적용분야

열차 운행 중 발생하는 화재는 중대한 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 이러한 상황에 대비하고 인프라를 개선하기 위해 시험 선로나 터널에서 화재 시험이 수행됩니다. 예를 들어, 이러한 시험 중 하나에서는 가공 전차선과 전류 절연체가 열의 영향에 얼마나 견딜 수 있는지를 평가합니다. 그 목적은 기관차와 객차에 대한 전력 공급(예: 공조 및 환기 시스템)이 얼마나 오랫동안 유지될 수 있는지를 시험하는 것입니다. 이러한 시험은 극한 조건에서도 철도 운영의 안전성과 신뢰성을 확보하는 데 매우 중요합니다.

이를 위해 실제 철도 객차를 모사한 모델에 가연성 액체를 점화합니다. 가공 전차선(알루미늄)과 전류 절연체(실리콘/세라믹)의 온도는 여러 지점에서 측정됩니다. 단순한 지점 온도 측정뿐만 아니라, 각 구성 요소 전반의 온도 구배 또한 분석됩니다. 동시에 열이 가공 전차선의 팽창에 미치는 영향과, 그로 인한 인장력 변화도 함께 조사됩니다. 한 가지 잠재적인 문제는 가연성 액체가 연소되면서 발생하는 연기로, 이는 시야 확보와 온도 측정을 크게 저해할 수 있습니다. 따라서 정확한 데이터를 확보하기 위해 측정 장비와 적외선 카메라는 적절히 보호되고 보정되어야 합니다.

가공 전차선과 전류 절연체의 목표 온도를 사전에 지정해야 하는 경우가 많아, 시험을 계획하고 수행하는 과정에서 추가적인 어려움이 발생합니다. 일부 시험 시나리오에서는 참고할 수 있는 기준값이나 기존 화재 시험 사례가 없기 때문에, 다양한 측정 시스템을 활용한 최초의 시험으로 진행됩니다. 예시 시험에서 측정 시스템이 견딜 수 있는 최대 주변 온도는 40~50 °C입니다. 전체 화재 시험은 40~50분 동안 지속되도록 설계되었습니다. 본 시험의 결과는 향후 안전 대책 수립과 함께 터널 내 가공 전차선 및 전류 절연체 적용을 위한 기술 사양을 개발하는 데 결정적인 기준이 될 것입니다.

샘플 시험의 모든 요구 사항을 충족하기 위해 33 × 25° 렌즈가 장착된 PI 640i와 41 × 25° 렌즈가 장착된 PI 1M이 설치되었습니다. PI 1M은 약 10m 거리에서 지면으로부터 60cm 높이에 설치되었고, PI 640i는 약 15m 거리에서 3.5m 높이에 설치되었습니다.

또한 유통사인 Schotec AG는 모든 측정값을 비교하고 타당성을 검증하기 위해 화재 모델에 다양한 열전대와 인장력 센서를 설치했습니다. 모든 센서와 적외선 카메라 데이터는 DeWeSoft를 통해 타임스탬프와 함께 기록 및 문서화되었습니다. 이는 설치가 간편한 Optris PIX Connect 소프트웨어용 DeWeSoft 플러그인을 통해 가능했습니다. 이번 시험에서는 예상치 못한 연기 발생과 주변 온도 상승이 관찰되었습니다. 시험 시작 후 15분 이내에 이 두 가지 요인이 터널 내부에서 발생하여 가공 전차선과 전류 절연체가 용융되었습니다. 이에 따라 시험 터널은 즉시 대피 조치가 이루어졌으며, 현장에 대기 중이던 소방대가 이후 화재를 진압했습니다.

화재에도 손상되지 않고 정상적으로 작동한 PI 640i는 화재 진압 과정까지 포함하여 시험 전반에 걸쳐 가시 영역 내에서 발생한 모든 온도를 정밀하게 기록했습니다. 측정된 온도는 시험 초기의 실온 수준에서부터 화재 진압 직전에는 약 900 °C에 근접하는 수준까지 도달했습니다.

PI 640i는 8~14 µm 적외선 파장에서 높은 해상도를 제공하며, 뛰어난 가격 대비 성능을 자랑합니다. 이 특정 파장대 덕분에 예상보다 매우 짙은 연기 속에서도 정밀한 측정이 가능했으며, DeWeSoft 플러그인을 통해 다른 센서 데이터와 함께 연속적인 온도 기록을 손쉽게 문서화할 수 있었습니다.

교체 가능한 네 가지 렌즈는 향후 실험에 대한 높은 유연성을 제공하여, 장거리 촬영은 물론 광각 렌즈를 활용한 근거리 정밀 촬영까지 모두 가능하게 합니다. 모든 렌즈에는 에어 퍼지 장치가 결합된 수냉식 하우징을 적용할 수 있어, 주변 온도가 최대 315 °C에 이르는 환경에서도 적외선 카메라를 안정적으로 운용할 수 있습니다. 통합된 에어 퍼지 유닛은 결로 발생을 방지하고 카메라 렌즈에 묻은 먼지와 오염물을 효과적으로 제거합니다.

PI 640i는 40 mK에 불과한 높은 열 감도를 갖추고 있어, 향후 비교적 낮은 온도 영역(최대 100 °C 예정)에서 진행될 전류 절연체 시험에서도 매우 유리합니다. 이를 통해 절연체 표면의 미세한 온도 구배까지도 정확하게 시각화할 수 있습니다.

또한 DeWeSoft 소프트웨어와의 원활한 연동을 통해 다양한 측정 시스템을 하나의 플랫폼에서 통합 운영할 수 있어, 향후 시험에서 보다 종합적이고 효율적인 데이터 수집이 가능합니다.