누설전류의 화재 위험성에 관한 연구

Study on the fire risk of leakage current

본 연구는 공사 및 용접작업 중 발생할 수 있는 누설전류와 미주전류의 화재 위험성을 규명하고, 그 발화 메커니즘을 실험적으로 분석하는 것을 목적으로 하여, 실제 화재사례를 분석하여 누설전류의 흐름 경로와 접지계통의 문제점을 도출한 후, 축소 모형을 제작하여 발화 가능성, 발화점, 발화 형태를 분석하여, 전압변화에 따른 아크 발생, 발열, 금속 용융 및 착화 여부를 실험적으로 검증하였고, 직류아크용접기를 활용하여 용접전류의 흐름, 접지클램프의 부착 위치, 접촉 불량 상태에 따른 미주전류 분포 및 온도 변화도 측정하였다. 실험 결과, 누전 시에는 접지저항이 높거나 접촉이 불완전한 부분에서 강한 아크가 발생하였으며, 용융물이 비산되어 인근 가연물에 착화되는 현상이 확인되었다. 또한 용접 실험에서는 접지클램프의 위치와 접속 상태에 따라 미주전류가 형성되었고, 이로 인해 접지선 온도가 상승하여 절연테이프가 착화되는 등 전류의 비정상적 흐름이 화재의 직접적 원인으로 작용함을 실증하였다. 이러한 연구 결과는 누설전류와 미주전류에 의한 화재가 단순한 전기적 이상이 아니라, 전류 경로의 불안정, 접지저항의 불균형, 구조체 간 전위차 등이 복합적으로 작용한 결과임을 보여준다.

This study aimed to identify the fire hazards of leakage current and stray current that can occur during construction and welding operations and to experimentally analyze their ignition mechanisms. Actual fire cases were analyzed to identify leakage current flow paths and grounding system problems. A scaled-down model was then constructed to analyze the ignition potential, ignition point, and ignition mode. This experimentally verified the occurrence of arc generation, heat generation, metal melting, and ignition in response to voltage changes. Using a DC arc welder, the distribution of stray current and temperature changes were also measured based on welding current flow, grounding clamp attachment location, and contact failure. The experimental results revealed that during leakage, a strong arc occurred in areas with high grounding resistance or imperfect contact, causing molten material to scatter and ignite nearby combustibles. Furthermore, welding experiments demonstrated that stray currents were generated depending on the position and connection of the grounding clamp, which in turn increased the temperature of the grounding wire and ignited the insulating tape, demonstrating that abnormal current flow was a direct cause of fire. These research results demonstrate that fires caused by leakage current and stray current are not simply electrical anomalies, but rather the result of a complex interplay of factors such as current path instability, grounding resistance imbalance, and potential differences between structures.