접지와 보호장치 — 사람을 살리는 설비

접지와 보호장치는 전기설비에서 3~5문항이다

이 단원에서는 계산 문제가 거의 나오지 않는다. 나오는 것은 구분과 목적이다. 어느 선이 무슨 색인지, 누전차단기와 배선용차단기가 각각 무엇을 잡는지, 절연저항 기준이 몇 메가옴인지를 물어온다. 숫자를 다루는 문제도 표 한 줄만 외우면 풀리는 수준이다. 그래서 이 단원은 시험 직전에 정리해서 가장 점수를 잘 받아 주는 자리다.

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그러나 만만하게 볼 단위는 아니다. 전기설비의 다른 대목은 기기가 망가지는 것으로 끝난다. 접지와 보호장치가 틀리면 사람이 죽는다. 사람의 목숨이 걸린 설비이니 규정이 촘촘하다. 규정이 촘촘하다는 말은 곧 시험 문항도 세밀하게 갈라 낸다는 뜻이다. 비슷한 이름을 아주 조금만 바꿔 놓은 선지로 사람을 가려낸다.

정리하면 이렇다. 계산 실력을 묻는 단원이 아니라, 이름과 구분을 정확히 아는지를 묻는 단원이다. 예를 들어 220볼트 콘센트에 녹색-노란색 줄무늬 전선이 붙어 있다면 이 선은 중성선이 아니라 보호도체다. 이런 한 줄 구분이 문항 하나가 된다. 이 글은 그 구분 열두 개를 차례로 세워 본다.

접지를 왜 하는가 — 목적이 셋이다

접지의 목적은 세 가지다. 첫째, 사람이 감전되는 것을 막는다. 둘째, 기기와 전로를 보호하고 이상전압을 흘려보낸다. 셋째, 보호장치가 확실히 동작하도록 고장전류의 길을 만들어 준다. 시험에는 이 셋이 그대로 선지가 된다. 셋을 통째로 외우지 말고, 각각 무엇을 지키는지로 읽어 두라.

첫째 목적부터 보자. 기계 몸통에 접지선이 붙어 있으면, 몸통에 전기가 새어도 사람보다 접지선이 먼저 그 전기를 땅으로 데려간다. 전기는 저항이 작은 길로 흐른다. 사람의 몸은 수십 킬로옴짜리 저항이고 접지선은 몇 옴짜리 길이다. 전기는 거의 전부 접지선으로 흘러 버린다. 예를 들어 젖은 손으로 220볼트 기계를 만졌을 때도 접지선이 있으면 몸으로 흐르는 전류는 눈물만큼 줄어든다.

둘째 목적은 기기를 지키는 것이다. 번개가 치면 피뢰침이 그 전기를 잡아 땅으로 흘려 보낸다. 피뢰침이 없으면 번개가 건물 벽과 전선을 타고 기기로 들어와 태워 버린다. 접지도 똑같은 일을 한다. 이상전압이 생기면 그동안의 급한 전기를 땅에 흘려 보내고 기기를 지킨다.

셋째 목적을 빼먹는 사람이 많다. 이것이 제일 중요하다. 전선이 기계 몸통에 닿아 누전이 생겼다고 하자. 접지가 없으면 전기는 땅으로 갈 길이 없어서 몸통에 그냥 얹혀 있다. 누전차단기는 들어간 전류와 나온 전류의 차이를 보고 끊어 주는데, 전류가 밖으로 새 나가지 않으면 차이가 잡히지 않는다. 접지가 없으면 누전차단기조차 제대로 떨어지지 않는다. 접지는 고장전류가 달릸 길을 닦아 주는 일이다. 길이 있어야 보호장치가 그 전류를 보고 움직인다.

계통접지 이름은 두 글자로 읽는다

계통접지 방식 이름은 두 글자로 읽으면 된다. 첫 글자는 전원 쪽 접지를 가리킨다. T는 전원이 대지에 직접 접지되어 있다는 뜻이다. I는 비접지이거나 임피던스(교류에서 저항 구실을 하는 값)를 끼워 접지했다는 뜻이다. 둘째 글자는 설비 쪽 노출도전부(사람이 닿을 수 있는 기계 겉면의 금속 부분)의 접지를 가리킨다. T는 설비를 따로 대지에 접지한다는 뜻이고, N은 전원의 중성선에 접속한다는 뜻이다.

