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[화재조사관 이야기] “전기적 요인인가? 부주의인가? 아니면 제조물 하자인가?”

전기 자전거 화재

경기 부천소방서 이종인 | 기사입력 2021/01/20 [09:30]

[화재조사관 이야기] “전기적 요인인가? 부주의인가? 아니면 제조물 하자인가?”

전기 자전거 화재

경기 부천소방서 이종인 | 입력 : 2021/01/20 [09:30]

과학기술이 발달함에 따라 편리한 도구를 생산해 사용함으로써 편리한 생활을 누릴 수 있다. 편리한 삶, 행복한 삶! 대한민국 국민이면 누구나 누려야 하는 기본권이다. 편리함과 행복함은 안전이 함께할 때 더욱 윤택하게 느낄 수 있다.

 

안전은 기본수칙을 지키고 사회생활을 하는 우리 상호 간의 약속이다. ‘나만 편리하고 나만 행복하면 된다’가 아니라 내가 안전함을 추구하듯 다른 이들의 안전도 함께 생각하고 서로 배려하는 마음이 있어야 한다.

 

대한민국 국민이면 누구나 하나씩 휴대하고 있는 휴대전화는 편리함 그 자체다. 원하는 사람과 통화는 물론이고 필요한 정보를 빠르게 검색할 수 있다. 우린 휴대전화뿐 아니라 생활의 필수품으로 자리매김한 TV나 냉장고, 청소기 등 과학기술이 만들어 낸 생활 도구를 일상에서 편리하게 사용하고 있다.

 

요즘 거리에서 흔하게 볼 수 있는 자전거나 전동킥보드, 전기 자전거는 짧은 거리를 이동하기에 편리한 도구다. 자전거를 타고 일반도로를 주행할 때도 헬멧이나 장갑 등 안전도구를 착용하고 즐겨야 한다. 전동킥보드는 사용설명서에 명시된 내용대로 사용ㆍ보관ㆍ충전하고 안전 수칙에 따라 사용해야 한다.

 

전기 자전거도 사용설명서에 따라 사용해야만 안전이 담보될 수 있다. 기술이 발달함에 따라 전동킥보드나 전기 자전거의 안전장치가 자동으로 작동하면서 편리함을 더해준다.

 

하지만 이런 안전장치는 자연적 고장이나 사용자 과실로 인한 이상이 발생할 수 있다. 단순하게 고장이 나서 제 기능을 하지 못할 수도 있지만 충전장치나 배터리 이상으로 화재가 발생하기도 한다.

 

특히 사회 이목이 쏠리는 ESS나 전기 자동차, 전동킥보드 화재를 살펴보면 동력원으로 2차 전지를 사용한다. 친환경 제품인 2차 전지는 세계적으로 앞다퉈 개발에 매진하고 있다. 견고하게 설계하고 안전하게 제작돼도 사용자 과실이나 작동 중 사고가 발생하기도 한다.

 

따라서 이런 사고를 완벽하게 제어하고 예방할 수 있도록 설계해 제작하고 있다. 사용자가 기호에 맞도록 편리하게 튜닝(tuning)하거나 개조해 사용하는 경우가 있다. 그러다 보면 이상이 발생하고 2차 전지가 발열해 출화하기도 한다. 출화할 땐 불꽃이 폭죽놀이를 연상케 하듯 급격하게 연소한다.

 

충전하다 멈춘 전기 자전거 배터리에서 ‘활활’

어느 해 봄 새벽에 아파트 단지에서 “살려주세요!”라는 다급하고 애절한 목소리가 울려 퍼졌다. 아파트 8층에서 발생한 화재로 아파트 내에 있던 소유자는 밖으로 탈출하지 못하고 발코니 에어컨 거치대로 대피해 급박하게 외쳤다.

 

화재 발생 시간이 오전 1시 30분이 조금 넘어 대부분이 잠든 시간이었기 때문에 밤의 적막을 깨기 충분했다.

 

신고자는 인근 아파트 주민으로 “잠자리에 누워 자려고 하는데 어디선가 ‘살려주세요’라는 소리가 들려 창문을 내다보니 맞은편 아파트에서 검은 연기가 분출하고 있었다”고 했다.

 

신고자는 “화재 신고 당시 검은 연기와 불꽃을 봤을 뿐 발코니 난간 에어컨 거치대에 사람이 있는진 보지 못했고 다만 ‘살려주세요’란 목소리만 들었다”고 진술했다.

