1. 머리말

저압 차단기는 배선 계통에서 과전류 및 누전에 의한 화재방지, 전기기기 손상 방지, 다른 계통으로의 사고 확대 저지, 감전 보호를 위해 설치하는 장치로서, ACB(기중차단기), MCCB(배선용차단기), ELB(누전차단기) 등이 있다. 화재나 기타 사고를 방지하기 위해 설치하는 안전장치이지만, 관리 미흡 등의 이유로 해당 장치에서 화재가 발생할 수 있다.

2020년 소방청에서 발표한 화재통계연감에 따르면 1년간 발생한 화재건수는 38,659건이며 이중 전기적 요인은 24%이고, 전기적 요인 중 개폐기를 포함한 차단기에서 발생한 화재는 891건으로 전체 화재요인 중 약 2.3%에 해당한다.

사고를 방지하기 위해 설치한 저압 차단기에서 화재가 발생하는 것은 이치에 맞지 않는 일이다. 그러므로 최근 조사한 누전차단기의 화재를 소개하고, 저압 차단기의 화재 방지를 위한 방안을 알아보고자 한다.

2. 저압 차단기 구조

저압 계통에서 많이 사용되며, 최근 사고 조사를 시행한 누전차단기는 [그림 1]과 같은 구조로 제작된다.

① 소호장치 : 차단 시에 발생하는 접점 간의 아크를 효과적으로 소호함

② 접점 : 고정접점과 가동접점으로 구성되며, 통전능력이 높고 내아크성이 우수한 합금 접점 사용

③ 누전표시 Button : 누전으로 동작할 경우 버튼이 위로 튀어 나옴.

④ 누전 TRIP 장치 : 회로에 누전 발생 시 회로를 차단하는 역할을 함

⑤ 부하 측 단자 : 부하와 연결된 배선을 연결하는 단자

⑥ 전원 측 단자 : 전원과 연결된 배선을 연결하는 단자

⑦ 몰드케이스 : 바디 상부에 충전 부분을 보호하는 케이스로서, 전기적 및 기계적으로 우수한 페놀수지 등을 사용

⑧ 개폐 기구 : 핸들과 연결되어 회로를 개폐함

⑨ 핸들 : 핸들을 on 위치에 고정하며 구속된 상태에도 사고 또는 과전류가 흐르면 TRIP 됨.

⑩ TEST BUTTON : 테스트 버튼을 눌러 차단기의 동작 확인 가능

3. 저압 차단기의 화재 원인

가. 트래킹(tracking)

- 차단기에서 발생하는 주요 화재 원인으로서 전원 측 또는 부하 측의 각 단자 사이에 수분, 먼지 등 이물질이 도포되면 발생

- 상기 이물질을 따라 전류가 흘러 주변 물질을 탄화시켜 도전로가 형성되고 지속적으로 전류가 흐르면 높은 전기저항에 의해 줄열(Joule's heat)이 발생하여 화재 발생

나. 단자 접촉 불량(tracking)

– 차단기의 단자에 전선을 미흡하게 체결하거나, 진동 등으로 인해 풀리게 되면 해당 부분의 저항이 상승하고, 국부적으로 과열되어 화재 발생

다. 압착단자 미사용

- 연선 사용 시 압착단자 사용하지 않고 연선 일부만 단자에 체결하면 전선의 단면적이 줄어들면서 체결 부위의 저항이 상승하고 해당 부위의 줄열 상승으로 화재 발생

라. 입력전선 규격 미달

- 차단기의 차단 용량보다 전선의 허용전류가 더 낮은 전선 사용 시 허용전류 이상의 전류가 전선에 인가되어 과열로 인해 화재 발생

마. 차단기 제품 불량

– OFF 또는 TRIP 상태에서 고정접점과 가동접점이 적정 이격거리 이상 분리되어야 하는데 그렇지 않을 때 지속적인 아크열이 발생하여 화재 발생

