전선과 배선기구 — 굵기·기호·기구의 쓸모

전기설비 20문항 가운데 전선과 기구가 4~5문항이다

이 단원은 성격이 둘로 갈린다. 기호와 기구 이름은 외우는 것이고, 허용전류와 전압강하는 이해하는 것이다. 이 둘을 같은 방법으로 공부하면 둘 다 놓친다. 외울 것은 표로 굳히고, 이해할 것은 식을 뜯어 읽는다. 그게 이 편의 방침이다.

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점수 배분부터 보자. 전기설비 과목에서 스무 문항쯤 나온다. 그 가운데 전선과 배선기구가 서너 문항은 차지한다. 예를 들어 「인입용 비닐절연전선의 기호는 무엇인가」 하는 문항은 글자만 알면 한 문항을 바로 가져온다. 반대로 전압강하 계산은 식을 읽는 법을 몰라도 계산기를 두드리면 틀린다. 방향이 반대라는 뜻이다.

그래서 읽는 순서를 정했다. 먼저 전선의 몸을 본다. 그다음 기호를 글자로 쪼개 읽는다. 그다음 허용전류와 전압강하를 이해한다. 마지막으로 기구들을 역할로 갈라 본다. 이 흐름대로 가면 마지막 정리표가 저절로 외워진다.

전선은 도체와 절연물, 두 겹으로 되어 있다

전선은 속과 겉으로 나뉜다. 속의 도체(전기를 나르는 금속 심)가 전기를 보내고, 겉의 절연물(전기가 새지 못하게 감싼 피복)이 그 전기를 안에 가둔다. 수도관을 떠올리면 된다. 관 안의 물이 도체고, 관 벽이 절연물이다. 관 벽에 구멍이 나면 물이 샌다. 전선도 피복이 뜯어지면 전기가 밖으로 샌다.

도체로는 구리와 알루미늄이 대표적이다. 구리는 도전율(전기를 잘 흘리는 정도를 나타내는 값)이 높다. 같은 굵기라면 구리가 알루미늄보다 전기를 훨씬 잘 나른다. 알루미늄은 전기를 나르는 능력은 구리보다 떨어지지만 무게가 가볍다. 그래서 전주와 전주를 잇는 큰 선처럼 무게가 부담인 자리에 쓴다. 집 안 배선처럼 굵기보다 안전이 먼저인 자리는 구리를 쓴다. 예를 들어 콘센트 회로의 굵은 차이 하나로 흘릴 수 있는 전류가 달라지니, 도체의 재질은 장난감이 아니다.

도체의 모양으로는 단선과 연선이 있다. 단선은 가느다란 금속 대가 한 가닥인 것이다. 연선은 가는 가닥 여럿을 꼬아 묶은 것이다. 단선은 잘 휘면 부러진다. 그래서 잘 움직이지 않는 자리에 쓴다. 연선은 잘 휘어도 끊기지 않는다. 그래서 배관 안을 지나가며 굽는 집 안 배선에 쓴다. 예를 들어 두세 굽이 돌아 들어가는 벽 배관에 단선을 넣으면 굽는 자리에서 끊길 수 있다. 굽히고 싶으면 연선, 그대로 두면 단선. 이렇게 갈라 외우면 된다.

전선 기호는 글자마다 뜻이 있다

기호는 통째로 외우는 것이 아니다. 글자 하나하나 읽으면 된다. 먼저 글자의 뜻을 문장으로 세운다. O는 옥외용이다. D는 인입용이다. V는 비닐이다. R은 고무다. C는 가교폴리에틸렌 계열이다. N은 네온용이다. F는 평형, 그러니까 납작하게 누른 모양이다. W는 내후성, 그러니까 햇볕과 비를 견딘다는 뜻이다. 여덟 글자가 전부다.

