누전
[ Electric leakage ]
누전이란 원하는 회로 외의 곳으로 전류가 흐르는 것을 말한다. 전력손실, 전자기기 등의 고장, 감전, 화재 등의 원인이 된다.
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개요전기 회로를 구성할 때는 원하는 곳으로 전류가 흐르도록 설계하고 그 외에는 절연을 하여 전기가 흐르는 것을 차단한다. 하지만 회로에 이상이 생기거나 절연이 파괴되면 원치 않는 곳으로 전류가 흐르게 되며 여러 좋지 않은 결과가 생긴다. 누전의 범위는 다양하며 누전의 원인을 조사하고 예방하며 피해를 최소화하는 방법을 개발하는 등 많은 연구가 이루어지고 있다.
원인누전의 원인으로는 다음과 같은 것들이 있다.
- 전기의 과부하. 전압이나 전류가 지나치게 높아지면 전류가 샐 가능성이 높아진다. 고전압, 고전류에 발생하는 열이 전선의 피복 등을 손상시킬 가능성이 있다.
- 전기 기구의 노후화. 전기 기구가 오래되면 전체적인 회로나 절연 상태가 좋아지지 않기 때문에 전기가 샐 가능성이 높아진다.
- 물이나 습기 등으로 인한 손상. 일반적인 물에 포함된 전해질은 전기를 전도시킨다. 물체가 물에 젖으면 대개 전기 저항이 낮아져 누전이 되며 전기 기구 등은 물이 내부에 들어가면 절연 상태가 나빠지고 회로가 망가질 수 있다.
- 염분 등이 부착되면 부식이 일어나며 절연이 파괴된다.
- 먼지 등이 콘센트, 플러그, 회로 내부 등에 쌓이면 전류가 흐를 수 있다. 먼지에 습기가 결합하면 전도도가 높아지므로 누전이 쉬워진다.
누전이 되면 전기 기기는 고장이 나기 쉽다. 원하는 곳으로 전기가 흐르지 않아 오작동을 하거나 흐르지 말아야 할 곳으로 전기가 흘러 고장이 나기도 한다. 전력 공급선에서 접지된 곳으로 누전이 되면 공급되는 전력보다 적게 전력을 받으므로 소비 전력이 많아지기도 한다.
누전의 보다 심각한 결과로는 감전이 있다. 절연이 파괴된 기기를 만져 사람에게 전기가 흐를 수 있고 특히 욕실이나 부엌같이 물에 젖기 쉬운 곳에서는 전도도가 낮아진 몸에 전기가 통하면서 사람이 충격을 받을 수 있다. 사람의 몸에 100mA 이상의 전류가 심장으로 통하면 사망할 수 있는데, 젖은 피부의 저항은 1000@@NAMATH_INLINE@@ \Omega@@NAMATH_INLINE@@까지 떨어지므로 220V 전압에서는 사망 위험이 있는 전류가 흐를 수 있다.
그림 1. 젖은 손으로 인한 감전 위험의 예 (출처:한국물리학회)
누전의 다른 위험한 결과로는 화재가 있다. 흐르지 말아야 할 곳에 전기가 흐르면서 @@NAMATH_INLINE@@I^2 R t@@NAMATH_INLINE@@ 의 줄 열이 발생한다 (@@NAMATH_INLINE@@I,R,t@@NAMATH_INLINE@@는 각각 전류, 저항, 시간). 줄 열은 전류의 제곱에 비례하므로 흐르는 전류가 커질수록 열이 더 많이 발생하며 이 발생한 열은 피복 등의 절연체를 녹이면서 더욱 상황을 악화시킬 수 있다. 또 발생하는 열이 시간에 비례하므로 열이 빠져나갈 곳이 없다면 누전되는 곳의 온도가 계속 올라가 발화점 이상이 되면 화재가 발생하게 된다.
예방누전을 예방하기 위해서는 규격에 적합한 절연전선을 이용하고 누전 위험이 큰 곳에서는 이중절연기기를 이용한다. 물 등의 전도성이 높은 액체가 있는 곳에서는 기기의 방수성을 확인한다. 한 전원에 지나치게 많은 전기기기를 이용하지 않도록 주의하고 보호 접지가 필요한 기기들은 접지를 하며 누전차단기를 설치하여 사용한다. 누전차단기는 들어오는 전류와 나가는 전류의 차이를 측정하여 차이가 0 이 아니면 어디선가 누전이 되고 있다는 뜻이므로 전기를 차단한다.
그림 2. 누전차단기 ()