 ³) (t-25) ⑷ 압력 1 압력이상승하면연소하한계는하방향으로약간넓어진다 2 압력이상승하면연소상한계는상방향으로많이넓어진다 3 압력이증가하면분자간의거리가가까워져유효충돌횟수가증가되어연소범위가넓어진다 ⑸ 화염의전파방향 : 물질의하부에서점화된경우에상향화염전파가되며이경우가하향, 측면방향으로의화염전파보다연소범위가넓어진다 ⑹ 측정용기의크기 1 측정용기가클수록연소범위가넓어진다 2 해당물질의연소범위를알아도저장용기가크다면연소범위가넓어짐에유의해야한다
- 8 - 문제 5) 연소범위의규칙성 1. Burgess-Wheeler Law ⑴ LFL HC 1,050 HC = 연소열 즉, 해당물질의연소열을알면, 연소하한계는이식을통하여추정할수있다 ⑵ 연소하한계와연소열의곱이일정한이유 연소하한계에서의가연성혼합기를구성하고있는물질의대부분은질소이며, 질소는불활성물질로서안정하다 2. 폭발한계와화학양론조성 (Cst) ⑴ 단일조성가연성가스 (Jone`s 식 ) 1 LFL25 0.55 Cst 2 UFL25 3.50 Cst 연료몰수 3 연료몰수 공기몰수 ⑵ 혼합조성의가연성가스연소 ( 폭발 ) 한계 1 Le-Chatelier 의법칙 합성연소하한계 (LFL) 순수가연성가스체적의합계 가연성가스가만드는가연성혼합기체적의합계 또는 따라서 또는 2 폭발하한계는대체로정확하지만, 폭발상한계에서는정확하지않는문제점이있다 3 혼합조성이 3성분계에서는대체로맞으나그이상일때는정확하지않아의미가없다 4 Le-Chatelier의공식유도
- 9 - 문제 6) 연소범위측정법 1. 연소범위측정방법 ⑴ 미국광산국형측정장치 ( 전파법 ) 1 실험장치및실험방법ᄀ직경 5cm, 길이 125 ~ 150cm의수직유리관내에혼합가스를채운후하부에서 1 ~ 25 mj 의에너지로점화ᄂ생성된화염의상단까지전파될때폭발한것으로간주한다 2 특징ᄀ물질에따라다양한점화에너지가필요하다ᄂ측정에긴시간과노력이요구된다 ⑵ 일본기따가와연구실형측정장치 ( 버너법 ) 1 실험장치및실험방법ᄀ직경 5cm, 길이 10cm의경질유리제원통에혼합가스를채운후베이클라이트판의뚜껑을한다음불꽃방전으로점화ᄂ폭발과함께베이클라이트판이떨어져나가면폭발범위내에있는것으로간주한다 2 특징 : 오차범위가 0.1% 이내로우수하다 2. 연소범위측정실험의의미 ⑴ 화염확산 1 연소범위는화염전파가가능한혼합기체의조성범위로간주한다 2 연소범위밖에서화염전파가일어나려면외부에너지가필요하다 ⑵ 하부발화 1 상단에서점화시킬경우화염의확대범위는좁아진다 2 화염전파가가장용이한부분에서측정하여최악의조건을적용한다 ⑶ 직경 5cm의의미 : 실험장치의관벽으로의열손실이연소한계에거의영향을미치지않는최소구경 3. 주요물질의연소범위 ( 상온기준 ) 1 아세틸렌 : 2.5 ~ 81 % 5 수 소 : 4 ~ 75 % 2 메 탄 : 5 ~ 15 % 6 암모니아 : 15.5 ~ 28 % 3 일산화탄소 : 12.5 ~ 74 % 7 프로판 : 2.1 ~ 9.5 % 4 부 탄 : 1.8 ~ 8.4 % 8 에틸렌 : 3.1 ~ 32 %
- 10 - 문제 7) 인화점시험방법 1. 인화점의개념 1 액면위의가연성혼합기에점화원을가했을때발화될수있는액체의최저온도 2 인화점은물질에따라그값이다르며인화점에따라발화의용이성을구분한다 2. 인화점시험방법 ⑴ 밀폐식 (Close Cup) 1 태그 (Tag) 밀폐식ᄀ인화점이 93 이하인시료에적용하는시험방법ᄂ약 50ml의시료를밀폐된시료컵속에넣고예상인화점이 60 미만일때는매분 1 의승온속도로, 예상인화점이 60 이상일때는매분 3 의승온속도로서서히가열한다ᄃ적용 : 원유, 가솔린, 등유등 2 펜스키마르텐스 (Pensky-Martens) 밀폐식ᄀ태그밀폐식을적용할수없는시료에적용하는시험방법ᄂ약 70ml의시료를밀폐된시료컵속에교반하면서매분 5 ~ 6 의속도로서서히가열한다ᄃ적용 : 원유, 경유, 중유, 전기절연유, 방청유등 ⑵ 클리블랜드개방식 (Cleveland Open Cup) 1 인화점이 80 이상인시료에적용하는시험방법 2 약 80ml의시료를시료컵에넣고매분 5 ~ 6 의승온속도로서서히가열한다 3 2 마다불꽃을갖다대어인화하는최저온도를구한다 4 적용 : 석유아스팔트, 유동파라핀, 방청유, 절삭유, 각종윤활유 3. 