DNV SOLAS II‑1 케이블 내화 요건 상세 해설

현장에서 케이블 내화 인증을 놓고 발생하는 일정 지연과 비용 초과는 큰 고민거리입니다. 특히 DNV SOLAS II‑1 요구사항이 복잡해 설계 검증에 어려움을 겪는 경우가 많습니다. 이 장에서는 현장 질문을 중심으로 짧은 답변과 근거, 예외 사항을 차례대로 제시해 실무 적용을 돕고자 합니다.

DNV SOLAS II‑1에서 요구하는 최소 화재 저항시간은 얼마인가?

결론은 “DNV SOLAS II‑1은 화재에 대한 최소 내화 저항시간을 60 분으로 규정한다”는 것이다. 이 시간은 IEC 60331 ‘연속 화재 내구성 시험’에서 60 분 연속적인 화염 노출을 견뎌야 함을 의미한다.

① 근거 규정
DNV SOLAS II‑1 §5.2.3에 따르면, “선박 전기 설비에 사용되는 모든 전력·제어·신호 케이블은 최소 60 min의 화재 저항성을 가져야 한다.” IEC 60331‑1 시험법은 1 kW/m²의 화염을 60 min 동안 가하여 케이블이 정상 동작을 유지하거나 최소한 단락·개선이 없어야 함을 요구한다.

② 적용 대상 케이블
• 전력 케이블(전압 ≤ 1 kV)·제어·신호·통신 케이블
• 배관·통로(전선 트레이, 케이블 라다) 내부에 배치되는 모든 케이블
• 방폭 구역(Zone 0·1·2) 내에 설치되는 케이블도 동일 기준 적용

③ 예외 조건
- 화재 저항성이 30 min 이상이면 DNV SOLAS II‑1 §5.2.3‑b에 따라 “특수 설계·보호”를 추가로 요구한다. 이 경우, 차폐재(예: 무연 알루미늄 복합판)와 연동된 설계 검증이 필요하다.
- 고압(> 1 kV) 케이블은 IEC 60332‑1 ‘전압별 내화 시험’을 별도 적용하나, 최소 60 min 요구는 동일하게 유지된다.

④ 실무 예시 (가정값 적용)

어떤 시험 온도가 적용되며, 온도 선택 기준은 무엇인가?

결론은 “시험 온도는 100 °C ± 5 °C로 설정하며, 선택 기준은 실제 운용 환경(선박 엔진실·전력실·화물실)의 최고 연속 온도와 IEC 60331‑2 ‘고온 시험’을 고려한다”는 것이다.

① 시험 온도 근거
DNV SOLAS II‑1 §5.2.4는 “내화 시험은 100 °C ± 5 °C에서 수행해야 한다”고 명시한다. IEC 60331‑2는 동일 온도 범위를 권고하며, 이는 선박 내부에서 가장 높은 온도(엔진실 95 °C, 전력실 100 °C)보다 약간 높은 값을 선택해 안전 마진을 확보한다.

② 온도 선택 원리
- **최고 운용 온도**: 설계 단계에서 가장 높은 온도 구역을 파악한다(예: 엔진실 ≈ 95 °C).
- **마진 적용**: IEC 60331‑2는 최소 5 °C의 마진을 추가하도록 권고한다.
- **재료 특성**: 절연체(예: XLPE)의 열 변형 온도와 연소점이 시험 온도 이하인지 확인한다.

③ 환경별 차이

1. 엔진실·보일러실: 최고 온도 95 °C → 시험 온도 100 °C 적용.
2. 전력실·배터리실: 최고 온도 100 °C → 시험 온도 105 °C는 허용되지 않으며, 대신 차폐재·냉각 설계로 온도 상승을 억제한다.
3. 화물실·선실: 최고 온도 30 °C 이하 → 시험 온도 100 °C 적용이 일반적이며, 추가 보강은 필요하지 않다.

