전기 안전과 관련하여 흔히 들을 수 있는 문구는 다음과 같습니다. " 죽이는 것은 전압이 아니라 전류 입니다 ! " 여기에는 진실의 요소가 있지만, 이 간단한 속담보다 감전 위험에 대해 알아야 할 것이 더 많습니다. 전압이 위험을 초래하지 않는다면 아무도 " 위험—고전압!" 이라는 표지판을 인쇄하고 게시하지 않을 것입니다.
"전류는 죽인다"는 원리는 본질적으로 옳습니다. 조직을 태우고, 근육을 얼리고, 심장을 심박동시키는 것은 전류입니다. 그러나 전류는 저절로 발생하는 것이 아닙니다. 전류가 피해자를 통해 흐르도록 동기를 부여하는 데 사용할 수 있는 전압이 있어야 합니다. 사람의 신체도 전류에 대한 저항을 나타내므로 이를 고려해야 합니다.
전압, 전류, 저항에 대한 옴의 법칙을 적용 하고 이를 주어진 전압과 저항에 대한 전류로 표현하면 다음과 같은 방정식이 성립합니다.
신체를 통과하는 전류량은 신체의 두 지점 사이에 인가된 전압량을 신체가 두 지점 사이에 제공하는 전기 저항으로 나눈 값과 같습니다. 분명히 전류를 흐르게 하는 데 사용할 수 있는 전압이 클수록 주어진 저항량을 통해 더 쉽게 흐를 수 있습니다.
따라서 부상이나 사망을 일으킬 만큼 충분한 전류를 생성할 수 있는 고전압의 위험이 있습니다. 반대로 신체가 더 높은 저항을 보이는 경우 주어진 전압량에 대해 더 적은 전류가 흐릅니다. 얼마나 많은 전압이 위험한지는 전류의 흐름을 방해하는 회로의 총 저항이 얼마인지에 따라 달라집니다.
신체 저항은 고정된 양이 아닙니다. 사람마다 그리고 시간에 따라 다릅니다. 심지어 사람의 발가락과 손가락 사이의 전기 저항을 측정하는 것을 기반으로 하는 체지방 측정 기술도 있습니다.
체지방의 비율이 다르면 저항이 다릅니다. 인체의 전기 저항에 영향을 미치는 변수 중 하나입니다. 이 기술이 정확하게 작동하려면 검사 전 몇 시간 동안 체액 섭취를 조절해야 하며, 이는 신체 수분이 신체의 전기 저항에 영향을 미치는 또 다른 요인임을 나타냅니다.
신체 저항은 또한 피부와 접촉하는 방식에 따라 다릅니다. 손에서 손으로, 손에서 발로, 발에서 발로, 손에서 팔꿈치로 등입니다. 땀은 소금과 미네랄이 풍부하여 액체이기 때문에 전기를 잘 통합니다. 혈액도 마찬가지로 전도성 화학 물질의 함량이 높습니다.
따라서 땀에 젖은 손이나 열린 상처에 의해 전선이 접촉하면 깨끗하고 건조한 피부에 의해 접촉할 때보다 전류 저항이 훨씬 낮아집니다.
민감한 미터로 전기 저항을 측정하면, 손가락 사이에 미터의 금속 프로브를 잡고 있는 손에서 약 100만 옴(1 MΩ)의 저항을 측정합니다. 프로브를 꽉 쥐었을 때 미터는 저항이 적고 느슨하게 잡았을 때 저항이 더 크다고 표시합니다.
여기 컴퓨터에 앉아 이 글을 타이핑하는 동안, 제 손은 깨끗하고 건조합니다. 만약 제가 뜨겁고 더러운 산업 환경에서 일하고 있다면, 제 손 사이의 저항은 훨씬 덜할 것이고, 치명적인 전류에 대한 저항이 덜할 것이고, 감전의 위협이 더 클 것입니다.
얼마나 많은 전류가 해롭습니까?
그 질문에 대한 답은 또한 여러 요인에 따라 달라집니다. 개인의 신체 화학은 전류가 개인에게 미치는 영향에 상당한 영향을 미칩니다. 일부 사람들은 전류에 매우 민감하여 정전기로 인한 충격으로 무의식적인 근육 수축을 경험합니다.
다른 사람들은 정전기 방전으로 큰 불꽃을 끌어낼 수 있지만 거의 느끼지 못하고, 근육 경련을 경험하는 것은 더더욱 어렵습니다. 이러한 차이에도 불구하고, 해로운 효과를 나타내기 위해 매우 적은 전류가 필요하다는 것을 나타내는 테스트를 통해 대략적인 지침이 개발되었습니다(다시 말하지만, 이 데이터의 출처에 대한 정보는 이 장의 마지막 부분을 참조하십시오).