이렇게 두 자리로 읽으면 갈래가 저절로 짜인다. 첫 글자 T에 둘째 글자 N을 붙이면 TN이다. 전원도 접지했고 설비도 전원의 중성선에 붙였다는 뜻이다. 첫 글자 T에 둘째 글자 T를 붙이면 TT다. 전원과 설비가 각각 따로 땅에 붙어 있다. 첫 글자 I로 시작하면 IT다. 전원 쪽이 접지되어 있지 않은 계통이다. TN은 다시 TN-S, TN-C, TN-C-S로 갈라진다. 이 갈라짐은 다음 대목에서 다룬다.

예를 들어 우리 집 배선을 보자. 한전에서 들어오는 중성선은 변전소 쪽에서 대지에 접지되어 있다. 첫 글자는 T다. 집의 기계 금속 부분은 그 중성선에 붙어 있다. 둘째 글자는 N이다. 그래서 우리 집은 TN 계열로 읽힌다. 이름을 통째로 외우려 하면 헷갈린다. 두 자리를 각각 소리 내어 읽는 연습을 하라.

한 줄만 덧붙인다. 예전에는 접지를 종별로 나누어 부르는 체계를 썼다. 그 체계는 바뀌었다. 옛 이름과 옛 접지저항 값은 여기서 다루지 않는다. 지금 시험이 묻는 이름은 TN, TT, IT 쪽이다.

보호도체와 중성선은 다른 선이다

중성선과 보호도체는 다른 선이다. 중성선(N)은 평소에 전류가 흐르는 선이다. 보호도체(PE)는 평소에는 전류가 흐르지 않고 사고 때만 흐르는 선이다. 구실이 완전히 다르다. 시험은 이 둘을 바꿔 놓은 선지로 사람을 가려낸다.

전자레인지를 예로 들자. 전자레인지가 돌아갈 때 전류는 L1 갈색 선으로 들어가서 중성선인 파란색 선으로 나온다. 이때 녹색-노란색 줄무늬의 보호도체에는 전류가 흐르지 않는다. 그 선은 그냥 기계 몸통을 땅에 붙여 두는 선이다. 그러다 안에서 전선이 벗겨져 몸통에 닿으면, 그때 처음으로 보호도체에 큰 전류가 흐르면서 누전차단기가 떨어진다. 색으로 정리하면 이렇다. L1은 갈색, L2는 검은색, L3는 회색, 중성선은 파란색, 보호도체는 녹색-노란색이다.

둘을 하나의 선으로 겸하는 길도 있다. PEN 도체다. PEN은 보호도체 구실과 중성선 구실을 한 선이 함께 하는 것이고, TN-C 방식에서 쓴다. 선 하나로 두 구실을 하니 돈이 절약된다. 그러나 위험도 있다. PEN 도체는 평소에도 전류가 흐른다. 이 선이 끊어지면 기계 몸통에 전압이 그대로 얹힌다. 사람이 닿으면 감전된다. 그래서 요즘은 마지막 부분에서 둘로 갈라 주는 TN-C-S 방식을 많이 쓴다.

절연저항 — 표 세 줄로 끝난다

절연저항 기준은 표 세 줄로 끝난다. 회로 전압에 따라 시험전압과 기준값이 짝지어 있을 뿐이다. 표를 보자.

외울 것은 하나다. 0.5가 들어가는 칸은 맨 윗줄 하나뿐이다. 나머지는 전부 1.0이다. 시험장에서 0.5냐 1.0이냐를 물으면, 회로 전압이 가장 낮은 자리냐 아니냐로만 가르면 된다.

영어 약자가 셋 나와서 어려워 보이지만 갈라 보면 간단하다. SELV와 PELV는 1차와 2차가 전기적으로 분리된 특별저압이다. FELV는 분리되지 않은 것이다. 분리되어 있느냐가 갈림길이다. 분리되어 있으면 감전 위험이 작으니 기준도 0.5로 낮다. 분리되어 있지 않으면 그만큼 조심해야 하니 1.0을 요구한다. 예를 들어 낮은 전압으로 도는 장난감 변압기가 분리형이라면 맨 윗줄 기준을 따른다고 읽으면 된다.

