서론
전류는 저항이 가장 낮은 경로를 따라 흐른다는 말을 들어본 적이 있을 것입니다.
틀렸습니다!
사실, 이 생각은 틀린 것 이상으로 위험한 사고방식입니다. 전기와 전류의 흐름에 대해 이렇게 생각하는 것은 위험할 수 있습니다.
제가 교단에 있을 때, 저의 학생들은 일부러 "전류는 저항이 가장 낮은 경로를 따라 흐른다"라고 말하곤 했습니다. 학생들은 제가 즉시 야단을 치고 부연 설명을 할 것이라는 것을 알고 있었습니다(네, 이건 제 고질병이고, 그들은 그걸 잘 알고 있었습니다!). 이 속설에 대한 저의 강한 반감은 제가 받았던 고통스러운 전기 충격의 기억이 반영된 것입니다. 제가 젊었을 적 어느 날, 바닥의 왁스를 제거하느라 왁스 제거제가 가득 고인 바닥에 서 있던 중 느꼈던 전기 충격의 고통을 결코 잊지 못합니다. 바닥 연마기 내부에 뭔가 고장 났었나 봅니다. 믿어주세요, 그건 전기였습니다!
안전 접지
왜 그런지 이해하기 위해, 그림 1의 전원 연결을 살펴보시기 바랍니다. 이 B&K Precision의 1550 전원 공급 장치는 금속 섀시를 사용하고 있습니다. 아래 이미지는 케이스에 들어가는 IEC 전원 연결을 보여줍니다. 규정 준수를 위해, 안전 접지 선은 금속 케이스(섀시)에 단단히 고정되어 있습니다. 저항이 낮은 이 연결선은 납땜 후 내치 스타 와셔를 사용해 고정됩니다.
그림 1: 단단한 안전 접지가 특징인 금속 섀시로 된 전원 공급 장치의 IEC 연결. 이는 전기 안전에 있어 필수적인 규정 준수 요소입니다.
기술 조언: 그림 1의 IEC 커넥터에는 일체형 퓨즈가 있습니다. 사용자는 장비를 열지 않고도 편리하게 퓨즈를 교체할 수 있습니다.
최악의 시나리오
가능성은 지극히 낮지만, 최악의 시나리오를 써보자면:
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악의를 가진 꼬마 요정 그렘린이 케이스에 들어가서 전력선을 섀시와 직접 연결했다고 상상해 보십시오.
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또한 이 요정이 전원 공급 장치의 퓨즈를 구리 슬러그로 교체했다고 가정해 보십시오.
이 시나리오에서 금속 케이스는 전기적으로 전력선이 되고, 전원 공급 장치는 AC 전원에서 분리할 수 없습니다.
자 그럼 이제 “최소 저항 경로” 속설로 다시 돌아가, 만약 여러분이 젖은 지하실에 맨발로 서 있는 상태에서 전원 공급 장치의 금속 섀시에 손을 대면 어떤 일이 벌어질까요?
잠시 멈추고 생각해 보시기 바랍니다.
지금 우리에게는 매우 중요한 두 가지 전류 경로가 존재합니다:
- 섀시에서 안전 접시 선(3번째 전선)을 통해 안전 접지로 흐르는 경로.
- 섀시에서 젖은 발을 거쳐 건물의 대지 접지 기준으로 흐르는 경로.
만약 “최소 저항 경로” 속설이 사실이라면, 우리는 첫 번째 경로에 대해서만 걱정하면 될 것입니다. 작업대와 건물이 올바르게 연결되어 있고 전원 코드에서 접지 단자를 제거하지 않았다고 가정한다면 말입니다.
하지만 이 속설이 거짓이라면(실제로 그렇습니다), 우리는 그림 2에서 볼 수 있는 것처럼 몸을 통해 흐르는 전류를 고려해야만 합니다.
그림 2: 두 개의 회로 경로를 보여주는 단순화된 회로. 저항값은 실제 회로의 값이 아니라 설명을 위한 예시입니다.
경고: 그림 2는 전선 및 인체 저항에 대한 이상적인 값을 보여줍니다. 항상 인증된 전문가와 상담하여 주요 배선이 규정에 맞는지 확인하시기 바랍니다. 또한, 전문가에게 문의하여 비절연 섀시가 국제, 연방 및 주 규정에 따라 접지되어 있는지 확인하시기 바랍니다. 일부 지역에서는 비인가된 사람이 이러한 종류의 배선을 수행하는 것이 불법입니다.
전류는 모든 경로로 흐른다
옴의 법칙을 사용해 보면, 그림 2에서 큰 문제가 발생하는 것을 알 수 있습니다. 운이 좋다면 연결된 라인 퓨즈나 회로 차단기가 동작할 것입니다. 그러나 만약 그렘린이 퓨즈 박스에도 있다면, 지속적인 60A의 전류가 전력선에서 안전 접지로 흐르게 되고, 이로 인해 여러분의 몸에도 60mA의 전류가 흐르게 됩니다. 60mA는 이탈 한계(자신의 의지로 접촉된 전극을 놓을 수 있는 최대 전류 값) 이상이기 때문에 매우 위험합니다.
2Ω와 1 kΩ 사이에는 큰 차이가 있습니다. 저항이 가장 낮은 경로를 통해 전류가 흐를 것이라고 말하고 싶겠지만, 우리는 이것이 터무니없고 매우 위험한 가정이라는 것을 알 수 있습니다.
전기 장비의 안전 접지를 절대 제거하지 마십시오. 또한, 습한 장소에서는 누전 차단기를 사용하고 작업대를 전기적으로 절연하는 등의 기본적인 안전 예방 조치를 취하시기 바랍니다.
참, 그리고 전기 장비, 특히 안전 규정이 제대로 마련되기 전에 설계된 오래된 장비(네, 바로 저의 바닥 연마기 같은 장비요)를 사용할 때는 물 위에 서 있지 마십시오.
안전이 제일입니다!
Aaron
저자 소개
미합중국 해안경비대(USCG) 소령(LCDR)으로 전역한 Aaron Dahlen은 DigiKey에서 애플리케이션 엔지니어로 근무하고 있습니다. 27년간의 군 복무 동안 기술자 및 엔지니어로서 쌓아온 그 만의 전자 및 자동화에 대한 지식은 12년간의 교단을 통해 (상호 연계되어) 더욱 향상되었습니다. 미네소타 주립대학, Mankato에서 전기공학 석사(MSEE) 학위를 받은 Dahlen은 ABET(Accreditation Board for Engineering and Technology, 미국 공학 기술 인증 위원회) 공인 전기공학 과정을 가르치고, EET(Electrical Engineering Technology, 전기공학 기술) 과정의 프로그램 조정관으로 일했으며, 군 전자 기술자에게 부품 수준의 수리에 대해 가르쳤습니다. 미네소타 주 북부의 집으로 돌아와 이런 류의 연구와 글쓰기를 즐기고 있습니다.
영문 원본: Circuit Myths: Current Takes the Path of Least Resistance