모든 현재 수치는 밀리암페어로 표시됨(밀리암페어는 암페어의 1/1000과 같음):
전기가 신체에 미치는 영향에 대한 표
"Hz"는 헤르츠(Hertz ) 단위를 의미합니다 . 교류 전류가 얼마나 빨리 번갈아 가는지를 측정하는 단위로, 주파수 라고도 합니다. 따라서 "60Hz AC"라는 숫자 열은 초당 60주기(1주기 = 전류가 한 방향으로 흐르고 다른 방향으로 흐르는 시간)의 주파수로 번갈아 가는 전류를 나타냅니다.
"10kHz AC"로 표시된 마지막 열은 매초 10,000번의 왕복 주기를 완료하는 교류 전류를 나타냅니다.
이러한 수치는 대략적인 수치일 뿐이라는 점을 명심하세요. 신체 화학 물질이 다른 개인은 다르게 반응할 수 있기 때문입니다. 흉부 전류가 17밀리암페어 AC에 불과하면 특정 조건에서 인간 피험자에게 심방세동을 유도하기에 충분하다고 제안되었습니다. 유도 심방세동에 대한 대부분의 데이터는 동물 실험에서 나왔습니다. 분명히 인간 피험자에게 유도 심실세동에 대한 테스트를 수행하는 것은 실용적이지 않으므로 사용 가능한 데이터는 대략적입니다.
오, 그리고 혹시 궁금하시다면, 왜 여성이 남성보다 전류에 더 취약한지 전혀 모르겠어요! 제가 60Hz(초당 60사이클)의 AC 전압원 단자에 손을 얹었다고 가정해 봅시다. 이 깨끗하고 건조한 피부 상태에서 20밀리암페어(전압원을 놓을 수 없을 정도로 충분한)의 전류를 생성하려면 얼마나 많은 전압이 필요할까요? 옴의 법칙을 사용하여 이를 결정할 수 있습니다.
E = IR E = (20mA)(1MΩ) E = 20,000V 또는 20kV
전기 안전의 관점에서 볼 때 이것은 "최상의" 시나리오(깨끗하고 건조한 피부)이며, 이 전압 수치는 파상풍을 유발하는 데 필요한 양을 나타낸다는 점을 명심하세요. 고통스러운 쇼크를 유발하는 데는 훨씬 더 적은 양이 필요합니다! 또한 특정 전류량의 생리적 효과는 사람마다 상당히 다를 수 있으며 이러한 계산은 대략적인 추정치일 뿐이 라는 점을 명심하세요 .
손가락에 물을 뿌려 땀을 시뮬레이션한 결과, 손 대 손 저항은 17,000옴(17kΩ)에 불과했습니다. 이는 각 손의 손가락 하나만 얇은 금속선에 접촉했을 때의 결과라는 점을 명심하세요. 20밀리암페어의 전류를 발생시키는 데 필요한 전압을 다시 계산하면 다음 수치를 얻을 수 있습니다.
E = IR E = (20mA)(17kΩ) E = 340V
이런 현실적인 상황에서, 제 손 중 하나에서 다른 손으로 340볼트의 전위만 흘려도 20밀리암페어의 전류가 흐를 것입니다. 그러나 이보다 낮은 전압에서도 치명적인 충격을 받을 수 있습니다. 반지(손가락 둘레에 감은 금띠는 전기 충격을 위한 훌륭한 접촉점이 됩니다)와의 접촉으로 증가된 훨씬 낮은 신체 저항 수치나 파이프나 도구의 금속 손잡이와 같은 큰 금속 물체와의 완전한 접촉이 제공되면 신체 저항 수치는 1,000옴(1kΩ)까지 낮아질 수 있으며, 훨씬 낮은 전압도 잠재적 위험을 초래할 수 있습니다.
E = IR E = (20mA)(1kΩ) E = 20V
이 상태에서 20볼트는 사람을 통해 20밀리암페어의 전류를 생성하기에 충분하다는 점에 유의하세요. 파상풍을 유발하기에 충분한 전류입니다. 단 17밀리암페어의 전류만으로도 심실(심장) 세동을 유발할 수 있다는 의견이 제시되었습니다. 1000Ω의 손 대 손 저항으로 이 위험한 상태를 만드는 데 17볼트만 필요합니다.
E = IR E = (17mA)(1kΩ) E = 17V
17볼트는 전기 시스템에 관한 한 그리 크지 않습니다. 물론, 이는 60Hz AC 전압과 우수한 신체 전도도를 가진 "최악의" 시나리오이지만, 특정 조건에서 얼마나 낮은 전압이 심각한 위협이 될 수 있는지를 보여줍니다.
