DNV SOLAS II‑1 케이블 내화 요건 상세 정리 실무 해설

현장의 설계·검증 단계에서 내화 케이블 요건을 오해하면 인증 지연과 비용 초과가 발생한다. DNV와 SOLAS II‑1이 명시하는 구체적 요구사항을 정확히 파악하면 설계 효율과 안전성을 동시에 확보할 수 있다. 본 장은 조항‑요구‑해석‑적용 흐름으로 구성해 실무에 바로 적용 가능한 로드맵을 제공한다.

1. DNV 규정 제 2‑2‑01 조항 – 내화 등급 정의

DNV 규정 제 2‑2‑01은 선박 전기·배선 설계에서 적용되는 내화 등급을 체계적으로 정의한다. 규정은 “내화 등급”을 화재 발생 시 일정 시간 동안 화재 확산을 억제하고 구조적 손상을 최소화할 수 있는 케이블의 성능으로 규정한다. 등급은 EL‑0, EL‑1, EL‑2, EL‑3 네 단계로 구분되며, 각각 30 min, 60 min, 120 min, 180 min 이상의 연소 저항 시간을 요구한다. 등급 구분은 시험 온도(최대 1000 °C), 연소 지속 시간, 연소 후 잔존 물성(인장강도, 전기 저항 상승) 등을 기준으로 한다.

적용 범위는 선박 내부 모든 전기 설비(전원, 제어, 통신)이며, 특히 화재 위험이 높은 엔진실·보일러실·전기실 구역에서는 최소 EL‑2 이상을 요구한다. 반면 승객선·여객선의 승객 구역에서는 EL‑1 이상이면 충분하다고 규정한다. 이는 승객 안전 확보와 동시에 유지·보수 비용을 최적화하기 위한 실무적 판단이다.

실무 적용 시 가장 먼저 해야 할 일은 설계 단계에서 각 구역별 화재 위험도(연료·산소 공급량, 배관·장비 배치)를 평가하고, 해당 구역에 요구되는 최소 내화 등급을 명시하는 것이다. 이후 케이블 선택 시 제조사의 시험 성적서(IEC 60331·60332)와 DNV 허용 목록을 교차 검증한다. 내화 등급이 요구되는 구역에 EL‑3 케이블을 사용하면 과잉 설계가 되므로 비용 효율성이 떨어진다. 반대로 요구 등급보다 낮은 케이블을 사용하면 규정 위반으로 선급 검사에서 재작업 명령을 받을 위험이 크다.

아래 표는 DNV 제 2‑2‑01 조항의 내화 등급과 IEC 60331·60332 시험 구분을 대응시킨 표이다. 등급별 시험 조건과 허용 온도 상승 한계가 명시돼 있어 설계자는 시험 성적서와 직접 비교할 수 있다.

정리하면, 설계자는 구역별 위험도 분석 → 최소 요구 내화 등급 결정 → IEC 시험 성적서 검증 → DNV 허용 목록 확인 순서로 진행한다. 이 흐름을 따르면 규정 위반 위험을 최소화하면서도 경제적 설계가 가능하다.

2. SOLAS II‑1 § 4‑13 – 화재 구역별 케이블 요구사항

SOLAS II‑1 § 4‑13은 선박의 화재 구역을 구역 A(엔진·보일러실), 구역 B(전기실·제어실), 구역 C(승객 구역)로 구분하고, 각 구역별 전압·전류 한계를 명시한다. 구역 A와 B는 화재 발생 시 신속한 차단이 어려우므로 전압은 660 V 이하, 전류는 500 A 이하를 원칙으로 한다. 구역 C는 인명 보호가 최우선이므로 전압 440 V 이하, 전류 250 A 이하를 적용한다.

케이블 선택 기준은 다음과 같다. 첫째, 구역별 전압 등급에 맞는 절연 등급(IEC 60092‑2 규격)이어야 한다. 둘째, 전류 한계는 케이블 단면적과 허용 전류량(IEC 60092‑2 표 5‑1)으로 산정한다. 셋째, 내화 등급은 앞서 DNV 제 2‑2‑01 조항과 동일하게 적용한다. 즉, 구역 A·B에서는 최소 EL‑2, 구역 C에서는 EL‑1을 요구한다.

