< 전기설비의방폭구조 > 전기설비방폭구조 http://www.automation.com/library/articles-white-papers/machine-process-safe-guarding/methods-of-protection-in-hazardous-explosion-risk-locations 폭발성가스를저장 취급하는장소 ( 예, 석유화학단지내 ) 에설치되는전기기기에서가스폭발을야 기시키지않도록설계된구조 방폭구조의종류 압력 ( 壓力 ) 방폭구조 (Pressurized enclosure) 또는내압 ( 內壓 ) 방폭구조 - 용기내부에보호기체 ( 신선한공기또는질소등의불연성기체 ) 를압입하여내부압력을유지하므로써폭발성가스또는증기가침입하는것을방지하는구조 내압 ( 耐壓 ) 방폭구조 (EXPLOSION-PROOF ENCLOSURE) < 압력방폭구조 :pressurized enclosure> - 전폐구조로용기내부에서폭발성가스또는증기가폭발했을때용기가그압력에견디며, 또한접합면, 개구부등을통해외부의폭발성가스에인화될우려가없도록한구조 ( 좁고긴 interstice 를지나가는연소에너지급격감소!) 유입 ( 油入 ) 방폭구조 (oil-immersion protection) < 내압 ( 耐壓 ) 방폭구조 explosion-proof enclosure> - 밀폐시킨케이싱 ( 용기 ) 내에절연유를삽입하여외부가스침입방지. 즉전기불꽃, 아크또는고온이발생하는부분을기름속에넣고기름면위에존재하는폭발성가스또는증기에인화되지않도록한구조 안전증방폭구조 (Increased Safety protection) - 정상상태에서아크 (Arc, 전기불꽃 ) 등과열이발생하면착화될우려가있는부분에구조상또는온도상승에대해안전성을높이는구조. - 정상운전중에폭발성가스또는증기에점화원이될전기불꽃등의발생을방지하기위하여기계적, 전기적구조상또는온도상승에대해서안전도를증가시킨구조 본질안전방폭구조 (Intrinsic safety protection) - 정상또는이상상태에서폭발성가스가단선, 단락및지락등에의해발생하는전기불꽃 ( 아크 ) 과열등에의해가연성가스의착화를방지하는구조로서착화시험으로성능이확인된구조. <oil-immersion protection> <Increased safety protection > <intrinsically safe circuit> - 1 -
특수방폭구조 ( 사입 ( 沙入 ) 방폭구조 ) - 밀폐시킨케이싱 ( 용기 ) 내에모래등을채워외부가스의침입을방지하는구조 <powder-filling protection> 용기내에불활성가스를압입하여외부폭발성가스의침입을방지하고점화원과폭발성가스를격리하는전기설비의구조를무엇이라하는가? 1 내압 ( 압력 ) 방폭구조 2 유입방폭구조 3 안전증방폭구조 4 특수방폭구조 1 백드래프트 ( 逆火 /back burn/back draft) http://www.youtube.com/watch?v=inrs4fdndr4&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=v6cft74ktbw - 백드래프트는역화현상으로서밀폐 ( 진공아님 ) 된공간에공기 ( 산소 ) 공급이원활하지않는불완전한연소상태인훈소상태에서화재로인하여실내상부쪽으로고온의기체가축적되고온도가높아짐에따라기체가팽창하고 - ( 연소의 3 요소중 ) 산소가부족한건물내에산소가새로유입될때에급속한연소가발생하고화염이폭풍을동반하여실외로분출되는고열가스의폭발현상 - 문의손잡이는뜨겁고화재가스들과연기는번갈아가며구조물 ( 주로문밑 ) 내부에서밖으로향했다가안으로빨아들였다가휘파람소리를내기도하며, 산소가결핍된실내에소방관이소화활동이나구조활동중에문을갑자기개방함으로써산소가갑자기급격하게유입되었을때주로감퇴기 ( 말기 ) 때발생하는역류성폭발현상 - 연기폭발또는열기폭발에해당하며주로화재말기에가까울수록더클수있으며가스가차있는실내에일산화탄소폭발범위 (12 74%), 온도 600 이상일때발생 - 미국에서는이현상을 소방관의살인현상 이라함. 백드래프트 ( 逆火 /back burn/back draft) 방지대책 - 실내상부쪽압력이큰천장등을개방 http://www.youtube.com/watch?v=hfmzxewuuui - 수직배연활동을하기전에창문이나출입문을통한수평진압 ( 水平鎭壓 ), 수평배연 ( 排煙 ) 방지 - 폭발력의억제, 격리, 소화, 환기등 백드래프트 ( 역화 ) 의징후 ( 徵候 ) < 백드래프트의진행단계 > - 가장쉽게확인할수있는전조증상은문주위에서짙고검은연기가나온다. - 2 -
- 연기가건물내개구부틈새로빨려들어가거나외부로빠져나오면서맴돈다. - 창문에농연으로얼룩진자국이나검은색응축물 ( 액체 ) 이흘러내리는모습이관찰된다. - 화재로건물내부와외부의압력차가발생하여외부공기가안으로빨려들어오면서휘파람소리나작은진동이발생되기도한다. 건물의실내부에서관찰할수있는역화의징후 ᄀ압력차이로외부공기가내부로빨려들어가면서휘파람 ( 호루라기 ) 소리를내는경우. ᄂ연기가건물내에서빠르게소용돌이치거나건물내로되돌아가면서주변을맴도는연기. ᄃ훈소가진행되고, 고열이축적되거나산소가부족해서불꽃이약화된상태 ( 황색불꽃 ) 건물의실외부에서관찰할수있는역화의징후 ᄀ거의완전폐쇄된건물일것.( 연기가균열된틈이나문밑등작은구멍을통하여빠져나오고건물안으로연기가빨려들어가는현상이발생한경우.) ᄂ복도등에서보면화염은보이지않지만창문과문손잡이가뜨겁다. ᄃ유리창의안쪽으로타르와유사한기름성분 ( 검은색액체 ) 의물질이흘러내린다. ᄅ창문을통해보았을때건물내연기가소용돌이친다. <Flashover 와 Backdraft 비교 > 구분 < 백드래프트와플래시오버의비교 > 백드래프트 (B/D) 플래시오버 (F/O) https://www.youtube.com/watch?v=qqmvm72fmrk https://www.youtube.com/watch?v=-t_ja-2b8ac&feature=related 발생시기 성장기또는감퇴기 ( 주로화재 3 단계 ) 성장기 ( 주로 1 단계 ) 발생빈도 거의발생하지않는다 ( 간혹 ). 빈번하다. 주요인 산소 ( 결과 :CO 가스폭발 ) 복사열 (* 결과 : 가스불확대 ) 폭발유무 비정상연소를동반한폭발현상. 비정상연소 ( 폭발아님.) 영향 폭풍또는충격파를수반한다. 폭풍또는충격파없다. 전단계연소 불완전연소상태 ( 훈소상태 )- 실밀폐 자유연소상태 - 실개방등 산소량 산소부족 ( 갑자기유입 ) 상대적으로산소공급원활 일반적 : 감퇴기 성장기마지막발생단계 예외적 : 성장기 최성기시작점경계. 폭발력억제 : 문을적게열어공기공급을적게 개구부의제한 방지대책 격리 : 개구부를파괴한후후퇴한뒤재진입 소화 : 불씨를없애고가연성가스의생성차단 환기 : 개구부개방전환기대책강구, 천장개방 가연물양의제한 화원의억제 내장재 ( 천장등 ) 불연화 - 3 -