신체 저항 1,000Ω을 생성하는 데 필요한 조건은 제시된 것(금반지에 접촉한 땀투성이 피부)만큼 극단적일 필요는 없습니다. 신체 저항은 전압을 인가하면 감소할 수 있습니다(특히 파상풍으로 인해 피해자가 도체를 더 단단히 잡게 되는 경우). 따라서 일정한 전압으로 인해 초기 접촉 후 충격이 심각해질 수 있습니다.
가벼운 충격으로 시작해서 피해자가 놓아줄 수 없을 정도로 '얼어붙는' 수준이지만, 신체 저항이 감소하고 전류가 그에 따라 증가하면서 피해자를 죽일 만큼 심각한 충격으로 확대될 수 있습니다.
연구에서는 다양한 조건에서 인간의 접촉 지점의 전기 저항에 대한 대략적인 수치를 제공했습니다(이 데이터의 출처에 대한 정보는 이 장의 마지막 부분을 참조하세요):
- 손가락으로 만진 전선: 건식 40,000 Ω ~ 1,000,000 Ω, 습식 4,000 Ω ~ 15,000 Ω.
- 손으로 잡은 와이어: 건식 15,000 Ω ~ 50,000 Ω, 습식 3,000 Ω ~ 5,000 Ω.
- 손으로 잡은 금속 플라이어: 건식 5,000 Ω ~ 10,000 Ω, 습식 1,000 Ω ~ 3,000 Ω.
- 손바닥과의 접촉: 건조 시 3,000 Ω ~ 8,000 Ω, 습식 시 1,000 Ω ~ 2,000 Ω.
- 한 손으로 잡은 1.5인치 금속 파이프: 건조 시 1,000Ω~3,000Ω, 습식 시 500Ω~1,500Ω.
- 두 손으로 잡은 1.5인치 금속 파이프: 건식 500Ω~1,500kΩ, 습식 250Ω~750Ω.
- 전도성 액체에 손으로 담그기: 200 Ω ~ 500 Ω.
- 전도성 액체에 담긴 발: 100 Ω ~ 300 Ω.
1.5인치 금속 파이프를 포함하는 두 가지 조건의 저항 값을 주목하세요. 파이프를 두 손으로 잡고 측정한 저항은 파이프를 한 손으로 잡았을 때의 저항의 정확히 절반입니다.
두 손으로 신체 접촉 면적은 한 손으로 잡을 때보다 두 배 더 큽니다. 이것은 배워야 할 중요한 교훈입니다. 접촉하는 물체 사이의 전기 저항은 다른 모든 요소가 동일할 때 접촉 면적이 증가함에 따라 감소합니다. 두 손으로 파이프를 잡으면 전류는 파이프에서 신체로(또는 그 반대로) 흐르는 두 개의 평행한 경로가 있습니다.
다음 장에서 살펴보겠지만, 병렬 회로 경로는 항상 개별적으로 고려한 단일 경로보다 전반적인 저항이 적습니다.
산업계에서 30볼트는 일반적으로 위험 전압에 대한 보수적인 임계값으로 간주됩니다. 신중한 사람은 30볼트 이상의 전압을 위협적인 것으로 간주해야 하며, 충격으로부터 보호하기 위해 정상적인 신체 저항에 의존해서는 안 됩니다. 그렇긴 하지만 전기 주변에서 작업할 때는 손을 깨끗하고 건조하게 유지하고 모든 금속 장신구를 제거하는 것이 여전히 좋은 생각입니다.
전압이 낮더라도 금속 장신구는 회로의 두 지점 사이에 접촉하면 피부를 태울 만큼 충분한 전류를 전달하여 위험을 초래할 수 있습니다. 특히 금속 반지는 저전압, 고전류 회로의 지점 사이를 연결하여 손가락이 몇 개 이상 타게 된 원인이 되었습니다.
또한 30보다 낮은 전압은 불쾌한 감각을 유발하기에 충분할 경우 위험할 수 있으며, 이로 인해 갑자기 움직이거나 더 높은 전압이나 다른 위험에 우연히 접촉하게 될 수 있습니다. 더운 여름날 자동차 작업을 한 적이 생각납니다.
나는 반바지를 입고 있었고, 맨다리가 차량의 크롬 범퍼에 닿았고, 배터리 연결부를 조였습니다. 금속 렌치를 12볼트 배터리의 양극(접지되지 않은) 쪽에 대었을 때, 다리가 범퍼에 닿은 지점에서 따끔거리는 느낌을 느낄 수 있었습니다. 금속과의 단단한 접촉과 땀에 젖은 피부의 조합으로 12볼트의 전기적 잠재력만으로도 충격을 느낄 수 있었습니다.
다행히도 큰 문제는 없었지만, 엔진이 켜져 있었고 충격이 다리가 아닌 손에 느껴졌다면 회전하는 팬의 경로로 반사적으로 팔을 던졌거나 금속 렌치를 배터리 단자에 떨어뜨렸을 수도 있습니다( 렌치에 많은 양의 전류가 흐르면서 많은 불꽃이 발생함).