다음은 SOLAS 구역별 요구사항을 DNV 내화 등급 및 IEC 전류 허용량과 매핑한 표이다. 이 표는 설계자가 구역별 케이블 스펙을 한눈에 파악하도록 돕는다.

실무 적용 예시를 들면, 엔진실에 400 A 부하가 배치될 경우 25 mm² 구리 전선(IEC 60092‑2 표 5‑1 기준)만으로는 전류 한계를 초과한다. 따라서 35 mm² 전선을 선택하고, EL‑2 시험 성적서를 확보한다. 승객 구역에서는 150 A 부하에 16 mm² 전선으로 충분히 만족한다. 이렇게 구역·전압·전류·내화 등급을 동시에 검토하면 과잉 설계와 규정 위반을 동시에 방지할 수 있다.

3. IEC 60331·60332 시험 적용 – 시험 방법과 합격 기준

IEC 60331(전선·케이블 내화 시험)과 IEC 60332(전선·케이블 화재 저항 시험)는 국제적으로 인정받는 시험 표준이다. IEC 60331은 화염 노출 시 전선의 연소 지속 시간을 측정하고, 연소 후 전기·기계적 특성 변화를 평가한다. IEC 60332은 화염이 케이블 외부로 전파되는 정도를 측정한다. 두 시험 모두 1000 °C ± 50 °C의 화염을 30 min~180 min 구간에 적용한다.

DNV는 이러한 IEC 시험을 그대로 채택하되, 합격 기준을 자체 내화 등급(EL‑0~EL‑3)과 연결한다. 구체적으로, IEC 60331 A 시험(30 min) 합격 시 EL‑0, IEC 60331 B 시험(60 min) 합격 시 EL‑1, IEC 60332‑1 C 시험(120 min) 합격 시 EL‑2, IEC 60332‑1 D 시험(180 min) 합격 시 EL‑3을 부여한다. 시험 중 측정되는 온도 상승이 규정 한계(EL‑0 ≤ 300 °C, EL‑1 ≤ 400 °C 등)를 초과하면 등급이 강등된다.

아래 표는 IEC 시험 구분과 DNV 내화 등급 대응을 정리한 표이다. 시험 결과가 DNV 요구 등급을 만족하는지 즉시 판단할 수 있다.

실무에서는 시험 성적서를 검토할 때 다음 순서를 따른다. ① 시험 종류와 시간 확인 → ② 온도 상승 기록이 DNV 허용 범위 내인지 검증 → ③ 시험 후 인장강도·전기저항 변화를 확인 → ④ 해당 등급이 설계 구역 요구와 일치하는지 판단한다. 예를 들어, 엔진실에 EL‑2 이상이 요구될 경우 IEC 60332‑1 C 시험 성적서가 필요하다. 만약 제조사가 60331 B 성적서만 제공한다면, 추가 시험 의뢰 또는 고등 등급 케이블 교체가 요구된다.

4. 전류 허용량 산정 – 조항 2‑3‑01과 전류‑전압 관계

DNV 조항 2‑3‑01은 전류 허용량을 산정할 때 “케이블 단면적, 절연재료, 설치 환경(공기·배관·트레이) 및 내화 등급”을 모두 고려하도록 규정한다. 기본식은 IEC 60092‑2 표 5‑1에 근거한 전류 허용량 I_allow을 다음과 같이 수정한다.

1. 전류 허용량 기본값 I_base을 단면적 A와 절연재료 계수 k_ins로 산정한다.
    I_base = k_ins · A · 100 (A·mm⁻²)
2. 설치 환경 보정계수 k_env를 적용한다. 공기 배선은 1.0, 트레이·배관은 0.85, 복합 배선은 0.75이다.
3. 내화 등급 보정계수 k_fire를 적용한다. EL‑0 = 1.0, EL‑1 = 0.95, EL‑2 = 0.90, EL‑3 = 0.85이다.
4. 최종 허용 전류량 I_allow = I_base · k_env · k_fire 로 계산한다.

