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수도동결방지기 화재 원인 분석과 예방방안

국립소방연구원 이재훈 | 기사입력 2022/11/21 [09:00]

수도동결방지기 화재 원인 분석과 예방방안

국립소방연구원 이재훈 | 입력 : 2022/11/21 [09:00]

겨울철 기온이 내려가고 한파가 몰려오면 여러 불편이 발생하는데요. 그중 한파로 인해 수도가 얼어 수도관이 파열되는 사례가 빈번합니다. 이를 예방하기 위해 수도동결방지기(수도동파방지열선, 수도동파방지기라고 불리기도 함)가 일반 가정에서부터 산업 분야까지 다양한 범위에서 사용되고 있습니다.

 

하지만 그에 따른 화재 사고도 매년 가파른 상승세로 증가하고 있어 소비자들의 각별한 주의가 요구됩니다.

 

이번 호에서는 수도동결방지기(열선)에 대한 화재 사례를 분석하고 이를 예방하기 위한 대책이 무엇인지를 설명하도록 하겠습니다. 

 

수도동결방지기는 어떤 환경에서 화재가 발생했을까

▲ [표 1] 2021년 소방청 국가화재정보센터에 등록된 발화 관련 기기별 화재 건수

 

지난해 소방청 국가화재정보시스템에 등록된 계절용 기기의 화재 건수를 살펴보면 열선으로 인한 화재가 가장 많은 빈도수를 차지하고 있다는 걸 확인할 수 있습니다.

 

그중 열선은 전체 화재 건수 가운데 전기적 요인이 50.9%(178건)로 가장 많은 비중을 차지했고 뒤를 이어 기계적 요인이 34.3(120건), 부주의가 12.9(45건), 기타 및 미상이 2%(7건)였습니다. 

 

그렇다면 ‘수도동결방지기(열선)는 어떤 환경에서 화재가 발생했는지’에 대한 화재 사례를 조사ㆍ분석해 보도록 하겠습니다.

 

우선 화재 사례를 조사하기에 앞서 수도동결방지기에 대한 전기용품안전인증(KC) 내용을 먼저 간단히 살펴볼 필요가 있습니다.

 

현재 우리나라는 전기용품으로 인한 감전ㆍ화재 등의 위험으로부터 국민을 보호하기 위해 ‘전기용품안전관리법’을 근거로 위해 수준이 높은 품목과 낮은 품목으로 나누고 있습니다.

 

또 안전인증대상과 안전확인대상으로 분류해 전기용품안전인증 절차에 따라 관리ㆍ운영되고 있습니다(수도동결방지기는 위해 수준이 낮은 제품(66종)으로 분류된 안전확인대상임). 

 

▲ [그림 1] 안전인증대상 전기용품과 안전확인대상 전기용품 처리절차 비교

 

하지만 [표 1]에서 언급된 바와 같이 열선에 의한 화재가 가장 높은 비중을 차지하는데도 수도동결방지기는 위해 수준이 낮은 제품으로 분류돼 안전확인대상1)으로 관리된다는 건 관련 기관의 재검토가 필요한 사안으로 보입니다.

 

또 전기용품안전기준(K 10013: 수도동결방지기 및 이와 유사한 유연성을 가진 전열기기의 개별 요구사항) 내용 중 일부 잘못된 사항에 대한 수정과 이번 호에서 조사ㆍ분석한 내용을 참고로 화재 예방을 위한 기준 개정 업무에 도움이 될 수 있길 기대해 봅니다.

 

▲ [표 2] 전기용품안전기준(K 10013) 수정 검토사항


본론으로 들어가 최근 5년간 수도동결방지기에 대한 화재 현장을 분석해 보면 다음과 같은 네 가지 형태의 사례로 정리할 수 있었습니다. 

 

▲ [표 3] 수도동결방지기 화재 사례


발화요인은 열선 피복의 균열, 열선ㆍ전선 단락, 열 축적 등으로 추정할 수 있는데요. 이는 물리적인 결함(제품 불량 포함)을 제외하면 열화 또는 경년열화에 의한 노화현상으로 수도동결방지기에서 화재가 발생하는 주요 원인이라고 분석할 수 있습니다.

 

그에 따라 해당 전기용품안전기준(K 10013)의 온도상승시험(이상운전 포함) 조건에 네 가지 형태의 사례를 적용한 재현실험으로 온도 차이를 비교하고 수도동결방지기(열선)의 기술기준 개정에 도움이 되는 기초자료로써 활용되기 위한 목적으로 실험을 진행했습니다.

