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요약

본 연구에서는 가정용으로 많이 사용되고 있는 직접 가열방식의 하이라이트 레인지를 선정하여 손상된 세라믹유리 상판 틈으로 수분 침투 시 발화위험성 등 화재로 이어질 수 있는 여러 가지 상황을 재현하여 실험하였다. 또한, 각 실험별로 나타난 발열온도 및 전기적 신호는 검출장치를 통해 기록하고 분석하였다.

1. 머리말

가정용으로 사용되는 조리용 가열기구는 가스를 이용한 가스레인지와 전기를 이용한 전기레인지로 크게 나눌 수 있다. 이 중 가스레인지는 가격과 화력 면에서 우수하여 국내에서 가장 폭 넓게 사용되고 있지만 가스배관 설치비용, 가스누설 및 가스폭발의 위험성, 낮은 효율, 조리 시 산소농도 저하 및 유해물질(일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황 등) 발생 등의 단점이 있다. 전기레인지는 전기로 발열해 불꽃이나 그을음이 생기지 않으며 세척 등 사용성이 뛰어나기 때문에 주거용 건물(공동주택, 리조트, 주상복합건물 등)에 최근 많이 설치되고 있다.

2. 전기레인지의 구조

3. 하이라이트 레인지의 발화위험성

가. 화구에 가연물 접촉 시 발화위험성

하이라이트 레인지를 빌트인 방식으로 조리대에 설치할 경우, 하이라이트 레인지 상판의 높이와 조리대 상판의 높이는 같게 되어 조리 중에 행주 및 키친타월 등의 가연물이 화구에 쉽게 접촉될 수 있다. 또한 조리대에 물건을 정리하면서 행주나 박스 등을 사용하지 않는 하이라이트 레인지 상부에 올려놓은 상태에서 다이얼 방식의 조절 손잡이가 옷에 걸리거나 청소 중에 우발적으로 조작되는 경우 화재의 위험성이 있다.

(1) 실험방법
온도 데이터 측정을 위해 직경 0.65mm의 K-Type 열전대(KS C 1602)를 세라믹유리 상판 중앙에 위치한 화구와 화구 위에 적치된 행주(가연물)에 각각 설치하였으며, 온도조절 스위치는 9단계에 설정하여 온도변화를 측정하였다.

(2) 실험결과
행주가 연소되면서 발생되는 화염과 열기가 화구와 행주 내 부착된 열전대에 전달되면서 화구 온도는 최대 720.9 ℃까지, 행주 내부 온도는 최대 273.02 ℃까지 상승시켰다. 이와 같은 사실을 통해 하이라이트 레인지 상부에 가연물이 적치된 상태에서 전원이 인가될 경우 조리대 주변에 위치한 전기밥솥, 식용유 용기 및 키친타월 등으로 연소가 확대될 위험이 있음을 확인하였다.

나. 손상된 세라믹유리 상판 틈으로 수분 침투 시 발화 위험성

(1) 실험방법
수분 침투에 의한 발화위험성을 확인하기 위해 세라믹유리 상판 중앙에 위치한 화구 표면에 충격을 가해 세라믹유리를 파손하였다. 온도조절 스위치는 9단계에 설정하였으며, 수분 침투를 재현하기 위해 냄비에 물을 가득 채운 상태에서 라면을 끓였다.

(2) 실험결과
파손된 세라믹유리 상판에 국물이 끓어 넘쳤을 때에는 [그림 3]의 c)와 h)에서 보는 것처럼 침투된 수분(국물)으로 인해 발열체 간 도전로가 형성되어 층간접촉이 발생하였다. 발열체간 층간 접촉 시 전류는 발열체의 최단 경로를 따라 흐르기 때문에 발열체의 전체 저항 값은 줄어들게 된다. 전압은 220 V로 동일하기 때문에 옴의 법칙에 의해 줄어든 저항만큼 전류가 증가하고, 증가된 줄열(Joule Heat)에 의해 발열체가 소실되면서 전원이 차단되었다.

다. 전기레인지 교체 설치 시 과전류에 의한 발화 위험성

가스레인지가 있던 자리에 전력 소모가 큰 전기레인지를 교체 설치할 경우 주방 전선에 연결하여 사용하므로 주방용 부하기기의 소비전력(전기밥솥, 냉장고 및 전자레인지 등)과 전기레인지의 소비전력이 합산되어 전선의 정격전류를 초과하는 과전류가 인가될 수 있으며, 이 때 발생한 줄열에 의해 전선 피복의 절연열화 속도가 가속화되어 단락(합선) 등 전기적인 화재로 이어질 수 있는 위험(Risk)이 존재한다.