인화점시험기 ⑴ 밀폐식시험기 1 아벨 (Abel) 2 아벨-펜스키밀폐식 (Abel-Pensky Closed Cup) 3 펜스키-마르텐스밀폐식 (Pensky-Martens Closed Cup) 4 태그밀폐식 (Tag Closed Cup) 5 세타밀폐식 (Setaflash Closed Cup) ⑵ 개방식시험기 1 클리브랜드개방식 (Cleveland Open Cup) 2 태그개방식 (Tag Open Cup) 3 펜스키-마르텐스개방식 (Penske-Martens Open Cup) 4 세타개방식 (Setaflash Open Cup)
- 11 - 문제 8) 발화점측정방법 (ASTM E659-78) 1. 발화점의개념 1 발화점 ( 온도 ) 은착화점이라고도하며가연성혼합기체가스스로발화되는최저온도 2 고체인경우시료의모양이나크기에따라다르고, 기체인경우에는공기 ( 산소 ) 와의혼합비또는측정방법등에좌우된다 2. 발화점측정방법 (ASTM E659-78) ⑴ 실험장치 : 액체화학물질의자연발화점측정장치로서 ASTM E659-78(Standard Test Method for Autoignition Temperature of Liquid Chemicals) 장치를사용한다 ⑵ 구성 1 온기로난방 (Furnace like Heating) 2 온도조절기 (Temperature Controller) 3 실험용플라스크, 병 (Test Flask) 4 피하주사기 (Hypodermic Syringe) 5 반사경 (Mirror) 6 공기총 (Air Gun) 등으로구성 ⑶ 실험방법 1 실내온도, 기압, 시간, 습도를기록한다 2 기준온도를설정하고, 실험장치를가열한다 3 설정온도에도달하면플라스크내부에주사기로시료를 0.1ml를넣는다 4 시료를넣는순간 Timer를작동시킨다 5 10분동안관찰후발화가일어나지않으면비발화로간주하고플라스크를에어건으로청소후다시실험을준비한다 6 다시온도를설정한후 10분전에발화가일어나면설정온도보다 30 낮게설정하고 3 ~ 5 혹은 10 씩증가시켜측정한다 7 발화지연시간을 2초미만까지측정한다 8 발화가일어났을때시간과온도를기록한다
- 12 - 기출문제분석 2( 연소범위관련 ) 1. 연소한계와연료농도, 온도의영향을설명하시오 (68회,25점) 2. 연소한계를설명하시오 (36회,5점) 3. 가연성한계가큰것과작은것중어느것이더위험하나 (42회,5점) 4. 연소시폭발을일으킬수있는온도의증기농도를무엇이라하는가 (43회,10점) 5. 인화점의정의및폭발한계의관계를설명하시오 (42회,20점) 6. 가연성가스와지연성가스가존재시즉시폭발하는것이아니고어떤조건이성립되어야한다. 그조건을기술하시오 (46회,25점) 7. 가연성가스및증기의연소 ( 폭발 ) 한계를설명하시오 (72회,10점) 8. 수소, 메탄, 프로판, 부탄, 에틸렌의폭발범위를기술하시오 (61회,10점) 9. 가연성가스의연소범위에대하여정의하고연소범위의측정방법및연소범위측정값에영향을미치는인자들을기술하시오 (82회,25점) 10. 연소시에산소에농도를적게함으로써폭발범위를줄일수있는데그한계의산소농도를무엇이라하는가 (43회,10점) 11. Burgess-Wheeler( 버게스-윌러 ) 의법칙에서파라핀계탄화수소의폭발한계와연소열의곱은일정하다. 이값은얼마인가 (42회,5점) 12. 혼합기체의연소하한농도를구하는공식은다음과같은르샤틀리공식을사용한다. 이공식을유도하시오 (59회,20점) 13. 르샤틀리에법칙을설명하시오 (53회,5점) 14. 위험물안전관리법의 4류위험물을기술하고이를판정하기위한시험방법을설명하시오 (85회,25점)