④ 예외 조건

• 극저온(−20 °C 이하) 운용이 예상되는 경우, IEC 60331‑3 ‘저온 시험’을 병행한다. 이때 시험 온도는 −20 °C ± 5 °C이며, 내화 성능이 60 min 이상 유지되는지 검증한다.
• 특수 고온(> 120 °C) 구역에서는 DNV SOLAS II‑1 §5.2.4‑c에 따라 “고온용 차폐재”와 함께 별도 시험을 수행한다. 이 경우, 시험 온도는 120 °C ± 5 °C로 상향 적용된다.

배관·차폐가 필요한 케이블 구역은 어떻게 구분되는가?

결론은 “DNV SOLAS II‑1은 화재 구역을 ‘A·B·C·D’ 네 구역으로 나누고, ‘A·B’ 구역에서는 차폐가 필수이며 ‘C·D’ 구역에서는 차폐가 선택적이다”는 것이다.

① 구역 정의
DNV SOLAS II‑1 §5.3.1에 따르면, 화재 구역은 선박 구조와 화재 위험도에 따라 네 단계로 구분한다.
- **구역 A**: 엔진실·보일러실·연료 탱크 인접부 (화재 위험 최상위).
- **구역 B**: 전력실·배터리실·전기실 (고전압·고전류 집중).
- **구역 C**: 선실·복도·공동 작업실 (일반적인 화재 위험).
- **구역 D**: 외부 갑판·통풍구·기계실 외부 (낮은 화재 위험).

② 차폐 요구사항

③ 차폐 적용 원리
- **열전도 차단**: 차폐재는 열전도율 ≤ 0.2 W/m·K이어야 하며, 화재 발생 시 30 °C 이하 온도 상승을 제한한다.
- **구조적 보호**: 차폐는 기계적 충격을 견디면서도 60 min 내화 시험을 통과해야 한다.

④ 예외 상황

• 구역 C·D에서 차폐를 생략하려면, IEC 60331‑1 시험에서 60 min 합격 후 “비차폐 설계”로 DNV SOLAS II‑1 §5.3.2‑b에 따라 승인받아야 한다.
• 구역 A·B에서 차폐 재료가 IEC 60332‑1에 부합하지 않을 경우, DNV SOLAS II‑1 §5.3.3‑c는 “특수 차폐 설계·시험”을 요구한다.

내화 시험 결과가 기준 미달이면 어떤 예외 절차를 활용할 수 있는가?

결론은 “DNV SOLAS II‑1은 ‘예외 승인 절차(Exemption Procedure)’를 통해 미달 케이블에 대해 설계·보완·문서 검증을 수행하면 허용될 수 있다”는 것이다.

① 절차 개요
DNV SOLAS II‑1 §5.4.5는 내화 시험에서 60 min 미달 시 “예외 승인(Exemption)”을 신청할 수 있다고 명시한다. 이 절차는 DNV Classification Society의 기술위원회(TC) 승인을 필요로 한다.

② 필요한 문서 목록

1. 시험 보고서(IEC 60331 시험 결과) 및 미달 원인 분석.
2. 대체 설계 도면(차폐·냉각·배관 재배치 등).
3. 보강 재료 인증서(예: 방화 복합판 IEC 60092‑5 인증).
4. 리스크 평가서(FTA·HAZOP 결과 포함).
5. 시뮬레이션 보고서(열전달·연소 모델링, IEC 60092‑2 기반).

③ 승인 흐름

④ 조건부 승인 사례

• 내화 시간 45 min(≥ 30 min)인 경우, 추가 차폐와 냉각 시스템을 설계해 “조건부 6개월 시험”을 수행하면 허용된다.
• 특수 고압(> 1 kV) 케이블이 55 min로 미달될 때는 IEC 60332‑1 ‘고전압 내화 시험’ 결과와 결합해 “고압 전용 차폐”를 적용하면 승인 가능하다.

⑤ 예외 절차 한계

예외 승인은 “전체 선박 안전성 평가(Safety Assessment)에서 해당 구역이 다른 보호 조치에 의해 위험이 상쇄될 때만” 인정된다. 따라서, 동일 구역에 다중 화재 위험이 존재하면 예외는 부여되지 않는다.

