공조냉동기계기사 전기기기의 절연저항 측정 — 메거와 누전 진단

절연 상태를 확인하는 계기는 메거, 곧 절연저항계다. 절연저항은 메가옴 단위로 매우 커서 약한 전압을 걸어서는 값을 가릴 수 없으므로, 메거는 내부에서 500 V 또는 1000 V의 높은 직류전압을 만들어 피측정체에 인가하고 거기서 흐르는 아주 작은 누설전류로 절연저항값을 표시한다. 그래서 절연저항 측정 자리에 회로시험기나 검류계를 세운 선지가 오답이 된다. 회로시험기는 단락이나 접지 여부를 간단히 보는 데, 검류계는 미세한 전류의 흐름을 살피는 데 쓰는 계기이고, 저항과 인덕턴스와 정전용량을 두루 재는 계기는 R-L-C 미터다.

누전은 절연이 손상되어 전기가 본래의 길이 아닌 곳으로 새는 현상이므로, 누전 여부를 가리는 일은 곧 절연저항을 재는 일이 된다. 여기에도 메거가 서고, 전압계와 전류계는 정상 운전 중의 전기량을 재는 계기라 누전 진단에 서지 않는다. 검전기는 전기가 있는지 없는지만 알려 준다. 계기마다 재는 대상도 정리해 두어야 한다. 직류와 교류의 전압과 전류, 그리고 저항까지 두루 재는 다기능 계기는 회로시험기이고, 검상기는 상을 확인하는 데 쓰므로 절연저항 측정과는 거리가 있다.

저저항을 재는 자리에서는 브리지를 고르는 눈이 필요하다. 축전지의 내부저항처럼 아주 작은 저항은 접속선이나 접촉 저항의 영향이 크게 드러나 정밀하게 재기 어려우므로, 4선식 원리로 그 영향을 없앤 코올라우시 브리지(켈빈 더블 브리지)를 쓴다. 휘이트스톤 브리지는 보통 크기의 저항용이고, 캠벨이나 맥스웰 브리지는 인덕턴스나 정전용량을 다루는 자리이므로 저저항 측정과 구별한다.

계측 자리에는 측정 범위를 넓히는 계산이 딸려 온다. 전류계의 측정 범위를 넓히려면 계기와 병렬로 분류저항을 붙이고, 확대 배율은 1에 내부저항을 분류저항으로 나눈 값을 더해 구한다. 내부저항 2 Ω인 전류계에 0.4 Ω을 병렬로 붙이면 1 + 5 = 6배가 되며, 나눗셈 결과에 1을 더하지 않고 5배로 적는 것이 대표적인 함정이다. 전압계에는 반대로 직렬로 배율기를 붙이는데, 계기 내부저항에 계기가 감당하지 못하는 나머지 전압의 비율을 곱하면 배율기 저항이 나온다. 최대눈금 100 V, 내부저항 5000 Ω인 전압계로 150 V를 재려면 5000 × (150 − 100) ÷ 100 = 2500 Ω을 직렬로 넣는다. 배율기가 붙은 회로의 측정값은 전류를 거쳐 되짚는다. 배율기 50 kΩ과 내부저항 25 kΩ인 전압계가 직렬로 이어져 계기가 100 V를 지시했다면 전류가 100 ÷ 25 kΩ = 4 mA가 되고, 배율기 양단에 4 mA × 50 kΩ = 200 V가 걸려 측정 전압은 300 V가 된다. 전류를 계산에 쓰는 꼴도 함께 나온다. 저항 100 Ω인 전열기에 5 A가 흐르면 전류를 제곱해 저항을 곱한 25 × 100 = 2500 W가 소비된다. 교류 전력을 재는 전력계는 한 주기 동안 모은 평균 전력을 눈금에 새기고, 무효전력은 전압과 전류의 곱에 위상차의 사인값을 곱한 꼴로 적는다는 문항도 이 자리에 섞여 온다.