이는 전기 안전에 대한 또 다른 중요한 교훈을 보여줍니다. 전류 자체가 사람이 위험한 곳으로 뛰어들거나 신체 일부가 경련을 일으켜 간접적으로 부상을 입을 수 있다는 것입니다.
전류가 인체를 통과하는 경로는 전류가 얼마나 해로운지에 차이를 만듭니다. 전류는 경로에 있는 근육에 영향을 미치며, 심장과 폐(횡격막) 근육이 생존에 가장 중요하기 때문에 가슴을 가로지르는 충격 경로가 가장 위험합니다. 이로 인해 손 대 손 충격 전류 경로는 부상과 사망의 가능성이 매우 높습니다.
이런 일이 발생하지 않도록 하려면 위험한 전압의 전기 회로에서 작업할 때는 한 손만 사용하고, 다른 손은 주머니에 넣어 실수로 아무것도 만지지 않도록 하는 것이 좋습니다. 물론, 전원이 공급되지 않은 회로에서 작업하는 것이 항상 더 안전하지만, 항상 실용적이거나 가능한 것은 아닙니다.
한 손으로 작업할 때는 일반적으로 오른손이 왼손보다 선호되는데, 그 이유는 두 가지입니다. 대부분의 사람들이 오른손잡이이기 때문에 작업 시 협응력이 더 뛰어납니다. 또한 심장은 보통 흉강 중앙에서 왼쪽에 위치해 있습니다.
왼손잡이인 경우 이 조언은 최선이 아닐 수 있습니다. 오른손을 제대로 다룰 수 없는 사람이라면, 가장 편안하지 않은 손을 사용함으로써 더 큰 위험에 처할 수 있습니다. 그 손을 통해 흐르는 충격 전류가 심장에 더 큰 위험을 초래할 수 있더라도 말입니다. 한 손이나 다른 손을 통해 흐르는 충격 사이의 상대적 위험은 최적의 협응력이 부족한 상태에서 작업할 때의 위험보다 적을 가능성이 높으므로, 어떤 손으로 작업할 것인지는 개인에게 맡기는 것이 가장 좋습니다.
살아있는 회로의 감전에 대한 최상의 보호는 저항이며, 절연 도구, 장갑, 부츠 및 기타 장비를 사용하여 신체에 저항을 추가할 수 있습니다. 회로의 전류는 흐름 경로의 총 저항으로 나눈 사용 가능한 전압의 함수입니다. 이 책의 후반부에서 더 자세히 조사하겠지만, 저항은 전류가 흐를 경로가 하나뿐이도록 쌓이면 가산 효과가 있습니다.
이제 우리는 절연 장갑과 부츠를 착용한 사람의 등가 회로를 살펴보겠습니다.
전류는 배터리로 다시 돌아오는 회로를 완성하기 위해 부츠 와 몸 , 장갑을 통과해야 하므로 이러한 저항의 총합 은 개별적으로 고려한 저항보다 전류 흐름을 방해하는 정도가 더 큽니다.
전선을 플라스틱이나 고무 절연체로 덮는 이유 중 하나는 안전성입니다. 전선과 전선에 닿는 사람이나 물체 사이의 저항을 크게 높이기 위해서입니다.
불행히도, 우발적인 접촉 시 안전을 제공하기에 충분한 절연이 없는 전력선 도체를 둘러싸는 것은 엄청나게 비쌀 것입니다. 따라서 안전을 유지하기 위해 아무도 우연히 만지지 못하도록 충분히 멀리 전선을 유지해야 합니다.
검토:
- 신체에 대한 해악은 충격 전류의 양의 함수입니다. 전압이 높을수록 더 높고 위험한 전류가 생성됩니다. 저항은 전류에 반대하므로 높은 저항은 충격에 대한 좋은 보호 조치입니다.
- 일반적으로 30 이상의 전압은 위험한 충격 전류를 전달할 수 있는 것으로 간주됩니다.
- 전기 회로 주변에서 작업할 때는 금속 장신구를 착용하는 것이 확실히 나쁩니다. 반지, 시계줄, 목걸이, 팔찌 및 기타 그러한 장신구는 신체와 우수한 전기적 접촉을 제공하며, 낮은 전압에서도 피부 화상을 일으킬 만큼 전류를 전도할 수 있습니다.
- 저전압은 쇼크 부상을 직접 일으키기에는 너무 낮더라도 여전히 위험할 수 있습니다. 피해자를 놀라게 하여 뒤로 물러나 근처에 있는 더 위험한 것에 접촉하게 할 수 있습니다.
- "실제" 회로에서 작업해야 할 경우 치명적인 손 대 손(가슴을 통한) 충격 전류 경로를 방지하기 위해 한 손으로 작업을 수행하는 것이 가장 좋습니다.