 

수도동결방지기 화재 사례별 재현실험

실험조건은 앞서 설명한 바와 같이 전기용품안전기준(K 10013)에서 수도동결방지기에 대한 화재 안전성과 경년열화(aging deterioration)에 직접적인 연관성이 있을 것으로 보이는 11항 온도상승(heating)과 19항 이상운전(abnormal operation)에 대한 시험조건을 준용하고 네 가지 화재 사례를 추가해 재현실험 계획을 수립했습니다.

 

1. 실험대상

실험 샘플은 시중에 유통되는 제품 무작위 10개를 선정해 실험한다.

 

2. 실험조건

1) 주위온도는 –10~5℃ 사이 환경조건에서 온도상승과 이상운전 실험을 실시한다.

2) 실험은 네 가지 형태의 조건(사례)으로 각각 실험을 실시한다.

3) 온도측정은 열선 안쪽, 열선 바깥쪽, 보온재 또는 파이프 3포인트로 한다.

 

3. 실험 장비

이 실험에 적용한 실험장비는 일정한 실험환경 유지를 위한 온습도 워크인챔버와 온도측정을 위한 디지털 온도기록계, 전압조정을 위한 CVCF, 슬라이닥스, 디지털 파워메터, 실험 전 제품 불량 확인을 위한 내전압시험기 등이다. 

 

▲ [표 4] 실험 결과


실험 결과 [표 4]와 같이 실험 샘플별 온도상승(11항)과 이상운전(19항)의 온도 편차는 1번 샘플과 2번 샘플을 제외하고 온도 차가 크진 않았다. 10개의 열선 샘플 간 최대 온도 차이는 약 58℃(최저: ❾ 21.5℃, 최고: ❺ 79.0℃) 차이를 보였다.

 

또 네 가지 설치 사례 가운데 가장 큰 온도상승에 대한 조건은 Type ②(수도 파이프에 열선을 감고 그 겉면에 보온재를 감은 상태)였다. 5번 샘플은 온도상승(11항) 대비 이상운전(19항)의 온도 차이가 40℃(11항: 79.0℃, 19항: 119.0℃)로 가장 큰 차이가 발생하는 샘플이었다. 

▲ [그림 2] 샘플❺ 11. Heating 실험 그래프

▲ [그림 3] 샘플❺ 19. Abnormal operation 실험 그래프


[그림 2]는 샘플❺의 11항(온도상승)실험이고 [그림 3]은 동일 샘플의 19항(이상운전)실험의 온도상승 그래프다.

수도동결방지기 화재 예방을 위해선 어떻게 해야 할까

수도동결방지기(열선) 피복의 피복제는 화학 성분 배합인지에 따라 열가소성과 열경화성으로 구분할 수 있다. 열가소성은 열을 가하면 원래 상태로 돌아오는 성질이고 열경화성은 열을 가하면 다른 물질로 바뀌는 성질이다.

 

열가소성 재료로는 폴리에틸렌(PE)과 폴리스타이렌(PS), 염화비닐(PVC), 폴리바이널프루오라이드(PVF), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아마이드(PA), 에틸렌프로필렌 고무(EPR) 등이 있다.

 

열경화성 재료로는 페놀수지와 에폭시 수지, Si수지, 멜라민수지, 암모니아수지, 폴리미드수지 등이 있다. 다시 말해 피복제의 화학 성분 배합비에 따라 유연한 성분과 딱딱한 성분의 장단점을 갖게 된다.

 

결과적으로 화학 성분의 배합비로 제작된 열선 제품화 이후 열 또는 외부 물리적 스트레스에 의해 피복에 균열이 생겨 전기적 위험요소가 발생할 수 있다.

 

따라서 이 실험을 통해 수도동결방지기에 대한 화재 예방 대책으로는 해당 전기용품 안전기준(K 10013)의 내용상 열선 피복 성분에 따른 온도 제한 또는 내구성에 대한 화재 안전 기능강화 방안이 마련돼야 한다. 실제 설치 사례를 적용한 합리적인 시험조건도 함께 검토돼야 할 것으로 보인다.

 

 


1) 안전확인대상 : 위해 수준이 낮은 제품으로 기존의 안전인증대상 전기용품에 적용되는 공장심사와 연 1회 이상의 정기검사 절차가 적용되지 않음.

 

국립소방연구원_ 이재훈 : jaehun19@korea.kr

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2022년 11월 호에서도 만나볼 수 있습니다.>

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