절연저항이 왜 중요한지도 같이 읽어 두라. 절연(전기를 통하지 않게 막는 일)이 약해지면 전기가 새는 길이 생긴다. 새는 전류가 쌓이면 열이 나고, 사람이 닿으면 감전된다. 절연저항 측정은 그래서 배선의 살갗이 성실히 있는지를 확인하는 검사다.

절연저항을 재는 순서와 기구

검사 순서가 정해져 있다. 점검, 절연저항 측정, 접지저항 측정, 통전시험. 이 순서를 앞 글자로 묶으면 점-절-접-통이다. 소리 내어 세 번 읽어 보라. 몸에 붙는다. 순서를 묻는 문항은 이 네 글자로 푼다.

왜 절연저항이 접지저항보다 먼저인지도 알아 두면 좋다. 절연이 무너진 배선에 전기를 올려 놓고 접지를 확인하면 새는 전기가 기계 몸통에 그대로 얹힌다. 먼저 배선 자체가 튼튼한지를 보고, 그다음에 새는 전기를 받아 줄 접지가 있는지를 보는 순서다. 순서에도 이유가 있다.

쓰는 기구는 절연저항계다. 흔히 메거라고 부른다. 메거는 회로에 직류 시험전압을 걸고 그때 흐르는 누설전류를 잰 뒤 저항값으로 되돌려 보여 준다. 식으로 쓰면 이렇다.

쓰는 법 · 메거에 500볼트를 걸었더니 누설전류가 0.5마이크로암페어(백만 분의 일 암페어)였다면 저항은 1,000,000옴, 곧 1.0메가옴으로 읽힌다.

메거의 시험전압을 사용전압보다 높게 거는 이유가 여기서 나온다. 흠이 있는 절연재는 평소 전압에서는 버틴다. 그러다 더 높은 전압을 걸면 약한 자리에서 새어 나온다. 약한 곳을 드러내 보이려고 높이 거는 것이다. 몸이 아픈 데가 있는지 뛰어 보라고 하는 것과 같다. 평소 걸음에서는 멀쩡해 보여도 뛰어 보면 아픈 곳이 드러난다.

기구 고르는 규칙은 한 줄이다. 400볼트 이하 옥내배선은 500볼트 메거를 쓴다. 예를 들어 우리 집 220볼트 옥내배선을 검사한다면 500볼트 메거를 들면 된다. 시험전압과 회로 전압 표를 함께 묻는 문항이 여기서 나온다.

과부하와 단락은 다른 사고다

과전류에는 두 갈래가 있다. 과부하는 정격보다 조금 큰 전류가 오래 흐르는 것이다. 단락은 두 전선이 붙어 아주 큰 전류가 순간에 흐르는 것이다. 전류의 크기와 흐르는 시간으로 갈라 보면 둘은 전혀 다른 사고다.

비유를 붙이자. 과부하는 비가 가득 찬 물탱크가 오래 흘러 넘치는 것이다. 단락은 물탱크 바닥이 뚫려 물이 한꺼번에 쏟아지는 것이다. 과부하는 천천히, 오래, 조금씩 해치고 단락은 순식간에 크게 해친다.

예를 들어 콘센트 하나에 1킬로와트 전열기 세 대를 꽂으면 정격을 조금 넘는 전류가 계속 흐른다. 이것이 과부하다. 이어서 코드가 닳아 두 전선이 서로 닿으면 순간에 아주 큰 전류가 흐른다. 이것이 단락이다. 과부하는 선이 서서히 뜨거워지고, 단락은 순간에 불똥을 튄다.

그래서 배선용차단기는 두 가지 동작 특성을 함께 갖는다. 조금 큰 전류에는 늦게, 아주 큰 전류에는 바로 끊는다. 이중으로 움직이지 않으면 둘 중 하나를 놓친다. 시험은 이 문장을 뒤집어서 묻는다. 차단기가 하나의 특성으로만 동작한다고 쓰면 틀린 선지다.