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제 3 절화재이론 화재 3 대요소 - 1 사람의의도에반할것 - 2 소화할필요가있을것 - 3 소화시설등을이용할필요가있을것. 화재정의 - 실화, 방화, 자연발화에의한것으로서정상적인생활인의뜻과는관계없이인명과재산의손해를주면서일어나는물질의연소현상 - 사람의의도에반 ( 反 ) 하거나고의에의하여발생하는연소현상 - 출화 ( 出火 ), 방화 ( 防火 ) 에의하여불이발생 확대되는현상으로서경제적손해를주는현상 - 자연적 인위적원인으로불이물체를연소시키고인명과재산에손해를주는현상 - 국제표준화기구 (ISO) 의화재정의 : 시간적 공간적으로제어되지않고확대되는급격한연소 화재원인 - 2006 년이전통계 : 전기화재가가장큰비중 - 2007 년이후통계 : 부주의 전기적요인 ( 합선 ) 기계적요인 방화 ( 불만해소 ) 순 - 대형인명사건화재 2003 년대구지하철방화사건 : 192 명 (+ 부상 148 명 ) 1971 년도서울대연각호텔화재 : 163 명 http://www.ehistory.go.kr/page/pop/movie_pop.jsp?srcgbn=kv&mediaid=750&mediadtl=6355-5 -
- 대형 재산피해 화재 2005년 대구 서문시장 화재의 186억원 1953년 부산 부산역 화재가 176억원 - 화재건수는 2012년 43,247건(일 120건) - 장소별 순서 : 비주거 주거 차량 순 화재의 분류 <급수에 따른 화재의 분류> 급 수 종 류 색 상 내 용 A급 일반화재 백 색 목재, 섬유, 고무류, 합성수지 등 B급 유류화재 황 색 인화성 액체 등 기름 성분인 것(* 국내: 가스화재 포함) C급 전기화재 청 색 통전(通電) D급 금속화재 무 색 칼륨, 나트륨, 마그네슘분 등의 금속가루의 화재 E급 가스화재 황 색 LPG, LNG, 도시가스 등의 화재 중인 전기 설비 및 기기의 화재 * 통상 B급을 E급과 같이 취급 소화기 적응성에 대한 색상 - 일반 화재용 : 백색의 원형 안에 흑색문자로 일반(보통화재) - 유류 화재용 : 황색의 원형 안에 흑색문자로 유류화재 - 전기 화재용 : 청색의 원형 안에 백색문자로 전기화재 LPG(액화석유가스) 석유성분 속의 탄화수소가스를 압축 냉각하여 액화. 프로판, 부탄이 주성분 LNG(액화천연가스) 석유 지층에서 나온 메탄을 주성분으로 한 가스를 액화. 도시가스 가스관을 부설하여 연료용으로 공급되는 가스. 주로 LNG가 이용. 일반화재의 성상-실내 화재 - A급으로 분류된 화재 - 실외화재인 쓰레기불 등은 제외하고, 실내화재만을 고려 - 화재발생 시 생성된 연기는 주로 백색이며 연소 후에는 재를 남김 - 화재추이: 발화기 성장기 (F.O) 최성기 감쇠기 순서 <실내화재의 상태도> - 6 -
- 실내화재의단계 화원 ( 발화기 : O): 가연물이공기중에서산소와반응하여빛과열을내는초기단계 성장기 (O B) ᄀ 1 성장기 (O A): 초기단계를거치면서크게상승하지않는발화단계, 백색연기 * 가나옴. ᄂ 2 성장기 (A B): a F.O 발생시기에해당되며개구부에강한흑색연기분출 b F.O 는실내가순간적으로화염이충만한단계. 최성기직전의중기상태. c 화재의중기는 F.O 에이르면서화재의상황변화가가장격렬하고다양. d F.O 는 A 점에서시작하여 B 점에서현상이나타남. 