이제 조합을 읽어 보자. IV는 옥내용 비닐절연전선이다. I는 옥내용을 뜻하는 글자고 V가 비닐이니까, 「집 안에서 쓰는 비닐 피복 전선」이 된다. OW는 옥외용 비닐절연전선이다. O가 옥외용이고 W가 내후성이니까, 「밖에서 비바람을 맞으며 쓰는 비닐 전선」이다. DV는 인입용 비닐절연전선이다. D가 인출용이 아니라 인입용이다. 전주에서 집까지 전기를 들여오는 선이다. HIV는 내열용 비닐절연전선이다. H가 내열을 뜻한다. 뜨거운 곳에 두어도 피복이 약해지지 않는 전선이다.

시험에서 가장 많이 어긋나는 지점이 여기다. O와 D를 뒤집는 것이다. 그러니 글자의 뜻으로 구분하라. O는 outdoor, 밖이다. D는 draw-in, 집으로 들여온다. 예를 들어 「옥외용」이라 적힌 선지에 DV를 놓으면 글자를 모르는 사람이 걸려 넘어진다. 글자를 알면 걸리지 않는다.

이 단원에서 가장 확실한 점수가 여기다. 여덟 글자의 뜻과 네 가지 대표 조합만 읽을 줄 알면, 전선 기호 문항은 매번 가져올 수 있다.

허용전류는 굵기만으로 정해지지 않는다

허용전류의 정의부터 정확히 세운다. 허용전류란 절연물이 견디는 온도를 넘지 않으면서 계속 흘릴 수 있는 전류이다. 요점은 「전류의 한계」가 아니라 「온도의 한계」라는 것이다. 전선은 흘릴 수 있는 전류가 아니라 견딜 수 있는 열이 정해져 있다.

전선에 전류가 흐르면 열이 난다. 수도관에 비유하면 물이 빠르게 흐를수록 관 벽과 마찰이 커지는 것과 같다. 이 열은 도체에서 나지만 고통을 받는 쪽은 절연물이다. 절연물은 일정 온도를 넘으면 물러지고 갈라진다. 그래서 허용전류의 기준은 언제나 절연물의 허용온도다. 내열용 전선이 같은 굵기로 더 큰 전류를 흘릴 수 있는 이유가 여기 있다.

그다음 요인을 보자. 도체의 단면적이 크면 열이 퍼지는 길이 넓어진다. 그래서 굵은 전선이 큰 전류를 흘린다. 주위온도도 끼어든다. 뜨거운 방에 있는 전선은 이미 데워져 있으니 조금의 열만 더해도 한계에 닿는다. 여름철 배관 안의 전선이 겨울철과 같은 값을 쓸 수 없는 이유다.

마지막으로 관 안의 가닥수가 끼어든다. 전선 여러 가닥이 한 관 안에 들어 있으면 서로 데운다. 각자 나는 열을 이웃이 흡수해 주지 않는다. 오히려 이웃의 열을 받아 더 뜨거워진다. 그래서 같은 관에 든 가닥수가 늘면 전선 하나가 흘릴 수 있는 전류는 줄어든다. 이런 계산에 쓰는 값을 전류감수 아닌 전류감소계수라 부른다. 시설 방법까지 같이 고려해야 하는 까닭이 이 것이다. 예를 들어 한 관에 전선 두 가닥을 넣는 경우와 넉 가닥을 넣는 경우를 같은 굵기 기준으로 같다고 답하면 틀린다. 그러니 문항에서 「관 안에 몇 가닥」인지를 항상 읽어라.

전압강하 — 길고 가는 전선이 문제를 만든다

전압강하는 전선을 지나며 전압이 떨어지는 현상이다. 보내는 쪽이 100볼트여도 받는 쪽은 그보다 낮다. 그 차이가 전압강하다. 수도관으로 치면 물이 먼 집까지 가는 동안 관 마찰로 수압이 빠지는 것과 같다. 관이 길고 가늘수록 도착하는 수압은 더 약하다.

식을 놓고 구조를 읽자. 단상 2선식의 약산식부터 보자.

