Safety Column
서울시 소방재난본부에서 최근 3년간(2015~2017) 건축현장에서 발생한 화재사고를 분석한 자료에 따르면 79.2%가 부주의, 10.8%가 전기적 원인으로 발생한 것이었다. 또한 부주의로 인한 화재 중 50%가 용접 작업에서 기인했으니 결국 건축현장 화재의 50% 이상이 전기적 원인에 의해 발생했다는 분석이다. 건설현장에서 가장 빈번하게 발생하고 있는 용접작업 관련 화재 예방대책에 대해 기술하고자 한다.
용접 화재는 불티비산 화재, 용접 전류에 의한 줄열(Joule’ heat) 화재, 전기 스파크(Spark)에 의한 화재로 크게 구분할 수 있다. 용접작업 중에 발생하는 불티는 3,000℃ 이상의 온도로 적외선 발광하기 때문에 육안으로 쉽게 확인할 수 있어 일반적 안전규정을 준수하면 화재 예방이 가능하다. 용접작업 장소 주변에 가연성 물질을 제거·격리하고, 방화포를 사용하여 불티의 비산을 막고, 소화기와 화재감시인을 철저히 배치하여 최악의 경우로 화재가 발생해도 초기 진화로 대처 할 수 있다.
용접작업 관련 화재 중 정작 대응이 어려운 화재는 용접 전류에 의한 줄열이나 전기 스파크가 점화원으로 작용하는 화재이다. 용접작업은 용접봉을 잡는 홀더(Holder) 선과 모재에 접속한 어스(Earth) 선 사이에 큰 전류를 통전시켜 용접부위에 아크(Arc)를 발생시켜 5,000℃가 넘는 아크열로 용접 모재(母材)와 용접봉을 같이 용융(熔融)시켜 금속을 용접(鎔接)하는 작업이다. CO2용접 등과 같이 산소 차폐용 보호가스를 사용하는 용접기는 어스와 홀더 사이의 전원을 On/Off 시키는 스위치가 용접 토치에 취부 되어있어 용접기에 전원이 투입되어도 용접작업이 진행될 때만 어스와 홀더에 전압이 가해지기 때문에 어스와 홀더 사이의 감전이나 화재 위험을 예방 할 수 있다. 그런데 교류 아크 용접기나 DC 인버터 아크 용접기의 경우, 별도의 전기 스위치가 없어 용접기에 전원이 투입되는 즉시 70V~95V의 전압이 홀더와 어스 사이에 인가된다. 이 상태로 홀더와 어스 사이에 인체가 접촉되면 감전을 유발하고, 통전 경로가 형성되면 큰 전류가 흘러 줄열 화재나 스파크 화재를 유발하는 것이다.
이런 위험을 방지하기 위해 교류 아크 용접기와 DC 인버터 아크 용접기에는 전격방지기(電擊防止機)를 설치하여 용접 작업이 멈춘 무부하 상태에서는 홀더~어스 전압을 30V 이하의 안전 전압으로 다운(Down)시켜 감전과 화재를 예방해야한다. 용접 전류에 의한 줄열 화재와 스파크 화재가 용접작업에서 발생하는 화재의 많은 부분을 차지하고 있지만, 화재 발생 형태에 대한 직관적 인지가 어려워 불티비산에 의해 발생한 화재로 오인하는 경우가 많다. 이 형태의 화재는 용접작업 중 용접 전류가 정상적인 경로를 벗어나 누설될 때 발생하고, 용접 작업부와 멀리 떨어진 불특정 다수의 지점에서 발화하는 경우가 많다. 그래서 용접 작업과 무관한 화재로 오판하거나 용접 불티의 비산으로 발생한 화재로 오인하는 경우가 많아 실질적인 보완 조치가 수립되지 못하기 때문에 문제가 심각하다.
아래에 기술한 일곱 가지 방안을 통해 용접기의 누설 전류에 의한 화재를 예방할 수 있다.
1. 누설 통전 경로가 형성되는 모재간 용접 시 두 모재에 각각 어스 클램프 접속(등전위 형성)
2. 어스와 모재와의 전기적 접촉 강화(클램프형, 바이스형, 자석형 어스 사용)
3. 용접부~어스 간격 최소화(누설전류 발생 범위 최소화)
4. 기 시설물에 신설 부재 용접 시 부재 측에 어스 접속(누설전류 경로 최소화)
5. 용접 모재와 접촉되어 전기적 통전 경로를 형성하는 시설물 절연 조치(누설전류 경로 차단)
6. 용접 시 어스 접속 측에서부터 용접비드(Bead) 생성(누설전류 억제)
7. 용접부 인근에 클램프 어스 접속이 어려울 경우(대구경 배관 용접 등), 마그네틱 스위치(magswitch) 형 어스를 사용하여 용접부 근접부에 어스 접속(누설전류 경로 억제)
상기의 예방조치 중 가장 효율적으로 적용할 수 있는 예방대책은 1항과 2항이다. 다음은 용접기 자체에 대한 전기적 화재 예방대책이다.
누전은 정상적인 통전경로(通電經路)를 벗어난 누설전류가 흐르는 것으로 누전이 발생한 경로에서 감전 사고나 화재가 발생한다. 누설전류에 의해 발생하는 줄열(Joule熱)은 Q=I2Rt[J]의 식으로 표현된다. 전류의 제곱에 저항 값과 통전 시간을 곱한 크기로 발생하는 줄열이 축적되는 열적경과(熱積經過)에 의해 화재가 발생하거나, 누설 전류 통전 경로의 미세한 단절부(斷絶部)에서 발생하는 스파크가 점화원으로 작용한다. 이에 대한 안전조치는 용접기 외함에 보호접지(保護接地)를 설치하고(100Ω 이하), 용접기 전원 측에 누전차단기(漏電遮斷器)를 설치하는 것이다. 보호 접지는 누전(漏電) 발생 시 누설(漏泄) 전류를 대지로 안전하게 흘려보내고, 누전차단기는 누전 발생 시 전원을 차단하여 감전 및 전기 화재를 예방한다. 용접기 외함에 접속된 보호 접지를 통해 누설전류가 대지(大地)로 흐르면서 누전차단기가 동작하므로 보호 접지와 누전 차단기는 상호 보완적 관계로 작용한다.
건설현장의 용접 화재를 예방하기 위해서는 세 가지 노력이 필요하다.
첫째 교육적 측면에서 용접 관련 작업자들에게 상기의 내용을 숙지시켜 화재 예방에 대한 기술적 역량을 향상하고, 둘째 관리적 측면에서 용접 작업 전에 작업 위험성 평가를 실시하여 위의 내용이 포함된 안전작업 절차를 작성·준수하는 관리 시스템이 필요하다. 셋째 작업 환경적 측면에서 용접 작업장소에 위험물이나 가연성 자재의 반입을 당일 사용량을 넘지 않는 소량으로 제한하여 엄격하게 관리해야한다. 아울러 건축물의 규모에 따른 법정 간이 소방시설을 구비하여 활용하고, 본 공사분 소방시설을 조기 시공하여 활용하는 방안도 바람직하다.
이러한 조치들이 시행될 때 용접 작업에서 빈발하고 있는 화재의 많은 부분을 예방할 수 있을 것으로 기대된다.