1. 서 론
1.1 연구 배경 및 필요성
소방청 국가화재정보시스템(NFDS)에 따르면 최근 10년간(2016∼2025년) 국내 전체 화재는 43,413건에서 38,344건으로 11.7% 감소하였다. 그러나 같은 기간 전기적 요인에 의한 화재는 8,962건에서 11,239건으로 25.4% 증가하였으며, 전체 화재에서 차지하는 비중은 20.6%에서 29.3%로 상승하였다(1). 또한, 전기화재로 인한 사망자 역시 최근 3년 연속 증가(2023년 47명 → 2025년 68명)하였다.
각종 화재 예방 정책과 소방시설의 보급으로 전체 화재가 감소하는 흐름 속에서 전기화재만이 규모와 비중을 확대하고 있다는 사실은, 현행 전기화재 안전관리 체계가 실제 위험 구조와 정합하지 않을 가능성을 시사한다. 전기적 요인은 세부 발화요인별로 발화 메커니즘이 상이하고 이에 대응하는 보호장치의 검출 원리도 서로 다르므로, 전기화재의 감소를 위해서는 어떤 발화요인이 얼마나 큰 위험을 유발하며 그 위험이 현행 보호체계로 통제되고 있는지, 또한 그러한 위험이 어느 장소에 집중되는지를 정량적으로 규명할 필요가 있다.
1.2 이론적 배경
전기화재의 발화요인은 누전⋅지락, 과부하⋅과전류, 절연열화에 의한 단락, 접촉불량에 의한 단락, 트래킹에 의한 단락, 압착⋅손상에 의한 단락, 층간단락, 반단선, 미확인단락으로 세분되며, 이들 요인은 발화 메커니즘과 현행 의무 설치 보호장치의 검출 원리 간 대응 관계에 따라 그 성격이 구분된다(1,2).
누전⋅지락은 전로와 대지 간 절연 파괴로 영상전류가 발생하는 유형으로 누전차단기(ELB)가 검출하는 물리량과 직접 대응되고, 과부하⋅과전류는 부하전류가 허용전류를 초과하여 줄열이 축적되는 유형으로 배선용차단기(MCCB)의 트립 특성으로 차단된다. 반면 절연열화⋅접촉불량⋅트래킹⋅반단선 등에 의한 단락은 아크를 동반하는 유형으로, 특히 부하와 직렬로 발생하는 직렬아크(series arc)는 아크전류가 부하 임피던스에 의해 정격전류 이하로 제한되어 상기 보호장치의 동작 조건을 충족하지 않으며(3), 간헐적⋅불규칙적으로 발생하는 특성상 사후 감식에서도 원인 특정이 어려워 미확인단락으로 분류될 개연성이 높다.
이러한 직렬아크 화재에 대응하는 장치로 아크고장검출장치(AFDD)가 있으며, 아크 발생 시 전류 파형의 고주파 성분과 숄더(shoulder) 현상 등 특징 신호를 분석하여 회로를 차단한다. IEC 62606(4)이 일반 요구사항을 규정하고 있고, 미국은 2002년 NEC에서 주거시설 침실 분기회로에 설치를 의무화한 이후 적용 범위를 확대하여 왔으며(5), 2018년 이후 독일 등 유럽 주요국에서도 설치기준 제정이 추진되고 있다(6). 다만 AFDD는 검출 가능한 전압⋅전류의 크기와 위치에 제약이 있고 정상 아크와의 판별 과정에서 오동작 가능성이 지적되는 등(7,8) 모든 아크성 발화요인을 예방하는 장치는 아니며, 국내 사용 환경(220 V 단상)에 적합한 검출 알고리즘과 신뢰성 검증의 필요성이 제기되어 왔다(9).
1.3 국내외 선행연구 검토 및 연구 목적
전기화재에 관한 국내 선행연구는 크게 두 갈래로 구분된다. 첫째는 발화 메커니즘과 검출기술에 관한 연구로, 직렬아크의 전기적⋅열적 신호 분석(3), 아크전류 파형 분석과 검출 기법(7), 접속부 이상 신호 분석(10) 등이 수행되어 왔다. 이들 연구는 개별 발화 현상의 물리적 특성과 검출 가능성을 규명하였으나, 해당 현상이 실제 화재 통계에서 차지하는 비중이나 그로 인한 피해의 크기를 다루지는 않았다. 둘째는 화재통계를 활용한 연구로, 발생 현황의 분석(11)과 손실⋅경제성 평가(12)가 보고되었다. 그러나 이들 연구는 대체로 발생 건수와 피해 규모의 기술적(descriptive) 제시에 머물러, 발화요인 간 위험의 상대적 서열을 정량화하거나 그 차이의 통계적 유의성을 검정하는 데까지는 이르지 못하였다.
