이미 배웠듯이 전기는 지속적으로 흐르려면 완전한 경로(회로)가 필요합니다. 이것이 정전기로 인한 충격이 순간적인 충격에 불과한 이유입니다. 두 물체 사이에 정전기가 평형을 이룰 때 전류의 흐름은 반드시 짧습니다. 이와 같은 자체 제한적 지속 시간의 충격은 거의 위험하지 않습니다.
전류가 들어오고 나갈 수 있는 두 개의 접점이 신체에 없기 때문에 감전 위험이 없습니다. 이것이 새들이 감전되지 않고 고전압 전선에서 안전하게 쉴 수 있는 이유입니다. 그들은 회로와 단 한 지점에서만 접촉합니다.
도체를 통해 전류가 흐르려면 도체를 구동하는 전압이 있어야 합니다. 기억하시겠지만 전압은 항상 두 지점 사이에서 상대적 입니다 . 회로의 단일 지점에 "켜져" 있거나 "있는" 전압이라는 것은 없으므로 위 회로의 단일 지점에 접촉하는 새는 전류를 형성하기 위해 몸 전체에 전압이 적용되지 않습니다.
네, 두 발로 쉬고 있지만 두 발은 같은 전선에 닿아 전기적으로 공통적 입니다 . 전기적으로 말하면, 새의 두 발은 같은 지점에 닿아 있으므로 새의 몸을 통해 전류를 흐르게 할 전압이 없습니다.
이것은 단 하나의 전선만 만져서 전기 충격을 받는 것은 불가능하다고 믿게 만들 수 있습니다. 새와 마찬가지로, 우리가 한 번에 단 하나의 전선만 만진다면 안전할 것입니다, 맞습니까? 불행히도, 이것은 정확하지 않습니다. 새와 달리, 사람들은 "살아있는" 전선에 닿을 때 보통 땅에 서 있습니다.
많은 경우, 전력 시스템의 한쪽은 의도적으로 접지 에 연결되므로 단일 전선을 만지는 사람은 실제로 회로의 두 지점(전선과 접지) 사이에 접촉하고 있는 것입니다.
접지 기호는 표시된 회로의 왼쪽 아래에 위치하고 충격을 받는 사람의 발에도 위치한 점점 줄어드는 폭의 세 개의 수평 막대 세트입니다. 실제로 전력 시스템 접지는 지구와 최대한 접촉하기 위해 땅 깊숙이 묻힌 일종의 금속 도체로 구성됩니다.
그 도체는 두꺼운 전선으로 회로의 적절한 연결 지점에 전기적으로 연결됩니다. 피해자의 접지 연결은 땅에 닿아 있는 발을 통해 이루어집니다.
이 시점에서 학생들의 마음속에는 보통 몇 가지 질문이 떠오른다.
- 회로에 접지점이 있어서 누군가가 감전될 수 있는 쉬운 접촉점이 있다면, 왜 회로에 접지점을 두어야 합니까? 접지가 없는 회로가 더 안전하지 않겠습니까?
- 감전되는 사람은 아마 맨발이 아닐 겁니다. 고무와 천이 절연재라면, 왜 신발이 회로 형성을 막아서 보호해주지 않을까요?
- 흙은 얼마나 좋은 도체일 수 있을까 ? 지구를 흐르는 전류에 감전당할 수 있다면, 왜 지구를 전력 회로의 도체로 사용하지 않을까?
첫 번째 질문에 대한 답으로, 전기 회로에 의도적인 "접지" 지점이 있는 것은 한쪽이 접촉해도 안전 하다는 것을 보장하기 위한 것입니다 . 위 다이어그램의 피해자가 저항기의 아랫부분을 만졌다면 그들의 발이 여전히 접지되어 있더라도 아무 일도 일어나지 않을 것입니다.
회로의 하단은 회로의 왼쪽 하단에 있는 접지점을 통해 접지에 단단히 연결되어 있기 때문에 회로의 하단 도체는 접지와 전기적으로 공통이 됩니다 . 전기적으로 공통된 지점 사이에 전압이 있을 수 없으므로 하단 전선에 접촉하는 사람에게 전압이 적용되지 않으며 충격을 받지 않습니다.