- 13 - 문제 9) 최소발화에너지 (MIE) 1. 개념 1 가연성혼합기를발화시키기위한최소에너지를전기량으로정량화한점화원의크기를의미한다 2 최소착화에너지 = 최소점화에너지 = 최소발화에너지 (MIE : Minimum Ignition Energy) 2. 최소발화에너지의크기 ⑴ 크기 여기서 최소발화에너지 콘덴서용량 전압 ⑵ 최소발화에너지는매우작아서 Joule의 인 mj 의단위를사용한다 3. 최소발화에너지에영향인자 ⑴ 농도 : 가연성혼합기의농도가양론부근일때 MIE 최소 ⑵ 온도 : 온도가높을수록분자운동이활발해져서 MIE 작아진다 ⑶ 압력 : 압력이높을수록분자간의거리가가까워져 MIE 작아진다 ⑷ 전기불꽃 : 전극의형상은구상보다침상일때작아진다. 전극의재료는비점이낮을수록작아진다 ⑸ 방전지속시간 : 시간이짧을수록 MIE가감소되지만, 너무짧으면에너지손실로증대된다 ⑹ 전극간거리 : 전극간거리가짧을수록 MIE가감소되지만, 어떤거리이하로짧아지면아무리큰에너지를가하여도인화되지않는다 ( 소염거리 )
- 14 - 문제 10) 소염거리 1. 개념 1 전극간의거리가짧아질수록최소발화에너지는일반적으로감소되나일정한거리이내가되면 MIE가무한대로된다 2 이러한인화가되지않는최대거리를소염거리 (Quenching Distance) 라한다 2. 최소발화에너지와소염거리의관계 ⑴ 화염면전체에서얻어지는에너지 여기서 화염면전체에서얻어지는에너지 소염거리 화염평균전달율 화염온도 미연가스온도 연소속도 ⑵ 발생원인 ( 이유 ) 1 전극간거리가소염거리이하가되면전극을통한발열이증대되어발열량보다 매우커지기때문에인화가되지않는다 2 즉, 전극간거리가너무가까워지면전극평판으로의열손실이증대되기때문이다 3. 소염경 1 화염전파가차단가능한최대구경 2 소염거리와의관계 소염거리 (dc) = 0.65 소염경 (Do) 소염경 (Do) > 소염거리 (dc) > 최대안전틈새 (MESG) 3 소염경, 소염거리는화염방지기나내압방폭구조의원리
- 15 - 문제 11) 화염일주한계 1. 개념 1 폭발성분위기내에방치된표준용기의틈새를통하여화염이내부에서외부로전파되는것을막을수있는틈새를화염일주한계라한다 2 폭발성가스의종류에따라다르며내압방폭구조와관련이있으며 IEC규격에서의실험적최대안전틈새를 MESG(Maximum Experimental Safe Gap) 라한다 2. 화염일주한계의실험 (IEC규격) 1 내용적 8l, 틈새의깊이 25mm인표준용기내에서점화봉에의해착화되어폭발 2 발생된화염이용기밖으로전파하지않는최대값을측정한다 3 틈새는상부의틈새조절용정밀나사로조정한다 3. 폭발등급 ⑴ IEC표준시험결과 폭발등급 ⅡA ⅡB ⅡC 화염일주한계 mm 0.9 이상 0.5 ~ 0.9 0.5 이하 적용가스 ⑵ 폭발등급의평가 CO, CH4, C2H6 C3H8, C4H10 등 C2H4, HCN 등 H2, C2H2 1 화염이통과하지않는틈새는가스의종류에따라그값이다르다. 즉, 그값이작을수록위험한가스라할수있다 2 완전밀폐를하지않는이유는온도상승으로인한압력의배출을위해서화염이전파되지않는틈새를두는것이다 4. 화염일주한계의응용 1 전기기구등의방폭구조틈의설계에적용 내압 ( 內壓 ) 방폭구조 2 불꽃방지기 ( 화염방지기, 역화방지기, Flame Arrester) 5. 화염일주한계와소염거리의차이 1 화염일주한계 화염의전파를나타내는기준 2 소염거리 착화유무를나타내는기준 ( 건축법의 2 mm이하의금속망설치 )