쓰는 법 · 길이 20미터에 전류 10암페어, 단면적 5.5제곱밀리미터 전선이면 $e = \frac{35.6 \times 20 \times 10}{1000 \times 5.5} = 1.3$볼트쯤 내려간다.

분자를 보자. 길이 L과 전류 I가 위에 붙었다. 분자에 있으면 값이 커진다. 그러니 길거나 전류가 크면 전압강하는 커진다. 분모를 보자. 단면적 A가 아래에 붙었다. 분모에 있으니 반비례다. 굵어지면 전압강하는 작아진다. 35.6이라는 숫자는 단상 2선식의 계수일 뿐이다. 외우는 값이 아니라 구분하는 값이다.

방식마다 계수가 다르다. 3상 3선식은 다음과 같다.

쓰는 법 · 같은 조건에서 계수만 30.8로 바꾸면 $e = \frac{30.8 \times 20 \times 10}{1000 \times 5.5} = 1.1$볼트쯤 된다.

단상 3선식과 3상 4선식은 같은 식을 공유한다.

쓰는 법 · 계수 17.8을 대입하면 같은 조건에서 0.6볼트쯤으로 절반 아래로 내려간다.

세 식을 나란히 보면 뼈대는 하나다. 분자에 길이와 전류, 분모에 단면적. 바뀌는 것은 맨 앞의 계수뿐이다. 그러니 전압강하를 줄이는 길은 둘뿐이다. 전선을 굵게 하거나 배선을 짧게 하거나. 예를 들어 창고 끝까지 30미터를 끌고 가는 배선에서 등이 어둡다면, 굵기를 한 단계 올리는 것이 답이지 전류를 줄이라는 것이 답이 아니다. 식이 그렇게 말하고 있다.

전선 접속에는 지켜야 할 네 가지가 있다

전선과 전선을 잇는 자리를 접속이라 한다. 접속에는 네 가지 원칙이 있다. 하나씩 이유와 함께 보자.

첫째, 접속 부분의 전기저항을 늘리지 않는다. 접속이 헐거우면 그 자리가 저항이 된다. 저항이 있는 자리는 열이 난다. 예를 들어 스토브 회로의 접속이 헐거우면 그 한 자리가 달아 오르고, 주위 절연물이 탄다. 이것이 접속 불량으로 시작하는 화재의 순서다.

둘째, 전선의 세기를 20퍼센트 이상 줄이지 않는다. 여기서 세기란 전선이 잡아당기는 힘을 견디는 능력이다. 접속하려고 가닥 몇을 잘라 버리면 전선이 가늘어진다. 원래 세기의 80퍼센트까지만 깎을 수 있다는 뜻이다. 예를 들어 잇는 과정에서 절반 가닥을 끊어 버렸다면 이 원칙을 어긴 것이다. 접속은 전기를 잘 흘리게 하는 일이지 전선을 약하게 만드는 일이 아니다.

셋째, 접속 부분은 절연물과 동등 이상으로 피복한다. 원래 피복과 같은 성능으로 다시 감싸라는 뜻이다. 접속 자리의 절연이 약하면 그곳이 감전 지점이 된다. 맨살에 닿을 뻔한 자리를 절연테이프 한 겹으로 대충 감는 것은 원칙 위반이다.

넷째, 접속 부분에 장력이 걸리지 않게 한다. 전선이 잡아당겨지면 접속이 뜯긴다. 그래서 접속 자리를 만들기 전에 전선을 여유 있게 남겨 둔다. 예를 들어 천장에서 전선 무게가 계속 접속부를 아래로 잡아당기는 배선이라면, 중간에 전선을 고정해 힘이 접속부에 닿지 않게 해야 한다.

접속 기구 — 슬리브·커넥터·터미널

손으로 꼬아 두는 접속부터 단죄하자. 꼬아서 접속한 자리는 처음엔 붙어 있어도 시간이 지나면 풀린다. 사람의 손힘은 느슨해지기 마련이다. 그 자리에 전기가 흐르면 저항이 커지고 열이 난다. 그래서 꼬아 두기만 한 접속은 위험한 것이다. 손으로 꼬았다면 그 다음 반드시 기구로 고정해야 한다.

