2.1 전기-비전기화재 손실 비교

최근 10년(2013년~2022년) 사이에 412,572건의 화재가 발생하였다. 이중 전기가 원인인 화재는 83,118건으로 20.1%이었고, 화재의 원인이 전기가 아닌 비전기에 의한 화재는 79.9%인 329,454건(그림 1 참조)이었다^[3]. ‘부주의’에 의한 화재는 206,289건으로, 비전기화재 중 62.6%에 해당한다^[3]. 이와 같이 ‘부주의’에 의한 화재는 화재 발생에 대한 가장 높은 리스크를 갖는다. 그러나 이로 인한 화재는 명확한 점화원 및 원인을 특정할 수 없을 뿐만 아니라, 원료인 가연물과 화재 발생까지의 경로 등을 추정하는데 제약이 따른다. 따라서 ‘부주의’에 의한 화재에 대해서는 예방보다는 화재 발생 시 피해를 최소화하는 방향으로 대응하는 것이 합리적일 수 있다.

그림 1. 2013년부터 2022년까지 국내에서 발생한 화재의 원인별 점유율

Fig. 1. Share of fires by cause in South Korea from 2013 to 2022

그림 2는 2013년부터 2022년까지 발생한 화재 중 전기화재와 비전기화재에 의한 건당 손실을 비교한 것이다.

화재에 의한 인적 손실에서 1,000건당 전기화재사망자(EFD)는 평균 4.73명으로, 비전기화재사망자(NEFD) 7.40명의 64% 수준으로 나타났다. 그리고 부상자에 대해서는 화재 1,000건당 전기화재부상자(EFI)는 평균 31.96명으로, 비전기화재부상자(NEFI) 44.78명의 71% 수준이었다. 비전기화재는 다양한 점화원과 비체계적인 발생 요인으로 인해 대응이 어려워 사망 및 부상자가 상대적으로 많을 수 있다.

화재에 의한 물적 손실에서는 화재 건당 16.99백만원인 비전기화재재산손실액(NEFA)에 비해 전기화재재산손실액(EFA)이 평균 3.94(EFA/NEFA)배 더 큰 것으로 확인되었다. 이는 2020년 전기화재에 의한 총재산손실액인 2,207억원의 2.15배인 2021년 1건의 물류센터 화재(4,743억원 손실)를 제외할 경우, 전기화재의 재산손실은 비전기화재보다 0.87(EFA*/NEFA)로 작다.

화재에 의한 인적 및 물적 손실을 비교한 결과, 전기화재보다 비전기화재의 손실이 상대적으로 작다. 이 결과를 반영하면, 전기화재보다는 비전기화재의 예방 수단 도입이 우선시 되어야 한다고 판단할 수 있다.

그림 2. 전기와 비전기화재의 손실 분야별 비율

Fig. 2. Comparison of loss proportions by sector between electrical and non-electrical fires

그러나 전기화재는 발화 과정에서의 전기 에너지 공급 메커니즘과 화재의 유지 및 확산을 위한 원료, 그리고 전기가 이동하는 경로 및 화재 발생의 원인 등이 상당 부분 식별 가능하거나 인지되어 있다. 따라서 정상적인 전기설비에서는 전기가 정해진 경로로만 이동하므로 전략적 대응이 비교적 용이하다. 또한 미래의 사회는 대부분의 에너지 소비가 전기를 기반으로 이루어질 것으로 예상되며, 실제로 전기 소비가 지속적으로 증가하고 있다. 그러므로 화재 리스크 관리의 효과적인 관리를 위해서는 전기화재의 우선적 예방이 필요하다.