같은 이유로 회로를 접지봉/접지판에 연결하는 전선은 보통 맨 상태(절연 없음)로 두므로 전선에 닿는 모든 금속 물체는 전기적으로 지구와 공통이 됩니다.
회로 접지는 회로의 적어도 한 지점을 만져도 안전하다는 것을 보장합니다. 하지만 회로를 완전히 접지하지 않은 채로 두면 어떨까요? 그러면 단 하나의 전선만 만지는 사람이 단 하나의 전선에 앉은 새만큼 안전하지 않을까요? 이상적으로는 그렇습니다. 실제적으로는 그렇지 않습니다. 접지가 전혀 없을 때 어떤 일이 일어나는지 관찰해 보세요.
사람의 발이 여전히 땅에 닿아 있음에도 불구하고 회로의 모든 단일 지점은 만져도 안전해야 합니다. 전압원의 아랫부분에서 윗부분까지 사람의 몸을 통과하는 완전한 경로(회로)가 없기 때문에 사람을 통해 전류가 형성될 방법이 없습니다.
그러나 이 모든 것은 나무 가지가 전선에 닿아 접지에 연결되는 것과 같은 우발적인 접지로 인해 바뀔 수 있습니다.
전력 시스템 도체와 지구(접지) 사이의 이러한 우발적 연결을 접지 고장 이라고 합니다 .
접지 결함
지락은 전력선 절연체에 먼지가 쌓여(비가 오면 전선에서 기둥으로 전류가 흐르는 더러운 물 경로가 생성됨), 묻힌 전력선 전선으로 지하수가 침투하는 경우, 새가 전력선에 착륙하여 날개로 전선과 기둥을 연결하는 경우 등 여러 가지 원인으로 발생할 수 있습니다.
접지 결함의 원인은 다양하기 때문에 예측할 수 없는 경향이 있습니다. 나무의 경우, 아무도 가지가 어느 전선 에 닿을지 보장할 수 없습니다. 나무가 회로의 맨 위 전선에 닿으면 맨 위 전선은 만져도 안전하지만 맨 아래 전선은 위험합니다. 이는 나무가 맨 아래 전선에 닿는 이전 시나리오와는 정반대입니다.
나무 가지가 위쪽 전선에 닿으면 그 전선은 회로에서 접지된 도체가 되어 전기적으로 지구 접지와 공통이 됩니다. 따라서 그 전선과 접지 사이에는 전압이 없지만 아래쪽 전선과 접지 사이에는 전체(높은) 전압이 있습니다.
이전에 언급했듯이, 나무 가지는 전력 시스템에서 접지 고장의 잠재적인 원인 중 하나일 뿐입니다. 나무가 접촉하지 않고 접지되지 않은 전력 시스템을 생각해 보세요. 하지만 이번에는 두 사람이 단일 전선을 만지고 있습니다.
각 사람이 땅에 서서 회로의 다른 지점에 접촉하면 충격 전류 경로가 한 사람, 지구, 그리고 다른 사람을 통해 만들어집니다. 각 사람이 회로의 한 지점만 접촉하면 안전하다고 생각하더라도, 그들의 결합된 행동은 치명적인 시나리오를 만들어냅니다. 실제로 한 사람이 접지 고장 역할을 하여 다른 사람에게 안전하지 않게 만듭니다.
이것이 바로 접지되지 않은 전력 시스템이 위험한 이유입니다. 회로의 어느 지점과 지면(대지) 사이의 전압은 예측할 수 없습니다. 왜냐하면 회로의 어느 지점에서나 언제든지 접지 고장이 발생할 수 있기 때문입니다. 이런 상황에서 안전이 보장되는 유일한 캐릭터는 새인데, 새는 지면과 전혀 연결되어 있지 않습니다!
회로의 지정된 지점을 접지에 단단히 연결함으로써("회로를 접지") 적어도 그 한 지점에서 안전을 보장할 수 있습니다. 이것은 접지 연결이 전혀 없는 것보다 더 큰 안전 보장입니다.