 

화재 아파트 내 잠자던 김 씨는 자정 무렵 자전거 배터리를 충전하던 중 배터리에서 메케한 냄새가 심하게 나고 뜨거워져서 충전을 중단했다. 이후 작은방에 옮겨 두고 잠이 들었다. 비상벨 소리에 놀라 일어나서 작은 방문을 열어보니 불꽃이 꽉 차 있었고 불길이 분출하고 있었다.

 

순간 거실 침대에서 자던 아내를 깨워 탈출하려 했지만 아내를 깨우는 사이 불길이 작은방에서 거실로 분출하며 검은 연기가 집안을 가득 메웠다. 놀란 김 씨는 발코니 에어컨 거치대로 대피했다. 

 

전기 자전거는 인터넷 중고 판매 사이트에서 78만원에 샀고 배터리는 A4 용지보다 작은 세 개의 팩으로 나눠진 구조였다. 

 

▲ [사진 1] 아파트 전경


왜 에어컨 거치대로 대피했나?

소방대 도착 당시 부부는 에어컨 거치대에 매달려 앉아 있었다. 처음 도착한 소방대는 도착 즉시 인명을 구조해 신속하게 병원으로 이송했다. 다행히 부부는 단순 연기흡입으로 큰 부상 없이 바로 퇴원했다.

 

‘작은방에서 화재가 발생한 상황에서 집 내부 구조를 잘 아는 소유자는 왜 발코니 난간에 설치된 에어컨 거치대로 대피했을까?’ 하는 의문점을 제기하는 이도 있다. 출입구에서 연기가 분출하고 화염이 목격되면 누구나 무의식적인 본능에 의해 그 반대쪽으로 탈출하려 한다.

 

▲ [그림 1] 평면도


집 내부는 [그림 1]과 같이 원룸 구조다. 발코니 앞에 침대를 놓고 생활했다. 출입구에 있는 작은방에서 화재가 발생해 화염이 거실로 분출했기 때문에 탈출로가 막혀 탈출이 어려웠을 거다. 부부는 주로 거실 겸 큰방에서 생활했다.

 

▲ [사진 2] 출입구

 

출입구는 여느 아파트와 같았다. 내부에 형성된 중성대로 보아 상당 시간 지연됐던 것으로 판단했다. 양압과 음압이 형성되면서 2/3지점까지 내려온 형태는 공간이 협소해 생기거나 연소 시간이 길어 양압의 길이가 길어지는 경우다.

 

▲ [사진 3] 거실과 현관

 

[사진 3]은 거실에서 출입구 방향으로 촬영한 사진이다. 출입구 좌측이 작은방이고 이곳에서 화염이 분출하니 출입구 방향으로 탈출하지 못했다.

 

거실 침대 옆에 있는 자전거가 전기 자전거다. 자전거를 거실에 보관했고 배터리만 분리해 충전해 왔다.

 

연소 방향성을 확인하라!

▲ [사진 4] 연소 형태


현관 앞 벽면의 검은색이 짙게 식별된다. 화장실 주변은 검게 그을린 형태로 직접 탄화한 형태보다 간접수열에 의해 변색한 형태다. 화장실 내부도 상단이 그을린 형태로 탄화형태는 관찰되지 않았다. 거실과 주방 등 아파트 내부 탄화형태만으로도 한눈에 발화지점이 작은방인 걸 알 수 있다.

 

▲ [사진 5] 작은방 입구


작은방 입구로 내부에서 출화한 흔적이 목제 문틀에 두 팔 벌린 형태로 잔류해 있다. 작은방 내부는 천장 마감재까지 탄화한 형태고 벽면도 마감재가 소실된 형태로 검게 탄화해 있다. 주변 가연물들은 탄화해 소락돼 있다.

 

▲ [사진 6] 탄화형태


작은방 탄화형태는 방 중간 부분으로 가연물들이 소락한 형태로 식별된다. 장롱에 보관하던 의류는 문짝이 소실되며 전면으로 소락해 있고 컴퓨터가 놓인 소형 책상도 전면으로 탄화한 형태다.

 

이런 현장에서 발굴하지 않고 소유자 진술에 의존해 원인을 찾는다면 미궁에 빠질 수도 있다. 소락 형태나 소락물의 연소 형태, 소락 순서 등을 종합해 판단해야 한다.

 

▲ [사진 7] 책상과 전선


책은 하단보다 상단의 소훼 형태가 심하게 식별되며 책상 하단에 있던 부하가 확인된 전선에선 특이점이 없었다. 하지만 부하가 확인되지 않는 전선 끝에서 용융 흔적이 관찰됐다. 