- 노후 및 차단기의 기계적인 고착으로 인한 차단기 미작동(Trip 미작동)으로 과전류 통전

- 차단기 내부의 각 극 사이의 절연 상태가 약화하여 절연열화로 화재 발생

4. 저압 차단기의 화재사례

가. 현장의 상황

(1) 화재는 서울특별시 ○○구에 소재한 식당에 있는 EPS실 분전반에서 발생함

(2) 분전반의 중간 하부에 있는 ③번 차단기로부터 상부를 향하는 연소확대 패턴이 보임

(3) ③번 차단기의 부하는 연결되지 않은 상태이나 말단을 절연테이프로만 처리한 상태이며, 말단 부분은 주방 바닥에 가요전선관으로 배선 시공되어 주방 물청소 시 누전이 발생할 수 있는 구조임

나. ③번 차단기의 상황

(1) ③번 차단기의 전원 측 고정나사와 바디 부분은 소훼정도가 낮은 수준으로서 전원 단자 간 트래킹 흔적은 보이지 않음4)

(2) ③번 차단기의 전원단자 부분은 2개의 극 중 국부적으로 심하게 연소한 흔적은 보이지 않아 단자 풀림 등의 접촉불량으로 인한 화재 흔적은 보이지 않음

(3) ③번 차단기는 비슷하게 소훼된 ①번 및 ②번 차단기와 다르게 내부의 가동 및 고정접점이 심하게 타서 소실(燒失)된 상태이며, 접점 부위에서 강한 아크열의 흔적이 보임

(4) ③번 차단기의 부하단자 고정나사는 다른 차단기와 비교 시 수열을 많이 받았으나 부하단자 인입구에는 연소로 인한 피해가 적은 수준임

다. ③번 차단기의 화재원인 검토

(1) 전원 측 바디 부분과 차단기의 고정나사는 소훼정도가 낮은 수준으로서 전원단자 간 트래킹 가능성은 매우 낮음

(2) 또한, ③번 차단기의 전원단자 부분은 2개의 극 중 국부적으로 심하게 연소한 흔적은 보이지 않으므로 단자 풀림 등에 따른 접촉불량 가능성도 매우 낮음

(3) ③번 차단기에서 가장 심한 연소흔적은 내부 접점 부분에서 보이며, 강한 아크열로 인해 해당 접점은 소실된 상태임

(4) ③번 차단기의 부하단자 인입구에는 연소로 인한 피해가 적은 수준이며 주요 연소피해는 전원 측에서 발생하였음

(5) ③번 차단기의 부하는 연결되지 않은 상태이나 말단을 절연테이프로만 처리한 상태로서 주방 물청소 시 누전이 발생할 수 있음

(6) 그러므로, ③번 차단기의 화재는 전원이 투입된 상태에서 이상 상태(누전 등)가 발생하였고, 가동접점과 고정접점이 적정 이격거리 이상 분리되지 않아 생성된 지속적인 아크열로 발생한 것으로 판단됨

5. 맺음말

화재나 감전 등의 사고를 방지하기 위한 저압 차단기에서 화재가 발생하는 것은 아이러니한 일이 아닐 수 없다. 그러므로 안전사고 방지를 위해 아래와 같은 방안이 필요하다.

가. 차단기의 점검

(1) 아래의 경우 시험용 버튼을 눌러 차단기가 확실히 동작하는지 확인한다.

- 전동기계·기구를 사용하는 경우

- 차단기가 동작한 후 재투입할 경우

- 전로에 차단기를 신규 설치한 경우

(2) 상기 방법에 따른 확인 결과 차단기가 동작하지 않거나 오동작할 때는 원인을 조사하고 전동기계·기구 또는 차단기 고장이면 즉시 교체 등 보완 조치를 한다.

나. 트래킹 방지

(1) 분전반 내부의 차단기에 이물질이 들어가지 않도록 설치 환경에 따라 방진, 방습 조치를 한다.

(2) 분전반 내부 청소 시 먼지 등 이물질이 날리지 않도록 압축공기를 이용한 청소는 지양하고 진공청소기 등을 이용하여 청소한다.

다. 적절한 시공

(1) 전원 및 부하 측 전선을 차단기와 연결할 때 압축단자를 이용하고 적정 규격의 전선을 사용한다.

(2) 부하의 규모에 맞는 적정 용량의 차단기를 설치한다.