압착 슬리브는 금속 관에 꼬인 전선을 넣고 기계로 눌러 붙이는 기구다. 전선끼리 이을 때 쓴다. 눌러 붙이면 슬리브와 도체가 넓게 닿는다. 접촉 면적이 넓으니 저항이 늘지 않는다. 앞의 첫째 원칙을 기구로 지키는 방법이다.

와이어커넥터는 나선 모양의 고무 뚜껑이다. 전선 끝을 꼬아 넣고 돌려 감는다. 안의 나선이 전선을 물어 준다. 분전함 안에서 가는 전선을 나눌 때 자주 쓴다. 예를 들어 스위치에서 갈라지는 선 두세 가닥을 한곳에 모을 때 커넥터 하나로 끝낸다.

터미널 러그는 전선 끝에 붙이는 쇠 고리다. 볼트로 조여 개폐기나 차단기 단자에 고정한다. 큰 전류가 오가는 굵은 전선일수록 이 방식을 쓴다. 예를 들어 분전반에 들어가는 주회로 전선은 터미널 러그로 조여 잡는다. 굵은 선을 볼트로 조이면 접촉 면적이 넓고 힘에도 견딘다.

박스 안 접속의 원칙도 짚자. 접속부는 반드시 접속함 안에 넣는다. 벽 속이나 관 속에 맨 접속부를 두면 안 된다. 나중에 점검하려고 열어 볼 수도 없고, 사고가 나도 보이지 않기 때문이다. 예를 들어 천장등 배선을 이을 때도 조인트 박스를 쓰는 이유가 여기 있다.

개폐기와 차단기는 하는 일이 다르다

이 대목의 답은 한 줄이다. 개폐기는 전류를 열고 닫는 것이고, 차단기는 사고 전류를 끊는 것이다. 평소 쓰는 자와 비상 때 쓰는 자가 다르다는 뜻이다. 수도꼭지와 비상밸브로 생각하면 된다. 꼭지는 매일 물을 틀고 잠근다. 비상밸브는 파열 사고 때 관을 통째로 막는다.

커버나이프 스위치는 개폐기다. 칼날을 올리고 내려 회로를 열고 닫는다. 옛날 방식이라 지금은 새로 시설하지 않는 것이 원칙이지만, 시험에서는 개폐기의 원형 개념으로 나온다. 칼날이 드러난 모양 그 자체가 「열고 닫는」 장치임을 보여 준다.

배선용차단기는 둘 다 한다. 평소에는 손잡이를 올려 전류를 넣고 내린다. 그래서 개폐기 구실을 한다. 그런데 과전류가 흐르면 저절로 떨어진다. 이때는 차단기 구실을 한다. 예를 들어 한 콘센트 회로에 전열기를 몰아 꽂으면 몇 분 뒤 손잡이가 내려가며 회로가 끊긴다. 그게 배선용차단기가 사고 전류를 끊는 모습이다.

누전차단기는 다른 종류의 위험을 막는다. 전기가 사람이나 기기로 새어 나가는 것, 그러니까 누전을 감지해서 끊는다. 배선용차단기가 「너무 큰 전류」를 끊는다면, 누전차단기는 「정해진 길이 아닌 곳으로 흐르는 전류」를 끊는다. 예를 들어 젖은 손으로 기기를 만져 몇 밀리암페어가 몸으로 새면 누전차단기가 움직여 목숨을 살린다.

접지와 조륨 보호 이야기, 그러니까 누전차단기가 어떻게 사람을 지키는지 자세한 원리는 접지 편에서 다룬다. 이 편에서는 역할의 구분선만 가져가라. 열고 닫는가, 끊는가. 이 물음 하나로 문항의 절반이 갈린다.

점멸기 — 3로 스위치는 어디에 쓰나

등을 켜고 끄는 스위치를 점멸기라 한다. 절연 전선이 아니라 기구 쪽의 이름이다. 점멸기의 갈래는 「몇 곳에서 제어하느냐」로 정해진다.