 

연소 흔적을 확인하라!

▲ [사진 8] 용융 흔적


용융점이 있는 주변으로 가연물이 집중 탄화한 흔적도 관찰됐다. 그러나 연결된 부하를 찾지 못했다. 이런 경우 용융이 선행된 건지, 화재가 선행된 건지 알 수 없고 추단할 수도 없다.

 

▲ [사진 9] 단락 흔적


[사진 8]의 용융 흔적을 확인한바 단락 흔적으로 판단되나 작은방 탄화패턴으로 봤을 때 단락 흔적이 위치한 부분에서 분열한 흔적이 관찰되지 않았다. 망울 형태가 미세하고 작은 것으로 보아 출화에 직접 작용한 흔적은 아닌 것으로 판단했다. 측면 소훼 형태도 하단보다 상단이 많이 소훼된 형태다. 또 소락한 형태는 중간지점으로 향하고 있는 듯 보였다.

 

▲ [사진 10] 소실 형태


책상이나 수납장 소훼 형태가 전면과 상단이 심하고 바닥은 약한 것으로 판단했다. 이는 다른 부분에서 연소해 확대하는 과정 중 형성되는 형태다. 즉 방안의 발화지점 말고 다른 부분에서 화재가 발생했을 가능성도 있다.

 

전체적인 탄화 형태가 상단에서 하단으로 진행됐다. 어떤 원인에 의해 연소 매개체에 착화, 연소 확대됐을까 고민해 봐야 한다.

 

잔류물을 확인하라!

▲ [사진 11] 1차 발굴


작은방에 소락된 구조물 일부를 걷어 내고 확인하니 방 중간 부분의 탄화도가 눈에 띄게 차이가 났다. 중간지점에서 원을 그리며 주변으로 퍼져나간 형태로 관찰됐다. 단순하게 소락된 구조물을 걷어 냈을 뿐 다른 탄화물은 그대로 놓고 확인했다. 주변에 있던 종이도 미연소 상태로 잔류해 있었다.

 

▲ [사진 12] 집중 탄화지점


방 중간에 집중 소훼한 탄화 잔류물들이 있었다. 필름 같기도 하고 동박 같기도 했다. 자세히 살펴보니 동박으로 식별됐다.

 

▲ [사진 13] 잔류물 확인


화살표 부분은 배터리를 연결했던 리드선이다. 실선 부분의 동판은 배터리 셀(Cell)을 이루는 동판으로 확인된다. 배터리는 판형으로 돼 있었고 형태로 보아 리튬폴리머 배터리로 식별됐다.

 

▲ [사진 14] 배터리 셀


배터리 일부는 소실됐고 일부는 외형의 원형이 유지된 상태로 판단했다. 배터리 중간의 분리막은 소실된 상태였다. [사진 14]의 적색 화살표 부분은 동박이 녹은 상태로 잔류해 있었다. 배터리 양극인 구리 동판은 잔류했으나 음극이나 양극 재료는 확인되지 않았다. 배터리 소훼 또는 소실상태가 심해 잔류한 배터리만으로는 배터리 규격을 제대로 확인할 수 없었다.

 

▲ [사진 15] 충전기


화재 당시 배터리를 충전했다는 충전기를 확인했다. 입력전압은 220V 50Hz, 출력전압은 DC 60V 3A로 확인됐다. 우리나라 전기 주파수는 60Hz를 사용한다. 50Hz로 표시된 부분은 외국의 내수용으로 확인됐다. 이런 제품을 그대로 사용하면 충전기 내부 트랜스(Trance)가 과열되거나 충전 시간이 길어질 수 있다.

 

따라서 정격전압과 주파수를 맞춰 사용해야 안전을 담보할 수 있다. 그냥 사용해도 단시간은 문제가 생기지 않는 것처럼 느껴지지만 장시간 사용 시 발열해 화재로 이어질 수 있다. 전기ㆍ전자 제품은 반드시 규격에 맞춰 사용해야 하나 현대를 살아가는 우린 어쩌면 안전불감증이 만연하지 않은가 싶다.

 

‘이 정도는 괜찮아!’, ‘지금까지 사용했는데 까딱없어’라고 치부해버리면서 간과한다. 이 사건 전기 자전거는 전 사용자가 임의 제작해 사용하다 중고로 판매한 거다. 정격제품이 아닌 임의로 제작한 전기 자전거였다. 배터리도 리튬 배터리와 인산철 배터리 등 두 가지를 사용했던 것으로 조사됐다.