- 16 - 기출문제분석 3( 최소발화에너지관련 ) 1. 전기불꽃을가하여도점화되지않는최소한계거리를무엇이라하는가 (42회,5점) 2. 소염거리 (Quenching Distance) 를설명하시오 (60회,10점) 3. 화염일주한계및실험방법을설명하시오 (77회,10점) 4. 예혼합화염에있어서무염영역과소염거리에대하여설명하고이원리를이용한화염방지기의구조를설명하시오 (93회,25점)
- 17 - 문제 12) 전기화재의원인및대책 1. 정의 1 전기화재란전기에너지를열원으로발생하는화재를말한다 2 전기점화원의주원인은줄열등에의한발열작용과공기의절연내력인 3 kv/ mm 이상시불꽃을수반하는방전현상에의해발생한다 2. 전기화재의원인별분류 ⑴ 과전류 1 과전류에의해발열과방열의평형이파괴되어발화가일어난다 2 줄 (Joule) 의법칙 Q = I² R t J = 0.24 I² R t cal 3 정격전류의 200 ~ 300% 의과전류이면피복이변질되고, 500 ~ 600% 의과전류이면적열후용융한다 ⑵ 단락 1 부하가접속되지않은상태에서의전원만의폐회로가구성되는것을단락이라함 2 단락시전류가무한대로흘러발생한스파크등에의해주위의인화성물질에착화한다 ⑶ 지락 1 단락전류가대지로통하는것을지락. 이때흐르는전류를지락전류라한다. 2 금속체등에자락될때불꽃, 목재등에전류가흐를때에는발화현상이발생한다 ⑷ 열적경과 1 방열이잘이루어지지않는전기기기의열축적에의해발화한다. 2 예를들면백열등의장시간점등시가연성천장의발화등 ⑸ 접속부과열 1 전기적접촉상태가불완전할때접촉저항에의한발열에의해발화한다. 2 아산화동발열현상과접촉저항에의하여발화한다. ⑹ 누전 1 전선, 전기기기의절연이파괴되어전류가대지또는규정된전로를이탈하여전기가흐르데이를누전이라한다. 2 허용누설전류 최대정격전류 /2,000 통상적인누설전류 500mA이상 ⑺ 스파크 1 전기적관성력에의한아크소호 (Arc Quenching), 공기절연내력에의한스파크 (Spark) 에의해발화한다. 2 분진등에가연성혼합기가상존하는장소에서는폭발한다. ⑻ 절연열화또는탄화 1 배선기구의절연체등이시간경과에따라절연성이저하되거나, 미소전류에의한
- 18 - 국부발열과누전으로발화한다 2 트래킹 (Tracking) 현상과가네하라현상 ⑼ 정전기 : 정전기스파크에의하여가연성가스에인화하는경우가대부분으로위험이가장크며다음조건이만족되어야한다 1 가연성가스및증기가폭발한계내에있을것 2 정전기스파크의에너지가가연성가스및증기의최소발화에너지이상일것 3 폭발분위기를착화시키기위한충분한방전에너지를방출하는정전기방전일것 ⑽ 낙뢰 1 낙뢰시에는수만 A 이상의전류가흐르게되므로절연이파괴되고발화한다 2 낙뢰는산불의주요원인이다 3. 전기화재의대책 ⑴ 보호장치 1 과전류차단기사용ᄀ기중차단기 : 600 V 이하사용, Arc를공기중자력소호ᄂ배선용차단기 : AC 600 V 이하, DC 250 V 이하옥내전로에사용ᄃ누전차단기 : 사람접촉이쉽고사용전압 60 V 초과장소ᄅ아크차단기 : 열센서, 자기센서를이용 ( 작은 Arc에동작 ) ᄆ소전류차단기 : 0.3 A 정도의극히작은전류에동작, Circuit Protector(CP) ᄇ퓨즈 : 과전류시용단, 동작시간이길어기기내부에주로사용 2 누전경보기사용 : 사용전압 600 V 이하인경계전로의누설전류또는지락전류를검출하여관계인에게경보를발하는설비 3 가스누설경보설비사용 : 연료용가스또는자연적으로발생되는가연성가스의누설을탐지하여이를관계자등에게경보하고차단하는설비 ⑵ 접지 (Earthing) 및본딩 (Bonding) 1 전류를안전하게대지로방출시키는것 ( 접지저항값이중요 ) 2 단자등의충전부보호커버설치 ⑶ 점검및보수 : 배선, 전기기기, 지지물등의정기적인절연저항등체크 ⑷ 절연성향상 : 전기용품안전관리법에의한 KS품질보증제로품질향상실현
