전기 스위치와 차단기에 대한 간략한 설명

[꺾은-붓]

           전기 스위치와 차단기에 대한 간략한 설명

  제 글을 읽어보셨던 분들은 제가 전기기술자(3류)라는 것은 알고 계실 것입니다.

  이 글은 전기를 잘 모르시는 분들을 위해 우리 가정에서 쓰는 <전기스위치>와 <차단기>에 대하여 간단한 설명을 드리겠습니다.

  우선 설명에 들어가기에 앞서 스위치와 차단기를 이해하는데 필요한 간단한 전기 상식과 전기의 단위를 설명 드리겠습니다.

  1. 전기 단위에 대한 설명

  우리가 쓰는 전기의 용량(양)은 W( 왓트 ; WATT)로 표시합니다.

  이게 1,000W는 KW로 표시하고, 1/1.000W이면 mW(밀리 와트)로 표시합니다.

  1KW의 전열기를 한 시간 쓰면 그 전기사용량은 1KWH(킬로와트-시)가 되는 것입니다.

  우리가 전기요금을 말할 때 몇 “킬로”를 썼느니 말 하는데 여기서 말하는 “킬로”가 바로 킬로-와트-아워(KWH)를 잘못 표현한 말입니다.

  그리고 흔히 “수도세”, “전기세”하고 이야기 하는데 이는 잘못된 표현이고 “수도요금”, “전기요금”이 바른 표현입니다.

  지하철 요금이 “지하철 세”가 아니듯 전기, 수도, 가스 등 공공 공급재는 사용한 양에 비례하는 물건 값 즉 “요금”이지 “세금”이 아닙니다.

  부모님들이 바른 표현을 하여야 자라나는 자녀들도 바른 표현이 습관화 됩니다.

  우리 가정에 공급되는 전기의 전압은 220V( 볼트 ; V)인데 설명을 쉽게 하기 위해 그냥 200V로 하겠습니다.

  전기의 용량(W)은 전압(V) x A(전류 ; 암페아 ; A)입니다.

  즉, W = V∙A라는 식이 성립됩니다.

  그러니 100W의 백열전구에는 0.5A(암페아)의 전류가 흐르고, 500W의 전기다리미에는 2.5A의 전류가 흐릅니다.

  전압은 항상 200(220)볼트로 고정되어 있는 상수(常數)이고 사용하는 전기부하에 따라 전류는 변하는 변수(變數)입니다.

 2. 인체와 전류와의 관계

  사람의 나이, 신체조건, 건강상태에 따라 사람이 전기충격을 느끼는 전류의 세기는 약간씩 다릅니다.

  최초로 전기를 느끼는 전류는 대략 3mA정도입니다.

  이것을 감지전류라 합니다.

  그리고 사람 몸을 통하여 일정치 이상의 전류가 흐르면 사람이 충격을 느끼기는 하지만 스스로 소리를 질러 구조를 요청하거나 전선으로부터 이탈을 할 수 없는 전류는 대략 15mA 정도입니다.

  이것을 교착전류라 합니다.

  그리고 사람이 감전에 의해 죽을 수 있는 치사전류는 대략 25~30mA정도의 전류가 2초 이상 지속되었을 때 심장이 박동을 멈추게 됩니다.

  물론 사람마다 다 다르고, 이런 수치들은 전기이론을 해석해서 나온 것이 아니라  인체 생체실험에서 나온 값들입니다.

  별로 쓰고 싶지는 않지만 나치가 유태인의 생체실험이나, 왜놈들이 조선인이나 중국인 마루타를 상대로 생체실험을 해서 나온 값에 학자들이 동물의 생체실험을 통하여 얻은 값입니다.

 3. 이런 기초상식을 토대로 스위치와 차단기를 설명 드리겠습니다.

  3-1 스위치

  단순하게 전기를 통하게 하거나 끊기게 하는 역할만 합니다.

  대개가 사람의 손으로 작동을 시키거나 리모컨 등에 의한 자동스위치도 있습니다.

  특별한 기능이 없으니 긴 설명은 생략합니다.

  이름 그대로 스위치일 뿐입니다.

  3-2 차단기

  전기를 끊거나 통하게 하는 역할은 스위치와 같지만 사람이 설정하여 놓은 일정조건이 되면 스스로 전기를 끊기게 하는 기능이 부가된 스위치입니다.

  예전에는 주로 “두꺼비 집”이라는 사기로 만들어진 상자 안에 퓨즈라는 납과 주석의 합금 철사를 연결하여 전기를 통하게 했습니다.

  차단기는 거의 모두가 자기용량의 1.25배 전류치 까지는 끈기지 않고 계속 전기를 통하게 해 주고 그 이상으로 전류치가 상승하면 상승하는 값의 자승 또는 3승이나 로그함수 값에 따라 급전직하로 차단되는 시간이 단축됩니다.