최성기 (B C): F.O 현상이진행되며연기의양은적고화염의분출이강해지며온도가최고에이르고 천장, 유리등이내려앉는단계로서가장격렬한시기 산소가소진되어다량의불완전가스가발생되며산소와만나면곧발화 감쇠기 (C D): 화재의세력이부분소멸되고연기의발생도거의정지단계. 플래시오버 (Flash over) 건물실내화재에서발생한가연가스가일시에인화하여화염이충만하는단계 옥내화재가서서히진행하여열이축적되었다가일시에화염이실내전체에확대되는현상 순발연소, 순간적인연소확대현상 또는 폭발적인착화현상 이라고도함 플래시오버의징후 일정공간내에서전면적인자유연소와계속적인열집적과두텁고, 뜨겁고, 진한연기가아래로쌓임 실내의모든가연물이동시발화현상으로인해바닥에서 천장까지고온상태인것이특징 플래시오버발생시기 : 성장기와최성기사이 플래시오버의발생온도 : 일반적으로 800~900 플래시오버현상 (F.O 현상 ) 발생시간의영향조건 화원의크기 : 화원의위치와크기를말하며, 화원이클 수록화재발생시각과진행시간이빠름 내장재종류 : 실내에수납된가연물의양과성질에영향받음. 벽재료보다천장재가발생시각에큰 영향 개구부의조건 : 실내에설치된창의높이, 창의면적, 개구부위치및크기에따라영향받음. 밀폐 된공간보다개구부가크면클수록발생시각이빠름. <preflashover condition> 연료지배형화재및환기지배형화재 - 연료지배형화재 (fuel controlled fire) 연소에필요한공기량이비교적충분하여연소속도가연료조건에의해서좌우되는화재 연소속도가가연물의분해, 증발율에비례. 출화하여화세가약한초기에는산소량이원활하므로연료는공기량보다실내의가연물에의해지배되는연료지배형의연소형태를가짐. - 환기지배형화재 화재가어느정도성장하면가연물의양이아무리많다하더라도연소속도가공기량에좌우됨 공기량에의해화세가결정되는화재 연소속도가환기요소에비례 Flash Over 에이르러실내온도가급격히상승하여가연물의열분해가진행되고화세가강하게되면산소량이급격히소진되며연소현상은연료지배형에서환기량에지배되는환기지배형으로전환. - 7 -
< 연료지배형과환기지배형의비교 > 구분연료지배형환기지배형 지배요인 연료지배-통기가많고가연물이제한 ( 연료환기지배-가연물이많고통기가적다.( 환기량량에비해환기량이충분.) 에비해연료량이충분.) 환기요소환기요소에지배를받지않음환기요소에지배를받음 발생장소개방된공간, 큰창문, 목조건물등지하콘크리트무창층, 내화구조등 발생시기 Flash Over 이전, 성장기 ( 온도가낮다 ) Flash Over 이후, 최성기 ( 온도가높다 ) 산소량상대적으로산소공급원활화세가강하여산소가소진되어부족 연소속도, 연소시간 환기요소에영향을받지않아연소속도는빠르고연소시간은짧다. 환기요소에영향을받아연소시간이길어져연소속도는느리고연소시간은길다. 화재가혹도작다 ( 외부에서찬공기유입 ) 크다 ( 다량의가스가존재 ) 화재저항불연화, 난연화, 방화구조, 내장제강화내화구조 위험성피난의안정성확보가필요백드래프트영향에주의 < 목재구조건축물화재 > 목조건축물 ( 한옥건물, 통나무집 ) - 목재의성분 - 8 -