- 19 - 문제 13) 과전류에의한화재발생 Mechanism 1. 개요 1 전선의허용전류를초과한전류 ( 정격전류 ) 를과전류라하며전류의발열작용인줄열과방전이수반되는불꽃에발화한다 2 즉, 과부하또는전기사고등에의해발생된줄열이발열과방열의균형을깨어발화하게된다 2. 과전류에의한화재발생 Mechanism ⑴ 전류증가에의한발열량증가 1 줄 (Joule) 의법칙 Q = I² R t J = 0.24 I² R t cal 만큼의줄열이발생한다 (Q : 발열량, I : 전류, R : 저항, t : 시간 ) 2 발열량 (Q) 과전류의관계ᄀ도체에전류가흐르면줄열이발생ᄂ발열량은전류의 2승과도체저항의곱에비례하여발생 ⑵ 열축적에의한화재발생 1 발열량의열축적에의해과열되면절연피복의용융또는주위가연물에대해열원역할을하게되어발화를한다 2 정격전류의 200 ~ 300 % 정도과전류가되면피복이변질되고, 500 ~ 600 % 정도과전류가되면적열후용융연소한다 3. 과전류화재의예방대책
- 20 - 문제 14) 단락에의한화재발생원인과대책 1. 개요 1 전선의절연이파괴되면부하가접속되지않은상태로전원만의폐회로가구성되는데이를단락또는합선이라고한다 2 단락시에는부하가없어저항이 O이되므로옴 (Ω) 의법칙에따라전류가무한대로되어발화원이된다 2. 단락의발생원인 ⑴ 내적인원인 1 과전류에의한피복의손상 : 중량물, 스테이프고정, 전선을밟거나잡아당기는등의원인으로절연이파괴되어단락이발생된다 2 접촉불량등의국부발열에의한절연열화 : 비틀림접속부및빈번한굴곡에의한반단선부분등의접촉불량에의해전선이국부적으로발열하여절연열화되어단락이발생된다 ⑵ 외적인원인 1 기계적인외력및피복손상 : 전선등의외부에서가해지는기계적인외력에의한피복손상으로발생된다 2 화재열등에의한외부열 : 화열이나전열기등의열에의해피복이녹아절연이파괴되어단락이발생된다 3. 단락에의한발화 Mechanism ⑴ 단락전류발생 1 로단락전류계산 %Z 에의해서단락전류의크기는좌우된다 2 단락사고시단락전류는 %Z 에의존한만큼증가한다 ( 대전류 ) ⑵ 공기절연파괴 1 저압의 Arc 는공기의절연에소실되지만공기절연내력인 3 kv/ mm 이상시공기가 이온화된다 ( 공기절연파괴 도전로형성 ) 2 공기가도전로가되어방전경로가된다 ⑶ 방전현상발생 1 불꽃등의형태인방전현상이발생되어주변에인화성물질이있는경우발화원이 된다 2 단락에의한출화는출화부부근이국부적으로깊게타들어가고무염연소에의한 출화의형태가많다
- 21-4. 단락에의한발화예방대책 ⑴ 보호장치 1 과전류차단기사용 2 누전경보기사용 3 가스누설경보설비사용 ⑵ 접지 (Earthing) 및본딩 (Bonding) ⑶ 점검및보수 ⑷ 절연성향상 ( 케이블허용단면적계산 ) 여기서 케이블허용단면적 단락전류 단락지속시간
- 22 - 기출문제분석 4( 전기화재관련 ) 1. 출화경과에의한전기화재의원인 10가지를설명하시오 (61회,10점) 2. 전기화재발생의메카니즘 (Mechanism) 을설명하시오 (72회,10점) 3. 전기화재의주요원인중 5가지를열거하고설명하시오 (72회,10점) 4. 전기화재의대표적인사례를들고원인, 상황, 방화대책을기술하시오 (45회,20점) 5. 전기화재의발생메카니즘및전기화재의주요원인에대하여설명하고전체화재에대한전기화재의점유율이 30% 를넘는국내의전기화재발생을감소시킬수있는대책에대하여기술하시오 (77회,25점) 기출문제분석 5( 과전류관련 ) 1. 과전류에의한화재발생메카니즘을설명하시오 (80회,10점) 2. 과전류를설명하시오 (50회,5점) 3. 과전류에대하여기술하시오 (69회,10점) 4. 과전류와단락에의한화재발생메카니즘과예방대책을설명하시오 (87회,25점) 5. 줄 (Joule) 열과주울의법칙에대하여기술하시오 (84회,10점) 6. 지락을설명하시오 (50회,5점)