2.2 전기화재 메커니즘과 보호장치

저전압 옥내배선에서의 전기화재는 줄열(Joule heat)과 아크열(arc heat) 등에 의해 발생하며, 과부하와 접촉불량, 반단선(부분 단선), 단락 등의 과정에서 일어난다[1, 3, 4]. 이는 부적절한 사용뿐만 아니라, 장기간 사용에 따른 절연열화, 기계적 손상, 단자 풀림 등에 의해 발생할 수 있다. 현재 배선용차단기는 회로에 과전류의 통전을 제한하고 누전차단기는 지락 고장 지속을 제한함으로써 위험요인을 통제하고 있다^[4]. 그러나 이들 장치는 모든 전기적 화재 위험요인을 통제할 수 있는 것은 아니다. 고저항 아크고장과 반단선, 접촉불량 등의 결함과 같이 검출하지 못하는 전기화재 발생 메커니즘도 있다.

미국은 고저항 및 직렬 아크고장 등에 의한 전기화재를 예방하기 위해 1999년부터 주택의 일부 회로에 AFCI(Arc-Fault Circuit Interrupter) 설치 의무화를 NEC(National Electrical Code)에 반영하였고^[5], 국내는 2014년에 IEC(International Electrotechnical Commission)의 AFDD(Arc Fault Detection Device) 표준을 도입하였다^[6].

국내에서도 KS C IEC 62606 표준을 만족하는 제품이 개발되었다. 그러나 표준 범위 내에서 허용하는 원하지 않는 차단작동 등에 대한 사용상 불편함과 기존의 배선용차단기와 누전차단기 기반의 보호 체계보다 고가의 설치 비용이 제도화에 장애가 되어 왔다.

선행 연구에 따르면, 상당 부분의 전기화재가 아크결함을 통해 발생하므로^[3,4], 아크차단기 도입 시 이에 대한 위험요인의 리스크를 현저히 감소시킬 수 있다.

현재의 전기화재 보호 체계는 과거의 아크결함에 대응이 어려운 기술적 한계와 경제성 등의 맥락에서 수립된 것이다. 따라서 디지털 신호처리 기반의 새로운 기술 환경이 적용된 보호장치 도입에 대한 검토가 필요하다. 그리고 아크차단기 도입의 경제성은 전기화재 예방에 따른 손실 감축에 대한 비용-편익을 기반으로 분석이 가능하다^[4].

2.3 통계 기반 전기화재 리스크 분석 방법론

모든 재난 예방 활동에 있어서, 위험요인에 대한 식별은 매우 중요한 핵심 절차이며, 재난 예방계획 수립의 실질적인 시작점으로 볼 수 있다^[2].

전기화재의 예방 활동 또한 사건이 발생하는 위험요인을 식별하는 것에서 시작된다. 식별된 전기화재 위험요인은 각각의 ‘발생 가능성’과 해당 위험요인에 대한 ‘영향(전기화재로 발전)’을 기반으로 전기화재 발생 리스크를 평가한 후, 특정 설비에 대한 예방 조치를 강화하거나, 추가적인 보호장치 도입 등의 구체적 예방 전략을 수립할 수 있다.

NFPA(National Fire Protection Association)에서는 ‘배선 및 관련설비’와 ‘조명설비’, ‘코드 및 플러그’, ‘변압기’, ‘연장코드’, ‘기타 전기설비’의 분류를 기반으로 주택의 전기화재 통계를 생산하고 있다^[7]. 이런 분류체계는 전기화재 사건 발생 설비의 부분을 기준으로 하고 있으므로, 어떤 설비에서 전기화재가 발생하는지를 명확하게 확인할 수 있고, 예방을 위해 어떤 부분을 강화해야 하는지도 알 수 있다. 그러나 보호장치는 대응하려는 위험요인에 따라 선정하므로 어떤 원인으로 화재가 발생하였으며, 예방을 위해 어떤 보호장치가 유효한지에 대한 판단은 어렵다. 주요 원인의 식별을 통해 적합한 보호장치를 선정할 수 있기 때문이다.

