저연 무할로겐(LSZH) 케이블에 대해 알아보기: 생명을 구하는 케이블

화재에 노출되었을 때 보다 안전한 재킷 소재를 사용하는 저연 무할로겐(LSZH) 전기 케이블의 사용이 증가 추세에 있습니다. 이 케이블은 그 이름에서 알 수 있듯이, 폴리염화비닐(PVC) 및 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP)과 같은 전통적 소재와 달리 짙은 연기 발생이 덜하며 할로겐이라고 하는 맹독성 가스를 거의 배출하지 않습니다.

그렇다면 항상 이런 케이블을 선택하는 것이 논리적으로 타당해 보일 수도 있지만, 결정을 내리는 과정은 훨씬 복잡하여, 전기 기술자들은 LSZH 케이블을 이해하고, 이러한 케이블의 응용 분야와 선택 및 응용 방법을 파악해야 합니다.

LSZH 케이블의 약점

PVC 및 FEP와 같은 할로겐화 화합물을 사용하여 만든 케이블은 화재 발생시 위험한 것으로 분류되었지만, LSZH 케이블은 다음과 같은 이유로 이러한 기존 케이블들을 대체할 수 있는 보편적인 솔루션이라고 보기 어렵습니다. 먼저, PVC 및 FEP 기반 케이블은 함부로 간과하기에는 매우 중요한 이점들을 가지고 있으며, LSZH 케이블로 대체한다 하더라도 연기와 가스가 빨리 사라지는 열린 공간에서는 이점이 거의 없을 수 있습니다. 또한 화재가 발생했을 때 전기 케이블이 플라스틱의 유일한 소스인 경우는 거의 없으며, PVC 및 FEP 기반 케이블은 내화성이 있고 다른 케이블보다 화재의 원인이 될 가능성이 상대적으로 적습니다.

PVC 및 FEP 기반 케이블은 또한 LSZH 케이블보다 저렴하고, 우수한 전기 성능을 제공하며, 폭넓게 사용 가능하면서도 건조하고 습한 경우 모두에서 전기적 특성이 탁월합니다. 또한 유연성이 뛰어나고 수명이 길며 극심한 기온 상황과 화학 물질에 대한 내성이 있으며 매우 견고합니다. 요약하면, LSZH 케이블은 기존 케이블이 위험해질 수 있는 상황에 가장 적합하며 모든 응용 분야에서 기존의 케이블을 대체하도록 고안된 것은 아닙니다.

LSZH 케이블의 부상

케이블 재킷, 유전체 및 기타 부품 측면에서 PVC 및 FEP의 화재 및 화염 특성은 1970년대부터 알려졌으며 대체 소재를 사용하는 케이블은 약 1980년 이후부터 군사 및 원자력 시스템에 사용되었습니다. 그러나 1987년, 30명 이상의 사망자와 100명 이상의 부상자를 낸 런던의 킹스크로스 역 화재는 전 세계적인 관심을 받았습니다(그림 1).

그림 1: 지하철 킹스크로스 역에서 발생한 화재 조사에 따르면, 많은 양의 전기 케이블이 연소할 경우 짙은 검은 연기와 독성 가스가 생성되어 사람들이 탈출하기가 극히 어려울 수 있다고 합니다. (이미지 출처: Wikipedia)

후속 조사에 따르면 에스컬레이터에 떨어진 성냥이 여러 요인으로 인해 확산되어 치명적인 결과를 낳았습니다. 그 중 하나는 많은 양의 전기 케이블이 불에 타서, 짙은 검은 연기와 유독성 가스로 인해 사람들이 탈출하기 극히 어려운 상황이 발생했다는 것입니다. 이 사건은 화재 시 더 안전한 성능을 가진 좋은 케이블 개발에 박차를 가한 사건으로 회자됩니다.

결과적으로 런던 지하철은 PVC 케이블을 금지 시켰고, 유럽 연합의 다른 회원국들은 그 사건 직후에 LSZH 케이블을 널리 사용하기 시작했습니다. 비용, 표준의 상충, 사용 장소에 대한 논란 등 몇 가지 이유로 미국이 이 새로운 케이블을 수용하기 까지는 훨씬 오랜 시간이 걸렸습니다. 이러한 문제들은 서서히 해결되고 있으며, PVC 및 FEP 기반 케이블은 교체하는 것이 가장 효과적일 것으로 예상되는 응용 분야에서부터 교체되고 있습니다.

