표준 차단기는 왜 접지 고장으로부터 보호하지 못하는가

회로에서 중성선이 끊어지고 표준 차단기가 있는 경우, 차단기는 중성선을 모니터링하거나 보호하지 않기 때문에 감전 위험이 발생합니다. 표준 차단기의 내부 메커니즘은 작동 중에 접지 고장 전류를 감지하도록 설계되지 않았습니다. 표준 회로 차단기는 과부하와 단락을 방지하도록 설계되었지만, 접지 고장은 방지하지 않습니다.

표준 차단기는 핫 와이어의 전류를 모니터링하고, 전류가 차단기의 정격을 초과하면(주로 과부하나 단락으로 인해) 트립합니다. 그러나 중성선이 끊어진 경우, 고장 전류는 접지 와이어를 통해 소스로 돌아갈 수 있습니다. 이는 메인 패널에서 접지와 중성 단자 막대가 결합되어 있기 때문입니다.

따라서, 차단기의 정격 용량보다 낮은 전류가 의도하지 않은 경로를 통해 회로를 통과할 수 있습니다. 핫 와이어를 통해 과도한 전류가 흐르지 않기 때문에, 차단기는 고장을 감지하지 않고 닫힌 상태를 유지합니다. 결과적으로, 회로의 일부가 전기를 유지하면서, 차단기가 해결하지 않는 숨겨진 감전 위험이 생깁니다.

전기 회로에서 가장 일반적인 고장 유형은 다음과 같습니다:
과부하와 단락

표준 차단기는 과부하 또는 직접 단락(핫에서 중성 또는 핫에서 핫으로 직접 전류가 흐르는 고-전류 고장)으로 인한 과도한 전류에 반응합니다. 이러한 조건은 전류 급증을 생성하며, 차단기는 이를 감지하고 손상을 방지하기 위해 트립합니다.

접지 고장

접지 고장은 핫 와이어에서 접지된 표면으로 전류가 누출될 때 발생하며, 중성선을 우회합니다(예: 중성선이 끊어졌거나 활선이 금속 가전제품 케이스나 습한 표면에 접촉했을 때). 접지 고장은 특히 작은 양의 전류만 접지로 누출되는 경우, 표준 차단기를 트립시키기 위한 고 전류 급증을 생성하지 않을 수 있습니다. 이 누출은 차단기의 트립 임계값에 도달하지 않으면서 심각한 감전 위험을 초래할 수 있습니다.

표준 차단기는 단락이나 접지 고장에 어떻게 반응합니까?

다음과 같이 표준 차단기가 회로에서 단락이나 접지 고장에 어떻게 행동하고 반응하는지 살펴보겠습니다.

예를 들어, 120V/240V 메인 패널에서, 조명 회로는 120V 공급원에 15암페어 표준 차단기에 의해 제어되고 보호되며, 중성 연결이 끊어집니다.

그림에서 보듯이, 메인 패널의 중성 막대가 사용 불가능하면, 반환 전류는 중성 막대로 돌아가려고 합니다. 중성 막대가 접지 막대와 결합되어 있으므로, 전류의 유일한 경로는(주로 변압기) 접지 와이어를 통해 소스로 돌아가는 것입니다. 이렇게 하면 회로가 형성되어 약 2.4암페어의 고장 전류가 흐릅니다. 전구는 여전히 약하게 빛날 수 있습니다.

이 2.4암페어의 고장 전류는 차단기의 15암페어 정격보다 훨씬 낮으므로 트립하지 않습니다. 따라서 모든 금속 구성 요소(설비 케이싱, 금속 레이싱, 연결 장치의 금속 본체 등)가 약 72V AC로 전기를 유지하면서, 회로는 감전 위험을 초래합니다.

이제, 중성이 끊어지고 핫 와이어가 장치의 금속 본체에 접촉하여 "중복 고장"이 발생하는 다른 시나리오를 고려해보겠습니다. 이 경우, 부하 저항이 없기 때문에 전구는 꺼집니다. 그림에서 보듯이, 약 4암페어의 고장 전류가 접지 컨덕터를 통해 소스로 흐릅니다.

다시 말해, 회로의 모든 금속 구성 요소가 120V AC로 전기를 유지합니다. 이 4암페어의 고장 전류는 차단기의 15암페어 임계값보다 낮으므로, 차단기는 트립하지 않습니다. 운영자가 설비 케이싱, 금속 레이싱, 또는 장치의 금속 본체에 접촉하면 심각한 감전 위험이 있습니다.

이러한 위험을 완화하기 위해 GFCI(Ground Fault Circuit Interrupter) 차단기가 표준 차단기보다 권장됩니다. GFCI 차단기는 접지 고장을 감지하고, 특히 중성선이 끊어진 경우에도 위험한 상황에서 트립하여 더 안전한 운전을 보장하도록 설계되었습니다.