월간전기



[업체탐방]㈜스펙스테크의 고분자화학 기반 소화 기술

2019-08-01

전기화재발생 즉시 진압하는 ‘발화점 소화’ ㈜스펙스테크의 고분자화학 기반 소화 기술 미국 위스콘신주 매디슨 주의사당 인근에 위치한 한 변전소에서 현지시간 7월 19일 오전 7시 30분경에 화재가 발생했 다. 이어 근처에 있는 위스콘신대학 변전소에서 두 번째 화재가 발생했다. 이날 낮 기온은 100°F(37.8°C)를 웃돌았고, 미국 기상청은 폭염 경보를 내린 상태였다. 이 사고로 이 지역 주민 1만3,000여 명은 전기 없이 폭염을 버텨야 했다. 최 근, 한국에서도 ESS 시설 화재를 비롯해, 강원도 속초 산불 등과 같은 전기화재로 인해 막대한 피해를 입었다. 이처럼 위험성이 큰 전기화재는 이상 징후를 미리 포착해 초기에 진화하는 게 중요하다. 이번 호 업체탐방에서는 화재가 발생 할 경우 즉각적으로 진압하는 기술을 상용화한 ㈜스펙스테크를 찾았다. 글 강창대 기자 ※ 사진 설명 : ㈜스펙스테크의 박종석 대표(좌)와 최관영 연구소장(우)이‘SFEX C100’의 작동 원리를 설명하고 있다. 공장이나 가정 등에서도 유도성 부하의 특징을 갖는 부하의 사용이 많다. 이로 인해 계통에 때때로 급격한 역률 저하나 고조파, 전압 강하 등과 같은 이상 상황이 발생할 수 있다. 특히, 부하 측에서 접촉 불량이 발생할 경우, 아크나 과전류, 누전 등으로 이어질 수 있다. 그리 고 다시, 이러한 전기 사고는 화재로 이어질 수 있다. 2018년 소방청의 화재 통계를 보면, 전기적 요인에 의한 화재는 전체 화재(42,337건) 가운데 24.7%(10,470건)에 이른다. 이는 부주의에 의한 화재(48.1%) 다음으로 큰 비중을 차지하는 것이다[그림 1]. 특히, 산업시설의 화 재는 대부분 전기적 요인에 의한 것이고, 화재 빈도가 높은 발화점으로는 분·배전반, 옥내 배선, 멀티탭 및 콘센트 순이다. 더구나 이들 화재는 감시자의 시선이 거의 없는 심야에 발생하는 특징이 있다. [그림 1-a]전기적 요인[그림 2-b] 화재의 원인 전기적 요인에 의한 화재를 예방하기 위한 다양한 노력 이 있다. 최근에는 전기화재의 원인으로 분류되는 온도 나 가스, 연기, 불꽃 등의 검출센서를 설치해 화재 위험 을 실시간으로 감시하기도 한다. 그리고 인공지능이 그 징후를 판단하고 단계별로 경고하는 수준까지 왔다. 또, 검사원을 대신해 접근이 어려운 지역에 있는 설비 를 감시하기 위해 열화상 카메라를 장착한 로봇이 사 용되기도 한다. 하지만 갑작스럽게 발생한 화재를 소화하는 것은 또 다른 문제다. 그래서 각종 전기설비에 소 화설비의 설치를 법으로 의무화하고 있다. 우리나라의 경우,「 소방시설법」 제9조 및 동법 시행령 제15조를 통 해 바닥 면적이 300㎡ 이상인 전기실과 발전실, 변전 실, 축전지실, 통신기기실, 전산실 등에 ‘방출식 가스계 소화설비’의 설치를 의무화하고 있다. 그러나 이러한 조 치에도 불구하고 피해를 최소화하기에는 한계가 있다. 실제 발화점은 전기설비 내에 설치한 판넬(panel) 내부 나 국소 부위에서 발생한다. 하지만 소화설비의 작동은 화재감지기가 감지할 만한 수준의 열과 연기 등이 발생 한 후에나 가능하다. 따라서 화재가 일정 정도의 규모로 확대돼 어느 정도의 재산 손실이 발생하고서야 소화가 이루어진다. ㈜스펙스테크의 고분자화학에 기반한 ‘발 화점 소화’ 기술은 바로 이러한 맹점을 보완하고 조기에 불을 진압함으로써 화재가 확산되지 않도록 해준다. 냉각소화방식으로 초기 화재진압 트래킹은 콘센트를 비롯해 가전제품의 PCB(printed circuit board)에서 발생하는 화재의 주요 원인이다. 회 로의 접점들 사이에는 일정한 절연거리를 두어야 한다. 그런데 시간이 오래되다 보면 그 사이에 쌓인 먼지가 습 기를 머금으면서 불꽃이 일게 된다. 이때 소모되는 전 류는 미미한 수준이라 차단기가 제대로 작동하지 않을 수 있다. 이렇게 불꽃이 지속되면서 화재로 이어지게 된 다. 