전기 충격의 원리
일반적인 3상 4선 전력 공급 시스템에서 중성선 (PEN 선 또는 N 선)은 접지됩니다. 이론적으로 중성선의 전위는 지구와 동일합니다. 3상 부하가 균형을 이루고 있을 때 중성선을 통해 거의 전류가 흐르지 않습니다. 그러나 사람이 중성선에 접촉하고 중성선에 고장이 발생하면 전기 충격 사고가 발생할 수 있습니다.
전기 충격은 주로 인체를 통과하는 전류 때문에 발생합니다. 전기 충격으로 인한 인체의 피해 정도는 인체를 통과하는 전류의 크기와 지속 시간, 그리고 전류 경로와 관련이 있습니다. 일반적으로 50Hz 또는 60Hz의 전력 주파수 전류가 인체를 통과하여 10mA를 초과하면 사람이 독립적으로 전원에서 벗어나지 못할 수 있습니다. 전류가 30mA를 초과하면 심실 세동 등의 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.
전기 충격을 유발할 수 있는 중성선 고장 조건
중성선 단락
중성선이 단락될 때 3상 불균형 상태에서는 단락 지점 이후의 중성선 전위가 변하게 됩니다. 예를 들어 3상 4선 시스템의 조명 회로에서 특정 지점에서 중성선이 단락되면 각 상의 부하 (예: 전등)가 완전히 같을 수 없기 때문에 원래 중성선을 통해 전원으로 돌아갈 전류가 정상적으로 흐르지 않습니다. 이때 가장 많은 부하를 가진 상을 예로 들면, 해당 상의 일부 전류가 다른 상의 부하와 중성선을 통해 루프를 형성하여 중성선의 전위가 0이 아니게 되고 더 높은 전압으로 상승할 수 있습니다. 이때 사람이 이 활성화된 중성선에 접촉하면 인체를 통과하는 전류가 생겨 전기 충격이 발생합니다.
중성선 접촉 불량
중성선과 장비의 연결 지점이나 배전반의 중성선 단자에서 접촉 불량이 매우 흔합니다. 접촉 불량은 해당 지점의 저항을 증가시킵니다. 오옴의 법칙 U=IR에 따라 전류가 흐르면 접촉 불량 지점에서 전압 강하가 발생합니다. 이 전압 강하가 중성선의 전위가 지구 전위에서 벗어나게 만든다면 사람이 이를 접촉할 때 전류가 흐르고 전기 충격이 발생합니다.
중성선과 상선 사이의 단락 후 접지 고장 (더 복잡한 상황):
이러한 상황은 중성선에 위험한 전압이 발생할 수 있습니다. 예를 들어 전기 장비 내부에서 중성선과 상선 사이에 단락이 발생하면 단락 후 큰 전류가 보호 장치를 작동시킬 수 있습니다. 그러나 고장이 회로를 완전히 차단하지 않거나 접지 시스템이 완벽하지 않은 경우 일부 단락 전류가 접지 장치를 통해 지구로 흐를 수 있습니다. 이때 중성선에는 일정한 잔류 전압이 발생할 수 있으며, 사람이 중성선에 접촉하면 전기 충격을 받게 됩니다.
전기 충격의 피해 현상
전기 충격 손상
전류가 인체를 통과하면 신경계와 심장 등 중요한 기관에 직접적인 전기 충격 손상을 입힙니다. 인체는 마비감을 느끼게 되며, 전류가 증가함에 따라 이러한 느낌이 더 강해지고 근육 경련이 발생할 수 있습니다. 전류가 오랜 시간 지속되거나 전류가 클 경우 호흡 마비와 심장 정지로 이어질 수 있습니다. 예를 들어 인체를 통과하는 전류가 수십 mA 이상이 될 경우 심실 세동을 일으키며, 이는 심장이 효과적으로 혈액을 펌핑하지 못하게 하는 매우 위험한 부정맥입니다.
전기 화상
사람이 중성선에 접촉하여 전기 충격을 받을 때 접촉 지점에서 아크가 발생하거나 전류가 인체 내에서 열을 발생시키면 전기 화상이 발생합니다. 전기 화상의 정도는 전류의 크기, 접촉 시간, 인체 저항과 관련이 있습니다. 일반적으로 고전압 및 대전류의 전기 충격은 심각한 전기 화상을 유발하기 쉽습니다. 전기 화상은 피부뿐만 아니라 피하 조직, 근육, 뼈에도 심각한 손상을 줄 수 있습니다. 예를 들어 사람이 상대적으로 높은 전압의 중성선에 접촉하면 접촉 지점이 타서 탄화되고, 주변 조직은 열 손상으로 인해 발적, 물집 등의 증상을 보일 수 있습니다.