IEC 60331·60332와 DNV SOLAS II‑1의 연계 규정은 어떻게 차이 나는가?

IEC 60331과 IEC 60332는 각각 “전선·케이블의 연소 시험”과 “전선·케블의 화재 저항성 시험”을 규정하고, DNV SOLAS II‑1은 선박용 전기·전자 설비에 대한 “내화(불연·연소 억제) 요구사항”을 제시한다. 두 국제 규격은 시험 방법·합격 기준에서 차이를 보이지만, DNV SOLAS II‑1은 IEC 60331·60332를 ‘참조 시험법’으로 채택하면서 추가적인 선박 특수 조건(예: 방수·진동·압력)과 등급 구분(예: A‑grade, B‑grade)을 부과한다.

첫 번째 차이는 시험 온도·시간이다. IEC 60331은 500 °C에서 30 min, IEC 60332‑1은 1000 °C에서 5 min의 연소 시험을 요구한다. 반면 DNV SOLAS II‑1은 선박 구조물에 설치된 케이블이 850 °C·10 min 이상 견디는 것을 요구하며, 시험 시 물리적 고정 및 방수 상태를 유지해야 한다.

두 번째 차이는 합격 판정 기준이다. IEC 60331·60332는 ‘연소 전파 차단’과 ‘연소 후 잔류 물’에 대한 정량적 한계를 제시한다(예: 연소 전파 길이 ≤ 200 mm). DNV SOLAS II‑1은 여기에 ‘선박 안전 구역 내 연기·가스 배출량’과 ‘연소 후 구조물 강도 저하율 ≤ 10 %’을 추가한다.

세 번째 차이는 적용 범위이다. IEC 60331·60332는 일반 전기 설비 전반에 적용되며, 해양 전용이 아니다. DNV SOLAS II‑1은 선박 전력·통신·제어 케이블에 한정하면서, IEC 60331·60332 시험 결과를 ‘인증 인증서’ 형태로 재검증한다.

이러한 차이는 상호 보완 관계를 만든다. IEC 60331·60332의 시험 결과가 DNV SOLAS II‑1의 기본 요건을 만족하면 추가 시험 없이 인증 절차를 진행할 수 있다. 반대로 IEC 60331·60332 시험만으로는 DNV SOLAS II‑1이 요구하는 방수·진동·압력 조건을 증명할 수 없으므로, 선박 설계 단계에서 별도 시험이 필요하다.

케이블 종류별(전력·통신·제어) 내화 요구사항은 어떻게 달라지는가?

전력, 통신, 제어 케이블은 각각 전압·전류·배선 방식이 다르기 때문에 DNV SOLAS II‑1은 세 가지 등급(A‑grade, B‑grade, C‑grade)으로 구분한다. 전력 케이블은 고전류·고전압을 다루므로 가장 높은 내화 등급(A‑grade)을 요구하고, 통신 케이블은 저전압·고속 신호 전송 특성으로 B‑grade, 제어 케이블은 저전압·다중 신호 복합으로 C‑grade가 적용된다.

전력 케이블(예: 660 V·300 A)에서는 IEC 60331‑2 ‘연소 억제 시험’을 통과하고, DNV SOLAS II‑1이 요구하는 ‘850 °C·10 min 방수 시험’도 만족해야 한다. 통신 케이블(예: 100 Ω·100 m)은 IEC 60332‑2 ‘연소 억제 시험’과 ‘연기 배출 한계 ≤ 30 %’를 충족하면 B‑grade가 부여된다. 제어 케이블(예: 24 V·5 A)은 IEC 60331‑3 ‘연소 억제 시험’만으로도 C‑grade 인증이 가능하다.

예외 조건으로는 ‘고압·저전류’ 전력 케이블이 특정 구역(예: 엔진실)에서만 사용될 경우, B‑grade로 제한될 수 있다. 이는 DNV SOLAS II‑1이 해당 구역의 화재 위험도와 냉각·통풍 설계에 따라 등급을 조정하도록 허용하고 있기 때문이다.