  차단되는 시간은 사용하는 차단기의 목적이나 조건에 따라 다 다름으로 일일이 설명드릴 수는 없습니다.

  요새 가정에서 흔히 사용하는 차단기[“노 퓨즈 브레카”라고 부르고 약자로는 NFB(No-Fuse-Breaker)]는 과거에 두꺼비집을 개량해서 퓨즈를 없애고 두꺼비 집과 똑 같은 기능을 갖게 한 것입니다.

  이것을 조금 더 구체적으로 설명 드리자면 금속은 열이 올라가면 팽창을 합니다. 그런데 그 팽창하는 정도는 금속마다 다 다릅니다.

  그래서 열팽창계수가 다른 2개의 금속을 용접하여 하나의 판으로 만들면 열이 올라가면 한 금속은 팽창을 조금하고 한 금속은 팽창을 많이 하면 그 둘을 합친 금속판은 한 방향으로 휘어집니다.

  이 바이메탈의 원리를 이용한 것이 바로 전기차단기입니다.

  퓨즈대신 이 바이메탈금속판을 잘라 퓨즈가 들어가던 자리에 끼우면 전기합선이 일어나면 전류치가 상승하고 그 상승치의 자승(2승)에 비례해서 열이 급속히 올라갑니다. 그러면 금속판이 한 쪽으로 휘어짐과 동시에 전기회로가 끊기게 한 게 바로 차단기입니다.

  한 번 끊긴 차단기는 고장 난 전기회로를 수리하였어도 스스로 투입이 되지 않고 사람이 투입을 하거나 자동장치에 의해 재투입을 하여야만 회로가 구성되어 전기가 들어오게 되어 있습니다.

    차단기는 절대로 누전차단기가 아님을 명심하셔야 됩니다.

  3-3 누전차단기

  위 스위치와 차단기의 기능에 일정치 이상으로 누전이 되면 스스로 전기회로를 차단하여 주는 차단기입니다.

  이 세상의 모든 전기는 수치로 표시할 수조차 없는 정도로 모두다 누전이 되고 있습니다.

  물론 위험한 정도는 아닙니다.

  누전차단기의 표면에 쓰여 있는 것을 읽어 보시면

  정격전압 220V ; 상수, 불변 값

  정격전류  30A ; 변수, 사용하는 전기기기에 따라 값이 변함

  정격감도전류 30mA ; 불변 값은 아니나 가정용은 거의 같은 값임

  정격부동작전류 15mA ;           -"-

  동작시간 0.03초 이내

  정격차단전류 1.5KA

  위 인체와 전류와의 관계에서 말씀 드렸듯이 15mA정도까지는 그렇게 위험한 상태가 아닙니다.

  그래서 누전전류가 15mA를 넘어 30mA 안에서는 정해진 시간 안에 작동을 하도록 되어있고, 30mA를 넘어서는 경우에는 0.03초 안에 누전차단기가 작동을 해서 전기회로를 끊어 사람의 살상이나 화재발생을 방지하도록 된 것입니다.

  이것을 너무 안전하게 한 다고 정격감도 전류를 15mA정도로 낮추어서 만들면 너무 자주 누전차단기가 작동을 해서 전기를 사용하는데 불편이 있습니다.

  그래서 오랜 경험에서 얻은 값인 위와 같은 정격으로 만들고 있는 것입니다.

  물론 실험실등과 같은 미소의 누전도 허용할 수 없는 장소에 사용하는 누전차단기는 저 값들을 훨씬 낮추어서 제작을 합니다.

  맨 밑의 정격차단전류는 전기기술자가 아니면 이해하기 힘든 것으로 설명은 생략합니다.

  사람이 감전을 당했을 때 신체가 위험에 처하는 조건은 누전전류의 세기와 지속시간입니다.

  누전차단기를 보면 전선을 끼우는 곳에 “전원”과 “부하”측이 명시되어 있습니다.

  반드시 이것을 지켜서 설치해야 됩니다.

  반대로 하게 되면 누전이 되면 단 한 번 동작하고 그 안에 있는 코일이 타서 못 쓰게 됩니다.

  그리고 누전차단기는 수직 판에 전원측이 위로 가도록 설치하여야 됩니다.

 전기적으로는 관계가 없으나 그 안에 스프링 등이 들어 있고 지구중력에 의하여 작동되는 기계적 기능이 있어 옆으로 달면 정확한 동작을 기대할 수 없고, 거꾸로 달면 바로 고장이 날 수도 있습니다.

 4. 전깃줄 위에 앉은 비둘기나 참새는 왜 감전이 안 되나?

  전기는 반드시 +선과 -선 둘이 있어야 합니다.