단극 스위치는 한 곳에서 켜고 끈다. 방 안 벽에 하나 달린, 우리가 매일 보는 스위치다. 접점이 하나라서 한 곳에서만 지배할 수 있다.

그런데 계단을 오르내려 보자. 아래에서 켜고 위에서 끄고 싶다. 긴 복도도 마찬가지다. 이쪽 끝에서 켜고 저쪽 끝에서 끄고 싶다. 이때 필요한 것이 3로 스위치 두 개다. 3로 스위치는 접점이 갈라지는 스위치다. 레버를 올리면 한쪽 길이 열리고, 내리면 다른 길이 열린다. 두 개를 양쪽 끝에 달면 어느 쪽에서든 지금 상태를 반대로 뒤집을 수 있다. 예를 들어 계단 아래 스위치를 올려 등을 켜고, 위에 도착해 위쪽 스위치를 내리면 등이 꺼진다. 다시 내려가다가 아래에서 올리면 다시 켜진다. 두 스위치가 서로의 상태를 상쇄하는 구조다.

세 곳 이상에서 제어하려면 4로 스위치를 끼운다. 3로 두 개 사이 어디에나 넣을 수 있다. 4로 하나를 넣으면 세 곳, 둘을 넣으면 네 곳이다. 예를 들어 복도가 길어 중간 문에도 스위치가 필요하면, 양 끝에 3로를 두고 중간에 4로 하나를 넣으면 된다.

이 배선은 실기 시험에서도 나오는 대표 조합이다. 3로 두 개가 만나는 회로를 손으로 그려 본 사람은 필기 문항에서 선의 수를 물어도 헷갈리지 않는다. 시간이 나면 한 번 직접 그려 보라. 두 점멸기 사이에 선이 두 가닥 지나가는 그림이 왜 나오는지 눈으로 보면 잊히지 않는다.

콘센트와 플러그, 그리고 접지극

콘센트에 구멍이 두 개인 것과 세 개인 것이 있다. 세 번째 구멍이 접지극이다. 접지극은 기기의 몸체를 땅에 이어 주는 길이다. 이 길이 왜 필요한지 사고로 보자.

세탁기의 몸체가 금속이라 하자. 안의 전선이 닳아 몸체에 닿았다. 이때 접지극이 없으면 몸체에 전기가 머문다. 사람이 몸체를 만나면 그 전기가 몸을 지나 땅으로 흘러간다. 그게 감전이다. 접지극이 있으면 이야기가 달라진다. 몸체에 흐른 전기는 접지극을 타고 땅으로 바로 빠져 나간다. 전기는 저항이 작은 길을 좋아한다. 사람보다 접지극 길이 훨씬 저항이 작으니 사람을 지나가지 않는다. 콘센트의 접지극은 이렇게 누전 시 전류를 땅으로 보내 사람을 지키는 역할을 한다.

예를 들어 젖은 세탁실에서 접지극 없는 콘센트에 접지극 없는 플러그를 꽂는다면, 감전 위험이 커진 상태로 기기를 쓰는 것이다. 젖은 손은 전기를 잘 흘려 보내기 때문이다.

습기 있는 곳의 콘센트는 따로 신경 쓴다. 물기가 구멍으로 들어가면 합선과 감전이 함께 온다. 그래서 물이 닿을 수 있는 자리에는 방수형 기구를 쓴다. 뚜껑이 있거나 안쪽에 물막이 구조가 있는 콘센트가 그것이다. 욕실이나 세탁실, 야외처럼 물이 오는 곳을 떠올리면 된다. 규정 수치는 이 편에서 다루지 않는다. 왜 접지극이 있고 왜 방수형인지, 그 이유만 가져가면 문항의 뼈대가 보인다.

전선 문제에서 자주 어긋나는 것

이 단원에서 틀리는 지점은 대체로 세 곳이다. 하나씩 왜 그렇게 되는지 보자.