두 번째 질문에 대한 답으로, 고무 밑창 신발은 실제로 발을 통해 충격 전류가 흐르는 것을 방지하는 데 도움이 되는 전기 절연을 제공 합니다 . 그러나 대부분의 일반적인 신발 디자인은 전기적으로 "안전"하도록 의도되지 않았으며, 밑창이 너무 얇고 적절한 재질이 아닙니다.
또한, 신발 밑창을 통해 스며든 신체 땀에서 나온 습기, 먼지 또는 전도성 염분은 신발이 원래 가지고 있던 약간의 단열 가치를 손상시킬 것입니다. 위험한 전기 작업을 위해 특별히 만들어진 신발과 라이브 회로에서 작업하는 동안 서 있도록 만들어진 두꺼운 고무 매트가 있지만, 이러한 특수 장비는 효과적이려면 절대적으로 깨끗하고 건조한 상태여야 합니다.
말할 것도 없이, 일반 신발만으로는 전력 시스템에서 발생하는 감전으로부터 보호를 보장하기에 충분하지 않습니다.
인체 일부와 접촉 지점(예: 지면) 사이의 접촉 저항에 대해 수행된 연구에서는 다양한 수치가 나타났습니다(이 데이터의 출처에 대한 정보는 본 장의 마지막 부분을 참조하세요).
- 손이나 발 접촉, 고무로 절연: 일반적으로 20 MΩ.
- 가죽신발바닥을 통한 발 접촉(건조): 100kΩ~500kΩ
- 가죽신발바닥을 통한 발 접촉(젖음): 5kΩ~20kΩ
보시다시피, 고무는 가죽에 비해 훨씬 더 뛰어난 절연 재료일 뿐만 아니라, 가죽과 같은 다공성 물질에 물이 존재하면 전기 저항이 크게 감소합니다.
세 번째 질문에 대한 답으로, 흙은 그다지 좋은 도체가 아닙니다(적어도 마른 상태일 때는 그렇지 않습니다!). 부하에 전력을 공급하기 위해 연속 전류를 지탱하기에는 너무 낮은 도체입니다. 그러나 다음 섹션에서 볼 수 있듯이, 사람을 다치게 하거나 죽이는 데 필요한 전류는 매우 적으므로, 흙의 낮은 전도도조차도 충분한 전압이 공급될 때 치명적인 전류 경로를 제공하기에 충분합니다. 일반적으로 전력 시스템에는 충분한 전압이 있습니다.
일부 지면은 다른 표면보다 더 나은 절연체입니다. 예를 들어, 아스팔트는 오일 기반이므로 대부분의 흙이나 바위보다 훨씬 더 큰 저항성을 가지고 있습니다. 반면 콘크리트는 고유한 물과 전해질(전도성 화학 물질) 함량으로 인해 저항성이 상당히 낮은 경향이 있습니다.
검토:
- 감전은 회로의 두 지점이 접촉할 때, 즉 피해자의 몸에 전압이 가해질 때만 발생할 수 있습니다.
- 전력 회로에는 일반적으로 "접지"라는 지정된 지점이 있습니다. 즉, 회로의 한 쪽이 항상 접지 전위(해당 지점과 접지 사이의 전압이 0임)에 있도록 흙에 묻힌 금속 막대나 판에 단단히 연결됩니다.
- 지락 사고 는 회로 도체와 지구(접지) 사이에 우발적으로 연결된 것입니다.
- 특수 단열 신발과 매트는 접지 전도를 통해 사람을 충격으로부터 보호하기 위해 만들어졌지만, 이러한 장비조차도 효과적이려면 깨끗하고 건조한 상태여야 합니다. 일반 신발은 착용자를 접지로부터 절연하여 충격으로부터 보호하기에 충분하지 않습니다.
- 흙은 전기 전도성이 좋지 않지만, 사람을 다치게 하거나 죽일 수 있을 만큼의 전류를 전도할 수 있습니다.