LSZH 케이블의 차이점

PVC 재킷과는 달리 LSZH 케이블은 할로겐 또는 가성 산을 생성하지 않는 열가소성 플라스틱으로 만든 재킷 소재를 사용하여, 연기를 거의 또는 전혀 발생시키지 않으며 화염 확산을 크게 줄입니다. 이 모든 특성은 화재가 발생했을 때 사람들이 보다 쉽게 화재 영역을 벗어나게 해주며 소방관의 위험 부담을 덜어 줄 수 있습니다. LSZH 화합물은 전형적으로 폴리올레핀을 기본으로 하여 수화 미네랄로 도핑되어 있으므로 연소 시 덜 짙은 흰색 연기를 발생시킵니다.

LSZH 케이블이 출시된 이래로 케이블에 요구되는 전기 성능은 유지하면서 훨씬 뛰어난 결과를 만들어내는 다른 화합물이 도입되었습니다. 본질적으로 난연성이 없는 고분자 소재는 화염 지연을 최적화하는 무기 수화물(알루미늄 트리하이드레이트 또는 수산화 마그네슘)과 같은 첨가제를 함유하고 있습니다. 이 무거운 첨가제는 일반적으로 물리적 특성을 저하시키므로, 케이블 업계는 다른 화합물을 사용하여 이러한 부정적 효과를 줄이거나 없애는 방법을 개발했습니다.

복잡한 요구 사항

이러한 케이블을 사용하기에 적절한 분야에 대한 다양한 관점들이 존재하므로 설계자는 여전히 혼란스러울 수 있습니다. 정보에 입각한 의사 결정을 내릴 수 있는 단일 표준 또는 표준 집합이 없으며 서로 다른 제조업체에서 생산하는 LSZH 케이블을 정확하게 구분하기도 어렵습니다. 이러한 상황을 잘 이해하기 위해, 지난 몇 년 동안 화재 시 '향상된' 성능 요인을 전기 케이블을 설명하는 데 사용된 많은 약어들을 살펴보겠습니다(표 1).

표1: 여러 '화재 방지' 케이블 명칭: 일관성 부족으로 혼란이 야기됩니다. (데이터 출처: 위키피디아, Anixter, Inc.)

다른 예로 MIL-C-24643의 할로겐 함량을 논의한 최초의 기관 중 하나인 국방부를 들 수 있으며, 여기에서는 '저할로겐'을 중량 기준 0.2% 미만으로 규정합니다. 다른 기준들은 할로겐 수준만 특정하게 고려하는 것이 아니라 생성된 산성 가스의 양을 다룹니다.

플레넘에 사용되는 전기 케이블과 관련하여 가장 중요한 문제는 여기에서 생성되는 독성 및 부식성 연기 등이 건물 전체에 퍼질 것이라는 것입니다. 미국 전기 코드(NEC)는 플레넘이 일반적으로 더 가벼운 연료 부하와 발화원에 노출되기 때문에 플레넘 공간에서 '저연'으로 평가된 케이블을 사용하도록 요구합니다. 미국 화재 예방 협회(NFPA)는 플레넘 공역에서 사용되는 케이블을 다루는 표준 NFPA 262를 유지하고 있습니다.

다행히 미국 전기 안전 협회(UL)는 2015년부터 저연 및 무할로겐 등급을 다루었으며, 현재 IEC 62821 및 IEC 60754 표준 계열을 기반으로 하여 무할로겐(HF) 및 LSZH 케이블에 대한 인증 프로그램을 제공하고 있습니다. IEC 62821은 최대 750V 전압 정격의 무할로겐, 저연 열가소성 플라스틱 절연 및 피복 케이블을 다룹니다. UL의 HF 및 LZSH 표시는 기기 배선부터 통신 케이블(광섬유 포함), 플렉서블 코드, 전력 및 제어 트레이 케이블에 이르기까지 여러 종류의 전선 및 케이블에서 사용할 수 있습니다.