목재를구성하는주성분은탄소 (C), 수소 (H), 산소 (O) 로구성된셀룰로오즈, 리그닌, 무기물 목재연소가스 주요배출가스 : 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO 2 ), 수증기 (H 2 O) 가생성 기타배출가스 : 질소 (N), 인 (P), 유황 (S) 함유한인체해로운유독성가스 - 목재의연소 가열이되면수분을잃고탄화되다가일정온도이상이되면발화 철과같은금속에비하여열전도율이낮아 ( 열의축적이용이하므로 ) 화재시빨리연소 목재는함유수분이 15% 초과하게되면연소불가능 목재표면의연소흔 : 균열흔, 훈소흔 ( 燻燒痕 ) 목재의연소단계 : 목재내수분의기화 열분해 연소 < 목재형태에따른연소상태 > < 목재의구체적연소단계 > - 목조건축물의화재특성 착화한후최성기까지도달소요시간은일반적으로 5 15 분정도. 맹화에서연소낙하까지 6 19 분이소요. 목조건축물화재의진행시간은 30 40 분에해당. 최성기에도달하는최고온도약 1,100 1,300. 고온단기형 ( 내화건물화재 : 저온장기형 ) < 목조건축물의온도와시간표준곡선 > - 9 -
< 건축물화재의비교특성 > 종류 구분 진행시간최고온도특징 목재구조화재 30~40분 1100~1300 고온단기형 내화구조화재 2~3시간 900~1100 저온장기형 - 목조건축물의화재진행과정 : 화재출화를기준으로한목조건축물의진행과정 - 화재출화를기준으로화재전기는초기화재 - 화재출화를기준으로화재후기는본격화재 - Flashover : 발염착화와화재출화사이에시작 (A 점 ) 하여, 화재출화와맹화사이 (B 점 ) 에서본격발생 - 화재출화 : 화재중기해당 < 목조건축물의화재상황 > 무염착화 불꽃이없지만바람, 공기가주어질때언제든지불꽃이발할수있는단계. 발염착화 천장까지불이번져연기가백색 흑색으로변하며개구부로분출된다. 실내온도가 800 900 정도로 F.O 현상이나타난다. 최성기 복사열이발생하여실내최고온도가약 1300 정도가된다. 유리가녹고천장, 대들보등이내려앉는단계로서가장격렬한시기이다. 목조건축물화재의출화 ( 出火 ) - 화재실의환기상태, 실내가연물의양, 공기공급상태, 가연물의연소특성에따라연료지배화재로되어연소속도가증가. - 목조건물의화재출화의일반적현상 처음에는백색연기가창, 환기구등으로분출 옥내에서불이타는소리가나면서차츰연기량이많아지고지붕, 처마등에서연기가새어나오며결국화염이외부에나타남. 도괴방향법 : 목재가옥의기둥, 벽등은발화부를향하여도괴하는경향이있으므로이곳을출화부로추정하는것 - 목조건축물구조상화재출화구분 옥내출화와옥외출화로구분 < 목조건축물구조상화재출화 > 옥내출화 옥외출화 가옥구조에서천장면에또는천장속, 벽속에발염착화시 불연벽체나불연천장인경우의실내에서는그뒷면판에발염착화시 창, 출입구등에발염착화시 외부, 벽, 추녀밑에서발염착화시 ( 목재가옥 ) 탄화심도 http://depositphotos.com/1345370/stock-photo-burning-hot-embers-of-a-wood-fire.html - 화재시열을받고있는나무와같은물체들이시간의지속에따라깊은속부분까지연소될때, 가스가빠져나온구멍이나갈라진틈사이의깊이 - 목재표면이 귀갑상 ( 거북이등모양 ) 으로탄화된깊이 - 균혈흔 - 10 -
완소흔 (700 800 ) : 목재표면은거북등모양으로갈라져탄화흠은얕고사각또는삼각형을형성 강소흔 (900 ) : 흠이깊고만두모양으로요철형 열소흔 (1,100 ) : 흠이가장깊고반월형의모양. 