즉, 발화 메커니즘 연구와 통계 분석 연구가 각각 축적되어 왔음에도 불구하고, 발화요인별 위험의 크기와 현행 보호체계의 대응 관계를 연계하여 분석한 연구는 찾아보기 어렵다. 전기화재의 상당수가 아크에 기인한다는 지적은 제기된 바 있으나(8), 발화요인별 위험도를 보호장치의 검출 가능 여부와 연계하여 보호의 공백을 정량화한 연구는 미흡한 실정이다. 또한 발화장소별로 발화요인의 구성이 상이할 것으로 예상됨에도, 그 차이를 통계적으로 검정하여 안전관리의 우선 대상을 도출한 연구도 보고된 바 없다.
한편 국내에서는 아크차단기 시설이 한국전기설비규정(KEC)의 임의규정으로 20년 이상 유지되어 오다가, 2025년 12월 개정에서 물류창고와 전통시장에 한해 최초로 의무화되는 등(9) 시설군 단위의 단계적 확대 국면에 진입하였다. 따라서 어느 대상의 위험이 크고 안전관리가 우선되어야 하는지에 대한 정량적 근거가 요구되는 시점이다.
이에 본 연구에서는 NFDS의 2016∼2025년 10개년 화재통계에 Mann-Kendall 추세검정, 카이제곱 검정 등 통계적 기법과 위험도 평가를 적용하여 다음 세 가지 분석을 수행하고자 한다. 첫째, 발생빈도와 인명⋅재산 치명도를 결합한 위험도 평가를 통해 세부 발화요인 간 위험의 서열을 정량화한다. 둘째, 각 발화요인을 현행 의무 설치 보호장치의 검출 가능 여부에 따라 분류하여 위험과 보호의 대응 관계 및 보호 공백의 규모와 추세를 제시한다. 셋째, 발화장소 간 발화요인 구성의 차이를 통계적으로 검정하고, 발생 규모⋅치명도⋅보호 공백의 세 기준을 적용하여 안전관리의 우선순위를 도출한다. 이는 발화 메커니즘 연구와 통계 분석 연구를 연계하여 안전관리 대상 선정의 정량적 근거를 제시한다는 점에서 기존 연구와 차별성을 가지며, 본 연구의 결과는 전기화재 예방을 위한 안전관리 대상의 선정과 아크차단기 의무화 확대 등 관련 규정 정비의 근거 자료로 활용될 수 있을 것이다.
2. 연구 방법
2.1 연구 절차
본 연구는 Figure 1과 같이 네 단계로 수행하였다.
첫째, NFDS의 2016∼2025년 발화요인별 화재통계(화재건수, 사망, 부상, 재산피해)를 연도 단위로 수집하여 10개년 분석 자료를 구축하였다(1). 발화요인은 소방청 ｢화재조사 및 보고규정｣의 분류체계를 따르며(2), 분석 기간 중 세부분류 체계가 동일하게 유지되어 시계열 비교에 제약이 없음을 확인하였다. 발화장소와 발화요인의 교차 분석에는 화재통계연감의 발화장소(소분류)별 발화요인 교차표를 활용하였고, 두 자료원의 합계치 대조로 정합성을 검증하였다.
둘째, 전체 화재와 전기화재의 발생 추이를 분석하고 통계적 검정으로 추세의 유의성을 평가하였다. 셋째, 발화요인별 발생빈도와 치명도를 결합한 위험도 평가를 수행하고, 각 요인을 현행 보호장치의 검출 가능 여부에 따라 분류하여 위험과 보호의 대응 관계를 분석하였다. 넷째, 발화장소별 위험 구조의 차이를 검정하고 검출 곤란 유형의 발생과 인명피해를 기준으로 안전관리 우선순위를 도출하였다.