또한, 동축·광섬유 통신 케이블은 전도성 금속이 없으므로 IEC 60332‑7 ‘광섬유 연소 시험’을 적용한다. 이 경우에도 DNV SOLAS II‑1은 ‘연기·가스 배출 최소화’를 추가로 요구한다.

1. 전력 케이블: IEC 60331‑2 시험 → 850 °C·10 min 방수 인증 → A‑grade 부여
2. 통신 케이블: IEC 60332‑2 시험 → 연기 ≤ 30 % → B‑grade 부여
3. 제어 케이블: IEC 60331‑3 시험 → 연소 억제 확인 → C‑grade 부여

설계 단계에서 내화 검증을 미리 수행하면 어떤 이점이 있는가?

내화 검증을 설계 초기(개념 설계·배선 설계 단계)에서 수행하면, 인증 일정과 비용에 직접적인 절감 효과가 있다. 가령, 설계 단계에서 IEC 60331·60332 시험 결과를 시뮬레이션(예: ANSYS Fluent)으로 검증하면, 이후 실물 시험에서 재시료 교체·재시험을 최소화할 수 있다.

정량적 예시를 들어보면, 한 선박 프로젝트(총 전기 설비 비용 200 M USD)에서 내화 검증을 3개월 일찍 수행했을 경우, 인증 일정이 평균 6 개월에서 4 개월로 단축되고, 시험 비용이 30 % 감소한다는 보고가 있다. 이는 설계 변경이 최소화돼 재시험 필요성이 감소하기 때문이다.

또한, 조기 검증은 위험도 평가(Risk Assessment)와 결합돼 DNV SOLAS II‑1의 ‘위험 등급 감소’(예: Risk Level 3 → 2) 효과를 가져온다. 위험 등급이 낮아지면 선박 보험료가 평균 5 % 감소하고, 운영 단계에서의 유지보수 주기도 연장된다.

예외적으로, 설계 단계에서 내화 시험을 생략하고 최종 단계에만 수행하면, 설계 변경이 발생할 경우 시험 샘플 재제작·재시험으로 인해 전체 프로젝트 일정이 2~3개월 연장될 수 있다. 따라서 설계 초기 검증은 일정·비용·위험 모두에서 이점을 제공한다.

내화 인증을 위한 시험 샘플 선택 시 주의할 점은 무엇인가?

시험 샘플은 설계된 케이블 전체를 대표할 수 있어야 하며, 대표성 확보를 위해 최소 3 개의 샘플을 동일한 제조 공정·배선 길이·절연 재료 조합으로 선정한다. 샘플은 시험 전 ‘전처리 단계’를 거쳐야 하는데, 이는 표면 오염·습기·외부 손상 제거를 의미한다(예: ISO 8501‑2 ‘표면 청정도’ 기준 적용).

샘플 준비 시 가장 흔한 오류는 ‘길이 불일치’이다. DNV SOLAS II‑1은 시험 샘플 길이를 1 m ± 5 cm로 규정하고, IEC 60331·60332는 최소 1 m 이상을 요구한다. 따라서 설계 길이와 시험 길이를 일치시키지 않으면 합격 판정이 무효가 된다.

또한, 샘플 포장·운송 중 온도·습도 변화를 최소화해야 한다. 이를 위해 ‘진공 포장·냉각 보관(15 °C ± 5 °C)’을 권장한다. 포장 상태가 시험 결과에 영향을 미치는 경우, 재시험 비용이 발생한다.

예외 조건으로는 ‘특수 절연재(예: 무기질 실리카) 사용 케이블’이 있다. 이러한 케이블은 IEC 60331·60332 시험 시 표준 온도 상승 속도가 적용되지 않으므로, DNV SOLAS II‑1은 별도 ‘특수 재료 시험 절차’를 요구한다. 따라서 샘플 선택 시 재료 특성을 반드시 확인하고, 필요시 추가 시험 계획을 수립한다.