  물론 산업체의 동력은 세 줄이 있지만 일반인들이 이해하기 어려우니 가정용인 단상(2줄)만 설명 드리겠습니다.

  전기는 물리적 성질상 +선으로 1A의 전류가 흘러나가면 반드시 -선으로 1A가 되돌아옵니다. 단 0.000001A의 전류차이도 날 수가 없습니다.

 +선으로 흘러나간 전류가 중간에 누전이 되어서 사람 몸을 통하여 흐르거나 지구라는 땅 덩어리를 통하여 흐르거나 공기를 통하여 흐르더라도 반드시 1A가 그 전기를 보내준 발전기나 변압기나 배터리로 되돌아옵니다.

  가정에 있는 전선의 피복이 벗겨지거나 세탁기 등에서 누전이 되면 그 누전되는 전기는 사람의 몸이나 땅덩어리를 통하여 가정에 전기를 넣어주는 변압기로 되돌아갑니다.

  그래서 가정에 들어오는 전깃줄의 입구에 누전차단기를 달아 놓으면 가정 내에서 전선의 피복이 벗겨져 사람이 만져 사람의 몸을 통하여 누전이 되고 그 전류가 다시 방바닥이나 마루를 타고 땅으로 흐르고 그게 땅을 통하여 변압기로 되돌아갑니다.

  그런데 집의 전깃줄 입구에 있는 누전차단기는 분명히 +선으로 1A의 전류가 흘러갔는데 그중 30mA가 벗겨진 전선을 사람이 만져 사람 몸으로 빠져 나가면 -선에는 1A보다 적은 970mA만 돌아나갑니다.

  누전차단기는 바로 그 차이를 체크하고 있다가 그게 15mA까지는 그대로 참고 있다가 30mA를 넘게 되면 사람이 위험하겠다고 판단하고 바로 0.03초 안에 볼 것도 없이 전기를 끊어 사람을 보호해 주는 것입니다.

  그러니 전깃줄에 앉은 새는 +선에는 접촉을 하고 있으나 새의 몸을 통하여 빠져나갈 -선은 없으니 새의 몸을 통하여 전류가 흐르지 않으니 멀쩡한 것입니다.

  물론 앞에서 말씀드린 대로 새의 몸과 공기를 통하여 아주 미소한 전류는 흐를 수 있으나 그 정도는 새도 버틸 만합니다.

  사람도 날아올라 전깃줄에 앉거나 뛰어 올라 비둘기와 같이 전깃줄을 두 팔로 잡고 턱걸이를 하여도 괜찮습니다.

  그렇게 했을 때 안전은 제가 책임을 지는데 단, 뛰어 내릴 때 다리가 분질러지고 머리통이 수박 통이 되는 것은 제 책임이 아닙니다.

  앞에서 중복해서 말씀드렸지만 감전은 전류의 세기와 시간이 문제입니다.

  전봇대 위에서 고압을 만지나 감전과 화상이 동시에 발생하는 감전이 아닌 집안에서의 감전은 대개가 화상이 아닌 단순감전으로 심장박동이 멈춘 것입니다.

  이때에는 우선 감전조건을 제거하고 119에 전화하는 것 보다 무조건 인공호흡이 최상의 의료입니다.

  이때 1-2초가 사람의 목숨을 좌우합니다.

  인공호흡법을 알아 놓으시는 것이 좋지만 모르시더라도 우선 가슴을 세계 누르는 것을 반복하고 무조건 코를 틀어쥐고 입으로 바람을 불어넣어야 됩니다.

  그러면서 다른 사람이 119를 불러야 합니다.

  누전차단기는 한 달에 한번은 너무 많고 생각나실 때 한 번씩 붉은 보턴을 눌러 제대로 작동이 되는지 확인하여 보십시오!

  붉은 보턴은 인공적으로 30mA정도를 누전시켜 보는 것입니다.

  그리고 불가피하게 집안에서 전선의 피복을 벗기고 만져야 할 경우에는 그 충전부위는 오른손으로 만지는 것이 보다 안전합니다.

  왼손은 심장과 가까워 더 치명적입니다.

  절대로 벗겨진 전선을 두 손으로 잡아서는 안 됩니다.

  이제 졸부 도둑놈들이 아니면 모든 것을 사람을 사서 하는 세상은 지났습니다.

  가정에서도 간단한 전기 상식은 알아 놓으시는 것이 좋습니다.

  횡설수설 했습니다.

  다음에는 또 다른 전기 상식 이야기를 하겠습니다.

  읽어 주셔서 감사합니다. 