첫째, 기호를 통째로 외우다가 O와 D를 뒤집는 것이다. 옥외용과 인입용을 한 덩어리로 외우면 시험장에서 순서가 섞인다. IV·OW·DV·HIV를 소리로만 달달 외운 사람이 「DV는 옥외용 비닐절연전선이다」라는 선지를 고르는 장면이 실제로 많다. 앞에서 배운 대로 글자로 읽어라. D는 인입용이다. 이렇게 한 글자씩 닻을 내려 두면 선지가 뒤집혀도 보인다.

둘째, 허용전류를 굵기만으로 판단하는 것이다. 「굵은 전선은 무조건 큰 전류를 흘린다」고 믿는 것이다. 굵기는 요인 중 하나일 뿐이다. 주위온도가 높으면 줄어들고, 관 안 가닥수가 많아도 줄어든다. 예를 들어 같은 굵기의 전선이라도 한 관에 한 가닥일 때와 넉 가닥일 때 흘릴 수 있는 전류가 다르다. 문항에 「한 관에 몇 가닥인가」가 적혀 있다면 그 문항은 그 문장을 읽으라는 신호다.

셋째, 전압강하 식에서 분모에 단면적이 있다는 것을 놓치는 것이다. 숫자 계산에 몰두하다 식의 구조를 못 본 것이다. 분모에 있으니 반비례다. 그래서 전선을 두 배 굵게 하면 같은 조건에서 전압강하는 절반보다 조금 더 내려간다. 분자에 붙은 길이는 비례다. 길이를 두 배 늘리면 전압강하는 두 배가 된다. 예를 들어 배선 길이를 20미터에서 40미터로 늘리면 전압강하는 그대로 두 배가 커진다. 식을 읽는 눈이 있으면 계산 전에 답의 방향이 보인다. 방향이 보이면 계산 실수도 잡아 낸다.

전선 기호와 색상 정리표

마지막으로 표로 굳히자. 아래 표는 이 편에서 다룬 기호와 정해진 전선 색상을 모은 것이다. 시험 직전에 이 표만 다시 보면 된다. 열은 기호와 구분, 뜻, 쓰는 곳 순서다.

기구 이름은 문제에서 만나야 굳는다

복습하는 방법을 정리하며 이 편을 닫는다. 전선 단원의 공부는 둘로 갈라야 한다. 기호와 색상은 눈으로 굳히고, 허용전류와 전압강하는 손으로 굳힌다. 방법이 다르니 복습도 갈라 하라.

기호는 위의 정리표를 하루 한 번 눈으로 훑는 것으로 충분하다. 예를 들어 사흘 동안 매일 아침 표를 한 번씩 보면, 시험장에서 「DV」를 보자마자 「인입용」이 입에서 나온다. 소리 내어 통째로 외우는 것보다 글자의 뜻을 붙들고 보는 쪽이 오래 간다.

계산은 손으로 해야 한다. 전압강하 약산식을 놓고 실제 숫자를 넣어 보라. 예를 들어 길이 25미터, 전류 12암페어, 단면적 8제곱밀리미터의 단상 2선식 회로라면 식에 대입해 직접 전압강하를 계산해 보는 것이다. 계수가 35.6이든 30.8이든 17.8이든 뼈대는 같으니, 계수를 바꿔 가며 세 번만 풀면 식이 손에 익는다.

기구 이름은 문항을 만나며 굳힌다. 슬리브·커넥터·터미널·3로 스위치·누전차단기는 글로 읽을 때는 비슷해 보이지만, 문항 속에서 「어디에 쓰는가」와 물으면 서로 갈라진다. 예를 들어 「세 곳에서 한 등을 켜고 끄려면 무엇이 필요한가」라는 물음에 4로 스위치를 답할 수 있다면 이 단원은 잡은 것이다. 다음 편은 접지다. 접지극이 땅으로 전기를 보내는 이유를 더 깊이 파 들어간다.