- 23 - 문제 15) 누전에의한화재발생 Mechanism 1. 개요 1 누전은전류의통로외의곳으로전류가흐르는현상으로누전화재는전류가다른물체로흘러이를발열시킴으로써발생된다 2 누설전류는평상시누설되는전류로고장시통상 500 ma 이상의전류를누전전류로본다 2. 누전화재 Mechanism( 누전의 3요소관점 ) ⑴ 누전점 ( 전류의유입점 ) 1 저압누전의경우ᄀ전선이늘어져장시간경과되어전선의절연부가벗겨지거나전선이문틈에끼여손상되어노출된동선을통해누전ᄂ전선이금속조영재에직접접촉하는것이아니라다른금속재나유기물의흑연화부분을경유하여누전하는경우도있다ᄃ누전점이누전차단기보다전원측에위치할경우에는누전차단기가작동하지않을수도있다 2 고압누전의경우ᄀ변압기 2차측등과같은고압부의누전에의한발화ᄂ전압이높아불량도체인목재등에전류가흘러발화하며특히비에젖은목재는발화위험이크다 ⑵ 발화점 ( 출화점, 발화장소 ) 1 누설전류가누전경로를따라흐르다가저항 (R) 이가장큰지점에서과열되어발화되는지점이다 2 누설전류가비교적집중할수있는부분 ( 저항이큰부분 ) ᄀ금속관과몰탈의접촉부ᄂ못으로고정한함석판의맞닿는부분ᄃ몰탈의이음매 3 발화점의발생발열량은 P = I² R W 만큼전류의 2승과저항에비례하여발생 ⑶ 접지점 ( 전류의유출점 ) 1 접지물로전류가흘러들어오는지점 2 누설전류가이동한경로를확인하여화재원인등의조사에활용된다 3. 누전화재조사의방법 1 누전에의한화재로판단되는경우에는우선전선의절연이파괴되어누전이시작된누전점을찾는다 2 누설전류가흘러들어간접지점을확인하고누전점과접지점사이에전류가흐른
- 24 - 경로중의어딘가에발화점을찾고 3 이발화점으로부터화재가확대되어간경로를추정한다 4. 누전차단기 ⑴ 누전차단기의설치목적 1 감전보호 2 누전화재보호 3 전기설비, 전기기기의보호 4 기타다른계통으로의사고파급방지등 ⑵ 누전차단기의종류 : 누전차단기는그보호기능또는정격사항별로여러종류로분류된다 1 보호목적에따른종류ᄀ지락보호전용ᄂ지락보호및과부하보호겸용ᄃ지락보호, 과부하보호및단락보호겸용 2 동작시간에따른종류ᄀ고속형ᄂ시연형ᄃ반한시형 3 감도에따른종류ᄀ고감도형 : 정격감도전류가 30 ma 이하ᄃ중감도형 : 정격감도전류가 30 ma 를넘고 1 A 이하 (50, 100, 200, 300, 500, 1000mA ) ᄃ저감도형 : 정격감도전류가 1 A 를넘고 20 A 이하 (3, 5, 10, 20A) ⑶ 누전차단기설치방법 1 사람의접촉이쉽고사용전압 60 V 초과장소 2 설치장소 : 배전반또는분전반내에설치 ( 원칙 ) 3 용량 : 부하전류값이상 4 감도 : 정격감도전류는불필요한동작이되지않게설치 5 방수형변류기 : 옥외에사용시 6 적색표시를할것 ⑷ 누전차단기설치장소 반드시누전차단기를부설해야할장소 1 사람이접촉하기쉬운장소의 60 V 초과전압의금속제외함을가지는전기기계, 기구 2 특고압및전로변압기에결합되는대지전압 300 V 를초과하는저압전로 3 주택옥내에시설하는전로의대지전압이 150 V 를넘고 300 V 이하인경우 ( 저압전로의인입구 ) 4 화약고내의전기공작물에전기를공급하는전로 ( 화약고이외의장소에설치 ) 5 Floor heating 및 Load heating 등으로난방되는결빙방지를위한발열선시설
- 25 - 의경우 6 전기온상등에전기를공급하는경우 ( 발열선을공중에시설하는경우는제외 ) 7 풀용수중조명등, 기타이에준하는시설에절연변압기를통하여전기를공급하는경우 ( 절연변압기 2차측전로의사용전압이 30 V 를초과하는것 ) 8 대지전압 150 V 를넘는가반형전동기기를도전성액체로인하여습기가많은장소에시설하는경우 권장되는장소 1 습기가많은장소에시설하는전로 2 옥외시설전로로사람이닿기쉬운장소에시설하는전로 3 건축공사등으로가설한선로 4 아케이드조명설비 5 가공전선에전기를공급하는장소
