에너지 전환 시대의 전기화재, 발생 특성과 예방
송정원 한국폴리텍Ⅰ대학 서울정수캠퍼스 전기과 교수
전기차, 에너지저장장치(ESS), 스마트설비의 확산으로 전력 사용 환경이 고밀도·상시 운전 구조로 변화하면서 전기설비의 복잡성과 함께 새로운 안전 문제가 대두되고 있다. 전기는 효율적인 에너지원이지만, 절연 열화나 접촉 불량, 단락 등 전기적 이상이 발생할 경우 화재의 점화원이 될 수 있으며, 에너지 전환 과정에서 이러한 전기화재 위험은 구조적으로 증가하는 양상을 보이고 있다. 이에 본고에서는 변화된 전력 사용 환경을 배경으로 전기화재의 특성과 예방의 중요성을 살펴보고자 한다.
전기화재의 정의 및 국내 화재 통계
물질이 연소하여 화재가 발생하기 위해서는 반드시 ①가연성 물질(연료) ②점화원(에너지) ③산소 공급원세가지가 존재해야 하는데, 이때 전기에너지가 점화원이 되어 발생하는 화재를 전기화재라 한다.(<그림 1> 참조)
2023년 한 해 동안 국내에서 발생한 화재는 총 38,857건이며, 이 중 전기적 요인에 의한 화재는 10,352건으로 26.6%를 차지했다.(<그림 2> 참조) 또한, 전기적 요인에 의한 화재의 발화 원인은 <표 1>과 같으며, 대부분 단락에 의한 화재로 분석되었다.
전기화재 발생 매커니즘
단락은 <그림 3>과 같이 전선의 피복이 손상되거나, 절연 성능의 저하 등으로 인하여 서로 다른 상의 도체가 직접 접촉한 경우를 단락이라 하며, 이때에는 회로상의 전기저항이 매우 적기 때문에 전류가 급격하게 흘러 극심한 열과 함께 전기불꽃이 발생하게 된다.
압착 손상에 의한 단락은 전선에 물리적인 힘이 가해지면 절연 피복이 압착되면서 손상되어 전선의 도체심선이 노출되거나 직접 접촉되어 단락이 발생하게 된다.<그림 4>의 예와 같이 전기기기의 코드선이나 노출 콘센트 및 멀티콘센트 등의 배선들이 바닥으로 노출된 상태로 방치하는 경우에 신발에 밟히거나 의자나 기타 중량물에 눌려서 피복이 손상되거나 변형되어 도체 심선이 직접 접촉되어 단락될 수 있다. 모든 전선은 발에 밟히거나 중량물에 의하여 피복 손상이 되지 않도록 몰드 등을 사용하여 보호하거나 우회하여 시설해야 한다.
절연 열화에 의한 단락은 전기설비가 설치된 장소의 높은 주위 온도나 습기, 자외선, 도전성 먼지 등은 전기회로의 절연 성능을 저하시켜 단락 회로를 만들고 발열 및 아크를 발생시켜 출화하게 된다. 전기배선을 노출된 장소에서 접속한 경우에도 절연을 충분하게 보완하지 않은 경우에는 충전부의 노출에 의하여 단락될 수 있다.
<그림 5>와 같이 CV 케이블 등 XLPE 절연물을 사용한 케이블을 옥외 노출 공간에서 접속하는 경우 XLPE 절연피복을 절연테이프 등으로 보호하지 않은 경우에는 자외선에 의하여 경화되어 피복이 갈라지고, 도체 심선이 노출되어 누전 또는 단락이 되는 경우가 있다. 또한 <그림 6>과 같이 노출된 장소에서 엔드커넥터를 사용하여 전기배선을 접속하는 경우를 볼 수 있는데, 시중에서 쉽게 구할 수 있는 엔드커넥터는 절연물이 압착 과정에서 쉽게 파손되거나, 주변의 온도나 자외선 등에 의하여 쉽게 갈라져 충전부가 노출되어 단락될 우려가 있다.
층간 단락이란 전동기나 변압기 등의 권선에서 서로다른 층 사이에 전기적으로 단락이 발생하는 것을 의미한다. 과도한 전압의 공급, 노후로 인한 절연물의 열화, 물리적 손상, 주변 온도에 의한 과열 등으로 인해 발생할 수 있다. 또한, 전동기의 경우에는 회전축의 구속으로 인하여 과도한 전류가 흐르게 되면, 전동기의 내부 권선이 과열되고 절연을 손상시켜 결국 층간 단락을 일으키게 된다. 선풍기나 환풍기의 경우에는 지나치게 장기간 켜진 상태에서 방치하여 과열될 수 있고, 과도한 먼지나 이물질 또는 주변의 물품에 의한 간섭 등에 의하여 회전축의 구속이 발생하여 권선의 온도가 상승하게 된다.
중략...
