스프링클러 분무 특성이 케이블 트레이 화재진압 시간에 미치는 영향에 대한 수치해석

Numerical Analysis of Effects of Sprinkler Spray Characteristics on Suppression Time of Cable Tray Fire

본 연구에서는 FDS(버전 6.7.5)를 이용하여 스프링클러 분무 특성이 케이블 트레이 화재진압 시간에 미치는 영향을 분석하였다. 케이블 트레이 화재 시나리오는 국외 원전 터빈 건물에서 발생한 실제 화재 사고를 참조하여 작성되었다. 화재는 케이블 라우팅(Routing)이 최소곡률반경(Minimum bend radius)을 초과한 부분에서 발생하였다. 화재 조사에 따르면 부적합한(nonconforming) 케이블 라우팅으로 취약해진 케이블 일부가 케이블 트레이에 지락(Short to ground)되어 아크(Arc)가 발생하였고, 이로 인하여 케이블이 자기 점화되어 화재가 발생하였다. 점화된 케이블 화재는 수평 방향으로 놓인 케이블 트레이 양옆으로 확산하였고, 화재가 진행되면서 열가소성 케이블의 용융 잔여물이 아래 방향으로 흘러내려 아래 놓인 케이블 트레이까지 화재가 전파되었다. 화재조사 자료에 의하면 케이블 트레이 화재는 약 20분간 지속되었고, 상단 케이블 트레이 상부에 있는 스프링클러가 작동하면서 화재는 약 1분 이내에 소화된 것으로 추정되었다. 본 연구에서는 케이블 트레이 화재로 인하여 스프링클러가 작동온도에 도달하면 소화수가 분사되어 화재가 진압되는 과정을 시뮬레이션으로 재현하였으며, 스프링클러 분무 특성을 결정하는 시뮬레이션 입력변수 변화에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 소화계수(Extinguishing coefficient), 단위 초당 액적 수(Droplets per second), 중간체적 직경(Median volumetric diameter), 입경 분포 함수(Drop size distribution function) 계수, 분무 각, 분무 속도와 같은 입력변수가 민감도 분석에 고려되었다. 민감도 분석에서 화재진압 시간은 소화계수 및 스프링클러 위치변화에 대해 멱함수(Power function)로 표현되었다. 시뮬레이션 입력변수 변화가 화재진압 시간에 미치는 영향분석은 스프링클러에 의해 진압된 화재 사고를 시뮬레이션으로 재현하는데 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.