(1) 실험방법
가스레인지 대용으로 많이 사용되고 있는 하이라이트 레인지 3구 확장형(4.8 ㎾, 220 V)과 주방용 부하기기(전기밥솥, 냉장고 및 전자레인지 등)를 대체하기 위해 하이라이트 레인지 1구(1.8 ㎾, 220 V)와 전기주전자(1.8 ㎾, 220 V)를 사용하였다.

차단기는 누전차단기 30 A와 배선용차단기 20 A를 각각 사용하였으며, 차단기가 과전류에 의해 작동되지 않도록 누전차단기 30 A를 설치하였을 때는 하이라이트 레인지 3구, 하이라이트 레인지 1구 및 전기주전자(이하 “실험1”이라 칭함), 배선용차단기 20 A를 설치하였을 때는 하이라이트 레인지 3구와 하이라이트 레인지 1구(이하 “실험2”라 칭함)를 사용하였다.

옥내 배선용 전선은 일반용 단심 비닐절연 전선(60227 KS IEC 01, 70 ℃, PVC), 일반용 유연성 단심 비닐절연전선(60227 KS IEC 02, 70 ℃, PVC) 또는 케이블을 사용하여야 하나 안전을 고려하여 기기배선용 단심 비닐절연전선(60227 KS IEC 07, 90 ℃, PVC)을 사용하였다. 또한 내선규정 500-2 배선설비의 허용전류와 공사방법(KS C IEC 60364-5-52)의 표 52-3 전류용량 확보를 위한 표준 설치방법 A1(단열성 벽면에 매입한 전선관 내의 절연전선 또는 단심케이블)과 유사한 환경을 만들기 위해 비닐절연전선을 스티로폼 단열재 홈에 끼운 상태에서 실험하였으며, 이 때 전류의 값은 클램프 미터, 비닐절연전선의 표면 온도는 열화상 카메라를 통해 측정하였다.

(2) 실험결과

<표 1>에서 보는 것처럼, 실험1의 최대 부하전류는 정격전류 30 A의 약 1.23배인 36.76 A, 실험2의 최대 부하전류는 정격전류 20 A의 약 1.44배인 28.89 A까지 측정하였다. 누전차단기 및 배선용차단기는 정격전류의 1.25배 이상 전류가 흐를 때 60분 이내 작동하도록 설계되어 있으나 최대 부하전류의 값은 온도조절장치에 의해 가변되므로 실험하는 동안에는 차단기가 작동되지 않았다.

<표 1> 과전류에 의한 전선의 발열특성

	주방용 부하기기			최대 부하전류(A)	최고온도(℃)
	하이라이트		전기 주전자
	3구	1구
실험1	○	○	○	36.76 A	94.27 ℃
실험2	○	○	-	28.89 A	67.06 ℃

4. 맺음말

가. 하이라이트 레인지 위에 가연물 착화 시 조리대 주변에 위치한 전기밥솥, 식용유 용기 및 키친타월 등으로 급격히 연소가 확대될 수 있으므로 하이라이트 레인지 주변에 연소 우려가 있는 가연물을 제거하고 내장재를 불연화하는 등 안전조치를 취해야 한다.

나. 파손된 세라믹유리 상판에 국물이 끓어 넘쳤을 때에는 침투된 수분(국물)으로 인해 발열체 간 도전로가 형성되어 층간접촉이 발생하였다. 발열체간 층간 접촉 시 전류는 발열체의 최단 경로를 따라 흐르기 때문에 발열체의 전체 저항 값은 줄어들게 된다. 전압은 220 V로 동일하기 때문에 옴의 법칙에 의해 줄어든 저항만큼 전류가 증가하고, 증가된 줄열에 의해 발열체가 소실되면서 전원이 차단되었다.

다. 전력소모가 큰 전기레인지(정격전류 20A 이상)를 설치할 경우 에어컨 분기회로처럼 별도의 분기회로, 정격전류를 충족할 수 있는 전선 및 콘센트를 사용하여야 한다. 그러나 전기레인지 설치 시 전기레인지 전원 플러그에 누전차단기를 설치한 후에 일반 콘센트(250V, 15A 또는 16A)에 접속하는 방법, 누전차단기 없이 전기레인지 전원 플러그를 일반 콘센트에 접속하는 방법, 기존 주방 옥내 배선용 전선(2.5㎟)에 직결하여 접속하는 방법으로 설치되고 있다. 정격전류에 맞지 않는 콘센트와 전선사용 시 절연열화 등으로 인해 단락(합선) 등 전기적인 화재가 발생할 수 있으므로 주의하여야 한다.