가정값을 대입한 예시는 다음과 같다. 구역 A(엔진실)에서 35 mm² 구리 전선(절연재료 k_ins = 1.1)을 트레이에 설치하고 EL‑2 등급을 요구한다.

1. I_base = 1.1 · 35 · 100 = 3850 A
2. k_env = 0.85 (트레이)
3. k_fire = 0.90 (EL‑2)
4. I_allow = 3850 · 0.85 · 0.90 ≈ 2 944 A

하지만 SOLAS § 4‑13에서 구역 A의 전류 한계는 500 A 이하이므로 실제 허용 전류는 500 A가 된다. 따라서 설계자는 전류 한계에 맞춰 케이블 단면적을 최소화하거나, 전류 분산을 위한 추가 회로를 고려한다.

아래 표는 전류 허용량 산정에 사용되는 주요 계수와 적용 예시를 정리한 것이다.

요약하면, 전류 허용량 산정은 IEC 60092‑2 기본값에 환경·내화 보정계수를 곱해 최종값을 도출하고, SOLAS 전류 제한과 비교해 설계 결정을 내린다. 이 절차를 체계적으로 적용하면 규정 위반을 방지하면서도 경제적인 전선 선택이 가능하다.

5. 절연 두께·피복 재료 선택 – 내화 성능과 기계적 강도 연계

DNV Rule § 5‑2‑03에 따르면, 케이블의 절연 및 피복 재료는 각각 지정된 내화 등급에 따라 최소 두께가 정해진다. 내화 등급은 IEC 60332‑1 (플라스틱 절연·피복 전선의 불연성 시험)에서 정의한 FT (Flame‑Resistant) 및 HL (Halogen‑Free) 등급을 기준으로 하며, DNV은 FT 1, FT 2, HL 1, HL 2 등 4단계로 구분한다. 각 등급별 최소 절연 두께와 피복 두께는 전압 등급(≤1 kV, 1–3 kV, 3–10 kV)과 설치 환경(배관·트레이·노출) 등에 따라 차등 적용된다.

절연 두께와 피복 두께를 선택할 때는 내화 성능뿐 아니라 기계적 강도(인장·충격·굴곡)도 동시에 만족시켜야 한다. IEC 60092‑4‑51은 해양 전기설비의 기계적 요구조건을 규정하고, DNV Rule § 5‑2‑04는 내화·기계적 연계 평가 방법을 제시한다. 예를 들어, 3 kV FT 2 등급 케이블은 절연 두께가 최소 0.9 mm, 피복 두께가 최소 1.2 mm이어야 하며, 동시에 인장 강도는 30 kN·mm⁻² 이상이어야 한다.

실무 적용 시, 설계자는 먼저 전압 등급과 내화 등급을 결정한 뒤, 위 표의 최소 두께를 기준으로 재료 사양을 선정한다. 선정된 재료가 IEC 60331(전선·케이블의 화재 저항 시험)에서 요구하는 화재 저항 시간(예: 30 min)과 일치하는지 확인한다. 이후, IEC 60092‑4‑51에 따라 인장·굴곡 시험을 수행해 기계적 강도가 표준을 충족하는지 검증한다. 검증 결과가 기준을 초과하면 설계에 적용 가능하고, 미달 시 두께를 증가시키거나 보강재(강철 테이프·섬유) 추가를 검토한다.

아래는 절연·피복 두께와 기계적 강도 요구조건을 조항‑요건 대응표로 정리한 내용이다.

요약하면, 절연·피복 두께 선택은 내화 등급과 전압 등급에 따라 최소 두께를 확보하고, 동시에 IEC 60092‑4‑51이 요구하는 기계적 강도를 만족하도록 설계해야 한다. 이 원칙을 따르면 DNV 규정과 IEC 국제 규격 모두에 부합하는 안전한 케이블 설계가 가능한다.