역할 구분도 여기서 정리된다. 누전차단기는 지락, 곧 누전을 잡는다. 배선용차단기와 퓨즈는 과부하와 단락을 잡는다. 이 세 기기가 각각 무엇을 막는지는 이 글 맨 아래 표로 한 번 더 묶어 둔다. 동작 시간이 정격의 몇 배에서 몇 분인지 같은 세부 수치는 규정 정본에 없으므로 여기서 다루지 않는다.

누전차단기는 새는 전기를 잡는다

누전차단기의 원리는 한 문장이다. 들어간 전류와 나온 전류의 차이를 감지한다. 정상이라면 들어간 만큼 그대로 나온다. 사람이 감전되거나 배선이 새면 일부 전류가 다른 길로 빠져 나가므로 나오는 양이 줄어든다. 그 차이가 기준을 넘으면 차단기가 떨어진다. 다른 길로 빠진 전류를 잡는 기계라고 요약하면 된다.

이 원리를 알면 누전차단기가 못 잡는 것이 보인다. 과부하를 생각해 보라. 정격을 조금 넘는 전류가 흐르지만 들어간 만큼 그대로 나온다. 차이가 없다. 그래서 누전차단기는 과부하를 못 잡는다. 단락도 마찬가지다. 전류가 새어 나가는 것이 아니라 안에서 크게 도는 것이므로 잡을 수 없다. 그래서 누전차단기는 배선용차단기와 함께 써야 한다. 누전은 누전차단기가, 과부하와 단락은 배선용차단기가 맡는다. 둘은 경쟁하는 기기가 아니라 짝이다.

감지하는 차이 전류를 식으로 쓰면 이렇다. 들어간 전류에서 나온 전류를 빼면 새어 나간 전류가 된다.

쓰는 법 · 들어간 전류가 10암페어인데 나온 전류가 9.97암페어라면 새어 나간 전류는 0.03암페어, 곧 30밀리암페어다.

시설 조건을 보자. 주택의 옥내에서 대지전압이 150볼트를 넘는 저압 전로의 인입구에 누전차단기를 시설한다. 우리 집 220볼트 배선이 여기에 해당한다. 대지전압이 150볼트를 넘느냐가 갈림말이다. 예를 들어 220볼트 회로는 대지전압이 150볼트를 넘으므로 해당하고, 이 조건을 채우지 못하는 낮은 회로는 해당하지 않는다.

사람을 지키는 기준도 정해져 있다. 인체감전보호용 누전차단기는 정격감도전류 30밀리암페어 이하, 동작시간 0.03초 이하다. 물기가 있는 장소에 쓰는 것은 더 민감한 15밀리암페어 이하에 동작시간 0.03초 이하다. 젖은 곳이 더 위험하니 더 예민하게 잡아야 한다는 뜻이다. 시험에는 30과 15 중 어느 쪽인지, 그리고 물기가 있는 장소라는 조건이 빠진 채 15를 쓰는 선지가 나온다.

감전은 어떻게 사람을 해치나

감전의 위험은 세 가지가 정한다. 몸에 흐른 전류의 크기, 흐른 시간, 전류가 지나간 경로다. 이 셋을 묻는 문항이 반복해 나온다. 크면 클수록, 오래일수록, 심장을 지날수록 위험하다.

경로가 왜 중요한지부터 보자. 같은 전류라도 오른손에서 발끝으로 흐르면 심장을 지난다. 손가락 끝에서 손목으로 흐르면 심장을 지나지 않는다. 심장을 지나는 경로가 가장 위험하다. 심장의 박동 리듬이 흐트러지면 스스로 돌아오지 못한다. 그래서 감전 구급에서는 심장 쪽 경로를 특히 조심한다.

전류의 크기와 시간은 저울 양쪽에 얹힌다. 조금 센 전류도 오래 흐르면 위험하고, 센 전류도 짧게 지나가면 상대적으로 덜하다. 그래서 누전차단기가 감도전류와 동작시간을 함께 규정하는 것이다. 30밀리암페어 이하에 0.03초 이하로 끊겠다는 것은 크기와 시간을 함께 좁히겠다는 약속이다.

왜 젖은 손이 더 위험한가. 옴의 법칙을 떠올리면 답이 나온다. 몸에 흐르는 전류는 전압을 인체 저항으로 나눈 값이다.