모든 UL 인증 HF 및 LSZH 케이블은 다른 UL 일반 인증 요구 사항도 충족합니다. UL은 또한 UL 2885에서 부품 인식 프로그램이 할로겐 평가를 포함하도록 확대했습니다. 이는 절연체, 재킷 화합물 및 기타 케이블 부품(예: 필러, 테이프, 랩) 제조업체들에게도 도움이 될 것입니다.

LSZH 사용이 적합한 경우

LSZH 케이블의 사용 여부를 결정하는 것은 어렵습니다. 특히 부지런히 여러 표준, 하우징 코드 및 이 문제를 다루는 문서 자료들을 깊이 연구하고 있다면 더욱 어려울 것입니다. 다행스럽게도 LSZH 케이블이 제공하는 보호 기능의 필요성은 분명합니다. 일반적으로 LSZH 케이블을 고려해야 할 장소에는 한정된 공간에 많은 케이블이 서로 근접하여 설치되어 있고, 대피가 제한적이며, 통풍이 좋지 않고 고전압이 존재하는 지역이 포함됩니다.

수상 선박 및 잠수함이 좋은 예입니다. 화재로부터의 탈출이 어렵고 때로는 불가능한 특성 때문에 이전부터 LSZH 케이블이 사용되어 왔습니다. 또한 짙은 연기와 독성, 부식성 가스가 큰 재앙을 불러올 수 있는 핵 시설과 같은 곳에도 적합합니다.

다른 응용 분야로는 상업용 항공기, 운송 스테이션, 공항의 일부 구역, 통신 스위칭 센터, 터널, 극장 및 나이트 클럽이 있습니다(그림 2). 이 모형은 2003년 로드아일랜드 워릭에서 발생한 화재로 인해 소실된 스테이션 나이트클럽을 나타낸 것입니다. 이 화재 사건으로 인해 100명의 사망자와 230명의 부상자가 발생했습니다.

그림 2 : 이 스테이션 나이트클럽 모형도를 보면 일부 대피 경로가 있었지만 공포에 질린 수백 명의 사람들로서는 탈출하기 매우 어려운 장소들도 있음을 알 수 있습니다. (이미지 출처: 미국 국립 표준 기술국)

클럽 안에서는, 일부 대피 경로가 있었지만 공포에 질린 수백 명의 사람들로서는 탈출하기 매우 어려운 장소들도 있었습니다. 이 모형에서 측정된 대로, 독성 연기는 빠르게 쌓여가므로 탈출까지 걸리는 시간은 매우 중요합니다(그림 3).

그림 3 : 점화 후 처음 200초 동안 주방과 댄스 플로어 사이에 있는 나이트클럽 중심점에서의 가스 농도(t = 0). 프로브는 지면 위 1.5m 지점에 배치되었습니다. (이미지 출처: 미국 국립 표준 기술국)

가장 최근의 응용 분야로는 그 수가 급격히 증가한 데이터 센터가 있습니다. 데이터 센터에는 케이블이 겹겹이 많이 있고 또한 방대한 양의 냉각 인프라가 있어, 화염과 연기가 빠르게 확산될 수 있습니다. 이상할 수도 있지만, 데이터 센터에서 LSZH 케이블을 사용하는 것은 보편적인 요구 사항이 아님에도 불구하고 점점 사용이 증가하는 추세입니다.

명백한 것은 LSZH 케이블의 사용의 필요성을 또는 필요성의 완화를 입증할 수 있는 요인들이 있다는 것입니다. 신축 건물에서 가장 중요한 고려 사항 중 하나는 건축 자재에서 발생하는 연료 양으로, 사용된 자재에 대한 지식과 전반적인 환경에 대한 평가를 필요로 합니다. 불행히도 기존 건물에서는 건축에 사용된 자재에 대한 정보를 얻기가 어렵거나 불가능하므로, 이러한 평가 역시 불가능한 경우가 많습니다.

성능 및 비용

한때 LSZH 케이블의 전기적 및 기계적 성능은 기존의 케이블보다 열등했지만 오늘날에는 거의 그렇지 않습니다. 케이블 제조업체는 유연성, 굴곡 반경, 저온 기능 및 전기적 성능을 저하시키지 않으면서 PVC 및 FEP 재료의 난연성을 제공하는 LSZH 제품을 지속적으로 발전시켜왔습니다.