6. 케이블 트레이·배관 내 배치 제한 – 구획·통기 요구조건

DNV Rule § 6‑3‑01은 케이블 트레이와 배관 내부에 배치되는 전선·케이블에 대해 구획·통기 요구조건을 명시한다. 주요 목적은 화재 발생 시 연료·산소 공급을 제한하고, 연소 가스의 배출 경로를 확보함으로써 화재 확산을 억제하는 데 있다. 구획은 최소 0.6 m²·m⁻¹ 의 통기 단면적을 유지해야 하며, 트레이·배관 내부의 전체 단면적 대비 30 % 이상은 개구(통풍구)로 남겨야 한다.

IEC 60364‑5‑52는 전기설비의 배선 구분·공간 요구조건을 제공하고, IEC 61537은 케이블 트레이·배관 설계 시 기계적·열적 고려사항을 규정한다. DNV은 이 두 국제 규격을 기반으로 구획·통기 요구조건을 구체화한다. 예를 들어, 100 mm² 단면적의 전력 케이블 10개를 트레이에 배치할 경우, 트레이 단면적이 2000 mm²라면 최소 600 mm²(30 %)는 개구 형태로 유지해야 하며, 이는 통기 구획을 형성한다.

1. 배치 전 트레이·배관 내부 면적 계산: 트레이 가로 500 mm × 세로 400 mm = 200,000 mm².
2. 전선·케이블 전체 면적 합산: 10 개 × 100 mm² = 1,000 mm².
3. 필요 개구 면적(30 %): 200,000 mm² × 0.30 = 60,000 mm².
4. 남은 면적(통기 구획) 확인: 200,000 mm² − 1,000 mm² − 60,000 mm² = 139,000 mm²(≥ 0.6 m²·m⁻¹ 요구조건 충족).

실무에서는 먼저 트레이·배관의 설계 도면에서 전체 단면적을 파악하고, 배치될 전선·케이블의 단면적 합계를 산출한다. 그 다음, IEC 60364‑5‑52의 구획 비율(≥ 30 %)을 적용해 개구 면적을 확보한다. 개구는 전용 통풍구(통기 슬릿·통풍 팬) 혹은 배관 상부·하부 개구 형태로 구현한다. 또한, DNV § 6‑3‑02는 화재 구획을 유지하기 위해 배관 내에 방화 막(방화 인서트·방화 클램프)을 설치하도록 요구한다.

구획·통기 요구조건을 만족하지 못하면 DNV Rule § 6‑3‑04에 따라 설계 변경 명령이 내려진다. 따라서 설계 단계에서 위 계산을 표준화된 엑셀 시트에 적용하고, 검증 보고서를 통해 통기 면적·구획 비율을 문서화한다.

7. 현장 시험·검증 절차 – 기록·보고서 작성 요령

DNV Rule § 7‑1‑02는 현장 시험 및 검증 절차를 명확히 규정한다. 시험은 설계 단계에서 정의된 내화·기계적 요구조건을 실제 설치 현장에서 확인하는 과정이며, 기록과 보고서는 설계 검증서와 동일한 법적 효력을 가진다. 시험 항목은 화재 저항 시험(IEC 60331), 인장·굴곡 시험(IEC 60092‑4‑51), 전압 강하·절연 저항 시험(IEC 60364‑5‑71)으로 구분된다.

시험 결과는 다음 순서로 정리한다.

1. 시험 명세서(시험 목적·조건·시료 번호·시험 장비) 작성.
2. 시험 수행 기록(시간·온도·시험 결과 수치) 실시간 로그.
3. 시험 결과 분석(기준 초과·미달 여부)와 설계 반영 여부 판단.
4. 최종 보고서(요약·결론·첨부 도면·증빙 서류) 작성.

보고서 형식은 DNV Rule § 7‑1‑03에 따라 표준 양식을 사용한다. 표 1‑1은 보고서 주요 항목을 정리한 것이다.

예시로, 3 kV FT 2 등급 케이블에 대해 화재 저항 시험을 수행한 경우를 가정한다. 시험 온도 1,200 °C에서 30 min 유지했으며, 시험 후 절연 저항이 ≥ 10 MΩ(IEC 60364‑5‑71 기준)으로 측정되었다. 이러한 결과는 설계 기준을 충족하므로, 설계 검증서에 “시험 합격”으로 기록하고, 향후 유지보수 시 해당 시험 데이터와 함께 보관한다.