쓰는 법 · 같은 220볼트에서 인체 저항이 22킬로옴이면 전류는 10밀리암페어인데, 젖어서 저항이 11킬로옴으로 줄면 전류는 20밀리암페어로 배가 된다.

물에 젖으면 인체 저항이 낮아진다. 분모가 작아지니 몸에 흐르는 전류는 커진다. 같은 전압을 만졌는데도 젖은 손이 훨씬 위험한 이유가 이것이다. 전류값별로 사람 몸이 어떻게 반응하는지 세부 수치는 규정 정본에 없으므로 다루지 않는다. 원리만 붙들어라.

보호장치 문제에서 이름이 섞이는 지점

이 단원에서 사람들이 틀리는 지점은 세 곳으로 모인다. 첫째는 누전차단기와 배선용차단기의 역할을 바꾸는 것이다. 둘째는 접지와 절연을 같은 것으로 여기는 것이다. 셋째는 중성선과 보호도체를 섞는 것이다. 하나씩 왜 그렇게 되는지 보자.

첫째부터다. 누전차단기가 과부하도 잡는다고 믿는 사람이 많다. 앞 대목에서 본 원리를 떠올리면 답이 나온다. 누전차단기는 들어간 전류와 나온 전류의 차이를 본다. 과부하는 차이가 없다. 그래서 못 잡는다. 배선용차단기는 반대로 차이를 보지 않고 크기를 본다. 그래서 누전을 못 잡는다. 시험은 이 둘의 이름을 서로 바꿔 놓은 선지를 낸다. 예를 들어 누전차단기가 단락을 잡는다는 선지가 나오면 틀린 것이다.

둘째는 접지와 절연이다. 절연은 전기가 새지 않게 막는 일이고 접지는 새는 전기를 땅으로 데려가는 일이다. 막는 것과 데려가는 것은 방향이 반대다. 절연저항이 높다는 것은 새는 길이 없다는 뜻이고, 접지가 좋다는 것은 혹시 새면 확실하게 흘려 주는 길이 있다는 뜻이다. 둘을 같은 것으로 여기면 절연저항 측정 문항에서 접지저항을 답으로 골라 버린다.

셋째는 중성선과 보호도체다. 앞에서 보았듯 파란색은 평소 일하는 선이고 녹색-노란색은 사고 때 일하는 선이다. 색을 바꿔 쓴 선지가 나오면 그 자리에서 가려라. 세 지점을 한 줄로 묶으면 이렇다. 누전이냐 과부하냐, 막느냐 흘려 보내느냐, 평시냐 사고냐. 갈림말이 모두 두 갈래다.

차단기·개폐기·퓨즈 역할 대조표

기기 세 가지를 표로 묶는다. 역할 대조 문항은 이 표 하나로 풀린다.

보면 누전차단기만 홀로 새는 전류를 맡는다. 배선용차단기와 퓨즈는 같은 자리를 지키는 다른 기기다. 퓨즈는 끊어지면 다시 쓸 수 없다. 배선용차단기는 손잡이를 다시 올리면 쓸 수 있다. 예를 들어 220볼트 조명 회로에 배선용차단기가 있고, 욕실처럼 물기가 있는 곳에는 누전차단기를 따로 붙인다고 읽으면 된다.

수치보다 구분을 먼저 외워라

이 단원의 복습 순서는 정해져 있다. 수치보다 구분을 먼저 외워라. 구분이 서야 수치가 붙일 자리가 생긴다. 절연저항 0.5와 1.0도, 누전차단기 감도 30과 15도, 어느 갈래에 붙는 값인지를 알아야 기억에 남는다.

짝으로 묶어 외우라. 누전차단기와 배선용차단기, 절연과 접지, 중성선과 보호도체, 과부하와 단락, SELV·PELV와 FELV. 다섯 쌍이다. 각 쌍에서 왼쪽과 오른쪽이 무엇으로 갈리는지 한 문장씩 적어 보라. 예를 들어 220볼트 옥내배선의 절연저항 기준을 물으면, 500볼트 이하 회로이므로 1.0메가옴 이상이라고 답이 나온다. 구분이 먼저 서면 이렇게 수치가 저절로 따라온다. 거꾸로 수치만 외우면 시험장에서 짝을 찾지 못한다.