[악플전문가]

제 경험을 더합니다. 약 50m 쯤 되는 전선을 연결한 드릴을 사용하는 데 갑자기 합선이 되었습니다. 이때 불꽃이 합선부분 부터 타들어 가는 것이 아니라 눈으로 보이지 않은... 선이 약한 곳곳에서 불꽃이 일어 났습니다... 이를 예로 들면 백화점 같이 전기를 많이 쓰는 곳에서 합선에 의한 화재가 발생할 경우 합선점과는 관계가 없는 곳에서부터 불이 붙을 수도 있다는 겁니다.

[꺾은-붓]

선이 합선되는 순간 전원으로분터 합선점까지 두선에는 엄청나게 많은 전류가 흐릅니다. 전선에 전류가 흐르면 항상 열이 발생하는데 전선은 눈에는 균등하게 보여도 동선은 사용하며 휘거나 굽어져 면적이 좁아진 곳이 많습니다.
그런 점은 전기저항이 많고 열은 저항의 크기에 자승에 비례해서 발생합니다. 그러니 굵기가 가늘어졌거나 꺾여서 단면적이 좁아진 곳 부터 타들어가기 시작하는 것인데 실상은 전선 전체가 한꺼번에 열이 넘쳐나 타 들어갑니다. 피복이 찢기거나 얇아진데가 타기가 좋으니 그런곳에서 먼저 불꽃이 일어나며 타는 것입니다.

[은하수비]

감전되면 인공호홉이 1차 였네요
유익한 상식 감사합니다 ~
2탄도 올려주세요 (*^▽^*)

[봉성]

전자기에너지 질문입니다. 영구자석(네오디뮴 등의 영구 자석을 ) 만들 때는
열을 가하면서 자기장을 걸어주고
그 다음에 자기장이 걸린 상태에서
열을 내려주면 금속의 내부 (사실은 합금)가
웬만큼 해서는 변하지 않는 모습 (에너지 준위)가 됩니다.
따라서 내부구조가 바꾸지 않는 이상 에너지 법칙에 상관없이
계속 에너지 생산이 가능하지 않나라고 생각합니다.

열역학의 에너지법칙은 현대적 의미의 전기공학 전자기공학
물리학 등이 발달하기 전에 나온 이론입니다.

[봉성]

이 세상에는 설명되지 않는 에너지들이 너무 많습니다 반자성체 반중력 또한 태양계의 끊임없이 돌고 도는 행성들
이것들의 에너지는 어디서 올까요?

[꺾은-붓]

제가 그것을 알면 벌써 노벨상 터러 갔지 여기있겠습니까?
질문하신 내용으로 보아 전기공학이나 물리학을 전공하신 분 같은데 무한한 힘을 가진 영구자석이 있다고 가정해도 그 자석을 이용해서 우리가 실 생활에 쓸수 있는 전기를 만들어 내는 것은 영구자석에서 나오는 자력선을 빠른 속도, 일정방향, 일정한 크기, 일정주기로 잘라 주어야 하는데 거기에 에너지가 들어가야 하니 현재까지의 과학으로는 에너지는 무에서 유를 창조해 낼 수는 없다고 봅니다. 원자력 에너지를 제외한 모든 지구상에있는 에너지는 태양에서 온 것입니다.
아껴쓰는 수 밖에 도리가 없다고 봅니다. 물론 제 개인 생각입니다

[봉성]

이걸 한번 생각해 보십시오

자기부상열차를 보면 그 엄청난 거의 무한에 가까운 무거운 여러 량의
열차 연결체를 들어 올립니다.

가령 디젤이나 휘발유로 그 힘을 쓴다면 거의 무한대에 가까운 에너지가 들겁니다.

그런데 자기적인 척력은 거의 무한대의 힘이 드는 이 열차의 무게를 가볍게 들어올립니다.

[꺾은-붓]

자기부상열차를 들어 올리는 힘도 결과적으로는 전기에너지 입니다.
휘발유를 비롯한 화석에너지로는 힘이 부족한 게 아니라 그런 방법의 힘을 발휘할 수가 없는 것 뿐입니다.
자기부상 열차를 들어 올리는 힘이 100이라면 그 100이라는 전기에너지를 생산하기 위해서는 300이라는 원자력이나 화석연료가 필요한 것입니다.
실험용의 소규모 발전기를 빼놓고 지구상에 있는 모든 발전기는 열효율이 아직까지 40%미만입니다.
그러니 300이라는 석유나 석탄을 태워야 100이라는 전기에너지가 나옵니다.
열 효율= 생산된 전기에너지/투입된 화석연료의 잠재열량 x 100% 입니다.
참고가 되실지 모르겠습니다.

[봉성]

숫자로 제시하신 (100대 300) 내용 자체는 맞는 말씀입니다만, 그래도 미련이 남습니다 하하하

[봉성]

제 포인트는 구조를 바꿈으로써 에너지 준위를 바꾸어 놓은 영구자석은 그야말로 거의 영구적이라는 사실이~~

[세마치]

유익한 상식 고맙습니다.