시험 결과가 기준 미달이면, DNV § 7‑1‑04에 따라 설계 수정 및 재시험을 실시한다. 재시험 시에는 원인 분석(재료 결함·시공 오류·시험 조건)과 개선 조치(두께 증가·방화 인서트 추가)를 명시하고, 최종 보고서에 재시험 결과와 함께 첨부한다. 이렇게 체계적인 기록·보고서 작성 절차를 따르면 설계 검증이 투명하게 이루어지고, 선급 검토 시 승인 절차가 원활해진다.

8. 특수 상황 적용 – 고전압·고전류 설비와 내화 보강

고전압(≥ 33 kV)·고전류(≥ 500 A) 설비는 일반 케이블에 비해 열발생량이 크고, 화재 위험이 높다. DNV Rule § 8‑2‑01은 이러한 특수 상황에 대해 내화 보강 옵션을 제시한다. 보강 방법은 (1) 내화 피복(IEC 60332‑2 고전압 등급), (2) 방화 트레이·배관(IEC 61537‑2), (3) 열 차폐재(방화 슬리브·절연 테이프) 적용이다. 각 옵션은 열전도도·용량·내화 시간(≥ 60 min) 기준을 만족해야 한다.

예를 들어, 66 kV FT 2 등급 고전압 케이블을 배관에 설치할 경우, IEC 60332‑2‑31에 따라 최소 2 mm 두께의 내화 피복과 1 mm 두께의 방화 슬리브를 추가해야 한다. 또한, IEC 60092‑4‑51에 의거해 배관 내부 온도 상승을 ≤ 150 °C로 제한하기 위해 방화 트레이(내화 등급 HL 1)와 열 차폐재(열전도도 ≤ 0.15 W·m⁻¹·K⁻¹)를 적용한다.

1. 기본 케이블 열 발생량 계산: 전류 500 A·전압 66 kV·저항 0.05 Ω = 1,650 kW.
2. 내화 피복 열 흡수 용량: 2 mm·피복 면적 0.5 m²·비열 1.2 kJ·kg⁻¹·K⁻¹·밀도 1,200 kg·m⁻³ ≈ 1,440 kJ/K.
3. 방화 슬리브 열 차폐량: 1 mm·면적 0.5 m²·비열 0.9 kJ·kg⁻¹·K⁻¹·밀도 1,000 kg·m⁻³ ≈ 450 kJ/K.
4. 총 열 흡수 용량 ≈ 1,890 kJ/K·(≥ 60 min·60 s·150 K ≈ 16,200 kJ) → 부족 → 추가 방화 인서트(열용량 ≈ 5,000 kJ/K) 적용.

위 계산 결과는 열 흡수 용량이 요구 열량을 충족하지 않으므로, 방화 인서트 등 추가 보강이 필요함을 보여준다. 설계 시에는 다음 절차를 따른다.

1. 전기 설비의 전압·전류·저항을 기반으로 열 발생량 산출.
2. IEC 60332‑2‑31·IEC 60092‑4‑51 기준에 따라 내화 피복·방화 슬리브·트레이의 열 용량을 계산.
3. 필요 열 용량이 부족하면 방화 인서트·열 차폐재를 추가 설계.
4. 보강 설계 완료 후, 현장 시험(열 저항·화재 저항)으로 검증하고 보고서에 기록.

결론적으로, 고전압·고전류 설비에서는 기본 내화 피복만으로는 열량을 충분히 흡수하지 못한다. 따라서 DNV § 8‑2‑01이 제시한 보강 옵션을 조합해 열 용량을 확보하고, IEC 60332‑2‑31·60092‑4‑51에 따른 시험으로 검증해야 한다. 이러한 절차를 통해 설계자는 화재 위험을 최소화하면서도 전기 설비의 신뢰성을 유지할 수 있다.

오해와 팩트 체크