태양광발전 설비 화재, 예방대책 숙지와 정기적 점검으로 발생빈도 줄여야

[인더스트리뉴스 이상열 편집인] 최근 태양광 설비와 관련된 사고로 화재사고와 감전사고가 문제화되고 있다. 매년 보고되고 있는 태양광발전설비와 관련된 화재건수는 연평균 약 50여 건에 달함으로써 산업통상자원부는 최근 태양광발전설비에 대한 안전점검을 본격 시행한다고 밝히고 있다. 산업통상자원부가 발표한 자료에 따르면 전체 태양광발전설비 43만622개소 중 최근 5년(2013~2017년) 동안 연평균 50건의 화재가 발생했고 특히 올해 상반기에만 총 33건의 태양광발전설비의 화재가 발생해 1억 804만6,000원의 재산피해가 발생한 것으로 나타났다

전기관련 설비부품에 기인한 사고발생이 단연 으뜸

화재의 주요 원인으로는 전선 절연, 인버터 과열, 접속함 결함 등 설치단가가 상대적으로 낮은 전기관련 설비·부품에 기인한 사고가 78%(194건)로 대다수를 차지한 것으로 알려졌다. 이렇듯 전기관련 화재가 약 78%를 차지하고 있는 가운데, 이들 대부분은 접촉불량과 지락사고 등이 주 원인일 뿐만 아니라 전기사고가 발생하게 되면 아크 불꽃은 화염으로 발전하게 된다. 예방 대책으로는 접촉불량은 이음부 체크를 하게 되면 예방할 수 있고, 지락사고는 절연저항을 점검하면 예방할 수 있다. 문제는 사전점검이 중요하지만 각 발전소 별로 사전 점검은 1개월에 1회도 하기 어려운 것이 현 실정이다. 그 이유는 태양광 유지보수사업은 과다경쟁으로 인해 수가가 턱없이 낮아지고 있어서 사전점검에 필요한 인력의 경비를 감당할 수 없게 되었다. 따라서 대부분의 유지보수는 사전 예방위주가 아닌 사고처리 수준에 머물러 있는 실정이다.

전기관련 화재 중 가장 빈번하게 발생하고, 파급효과가 가장 큰 부분으로는 접속함 화재를 들 수 있다. 따라서 접속함 화재를 예방하기 위한 대책으로는 △PCB 방식 지양 △와이어링 방식 채용 △스트링 감시회로의 경우, PCB 기판에 실리콘 바니시(Varnish) 도포 △화재의 주 원인인 블로킹 다이오드 삭제 △전선은 난연성 F-CV나 TFR-CV 전선채용 특히 접속함 내부 전선으로 내 UV전선을 사용하게 되면 화염이 번지게 되어 있으므로 주의해야 한다.

태양광발전소의 접속함 화재 예방대책

태양광발전소의 접속함(접속반, MJB)은 스트링의 분리나 결집을 위해 태양광모듈 어레이와 인버터 사이에 설치되는 전력중계장치이다. FIT 정책이 추진되던 때만 하더라도 접속함의 역저지 다이오드는 스크루 방식으로 방열판에 부착되고 접속함 내부의 연결부도 금속 부스바를 사용했기 때문에 접속함의 화재는 거의 발생하지 않았다. 하지만 2012년 RPS 정책이 도입된 이후 시점부터는 역저지 다이오드를 평판형을 사용하거나 접속함 내부의 연결부를 전선으로 사용했고, 경우에 따라서는 +-접속을 인접해 결선함으로 해서 연면섬락의 원인 등이 발생해서 접속함의 화재가 빈번하게 발행하고 있을 뿐만 아니라 태양광발전소 대형화재의 90% 이상을 차지하고 있는 실정이다.

접속함의 내부 발열을 줄이기 위한 환풍구 부착형은 오히려 접속함 내부에 분진 부착을 유발하기 때문에 섬락에 의한 아크 발생빈도가 높아질 위험이 있다. 접속함 화재의 4가지 요소로는 산소, 전선피복 등의 가연물, 점화원인(전선의 접촉불량과 블로킹 다이오드의 발열과 +-양극 사이의 연면 섬락에 의한 아크 등), 점화된 이후의 화학적 연쇄반응 등을 들 수 있다. 따라서 화재방지 대책으로는 다음과 같은 점을 들 수 있다. 