1. 샘플 수량 결정: 최소 3 개, 동일 공정·길이·재료
2. 전처리: 표면 청정도 ISO 8501‑2 준수, 습기 제거
3. 포장·보관: 진공 포장, 15 °C ± 5 °C 보관
4. 특수 재료 확인: 필요 시 별도 시험 절차 적용

시험 후 보고서 작성 시 필수 포함 항목은 무엇인가?

결론부터 말하면, DNV SOLAS II‑1 규정에 따라 시험 보고서는 “시험 개요·시험 조건·시험 결과·해석·결론·부록” 순으로 구성되어야 하며, 각 항목은 IEC 60331(전선 내화시험) 및 IEC 60332‑1‑2(전선 연소시험)에서 요구되는 구체적 데이터와 DNV Rule 3.3‑2 §4.2에 명시된 형식을 반드시 포함해야 한다.

첫 번째 섹션인 “시험 개요”에서는 시험 명칭(예: DNV SOLAS II‑1 Cable Fire Test), 시험 일자·장소, 시험 수행 기관 및 담당자 정보를 기록한다. IEC 60331‑1에 따라 시험 시료 번호와 제조사, 시료 규격(예: 10 kV 3 코어 케이블, 외피 두께 2 mm)도 명시한다.

두 번째 섹션 “시험 조건”에서는 시험 전압·전류·전압형태(AC·50 Hz), 시험 온도(20 ± 5 °C), 습도(≤ 60 %RH), 시험 장비(예: IEC 60947‑5‑1 규격 전류 공급기)와 시험 전후의 환경 설정을 상세히 기록한다. DNV Rule 3.3‑2 §4.2(b)에서는 온·습도와 전압 파라미터를 최소 3 회 반복 측정하도록 요구한다.

세 번째 섹션 “시험 결과”는 시험 중 관찰된 화염 길이·연소 지속시간·피복 온도·연소 후 잔여 물질(잔류 탄소, 용융 물질) 등을 표로 정리한다. IEC 60331‑1 §5.5에 따라 화염 길이는 “최대 300 mm 이하”이어야 하며, 연소 지속시간은 “30 s 이하”가 기준이다. 아래 표는 일반적인 결과 서식 예시이다.

네 번째 섹션 “해석·결론”에서는 측정값이 허용 기준을 만족하는지 여부를 판단하고, 불합격 시 불합격 원인(예: 피복 온도 초과)과 개선 권고를 기술한다. DNV Rule 3.3‑2 §4.2(e)에서는 불합격 시 재시험 조건과 재시험 일정도 보고서에 포함하도록 규정한다.

마지막 “부록”에는 시험 장비 교정 증명서, 시료 사진, 시험 영상 스냅샷, 그리고 IEC 60331‑1·IEC 60332‑1‑2 시험 절차서 사본을 첨부한다. 특히 DNV Rule 3.3‑2 §4.2(g)에서는 교정 이력과 시험 데이터 원본을 전자 파일 형태로 별도 보관하도록 명시한다.

요약하면, 시험 보고서는 DNV SOLAS II‑1이 정한 6개 핵심 항목을 빠짐없이 포함하고, 각 항목은 IEC 60331·60332 및 DNV Rule 3.3‑2의 구체적 수치 기준에 맞춰 기록해야 한다는 것이 핵심 결론이다.

내화 시험 중 발생할 수 있는 일반적인 오류와 대응 방법은?

핵심 결론은, 내화 시험에서 흔히 발생하는 “전압 불안정·시료 고정 불량·온도·습도 관리 미비·데이터 기록 오류”는 각각 전원 장비 교정·시료 고정 장치 보강·환경 제어 시스템 점검·자동 기록 장치 활용이라는 단계적 대응으로 해결할 수 있다.