 

충전기를 리튬 배터리 충전기와 인산철 배터리 충전기를 각각 사용해야 함에도 충전기 하나로 혼용해 사용했다. 이런 경우 충전 시 발생하는 셀 밸런싱(Cell balancing)이 문제가 된다. 충전 속도와 충전기 발열 등에도 문제가 있었던 것으로 확인된다.

 

▲ [사진 16] 발굴 후

 

배터리 팩이 있던 방 중간 부분에서 분열 흔적이 관찰됐다. 주변 가재도구에 수열 흔적도 잔류해 있다. 발화지점은 작은방의 중간지점으로 발화 원인은 배터리 과열로 판단했다.

 

화재 원인을 검토해 보자

이 사건은 오전 1시 46분께 공동주택 8층에서 발생한 화재다. 화재 원인으로 지목된 화학적 요인을 살펴보면 배터리 음극과 양극을 이루는 부분 사이에 격리 판이 있는데 어떤 이유로 파괴 또는 손상되면서 격리 효과가 떨어졌다. 배터리 자체는 발열, 발화할 위험성이 있다.

 

소유자 김 씨는 “충전 시 메케한 냄새가 나서 충전을 멈추고 배터리를 작은방으로 옮겨 놓고 취침했다”고 진술했다. 양극과 음극 사이 격리 판이 손상돼 리튬 배터리 내부의 화학물질이 반응한 것으로 감정된다. 또 인산철 배터리도 양극과 음극이 반응해 발열한 형태로 판단된다.

 

충전기를 분리한 상태로 배터리 자체에서 발열ㆍ발화된 건 배터리 내부 격리 판이 손상돼 음극과 양극이 교반되는 과정에서 발생한 화학반응의 가능성이 있다.

 

배터리에서 발생한 화재로 살펴보면 배터리 충전 시 동력원인 전기적 요인에 의해 침실에 전기는 통전되고 있었던 것으로 확인됐다. 책상 하단 전선에서 단락 흔적으로 식별되는 용융 흔적이 발굴됐으나 주변 탄화 흔적이나 연소 확대 흔적으로 보아 화재 원인으로 작용했을 가능성은 작은 것으로 여겨졌다.

 

배터리 화재도 전기적 요인으로 분류되나 전기적 요인보단 배터리 자체 결함 내지는 고장으로 격리 판이 손상돼 발생한 것으로 보였다. 즉 배터리 충전기, 배터리 종류 등을 고려할 때 부주의 가능성과 배터리 내부 양극과 음극의 화학반응에 의한 가능성이 더 큰 것으로 판단했다. 

 

배터리 자체 고장 또는 손상 때문에 화재가 발생했다 하더라도 “자정 무렵 거실에서 배터리를 약 30여 분 정도 충전했는데 메케한 냄새가 나고 뜨거워져 전원을 분리해 작은방에 놓고 취침했다”는 진술을 통해 배터리는 이미 발열되고 있었고 내부에서 양극과 음극이 반응해 발생했을 것으로 추정됐다. 

 

이런 진술 내용을 토대로 본다면 화학적 요인에 가까울 것으로 판단된다. 발열되는 걸 작은방에 방치한 건 부주의 가능성이 있다.

 

화재 신고 시간이 오전 1시 46분께로 외부인의 출입은 없는 상태였다. 소유자 김 씨와 권 씨가 “살려주세요”라고 외치는 소리에 인근 주민 이 씨가 창문 밖을 확인하고 맞은편 아파트 창문에서 검은 연기가 점점 더 많아지면서 살려달라는 소리가 계속 들려 신고했다는 진술이 있다.

 

소유자 김 씨와 권 씨가 출입문으로 탈출하지 못한 건 출입구 방향 작은방에서 화염과 검은 연기가 출입구를 막았기 때문에 발코니로 피난했다.

 

작은방 문틀에 거실 방향으로 출화된 분열 흔적이 확연하게 관찰되고 작은방 내부 탄화도가 심하게 잔류해 있었다. 작은방 중앙 부분이 집중 탄화됐고 탄화된 부분에 배터리 탄화물이 잔류해 있었다.