한 번 발생한 불은 일정한 농도의 연기와 열을 감지해 소화설비가 작동할 때까지 더 큰 불로 번지게 된다. 그렇다면 지금의 소화체계가 가진 한계를 극복하기 위해 서는 화재 진압에 대한 새로운 접근법이 필요할 수밖에 없다. 작은 공간에서 발생한 화재의 발화점에서 즉각적 인 소화가 필요한 이유가 바로 이것이다. ㈜스펙스테크 는 고분자화합물에 기초한 기술로 이를 구현하고 있다. 2017년 11월 14일에 산업통상자원부 국가기술표준원이 서울 코엑스에서 개최한「 2017 제품안전의 날」에는 단체 부문의 대통령 표창을 받은 ㈜동양전자산업의 ‘멀티콘 센트’가 눈길을 끌었다. 이 제품은 콘센트 과부하로 인해 불꽃이 발생할 때 내장된 냉매가 폭발하며 발화점을 냉 각하여 소화할 수 있다. 말하자면, 트래킹에 의한 발화 를 자동적으로 소화하는 콘센트인 것이다. 이 제품에 적 용한 냉매가 바로 ㈜스펙스테크에서 개발한 기술이다. ㈜스펙스테크의 소화 기술에 응용한 냉매는 퍼플루오 로(perfluoro: 2-methyl-3-pentanone)라는 소재다. 냉 매는 폴리머쉘(polymer shell)이라는 마이크로캡슐에 담겨 있다가 발화점의 온도가 120℃에 이르면 캡슐이 터지면서 분출된다. 이때 냉매가 발화원을 냉각시킴으 로써 불을 끄게 된다. 냉매가 담긴 미세한 캡슐은 마치 고운 모래처럼 작은 알갱이로 이루어져 있다. 이를 멀티 콘센트처럼 내부의 공간이 좁은 전기 및 전자 기기 내 에 도포해 놓으면 트래킹에 의한 화재를 손쉽게 제압할 수 있다. 국소 부위에서 발생한 불을 초기에 진압하기 때문에 화재가 확산돼 발생하는 피해를 줄일 수 있다는 점도 큰 장점으로 손꼽힌다. ㈜스펙스테크의 냉매가 내장된 기기에는 ‘세펙스 인사이드’(SFEX Inside)를 표 시해 판매하고 있다. ㈜스펙스테크는 냉매를 패드나 접착시트, 절연 테이프 형태로 응용한 제품을 내놓기도 했다. ‘세펙스패드’ (SFEX Pad)는 좁은 공간이나 꺾인 면에도 탈착이 간편 한 제품이다. 특히, 이 제품은 분전반이나 배전반 등의 비좁은 공간에서의 발화를 억제하기 위해 고안됐다고 한다. 전기기기 등 이보다 더 좁은 공간에는 얇은 시트 형태인 ‘세픽스 씨백’(SFEX C100)을 적용하면 된다. ‘스 펙스 에이피 테이프’(SFEX Arc Proof Tape)는 절연 테이 프를 대신해 전선이나 단자의 연결 또는 결선 부위에 사 용할 수 있다. 이 제품에는 소화 냉매 이외에도 난연 (UL94 VTM-0) 및 절연 소재(절연강도 20k)를 적용해 발화점 화재를 진압하고 확산을 방지한다. 이들 제품들은 모두 시선이 닿지 않아 상시적인 감시가 불가능한 좁은 공간에 설치할 수 있다. 뿐만 아니라, 발 화로 인해 일정 정도 급상승한 온도를 감지해 자동으로 작동한다는 점도 큰 장점이다. 따라서 수시로 발화 가 능성을 감시할 수 없는 영역의 화재 예방과 진압에 매 우 효과적인 제품들인 셈이다. [그림 2] 고분자화학에 기반을 둔 ㈜스펙스테크의 소화물질[그림 3] 냉매를 이용해 발화점을 진압하는 방식의 제품 냉매가 내장된‘SFEX Inside’멀티콘센트, SFEX Pad60, SFEX C100, SFEX AP Tape(좌측 위에서부터) 질식과 부촉매 방식의 소화기술 ㈜스펙스테크의 소화 기술은 고분자화학 기반의 소화 물질이 핵심적인 부분이다. 이들 소화물질이 작동하는 방식은 앞서 살펴본 냉각 방식 이외에도 ‘부촉매’와 ‘질 식 ’ 이 있다. 부촉매 방식은 발화시 발생하는 활성라디칼(산소와 수 산화라디칼)의 농도를 줄이고, 연쇄반응을 정지시켜 소화하는 방식이다. 이때, 차르(char)를 형성함으로써 산소와 잠열을 차단하여 열분해 반응을 감소시킨다. 질식은 산소 농도를 급격히 낮춤으로써 화재 초기에 소 화하는 방식이다. 무언가를 태우는 반응인 불은 가연 물에 열이 가해질 때 발생한다. 이때 가연물은 강한 열 과 빛을 동반하며 산화반응이 일어난다. 이때 산소를 없앰으로써 산화반응을 막아 화재를 진압하는 방식 이 질식이다. 