반면 KESCO는 전기재해통계를 ‘단락(절연열화, 트래킹, 압착손상, 층간, 미확인)’과 ‘과부하’, ‘누전지락’, ‘접촉불량’, ‘반단선’, ‘기타’ 등과 같이 원인 기반의 분류체계로 관리하고 있다^[4]. 각 원인은 보호장치의 보호범위와 특성, 절연의 체계 및 접속 환경 등과 관계된다. 설비의 부분을 기반으로 하는 NFPA의 분류체계와 달리 KESCO는 원인에 초점을 맞추고 있으므로, 화재 원인을 분석하고 대응 수단을 명확히 하는 데 효과적일 수 있다.

화재 사건의 원인은 위험요인으로, 화재 원인별 화재 발생 건수는 각 위험요인의 화재 발생 리스크로 간주할 수 있다. IEC 31010:2019를 기반으로 리스크를 평가하기 위해 원인별 전기화재 ‘발생 건수’는 ‘발생 가능성(Likelihood)’을, ‘손실 규모’는 ‘영향(impact)’을 대표하는 것으로 상정하였다. 이를 반영하여 전기화재 ‘발생 건수’와 ‘손실 규모’를 기반으로 전기화재 원인별 리스크는 다음과 같이 수식화할 수 있다.

이 수식의 활용을 통해 위험요인별 리스크를 정량적으로 평가함으로써 리스크에 따라 우선 대응이 필요한 위험요인을 식별할 수 있을 것이다.

3.1 건축물 사용기간별 전기화재 발생률

옥내배선의 노후에 따른 전기화재에 대한 영향을 확인하기 위해, 데이터 수집이 가능한 2015년부터 8년간의 일반용 및 자가용전기설비에서 발생한 전기화재를 분석하였다. 그 결과 10년 미만은 27.29%, 10년 이상 20년 미만은 32.77%, 20년 이상 30년 미만은 12.55%, 30년 이상은 12.55% 비율로 확인되었으며, 30년 이상의 건축물은 상승추세에 있는 것으로 분석되었다(그림 3 참조). 여기에서 건축물 사용기간은 최초 전기를 받은 시점을 기준으로 하였다^[3].

그림 3. 건축물 사용 기간별 전기화재 발생 건수

Fig. 3. Number of electrical fires by building use period

그림 3에서의 사용 기간별 전기화재 발생에 대한 분석은 사용 기간별 건축물의 양적 정보(quantitative information)를 고려하지 않은 결과이다. 상대적으로 해당 기간의 건축물이 많이 존재한 경우, 전기화재 발생 건수가 상승할 수 있다. 따라서 건축물의 사용 기간별 양적 정보를 반영할 필요가 있다.

2022년도의 노후 건축물의 현황을 반영하여 보정된 2022년 기준의 건축물 사용 기간별 전기화재 비율은 표 1과 같다. 이는 해당 연도의 건축물 연면적 총합으로 보정한 분석 결과로, 사용기간에 반비례하는 것으로 나타났다. 이는 사용기간 증가에 따른 옥내배선의 노후 문제보다는 부하설비의 노후 또는 부적절한 사용이 전기화재에 더 큰 영향을 주기 때문으로 판단된다. 이에 대해서는 점화원 부하설비의 사용기간과 전기적 특성과 연계한 추가적인 연구가 필요하다.

그림 4. 건축물 사용 용도별 전기화재 분석

Fig. 4. Electrical fire analysis by building use

3.2 건축물 사용 용도별 전기화재 손실 분석

건축물은 사용 용도에 따라 전기적 환경과 점유하고 있는 인적 및 물적 조건이 다르므로, 그림 4와 같이 건축물 사용 용도에 따라 전기화재의 발생 비율과 손실이 다를 수 있다.

2016년부터 2021년에 발생한 다중이용시설에서의 전기화재를 분석한 결과, 할인점(마트)에서 가장 큰 비율(35.72%)로 화재가 발생하였다. 이는 점화원이 될 수 있는 많은 전기부하가 존재하기 때문으로 판단된다.