2.2 발화원인의 검출 가능성 분류
전기적 요인의 세부 발화요인 10개 항목을 현행 의무 설치 보호장치의 검출 원리에 따라 Table 1과 같이 세 유형으로 분류하였다. 미확인단락은 단락으로 분류되어 누전⋅지락이나 과부하⋅과전류에 해당하지 않으므로 현행 의무 설치 보호장치의 검출 물리량과는 대응되지 않으나, 아크 동반 여부 등 구체적 발화 경위가 특정되지 않으므로 별도 유형으로 분류하였다. 따라서 본 연구에서 검출 곤란 유형은 직렬아크 계열과 미확인단락을 포괄하는 ‘현행 보호장치의 검출 원리에 대응되지 않는 유형’을 의미하며, 미확인단락이 직렬아크에 의한 화재임을 전제하는 것은 아니다.
Table 1
Classification of Electrical Fire Causes by Detectability of Mandatory Protective Devices
2.3 위험도 평가
위험성평가의 일반 원리에서 위험(risk)은 발생가능성(likelihood)과 심각도(severity)의 결합으로 정의된다(13). 본 연구는 이 원리를 화재통계에 응용하여 발생가능성은 발생빈도(10개년 누계 건수)로, 심각도는 인명 치명도(천건당 사상자)와 재산 치명도(건당 재산피해)로 측정하였다. 세 지표는 NFDS 화재통계에서 세부 발화요인별로 일관되게 집계되는 항목으로, 요인 간 객관적 비교가 가능하여 평가항목으로 선정하였다. 단위와 척도가 상이한 세 지표는 종합지수 구성의 표준적 방법(14)에 따라 최소-최대 정규화한 후 가중합(빈도 0.5, 인명 0.25, 재산 0.25)하여 100점 척도의 위험지수(risk index)로 산정하였다. 이는 위험성평가의 등급 행렬(risk matrix) 방식과 원리는 같으나, 등급화에 따른 정보 손실 없이 연속 지표로 요인 간 위험의 서열을 비교할 수 있도록 한 것이다.
가중치는 발생가능성 0.5와 심각도 0.5로 배분하고, 심각도를 구성하는 인명⋅재산 치명도는 상대적 가치에 대한 공인된 환산 기준이 부재하므로 균등 배분(각 0.25)하였다(14). 가중치를 빈도 0.4∼0.6 범위에서 변화시키거나 균등 배분하고, 인명⋅재산 치명도 중 한쪽에 최대 0.50까지 가중하여 민감도 분석을 수행한 결과, 모든 조건에서 상위 3개 요인의 구성과 최하위 요인(누전⋅지락)은 변하지 않아 평가 결과의 안정성을 확인하였다.
2.4 통계 분석
시계열 추세의 유의성은 비모수 검정인 Mann-Kendall 추세검정(15,16)으로 평가하고 추세의 크기는 Sen의 기울기 추정량(17)으로 산정하였다(양측검정, 유의수준 5%). Mann-Kendall 검정은 자료의 분포 가정이 없고 소표본 시계열에도 적용 가능한 장점이 있다. 발화장소 간 발화요인 구성의 차이는 카이제곱 독립성 검정으로 평가하고, 연관강도는 Cramér’s V로, 개별 장소-요인 조합의 기여는 조정 표준화 잔차(adjusted standardized residual)로 분석하였다.
교차표는 화재통계연감의 발화장소(소분류)별 발화요인 자료를 발화장소 10개(발생건수 상위 9개 장소 및 그 외 장소)와 발화요인 4개 유형(검출가능, 직렬아크 계열, 미확인단락, 기타)으로 구성하였다(2025년 전기화재 전수 11,239건).
3. 전기화재 발생특성 분석 결과
3.1 전기화재의 발생 추이
2016∼2025년 전체 화재는 43,413건에서 38,344건으로 감소한 반면, 전기화재는 8,962건에서 11,239건으로 증가하였다. 또한, 전체 화재 대비 전기화재 비중은 20.6%에서 29.3%로 유의하게 상승하였으며, 전기화재 사망자는 2023년 47명에서 2025년 68명으로 증가하였다.
Table 2는 연도별 전체 화재, 전기화재 건수, 비중 및 전기화재 사망자 현황을 나타내며, 사망자는 2023년 47명을 저점으로 다시 증가세로 전환되었다.