 

배터리는 충전기에 연결이 안 된 상태로 확인됐다. 김 씨는 “거실에서 자정 무렵 약 30분 정도 충전 중 배터리에서 메케한 냄새가 나고 뜨거워서 침실에 옮겨 놓고 잠이 들었는데 비상벨 소리에 잠에서 깨어나 침실 문을 여니 불꽃이 솟아올랐다”고 진술했다.

 

작은방 중간 부분이 집중 탄화된 형상이 관찰되며 중심에 배터리 셀들이 잔류해 있었다. 잔류물로는 배터리 전압을 확인할 수 없었으며 배터리 종류도 리튬 이온인지, 리튬폴리머인지, 인산철 배터리인지 정확한 확인이 불가한 상태였다.

 

그러나 통상적으로 사용하는 리튬 이온 배터리 기준으로 추정했을 때 약 24개로 확인되고 전압은 약 48V로 추정할 수 있었다. 거실에 잔류한 충전기 출력전압 60V 3A로 확인되고 이때 배터리 충전 평형을 고려하면 약 출력전압에 75%인 45V로 추정됐다.

 

김 씨는 배터리 크기가 A4 용지보다 조금 작은 세 개의 팩으로 구성돼 있었다고 진술했다. 정품인지 확인도 어려운 상태이며 사용자가 임의로 제작한 배터리로 판단했다. 다만 인터넷 중고거래 사이트에서 판매된 배터리 제품을 확인한바 유사 제품은 딱 1대이며 48V 1000W로 확인됐다.

 

리튬 이온 배터리 기준으로 1 Cell 2.4V면 잔류한 배터리 잔류물 수 24 Cell 최대 57.6V로 확인된다. 충전기는 중국 내수용 220V 50Hz였다. 주파수 차이로 인해 충전 시 다소 발열될 개연성 있다. 배터리 전압이 정확하게 몇 V인지 확인 불가한 상태로 충전기 출력전압으로 추정했으며 정확한 사양을 알 수 없었다.

 

Cell 일부가 탄화되고 일부는 용융된 형태로 관찰되는 건 외부 화염에 의한 용융이나 소훼 현상보단 내부에서 발열돼 형성된 것으로 보인다. 자정 무렵 30여 분간 충전하다 놔두고 취침한 상태에서 약 1시간 후 배터리 이상 발열에 의해 발생한 화재로 결론 내렸다.

 

제조물 책임법 적용이 가능할까?

▲ [사진 17] 유사 배터리

 

[사진 17]은 유사 배터리다. 김 씨는 A4 용지보다 작은 크기의 배터리 세 개라고 진술했다. 중고 거래 사이트에서 판매된 제품 즉 팬도럼 전기 자전거는 딱 1대로 배터리는 48V 20A 인산철 배터리로 확인됐다.

 

[사진 17]의 배터리는 사고 전기 자전거에 사용하던 배터리로 제작자 임 씨가 설명한 대로 인산철 배터리로 추정됐다. 리튬 이온 배터리와 인산철 배터리를 같이 사용한 것으로 사료되며 배터리 자체는 확인되지 않는 상태다.

  

최초 임 씨가 자작으로 제작ㆍ개조한 제품으로 모델은 팬도럼 406, 20inch다. 배터리는 48V 12A 리튬이온, 48V 20A 인산철 배터리로 제작해 4개월 정도 사용하다 중고 거래 사이트에 올려 판매했다.

 

이를 두 번째 사용자 다 씨가 1년간 사용 후 재판매 하고 세 번째 구매자인 강 씨가 구매해 사용하다 바로 네 번째 화재 피해자인 김 씨가 구매해 사용하다 화재가 발생해 제조물 책임법1)에 대한 안내를 했던 사건으로 기억에 남는다.

 


1) ①제조물 책임법 제3조(제조물 책임) ① 제조업자는 제조물의 결함으로 생명ㆍ신체 또는 재산에 손해(그 제조물에 대하여만 발생한 손해는 제외한다)를 입은 자에게 그 손해를 배상하여야 한다.

 

② 제조물의 제조업자를 알 수 없는 경우에 그 제조물을 영리 목적으로 판매ㆍ대여 등의 방법으로 공급한 자는 제조물의 제조업자 또는 제조물을 자신에게 공급한 자를 알거나 알 수 있었음에도 불구하고 상당한 기간 내에 그 제조업자나 공급한 자를 피해자 또는 그 법정대리인에게 고지(告知)하지 아니한 경우에는 제1항에 따른 손해를 배상하여야 한다.

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경기 부천소방서_ 이종인

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2021년 1월 호에서도 만나볼 수 있습니다.>

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