첫째, 전선의 접촉불량으로 접촉부가 헐거워져 접촉저항이 1Ω만 되어도 1회로당 64W의 발열이 지속되며 10회로면 640W의 발열이 되기 때문에 전선의 조임새를 점검해 헐거워진 부분이 밀착되도록 조여야 한다. 둘째, 블로킹 다이오드는 방열판에 밀착되어야 하지만 시간이 경과하면 방열판과 틈새를 형성하게 되고 이로 인해 시간당 최대 6kcal의 열이 발생하므로 다이오드 소손 및 점화의 원인이 된다. 따라서 다이오드가 방열판에 밀착되어 있는지를 사전에 점검해야 한다. 다이오드 종류 중 브리지 다이오드는 발열량이 2배가 되므로 사용한다면 일반 다이오드로 교체해야 한다.

셋째, +-극 사이의 이격 거리가 짧은 상태에서 두 극 사이의 면에 도전성 분진이 부착하게 되면 연면 섬락으로 아크 불꽃이 발생해 화재의 원인이 될 수 있다. 수시로 분진 청소를 하되 만일 PCB 기판 회로가 있는 경우에는 접속함 내부기판에 실리콘 바니시를 도포하면 접속함의 화재발생을 완벽하게 차단할 수는 없지만, 습기 침투 및 내부 응결로 인한 아크 및 화재발생을 효과적으로 줄일 수 있음이 확인된 바가 있으므로 PCB 기판에 실리콘 바니시를 도포해 화재를 예방해야 한다. 넷째, 전선 등의 가연물은 내화성이 있는 재질을 사용해야 하는데, 접속함 내부의 전선으로 솔라 케이블을 사용할 경우에는 화기를 분리한 이후에도 불꽃이 남아 있기 때문에 점화된 이후에는 화학적 연쇄반응을 막지 못하게 되기 때문에 화기를 분리하면 불꽃이 소멸되는 TFR-CV(F-CV) 케이블이나 금속 막대로 교체할 필요가 있다.

초기진화가 어렵고 자칫 전소로 이어지는 ESS 화재사고가 가장 심각

최근 이슈가 되고 있는 ESS 화재는 단기간에 6건이 발생해 당국을 긴장하게 하고 있다. ESS 화재의 문제점은 발생 후 몇 시간 만에 전소할 뿐만 아니라 초기진화도 어렵다는 점이다. 또 화재를 발견해도 소방수는 물론이고 어떠한 소화 약제로도 진화가 어렵다는 문제점을 내포하고 있다. 뿐만 아니라 한 번 화재가 발생하면 연쇄폭발로 이어진다는 점이다. 현재로선 감식결과는 나타나지 않고 있고 전문가는 화재 원인으로 폭염, 배터리 자체 결함, 특정 부품 결함 혹은 조립 과정에서 문제, 외부 충격 등의 가능성이 제기되고 있다. 리튬 이온배터리의 화재 원인 중 하나는 배터리의 과충전을 들 수 있는데, 과충전은 전류가 표준 종지 전압에 이른 후에도 강하게 흐를 때 발생한다. 

또 다른 원인으로는 단락사고를 들 수 있다. 점점 커진 금속 리튬 수지상 결정은 분리막을 관통하게 되고 양극과 음극이 닿아서 전류가 흐르며 이것이 내부 단락을 일으키는 원인이 된다. 과충전과 과열을 방지하기 위해서는 PCM(Protection Circuit Module), CID(Current Interrupt Device), PTC(Positive Temperature Coefficient) 등과 같은 보호회로가 내장되어 있는데, 이러한 보호회로가 불량이거나 없으면 화재로 이어질 위험이 크게 되므로 보호회로를 사전에 점검할 필요가 있다. 

마지막으로 태양광설비와 연관해서 발생되는 사고로는 감전사고를 들 수 있다. 이를 방지하기 위한 감전 예방대책으로 △외부인 출입시 직원 대동 △상시 출입자 전기안전교육 실시 △검전기 필수 지참 활용 △설치류 등 통로 봉쇄, 쥐약 비치 △발전소 및 전기실 시건장치 철저 △접지저항 수시점검 등을 들 수 있다. 모든 화재의 원인이 그렇듯, 태양광발전 설비와 연관된 화재도 예방이 중요하다. 태양광발전 사업자들은 사전 예방대책을 꼼꼼히 숙지해서 정기적으로 점검만 하더라도 화재의 상당건수를 줄일 수 있다는 사실을 상기할 필요가 있는 요즘이다. 

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