열소흔은대규모건물화재에서나타남. - 훈소흔 : 목재표면에발열체가밀착되었을때그밀착부위의목재표면에생기는연소흔적 시간이경과하면직경과깊이가변하면서탄화진행 발화부원인추정의 5 원칙 - 원칙 1 : 발화건물의기둥, 벽, 건자재등은발화부방향으로도괴. - 원칙 2 : 화염은수직의가연물을따라상승하고측면과하부는연소속도가완만. - 원칙 3 : 탄화심도는발화부에가까울수록깊어지는경향. - 원칙 4 : 목재표면의균열흔 ( 연소흔 ) 은발화부에가까울수록잘고가늘어지는경향 - 원칙 5 : 발열체가목재면에밀착되었을경우발열체표면의목재면에훈소흔이남으며발화부부근의훈소흔은발화부위인경우가있다. < 내화구조건축물화재 > 내화구조건축물 ( 예, 콘크리트건물 ) 의정의 - 철근콘크리트조, 연와조그밖에 ( 석조등 ) 내화성능을가진것 - 화재발생시쉽게연소하지않고구조물성이크게변화하지않는최종적인단계에서실내장식물등내장재가전소하더라도수리하여재사용할수있는구조로된건축물 내화구조건축물의특성 - 목조구조건축물화재발생시와달리공기유통조건이크게변하지않고화재의진행시간은목조건축물고온단기에비하여 2 3 시간지속 - 최성기에도달하는최고온도는목조건축물보다 200 정도낮은 900 1100 정도 - 목조화재에비해저온장기형화재 ( 목조구조화재 : 고온단기형 ) 내화구조건축물의화재진행과정 - 화원 ( 발화기 ) 으로부터성장기, 최성기, 감쇠기로구분 - 초기 : 초기는목조건축물에비해밀도가높기때문에연소가완만하고산소공급이불충분. - 성장기 : 중기에해당되는성장기는실내온도가 700 800 로급상승하면서백색연기에서흑색연기로변하고건물전체에불길이확산. 건물상부의개구부에서국부적으로화염분출 - 최성기 : 천정의회반죽이나콘크리트가무너져내리는시기. 1000 전후온도. < 내화구조건축물과목조건축물의비교 > - 11 -
< 내화구조건축물의화재진행 > 초기 다량의연기발생, 연소가완만함. 성장기 흑색연기및화염등이분출, 실내전체가한순간에화염으로휩싸이는현상 최성기 천장등의구조물재료 ( 콘크리트, 회반죽등 ) 가붕괴 콘크리트폭열현상 감쇠기 흑색연기가차츰백색으로변하면서화세가점점약해지는시기 < 섬유화재 > 섬유류화재 - 섬유화재발생가스 : 모직물, 견직물의연소시발생되는가스는 CO, CO 2 와 NO, HCN( 시안화수소 ), NH 3 ( 암모니아 ) 등으로질소가포함된가스 - 섬유류화재의특성 면의착화점은 400 인데비해모의착화점은 600 정도 면은식물성섬유로주성분이셀룰로오스로서연소시키기쉽고연소속도도빠르고모에비해소화하기도어렵다. 모는동물성섬유로착화점이높고주성분이단백질로되어있으므로연소시키기가어렵고연소속도도느리고면에비해소화용이 < 섬유류화재의특성 > 종류 착화점 ( ) 연소특성 면 400 식물성섬유로연소시키기쉽고연소속도가빠르다. 모 ( 毛 ) 600 동물성섬유로서연소시키기어렵고연소속도가느리다. < 플라스틱화재 > 플라스틱화재연소발생가스 플라스틱화재성상 - 열가소성플라스틱, 열경화성플라스틱으로구분 - 열가소성 ( 熱可塑性 ) 플라스틱 가열하면연화하여변형 폴리염화비닐 (PVC), 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 폴리프로필렌 - 열경화성 ( 熱硬化性 ) 플라스틱 가열해도다른모양으로변형하지않는플라스틱 페놀수지, 에폭시수지, 멜라민수지, 규소수지, 요소수지 - 플라스틱의분해온도및한계산소지수 (LOI) http://www.youtube.com/watch?v=y1oafyp1huq 고분자 (Polymer) 한계산소지수 [%] 고분자 (Polymer) 한계산소지수 [%] 폴리염화비닐 (PVC) 가장높다 (45) 폴리프로필렌 (PP) 19 폴리스틸렌 (PS) 18 폴리에틸렌 (PE) 17.5-12 -