물적 손실에 대한 점유율도 할인점(마트)에서 32.72%로 화재 발생률과 유사하게 높은 비율로 분석되었다. 할인점(마트)에서의 물적 피해가 큰 것은 발화시 충분한 연료 공급이 가능한 공간적 특수성과 함께 대부분 감가상각되지 않은 상대적으로 가치가 높은 재화의 손실에 의한 것으로 추정된다.

사망 및 부상의 인적 손실은 모텔에서 발생한 비율이 34.62%로, 화재 발생 비율(8.30%)이 낮은 것에 비해 매우 높은 비율을 갖는 것으로 분석되었다. 모텔의 건축물로서의 고유 용도는 숙박이므로, 공간을 점유하고 있는 사람은 취침 등으로 정상적인 활동이 어려운 상태일 가능성이 높고, 공간 또한 밀폐된 구조를 특징으로 한다. 이와 같은 이유로 화재 발생 시 신속한 대응이 어려워 인적 손실이 컸을 것이다.

이 결과를 볼 때 화재 발생의 빈도와 규모, 손실은 장소에 상당히 의존하는 것을 알 수 있다.

4.1 인적 손실에 대한 평가

2013년부터 10년간 83,118건의 전기화재로 연평균 44명의 사망자와 303명의 부상자가 발생하였다. 이와 같은 손실에 대한 편익 분석에 있어서, 사건 발생 시점에서 사망으로 손실된 가치기간(기대잔여수명, $L_{RE}$)은 국가 통계^[8]를 기반으로 일반 국민의 기대수명과 평균연령을 활용하여 다음의 식과 같이 산출할 수 있다.

식에서 $L_{E}$와 $L_{M}$은 각각 연도별 기대수명과 평균연령이다. 그리고 특정 연도의 전기화재에 의한 사망자 1인당 손실($C_{D_{1}}$)과 부상자 1인당 손실($C_{I_{1}}$)은 각각 다음의 식으로 산출한다.

이 식에서 $G_{1}$은 전기화재 발생 시점 연도의 1인당 GNI(Gross National Income)이다. 이 논문에서 부상에 의한 손실은 일반적 보상 수준을 고려하여, 사망에 의한 손실의 1/100로 평가하였으나, 이에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.

이렇게 산출되는 손실은 화재 발생 시점인 과거의 가치로 평가된 것이다. 전기화재로 인한 사망에 대한 손실의 가치($C_{D_{1},\: P}$)를 평가 기준시점인 현재가치로 전환하기 위해서는 다음의 식과 같이 계산한다.

이전 식에서 사망에 의한 인적 손실의 금전적 가치를 GNI 기반으로 평가하였으므로, 이 식에서는 각 전기화재 발생 연도에 대해 경제성장률 $r_{g,\: n}$을 반영하였다.

2013년부터 10년간 발생한 전기화재에 의한 인적 손실에서, 전기화재 발생 시점별 경제성장률이 반영된 사망자 1명당 평균 손실은 1,655백만원으로 평가(평가 기준 시점 2023년도)되었다. 그리고 2013년부터 10년간 사망에 의한 연평균 손실은 73,056백만원, 부상에 의한 연평균 손실은 5,014백만원으로 평가되었다. 이 분석 결과를 통해 동기간 연평균 인적 손실의 금전적 가치는 78,070백만원으로 평가되었다^[3,8].

4.2 물적 손실에 대한 평가

평가 기준시점에서 전기화재에 의한 물적 손실 가치($C_{A,\: P}$)는 다음 식으로 산출할 수 있다.

이 식에서 $r_{p,\: n}$은 평가 기준 시점의 연도에 대한 소비자물가상승률이다. 손실된 가치는 유형의 재산이므로 소비자물가상승률을 반영하였다. 위 식으로부터 2013년에서 2022년까지 발생한 전기화재에 의한 재산 손실을 기준 시점인 2023년 말에 대하여 평가하면, 연평균 176,844백만원이다^[3,8].