<월간 에너지관리> 2026년 1월호 게재
에너지 전환 시대의 전기화재, 발생 특성과 예방
송정원 한국폴리텍Ⅰ대학 서울정수캠퍼스 전기과 교수
전기차, 에너지저장장치(ESS), 스마트설비의 확산으로 전력 사용 환경이 고밀도·상시 운전 구조로 변화하면서 전기설비의 복잡성과 함께 새로운 안전 문제가 대두되고 있다. 전기는 효율적인 에너지원이지만, 절연 열화나 접촉 불량, 단락 등 전기적 이상이 발생할 경우 화재의 점화원이 될 수 있으며, 에너지 전환 과정에서 이러한 전기화재 위험은 구조적으로 증가하는 양상을 보이고 있다. 이에 본고에서는 변화된 전력 사용 환경을 배경으로 전기화재의 특성과 예방의 중요성을 살펴보고자 한다.
전기화재의 정의 및 국내 화재 통계
물질이 연소하여 화재가 발생하기 위해서는 반드시 ①가연성 물질(연료) ②점화원(에너지) ③산소 공급원세가지가 존재해야 하는데, 이때 전기에너지가 점화원이 되어 발생하는 화재를 전기화재라 한다.(<그림 1> 참조)
2023년 한 해 동안 국내에서 발생한 화재는 총 38,857건이며, 이 중 전기적 요인에 의한 화재는 10,352건으로 26.6%를 차지했다.(<그림 2> 참조) 또한, 전기적 요인에 의한 화재의 발화 원인은 <표 1>과 같으며, 대부분 단락에 의한 화재로 분석되었다.
전기화재 발생 매커니즘
단락은 <그림 3>과 같이 전선의 피복이 손상되거나, 절연 성능의 저하 등으로 인하여 서로 다른 상의 도체가 직접 접촉한 경우를 단락이라 하며, 이때에는 회로상의 전기저항이 매우 적기 때문에 전류가 급격하게 흘러 극심한 열과 함께 전기불꽃이 발생하게 된다.
압착 손상에 의한 단락은 전선에 물리적인 힘이 가해지면 절연 피복이 압착되면서 손상되어 전선의 도체심선이 노출되거나 직접 접촉되어 단락이 발생하게 된다.<그림 4>의 예와 같이 전기기기의 코드선이나 노출 콘센트 및 멀티콘센트 등의 배선들이 바닥으로 노출된 상태로 방치하는 경우에 신발에 밟히거나 의자나 기타 중량물에 눌려서 피복이 손상되거나 변형되어 도체 심선이 직접 접촉되어 단락될 수 있다. 모든 전선은 발에 밟히거나 중량물에 의하여 피복 손상이 되지 않도록 몰드 등을 사용하여 보호하거나 우회하여 시설해야 한다.
절연 열화에 의한 단락은 전기설비가 설치된 장소의 높은 주위 온도나 습기, 자외선, 도전성 먼지 등은 전기회로의 절연 성능을 저하시켜 단락 회로를 만들고 발열 및 아크를 발생시켜 출화하게 된다. 전기배선을 노출된 장소에서 접속한 경우에도 절연을 충분하게 보완하지 않은 경우에는 충전부의 노출에 의하여 단락될 수 있다.
<그림 5>와 같이 CV 케이블 등 XLPE 절연물을 사용한 케이블을 옥외 노출 공간에서 접속하는 경우 XLPE 절연피복을 절연테이프 등으로 보호하지 않은 경우에는 자외선에 의하여 경화되어 피복이 갈라지고, 도체 심선이 노출되어 누전 또는 단락이 되는 경우가 있다. 또한 <그림 6>과 같이 노출된 장소에서 엔드커넥터를 사용하여 전기배선을 접속하는 경우를 볼 수 있는데, 시중에서 쉽게 구할 수 있는 엔드커넥터는 절연물이 압착 과정에서 쉽게 파손되거나, 주변의 온도나 자외선 등에 의하여 쉽게 갈라져 충전부가 노출되어 단락될 우려가 있다.
층간 단락이란 전동기나 변압기 등의 권선에서 서로다른 층 사이에 전기적으로 단락이 발생하는 것을 의미한다. 과도한 전압의 공급, 노후로 인한 절연물의 열화, 물리적 손상, 주변 온도에 의한 과열 등으로 인해 발생할 수 있다. 또한, 전동기의 경우에는 회전축의 구속으로 인하여 과도한 전류가 흐르게 되면, 전동기의 내부 권선이 과열되고 절연을 손상시켜 결국 층간 단락을 일으키게 된다. 선풍기나 환풍기의 경우에는 지나치게 장기간 켜진 상태에서 방치하여 과열될 수 있고, 과도한 먼지나 이물질 또는 주변의 물품에 의한 간섭 등에 의하여 회전축의 구속이 발생하여 권선의 온도가 상승하게 된다.
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<월간 에너지관리> 2026년 1월호 게재