LSZH 케이블은 생산 시 추가 단계와 제조 시간을 필요로 하므로 일반적으로 여전히 훨씬 비쌉니다. 그러나 LSZH 케이블의 미국 시장이 확대됨에 따라 비용이 감소할 수도 있습니다. 추운 환경에 있는 응용 제품은 첨가제가 일반적으로 유연성을 감소시키는 경향이 있고 특히 극저온에서는 더욱 그렇기 때문에 LSZH 케이블 사용이 적절하지 않았습니다. 그러나 일부 최신 LSZH 케이블은 독점 기술을 사용하여 이 문제점을 완화시켰습니다.

'올바른' LSZH 케이블 선택하기

규칙, 코드 및 각기 다른 규정과 표준이 확산됨에 따라 케이블 제조업체가 LSZ 등급인지 여부를 적절히 정의하기가 어렵습니다. 이러한 요구 사항을 충족하는 것처럼 보일 수 있는 규격서 중에는 이상하게도 이 사실을 밝히지 않는 경우가 많고 케이블 구성(주로 재킷)만 제공하여 유전체 재료 관련 정보가 빠진 경우가 많습니다.

명시적으로 LSZH 특성을 보여주는 규격서의 좋은 예가 1172L SL005 2컨덕터 케이블부터 6017L SL005 24컨덕터 케이블을 포함하는 Alpha Wire 다중 컨덕터 케이블 제품군에 표시되어 있습니다(그림 4). 이 규격서에는 가연성에 대한 IEC 60332-1, 산성 가스 발생에 대한 EC 60754-1 및 60754-2, 연기 배출에 대한 IEC 61034-2를 포함하여 이 케이블이 LSZH 등급이며 통과한 테스트가 분명하게 표시되어 있습니다.

그림 4 : Alpha Wire의 1172L SL005 2컨덕터(왼쪽) 및 6017L SL005 24컨덕터(오른쪽) 케이블 규격서는 LSZH 등급 취득과 테스트 통과 사실을 명확히 표시하여 혼란을 피합니다. (이미지 출처: Alpha Wire)

제조업체 중에는 LSZH 특성을 위와 비슷하게 명시하는 제조업체도 있지만, 규격서의 어딘가에 이러한 특징들을 묻어버리는 제조업체들도 있습니다. 이런 상황은 점점 더 많은 엔지니어들이 명시한다면 바뀔 것입니다. 케이블이 적절해 보이지만 화재 관련 특성이 명확히 표시되지 않은 경우 최종 결정을 내리는 데 가장 좋은 방법은 제조업체에 문의하는 것입니다. 제조업체가 화재 시 뛰어난 성능의 일부 또는 모든 특성을 갖춘 맞춤형 버전 제작을 지원할 수도 있습니다. 또한 여러 제조업체의 LSZH 케이블을 비교하고 화재 성능이 만족스러운 후보 제품을 선택한 다음 유연성, 온도 범위, 굴곡 반경, 수명 및 기타 주요 지표들을 비교하는 것이 중요합니다. '선택된 케이블'은 화재 관련 성능이 뛰어나고 PVC 케이블과의 차이(또는 성능 저하)가 가장 적어야 합니다.

결론

수십 년 동안 우리 곁에 있어온 LSZH 케이블이 이제서야 사용이 증가하기 시작했다는 사실은 그리 놀라운 일이 아닙니다. 이러한 케이블의 장점을 대변해줄 연합이나 기타 조직이 없었으며, 어디에서 사용되어야 하는지, 또는 케이블 제조업체가 웹 사이트나 규격서에 이 케이블을 어떻게 기술해야 하는지에 대한 일관성이 거의 없었습니다. 다행스럽게도 LSZ와 LSF를 인증 테스트 프로그램에 추가하려는 UL의 결정 덕분에 상황이 개선되고 있습니다. 또다른 치명적인 화재 발생을 통해 이러한 모멘텀이 유지되는 상황이 오지 않기를 바랍니다.

그 전까지, 설계자와 전기 기술자는 기성품 중 LSZH 케이블을 선택하고 필요에 따라 맞춤형 응용 제품에 대한 다양한 표준에 맞는 LSZH 규정 준수를 지정할 수 있습니다.