Table 2
Annual Fire Statistics and Electrical Fires (2016~2025)
전체 화재 및 전기화재 발생 추이에 대한 Mann-Kendall 추세검정 결과는 Table 3과 같으며, Sen’s slope는 연간 변화량의 중위 추정치를 나타낸다. 전체 화재는 유의한 감소 추세를, 전기화재 건수와 비중은 유의한 증가 추세를 보였으며, 검출가능 유형의 비중은 감소, 미확인단락 비중은 증가 추세로 나타났다.
Table 3
Mann-Kendall Trend Test and Sen’s Slope
| Indicator | Z | p | Sen’s Slope |
|---|---|---|---|
| Total Fires | −2.33 | .020* | −696.2 cases/yr |
| Electrical Fires | +2.86 | .004** | +203.3 cases/yr |
| Proportion of Detectable Types | −3.22 | .001** | −0.45 %p/yr |
| Proportion of Electrical Fires in Total Fires | +3.40 | < .001*** | +0.94 %p/yr |
| Proportion of Series-Arc-Related | −3.40 | < .001*** | −1.15 %p/yr |
| Proportion of Unidentified Short Circuit | +3.40 | < .001*** | +1.37 %p/yr |
3.2 발화요인별 위험도 평가
10개년 누계 기준 발생빈도는 미확인단락(29.6%), 절연열화에 의한 단락(21.4%), 트래킹에 의한 단락(12.0%) 순이었다. 인명 치명도(천건당 사상자)는 미확인단락(75.9명), 반단선(54.6명) 순으로 높았고, 사망자는 미확인단락(287명, 전기화재 사망의 57%)에 집중되었다.
Table 4의 위험지수 종합에서는 미확인단락(79.7), 기타(50.7), 절연열화에 의한 단락(45.8)이 상위를 차지한 반면, 현행 보호장치가 대응하는 과부하⋅과전류(16.9)와 누전⋅지락(4.1)은 최하위였으며, 특히 누전⋅지락은 10개년간 사망자가 발생하지 않았다. 10개년 누계 전기화재 99,157건 중 검출가능 유형은 11,359건(11.5%), 직렬아크 계열은 51,569건(52.0%), 미확인단락은 29,331건(29.6%)이었다.
Table 4
Risk Assessment of Electrical Fire Causes (2016-2025 Cumulative)
3.3 검출 가능성 분류와 추세
Figure 2와 같이 검출가능 유형의 비중은 14.0% (2016)에서 10.0% (2025)로 유의하게 감소하였고(Sen −0.45 %p/년, Z = −3.22, p = .001), 직렬아크 계열은 56.7%에서 46.3%로 감소(−1.15 %p/년, p < .001), 미확인단락은 23.3%에서 35.7%로 증가하였다(+1.37 %p/년, p < .001). 직렬아크 계열과 미확인단락의 합은 전 기간 80~82%로 안정적으로 유지되어, 단락 계열 내부에서 원인 특정 사례가 미확인으로 이동하였을 가능성을 시사한다.
3.4 발화장소별 위험요인과 안전관리 우선순위
2025년 기준 발화장소 간 발화요인 구성은 유의한 차이를 보였으나(χ2 = 229.4, df = 27, p < .001), 연관강도는 약한 수준이었다(Cramér’s V = .082). 이는 장소 간 구성비의 차이가 존재하되 그 차이만으로 우선순위를 정할 수는 없음을 의미하며, 본 연구의 우선순위는 구성비가 아닌 검출 곤란 유형의 발생 규모와 인명피해의 집중을 기준으로 도출하였다. 조정 표준화 잔차 분석 결과, 단독주택은 미확인단락이 기대빈도보다 유의하게 많고(+3.9) 검출가능 유형은 유의하게 적어(−3.3, p < .01 기준), 발생 규모뿐 아니라 구성 면에서도 보호 공백이 큰 장소로 확인되었다. Table 5와 같이 검출 곤란 유형(직렬아크+미확인)의 전기화재 건수를 장소별로 서열화한 결과 단독주택(1,434건)과 공동주택(1,330건)이 1⋅2위를 차지하였고, 전기화재 사망자의 76.5% (52명)가 주거시설에 집중되었으며 검출 곤란 유형의 비중도 단독주택에서 86.2%로 가장 높았다. 즉 주거시설은 발생 규모⋅치명도⋅보호 공백의 세 기준 모두에서 전기화재 안전관리의 최우선 대상으로 도출되었다. 한편 2025년 개정 KEC에서 아크차단기 설치가 의무화된 창고시설(8위, 450건)과 전통시장(순위권 밖, 31건)의 전기화재는 전체의 5.0%, 전기화재 사망자의 1.5%에 해당하여, 도출된 우선순위와는 차이를 보였다.