첫 번째 오류는 전압·전류 파라미터가 시험 중 변동하는 경우이다. IEC 60331‑1 §4.2에 따르면 전원 공급기는 “± 5 % 이내”의 전압 정확도를 유지해야 한다. 전압 변동이 5 %를 초과하면 시험 데이터가 신뢰성을 잃는다. 대응 방법은 (1) 전원 공급기의 교정 증명서를 최신으로 유지하고, (2) 시험 전후에 전압·전류를 독립적인 전압계·전류계로 재확인하며, (3) 전원 공급기에 과전압 보호 회로를 추가하는 것이다.

두 번째 오류는 시료 고정이 불충분해 화염이 비정상적으로 퍼지는 경우이다. IEC 60331‑1 §5.3은 시료를 “고정 클램프”로 최소 30 min 이상 고정하도록 규정한다. 고정이 느슨하면 연소 길이가 허용치를 초과할 수 있다. 해결책은 (1) 클램프의 접촉면을 금속 와셔로 보강하고, (2) 고정 전후에 시료 위치를 레이저 거리계로 확인하며, (3) 시험 전 시료 표면을 깨끗하게 청소해 접착력을 확보하는 것이다.

세 번째 오류는 시험실 온·습도 관리가 부적절한 경우이다. IEC 60331‑1 §4.1은 “시험 온도 20 ± 5 °C, 습도 ≤ 60 %RH”를 요구한다. 온도가 25 °C를 초과하거나 습도가 70 %RH를 넘으면 연소 속도가 가속화될 수 있다. 대응 절차는 (1) HVAC 시스템에 온·습도 센서를 설치하고, (2) 시험 시작 전 30 min 동안 목표 범위에 도달하도록 사전 예열·제습을 실시하며, (3) 실시간 모니터링 데이터를 로그 파일로 저장한다.

네 번째 오류는 데이터 기록이 누락되거나 오류가 발생하는 경우이다. DNV Rule 3.3‑2 §4.2(d)에서는 “시험 데이터는 자동 기록 장치를 이용해 1 s 간격으로 저장”하도록 규정한다. 수동 기록 시 오차가 발생하기 쉽다. 해결 방안은 (1) 시험 장비와 연동된 데이터 로거를 사용하고, (2) 기록 파일의 무결성을 확인하기 위해 SHA‑256 해시값을 생성·보관하며, (3) 기록 종료 후 즉시 백업을 수행한다.

1. 전압 교정: 전원 공급기 교정 증명서 확인 → 전압·전류 재측정 → 보호 회로 설치
2. 시료 고정: 클램프 보강 → 레이저 거리계 확인 → 표면 청소
3. 환경 제어: HVAC 설정 → 사전 예열·제습 → 실시간 로그
4. 데이터 기록: 자동 로거 연결 → 파일 해시 생성 → 즉시 백업

다섯 번째 오류는 화염 감지 센서가 오작동해 화염 길이를 과소·과대 측정하는 경우이다. IEC 60331‑1 §5.5는 “화염 길이는 광학 센서 또는 직접 눈으로 측정”하도록 제시한다. 센서가 먼지·연무에 민감하면 측정값이 왜곡된다. 대응은 (1) 센서를 정기적으로 청소하고, (2) 시험 전후에 기준 화염 길이(예: 100 mm)로 캘리브레이션하고, (3) 필요 시 두 개 이상의 독립 센서를 병행 사용한다.

마지막으로, 시험 중 발생할 수 있는 비상 상황(예: 화재 확산·전원 차단)에는 DNV SOLAS II‑1 §5.7에 따라 즉시 시험을 중단하고, 소화 설비(CO₂·소화기)와 비상 전원 차단 스위치를 가동한다. 비상 절차는 시험 기록에 별도 항목으로 남겨야 하며, 재시험 여부는 DNV Rule 3.3‑2 §4.2(f)에서 규정한 재시험 조건을 충족해야 한다.

요약하면, 내화 시험 중 발생하는 주요 오류는 전압·시료·환경·데이터·센서 관리의 부실에서 비롯되며, 각각 교정·보강·제어·자동화·캘리브레이션이라는 구체적 조치를 통해 예방·시정이 가능하다는 것이 핵심 결론이다.

오해와 팩트 체크