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(특별기고) 건설 현장 전기재해 예방대책⑶ 누전차단기나 보호접지로 대처하지 못할 경우 대책
박정배 기자    작성 : 2020년 04월 28일(화) 15:40    게시 : 2020년 04월 28일(화) 15:40
누전차단기 동작 원리
누전차단기나 보호접지로 대처하지 못하는 전기재해에 대한 예방대책을 알아보자.

누전차단기는 영상변류기(ZCT)라 부르는 자기장 감지 센서를 통해 전원 측의 입출력 전류에서 발생하는 자기장을 측정한다. 회로의 입출력 전류의 양이 같으면 서로 다른 방향으로 흐르는 동일 값의 전류에 의해 서로 반대 방향으로 생성된 유도 자기장이 상호 상쇄돼 벡터 합이 0이 되지만 두 전류의 크기가 달라지면 자기장의 크기가 달라져 잔류(殘留) 자기장이 생성된다.

누전차단기는 이 잔류 자기장을 통해 누설 전류를 감지해 전원을 차단하는 동작을 수행한다. 그렇지만 실제 현장에서는 이런 원리의 누전차단기가 차단하지 못하는 형태의 누전이 있다.

복수의 전선에서 절연손상이 일어나 합선 형태로 발생하는 전선간(電線間) 합선누전(合線漏電)은 누전차단기가 감지하지 못한다. 누전차단기 측에서는 나오는 전류와 들어가는 전류가 같기 때문에 영상 변류기에 잔류 자기장이 발생하지 않아 감지 불가능한 것이다.

전선 간의 합선 누전 시 해당 회로에 정격전류를 초과하는 과전류(過電流)가 흐르면 누전차단기에 내장된 열동형(熱動形) 바이메탈이나 ODP(Oil Dash Pot)가 동작해 차단 동작이 일어나지만, 누전 감지 원리상 영상 변류기가 동작하는 누전차단 동작은 일어나지 않는 것이다.

이런 이유로 합선 형태의 누전 전류가 누전차단기의 정격전류 이하 값으로 흐를 때는 누전차단기의 누전차단 기능은 무용지물이 된다.

실제 현장에서는 합선 형태의 누전에서 발생하는 스파크가 많은 전기 화재의 원인으로 작용하고 있다. 선간 단락 사고에 의한 합선 전류에서 발화가 발생해도 합선 지점에서 발생하는 아크의 임피던스(Z)가 크기 때문에 누전차단기에는 정격전류 이하의 전류가 흘러 누전차단기의 차단동작이 일어나지 않는다.
아크 차단기 동작 원리

이 형태의 화재를 예방하기 위해서는 합선 등으로 인한 고장 아크를 선별해 전원을 차단해주는 아크차단기(AFCI·Arc Fault Circuit Interrupters)가 필요하다. 아크 차단기는 스위치의 On/Off나 회전기기의 브러시에서 발생하는 정상 아크에는 동작하지 않고 고장에 의한 합선 스파크를 감지해 전원을 차단하는 보호장치다.

아크방전(Arc Discharge)은 현재 국내에서 상용하고 있는 220V 전기설비에서 빈번하게 나타나는 현상으로 전기회로에서 통전부의 일부가 녹으면서 강력한 열과 전기 불꽃을 발생해 많은 전기 화재의 원인으로 작용하고 있다. 아크 화재를 예방하기 위해 개발된 아크차단기는 고장 아크 발생 시 해당 전원을 차단하여 전기화재를 예방하는 기능을 수행한다.

미국에서는 2002년부터 아크차단기 사용을 법제화해 주방, 침실, 거실 등에서 의무적으로 사용하게 했고 2018년 화장실을 제외한 모든 곳에서 아크차단기를 사용하도록 규제를 확대했다. 미국방화협회(NFPA)에서는 아크차단기를 의무적으로 사용하면서 전기화재의 약 65% 감소했다고 발표하고 있다.

국내에서도 여러 제조사가 아크 차단기를 생산하고 있고 생산 초기에는 아크 차단기의 최대 단점인 동작의 신뢰성 문제로 전기기술인들에게 외면을 받았지만, 그간에 오동작 방지 필터 기술이 강화돼 사고 아크에 선별 동작하는 아크 차단기가 생산돼 중요 설비에 사용되고 있다. 그렇지만 인식 부족과 소량 생산에 따른 높은 가격으로 대중화되지 못하고 있는 실정이다.
아크 차단기

아크 차단기의 기능에 관한 관심과 적용으로 대중화가 이루어질 때 대량생산에 의한 저가 공급과 광범위한 화재 예방효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

날로 대형화 복잡화해가는 건설 현장에서 빈번하게 발생하고 있는 전기재해를 예방하기 위해서는 아래와 같은 네 가지 안전 대책의 시행이 필요하다.

건설 현장 전기재해 예방 방안.
1. 인적 측면
‘건설현장 전기재해 예방대책’ 교육 진행을 통해 전기의 위험성 인식, 전기재해의 근본적 원인과 예방대책 숙지, 전기안전 기술 역량 향상

2. 설비적 측면
전기안전 세 가지 원칙 ⑴ 충전부 보호 ⑵ 보호접지 ⑶ 누전차단기 설치 등 준수, 용접화재 예방대책 시행, 전기 화재 취약설비에 대한 ‘아크 차단기’ 선별적 사용

3. 작업 방법적 측면
전기설비 작업 전 작업 위험성 평가 시행, 안전작업 절차서 ‘작성/준수’ 시스템 구축

4. 관리적 측면
건설 현장 전기안전기준을 수립해 현장 전기설비 설치 시 준수하고 주기적인 전기안전 교육, 안전점검 및 보완조치 시행으로 안전의식을 강화해 불안전한 행동과 불안전한 상태 제거


박정배 기자 pjb@electimes.com        박정배 기자의 다른 기사 보기

키워드 : 누전 | 전기 화재 | 한국전기안전공사
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