Table 5
Ranking of Hardly Detectable Electrical Fires by Place of Origin (2025)
주거시설의 우선순위는 발생 규모뿐 아니라 인명피해 측면에서도 뒷받침된다. 단독주택과 공동주택의 전기화재 사망자 합계(52명)는 전체 전기화재 사망자(68명)의 76.5%에 해당하며, 이는 검출 곤란 유형이 주거 환경의 노후 전기설비와 결합할 때 인명피해로 이어질 위험이 특히 높음을 시사한다.
4. 고 찰
4.1 위험과 보호의 대응관계
위험도 평가와 검출 가능성 분류를 결합한 결과, 위험도가 낮은 유형만이 현행 보호장치로 보호되고 위험도 상위 유형은 모두 보호 범위 밖에 있었다. 검출 가능 유형인 누전⋅지락이 위험도 최하위이고 10년간 사망자가 발생하지 않은 결과는, 검출 가능한 위험이 의무화된 보호로 관리되고 있다는 해석과 부합한다. 다만 본 연구의 집계 통계는 개별 화재에서 보호장치의 설치⋅작동 여부를 포함하지 않으므로 이러한 해석을 인과관계로 단정할 수는 없으며, 그 확인에는 화재조사 기록 수준의 분석이 필요하다. 이러한 한계에도 불구하고 위험도 서열과 보호 범위의 대응 관계는, 검출 기술이 존재하는 직렬아크 계열에 대해서도 의무화된 보호의 도입을 검토할 근거가 될 수 있다. 나아가 보호장치로 막을 수 있는 화재의 비중이 해마다 유의하게 줄어드는 추세(p = .001)는 현행 보호체계만으로는 전기화재 증가에 대응하기 어려움을 의미한다.
4.2 안전관리 우선순위의 정책적 함의
본 연구에서 도출한 우선순위는 향후 보호 대상 확대의 정량적 근거로 활용될 수 있다. 발생 규모⋅치명도⋅보호 공백의 세 기준에서 일관되게 1⋅2위인 주거시설은, 미국 NEC가 2002년 주거 침실에서 아크차단기 의무화를 시작한 경로에 비추어도 우선 적용의 타당성이 크다. 2025년 개정 KEC의 의무화 대상인 물류창고는 건당 재산피해가 큰 시설로서 재산피해 관점의 합리성이 있으나, 발생 규모와 인명피해 관점에서는 도출된 우선순위와 차이가 있으며, 기존 시설에 대한 소급 적용이 없어 절연열화 위험이 가장 큰 노후 시설이 적용 대상에서 제외되는 한계가 있다. 최초 의무화의 도입은 제도 전환의 출발점으로서 의의가 있으며, 본 연구의 우선순위 서열(Table 5)은 차기 확대 대상 선정에 기여할 수 있다. 다만 검출 곤란 유형에는 발화 경위가 특정되지 않은 미확인단락이 포함되므로, 아크차단기 의무화 확대의 직접적 근거는 원인이 특정된 직렬아크 계열의 규모(10개년 누계의 52.0%)에 두는 것이 타당하며, 미확인단락의 규모는 보호 공백의 상한을 나타내는 지표로 해석되어야 한다.
4.3 아크 검출 기술의 한계와 병행과제
보호 대상 확대의 실효성은 검출 성능에 의존한다. 본 연구에서 제시한 검출 곤란 유형의 비중(약 82%)은 현행 의무 설치 보호장치가 대응하지 못하는 보호 공백의 규모를 나타내는 것이며, AFDD를 통해 실제로 예방할 수 있는 화재의 비율을 의미하지 않는다. AFDD는 검출 가능한 전압⋅전류 크기와 위치에 제약이 있고, 정상 아크와의 판별 과정에서 오동작 가능성이 지적되며(7,8), 전기안전연구원은 아크차단기로 예방 가능한 전기화재를 전체의 약 27.5%로 추정한 바 있다(18). 따라서 보호 대상의 확대는 국내 220 V 사용 환경에 적합한 검출 알고리즘의 고도화 및 KS C IEC 62606 부합화 정비와 병행되어야 한다.