부촉매와 질식 방식을 응용한 소화 제품 으로는 스펙스라인(SFEX Line)이 있다. 이 제품에는 질산칼륨(KNO₃) 및 부촉매의 조성으로 구성된 온도 감응형 그래뉼(granule)을 소재로 사용됐다. 스펙스라인은 비교적 공간이 큰 중대형 분배전반이나 장비에 설치 및 부착하여 화재를 초기에 진압하는 소 화용구이다. 제품의 모양은 유연한 로프 타입이기 때 문에 좁은 공간에도 설치할 수 있으며, 설치 지점의 상 황에 맞게 자유자재로 모양을 바꿔 발화점에 가깝게 설치할 수 있다. 이 제품 역시 다른 제품과 마찬가지로, 독립실행형(stand-alone)이다. 따라서 오작동이 없으 며 별도의 유지보수가 필요하지 않기 때문에 적은 비용 으로도 편리하게 화재에 대응할 수 있다. 중대형 전기 판넬에는 기존에도 자동 소화용구가 설치돼 있다. 이들 소화용구는 대게 감지부와 저장탱크, 노 즐로 구성돼 판넬의 상단에 위치한다. 그리고 센서가 화재를 감지함으로써 작동한다. 그러나 센서의 오작동 가능성을 배제할 수 없다. 그리고 또, 노즐 경화 등에 의한 저장탱크 체결 부위에서의 가스 누출과 같은 위험 이 있다. 따라서 탱크의 압력을 주기적으로 확인하거나 가스를 보충해주는 등과 같은 유지보수가 필요하다. 이 외에도, 설치를 위해 리벳 드릴링 작업을 할 때 발생한 쇳가루가 스파크를 일으키는 원인이 될 수도 있다. 반면, 간단한 로프 형태인 스펙스라인은 접착식 고리만 으로도 간단하게 설치할 수 있다. 그렇기 때문에 판넬 내부의 공간 효율을 높일 수 있다. 시공 과정에서 발생 하는 부산물이 없고, 한 번 설치하면 별도의 유지보수 도 필요하지 않다. 만약 화재가 발생할 경우, 일정 정도 로 상승한 온도를 감지한 스펙스라인이 작동하면서 순 식간에 발화점 부근의 산소를 제거한다. 판넬의 일부 가 개방돼 있더라도 스펙스라인의 소화 기능은 문제없 이 작동해 화재를 진압한다. 소화능력이 우수하고 설치가 간편한 스펙스라인은 매 우 광범위한 사업장에 적용되고 있다. 발전소를 비롯 해, 제조공장, 제철소 등에서 인버터 및 접속반, 분전 반, PLC 판넬이나 전동기 제어반 등과 같은 각종 전기 제어설비 등에 스펙스라인을 설치하고 있다. 케이블 화재 진압의 새로운 접근법 전기화재의 발화점으로 전기배선은 빈도가 매우 높은 편이다. 화재의 감지를 위해 사물인터넷 등의 기술이 활용됨으로써 조기에 발견이 가능해졌지만, 화재 초기 의 소화를 위한 기술의 진전은 상대적으로 더디다. 케 이블이 포설된 위치가 사람의 접근이 어렵거나 눈에 띄 지 않는 곳이기 때문에 화재를 인지했을 때에는 이미 불이 크게 번지고 있는 상황일 수 있다. 따라서 케이블 화재에 대한 대응으로 화재 초기에 진화가 가능하고 즉 각적으로 대응할 수 있는 새로운 접근법이 필요하다. 무엇보다도 화재로 인해 케이블이 기능을 상실할 경우 더 큰 피해를 초래할 수 있다. ㈜스펙스테크의 ‘스펙스 시티 망토’(SFEX CT Manteau) 는 냉각작용으로 발화를 억제함과 동시에 초기에 진화 함으로써 케이블의 기능을 유지하도록 해준다. 따라서 케이블 화재로 인해 통신이나 주요 설비의 기능이 무력 화되는 것을 막을 수 있다. 스펙스 시티 망토는 시공이 간편하고 해체가 용이하다는 점이 특징이자 장점이다. 스펙스 시티 망토는 케이블 위에 덮는 것만으로도 설치 가 완료된다. 스펙스 시티 망토에 내장된 냉매와 그라파 이트시트(graphite sheet) 방열 구조는 케이블에 열이 축 적되지 않도록 할 뿐만 아니라, 질식효과를 일으켜 즉각 적인 진화 작용과 함께 케이블의 훼손을 최소화한다. [그림 4] SFEX_Line과 실험 영상(1,000L 판넬)[그림 5] SFEX CT Manteau 망토 없이 화재에 노출된 케이블(좌)과 망토가 덮인 상태에서 화재에 노출 된 케이블 ㈜스펙스테크 경기도 성남시 분당구 성남대로 69, 802호 031-713-0710 www.sfextech.com < Energy News >