- 26 - 문제 16) 누전경보기 1. 개요 1 누전경보기라함은내화구조가아닌건축물로서벽, 바닥또는천장의전부나일부를불연재료또는준불연재료가아닌재료에철망을넣어만든건물의전기설비로부터누설전류를탐지하여경보를발하며변류기와수신부로구성된것을말한다 2 누전경보기는 600 V 이하인경계전로의누설전류를검출하여당해소방대상물의관계자에게경보를발하는설비로서누설전류를검출하는변류기 (CT), 변류기로부터검출된신호를수신하여누전의발생을당해소방대상물의관계자에게경보하여주는수신부로구성되어있다 2. 설치대상및기준 ⑴ 설치대상 : 계약전류용량이 100 A 를초과하는장소 ( 가스시설, 지하구또는지하가중터널제외 ). 단, 아크경보기또는지락차단장치를설치한경우에는설치가면제된다 ⑵ 설치기준 1 정격전류 60 A 초과 : 1급누전경보기정격전류 60 A 이하 : 2급누전경보기 2 변류기ᄀ변류기는옥외인입선의제1지점의부하측또는제2종접지선측의점검이쉬운위치에설치할것. 부득이한경우에는인입구에근접한옥내에설치할수있다ᄂ변류기를옥외에설치할경우에는옥외형의것으로설치할것 3 수신부ᄀ옥내의점검이편리한장소에설치하되, 가연성증기, 먼지등이체류할우려가있는장소의전기회로에는차단기구를가진수신부를설치할것ᄂ누전경보기의수신부는가연성증기의체류장소, 다습, 온도변화가큰장소, 고주파등에영향을받을우려가있는장소등에설치하지않을것 4 음향장치 : 수위실등상시사람이근무하는장소에설치하고, 그음량및음색은다른기기의소음등과구분될수있을것 5 전원 : 전기사업법제67조의규정외에다음의기준을따를것ᄀ전원은전용회로로하고, 각극에개폐기및 15 A 이하의과전류차단기를설치할것ᄂ전원의분기시에는다른차단기에의해전원이차단되지않도록할것 3. 누전경보기의구성 ⑴ 변류기
- 27-1 경계전로의누설전류를자동적으로검출하여이를누전경보기의수신부에송신하는것이다 2 환상형철심에검출용 2차코일을감은것이다. 변류기내부를통과하는전선에흐르는전류가같지않을경우에는전압이유기되어누전을검출하게된다 ⑵ 수신부 1 변류기로부터검출된신호를수신하여누전의발생을당해소방대상물의관계인에게경보하여주는것이다 ( 차단기구를갖는것을포함 ) 2 수신부는누설전류에의하여유기된전압을수신하여계전기를동작시켜음향장치가경보를발할수있도록증폭시켜주는역할을한다 3 수신부에는차단기구, 증포기, 시험장치, 음향장치등이설치되어있다 ⑶ 차단기구 : 경계전로에누설전류가흐르는경우이를수신하여그경계전로의전원을자동적으로차단하는장치이다 ⑷ 증폭기 1 누전경보기의감도를높이기위해서는미소한전류의차이도검출해야한다. 증폭기는누설전류에의한미소한유기전압을증폭하기위한것이다 2 수신부증폭기의동작방식ᄀ트랜지스터나매칭트랜스를조합하여계전기를동작시키는방식ᄂ트랜지스터나 I.C로증폭하여계전기를동작시키는방식ᄃ트랜지스터또는 I.C나미터릴레이를증폭하여계전기를동작시키는방식 ⑸ 시험장치 1 도통시험 : 수신부와영상변류기사이의외부배선의단선유무시험 2 동작시험 : 누설전류검출시험 ⑹ 음향장치 : 음향장치는수신기에내장시키는것과별도로설치한것이있다 4. 누전경보기의작동원리 ⑴ 단상식
- 28-1 누설전류가없는경우ᄀ회로에흐르는왕로전류 I1 과귀로전류 I2 는같고 ( 즉, I1 = I2) ᄂ왕로전류 I1 에의한자속 Φ1 과귀로전류 I2 에의한자속 Φ2 는 Φ1 = Φ2 가되어서로상쇄하고있다 2 누전이발생하여누설전류 Ig 가흐를경우ᄀ왕로전류는 I1 이되고귀로전류는왕로전류 Ig 보다작은 I1 Ig 가된다ᄂ누설전류 Ig 에의한자속 Φg 가생기게되어변류기에유기전압을유도시킨다 (Φ2 = Φ1 - Φg) ᄃ변류기에서발생된유기전압이수신기까지연결된수신부에전달되어경보를발하여누전이발생하였음을알린다 ⑵ 삼상식 1 누설전류가없을경우 : I1 = Ib Ia, I2 = Ic Ib, I3 = Ia Ic 즉, I1 = I2 = I3 = 0 이된다 2 누전이발생된경우ᄀ I1 = Ib Ia, I2 = Ic Ib, I3 = Ia Ic +Ig 즉, Ig = I1 + I2 + I3 가된다ᄂ누설전류 Ig 에의한자속 Φg 가생기게되어변류기에유기전압을유도시킨다ᄃ변류기에서발생된유기전압이수신기까지연결된수신부에전달되어경보를발하여누전이발생하였음을알린다