4.4 미확인단락 증가의 함의
위험도 1위 유형인 미확인단락의 비중이 유의하게 증가(+1.37 %p/년)하는 현상은 두 가지로 해석된다. 첫째, 전기화재의 복잡화로 원인 특정이 어려워지는 조사 환경의 변화이고, 둘째, 단락 계열 합계가 80∼82%로 안정적인 점에 비추어 원인 특정 사례가 미확인으로 이동하고 있을 가능성이다. 전기화재 원인분류 체계의 신뢰성 문제는 일찍이 제기된 바 있으며(19), 어느 경우든 전기화재의 3분의 1이 통계적 사각지대에 있어 예방 정책의 표적 정의를 저해하므로, 아크 흔적 감식 기법의 고도화 등 화재조사 원인 규명력 제고가 요구된다.
5. 결 론
본 연구는 NFDS의 2016∼2025년 화재통계에 통계적 검정과 위험도 평가를 적용하여 전기화재 99,157건의 발생 특성을 분석하고, 발화요인별⋅발화장소별 위험요인과 안전관리 우선순위를 도출하였다. 주요 결론은 다음과 같다.
첫째, 최근 10년간 전체 화재는 11.7% 감소한 반면(p = .020) 전기화재는 8,962건에서 11,239건으로 25.4% 증가하여(p = .004) 전체 화재 대비 비중이 20.6%에서 29.3%로 유의하게 상승하였고(p < .001), 전기화재 사망자도 최근 3년 연속 증가하였다. 전기화재는 총량 감소 국면에서 유일하게 규모와 비중을 확대하는 주요 발화요인군으로 확인되었다.
둘째, 발생빈도와 인명⋅재산 치명도를 결합한 위험도 평가 결과, 위험도 상위 요인(미확인단락, 절연열화에 의한 단락)은 모두 현행 의무 설치 보호장치로 검출이 불가능한 단락 계열에 속한 반면, 보호장치가 대응하는 누전⋅지락과 과부하⋅과전류는 위험도 최하위였고 누전⋅지락은 10년간 사망자가 발생하지 않았다. 검출 불가능한 단락 계열은 10개년 누계의 약 82%를 차지하였고 검출가능 유형의 비중은 유의하게 감소하는 추세였다(p = .001).
셋째, 발화장소별로 발화요인의 구성은 유의한 차이를 보였다(p < .001). 검출이 곤란한 단락 계열 화재는 단독주택(1,434건)과 공동주택(1,330건)에서 가장 많이 발생하였고, 전기화재 사망자의 76.5%도 주거시설에 집중되었다. 즉 주거시설은 검출 곤란 화재의 발생 규모, 인명피해, 보호 공백의 세 기준 모두에서 가장 취약한 장소로, 전기화재 안전관리의 최우선 대상으로 도출되었다. 반면 2025년 개정 KEC에서 아크차단기 설치가 의무화된 창고시설과 전통시장은 각각 8위와 순위권 밖으로, 향후 의무화 대상을 확대할 때 본 연구의 우선순위가 조정 근거로 활용될 수 있다.
넷째, 검출 곤란 유형의 비중은 현행 보호체계의 공백 규모를 나타내는 것으로 아크차단기의 예방 가능 범위와는 구분되며, 전기화재 예방을 위해서는 도출된 우선순위에 기반한 보호 대상의 단계적 확대와 함께 국내 사용 환경에 적합한 아크 검출 기술의 고도화가 병행되어야 한다. 아울러 위험도 1위 요인임에도 원인 미상으로 남아 있는 미확인단락의 비중 증가(23.3% → 35.7%, p < .001)는 화재조사 원인 규명력의 제고가 예방 정책의 전제 조건임을 시사한다.
본 연구의 결과는 전기화재 안전관리 대상의 선정과 관련 규정 정비의 근거 자료로 활용될 것으로 기대되며, 향후 건별 원자료 분석과 리튬배터리 등 신흥 발화원에 대한 후속 연구를 통해 보완될 수 있을 것이다.
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