- 29 - 문제 17) 트래킹 (Tracking) 현상 1. 흑연화 (Graphite) ⑴ 개념 1 유기절연물이전기불꽃에장시간노출되어절연체표면에작은탄화도전로가생성되는현상 2 무정형그물구조 고에너지 ( 탄소재료는 2,000 이상 ) 층상형그물구조 ( 도전로 ) ⑵ 메카니즘 (Mechanism) 1 절연체의경년변화 2 고에너지에의한방전현상발생 3 흑연화 (Graphitization) 4 도전로형성 2. 트래킹 (Tracking) ⑴ 개념 1 트래킹은표면간의방전에의해, 흑연화현상은전기불꽃에의해발생된다는점이다르며, 유기절연물의탄소가흑연화된다는점은같다 2 전압이인가된이극도체간의고체절연물표면에먼지등이물질이부착되면그부착표면사이에소규모방전이발생된다 3 소규모방전이반복되면표면에점차도전성의통로 (Track) 가형성되는데, 이러한현상을트래킹 (Tracking) 이라한다 ⑵ 메키니즘 (Mechanism) 1 절연물표면오염 : 절연재료표면이습기, 무기질, 섬유질, 가스등에의해오염되어도전로가형성 2 도전로의분단과미소발광방전 : 연면전류가흘러도전로가건조대로형성됨에따라전위차로인한미소한발광방전이발생 3 트래킹 (Tracking) 형성 : 미소한발광방전의반복으로도전성 Track이지속적으로형성결국, 단락에의한절연파괴가발생 ⑶ 트래킹의입증 ( 화재조사 ) 1 전기테스터기 로통전로의저항을측정하여통상 10 ~ 20 Ω 정도 2 소화수에의한저항변화에주의할것 3. 가네하라현상 1 일본의전기과학자가네하라교수가규명한전기화재원인의일종 2 콘센트, 덤블러스위치등전기기구의절연체가탄화되는현상 ( 최근아연도금 )
- 30 - 문제 18) 아산화동발열현상 1. 개념 1 전기적접촉상태가불완전할때의접촉저항에의한발열에의하여발화원인이된다 2 동선과단자의접속부분에접속불량이발생하면접촉부의동이산화, 발열하여주위의동을용해시키면서아산화동이증식되는현상 2. 아산화동발열 Mechanism ⑴ 접속불량발생 1 접촉부의동이산화되어아산화동이증식 2 Cu + O CuO ⑵ 아산화동발열현상 1 상온에서수십 kω의전기저항 2 온도상승에의해저항이급격히저하된다 3 약 1,050 부근에서약 3Ω 으로최저가된다 4 동의녹는점은 1.080 정도로고온부의온도 (1,050 ) 와비슷하므로고온부주위의동이녹아서산화되면서아산화동이증식된다 ⑶ 발화 : 고온부의열에의한가연물의발화 3. 접촉저항을저감시키는방법 1 접촉압력및접촉면적을크게한다 2 고유저항이낮은재료를사용한다 3 접촉면을청결하게유지한다 4 접촉단자는쉽게부식되지않는재료를사용한다
- 31 - 기출문제분석 6( 누전화재관련 ) 1. 소방시설용누전경보기의작동원리와주요구성요소를설명하시오 (86회,10점) 2. 누전경보기의종류, 설치대상, 설치기준및작동원리를설명하시오 (61회,25점) 3. 누전경보기의작동원리를단상식과 3상식으로구분하여설명하고시공상의주의사항에대하여기술하시오 (77회,25점) 4. 전류동작형누전차단기와전압동작형누전차단기에관하여비교설명하시오 (72회,25점) 5. 내선규정에서정한누전차단기의시설방법을설명하고누전에대하여발생한전기화재의조사방법에대하여기술하시오 (89회,25점) 6. 전기화재를예방하는과전류차단기의종류 5가지를기술하고차단기설치장소의조건에대하여설명하시오 (90회,10점) 7. 전기화재주요원인가운데접속부의접촉불량사고와전선의소손발생시, 누전차단기 (ELB) 와과전류차단기 (MCCB) 의작동불능근본사유에대하여설명하시오 (72회,25점) 8. 트레킹 (Tracking) 현상을설명하시오 (56회,10점)