사고

감전의 위험은 '전압'이 아니라 인체에 흐르는 '전류'로 결정된다. 옴의 법칙에 따라 같은 인체저항이라도 전압이 높을수록 전류가 커지므로 고압이 더 위험하지만, 저압(220V)도 충분히 치명적이다. 일반적으로 인체에 1mA 정도부터 감지, 5mA 이상이면 고통, 10~20mA에서는 스스로 손을 떼지 못하는 가수전류(이탈 한계)에 이르고, 약 50mA 이상이 수 초간 흐르면 심실세동(사망)으로 이어질 수 있다. 그래서 누전차단기 정격감도전류를 인체 보호용으로 30mA(또는 욕실·수영장 등 물기 있는 곳 15mA) 이하, 동작시간 0.03초 이내로 정하는 것이다.

대지전압(상전압)과 선간전압의 관계는 '계통 접지방식'에 따라 전혀 달라지므로, 감전 위험을 따지기 전에 반드시 접지방식(TN/TT/IT)을 먼저 확인해야 한다. 중성점이 직접접지(또는 다중접지)된 3상4선식에서는 대지전압(상전압)이 선간전압을 √3으로 나눈 값이다. 예를 들어 380V 3상4선식 계통의 대지전압(상전압)은 380/√3 ≈ 220V이다. 그러나 비접지(IT)·델타 계통에서는 이 관계가 성립하지 않는다. 비접지·델타 계통은 중성점이 접지돼 있지 않으므로 정상 상태의 각 상 대지전압이 선로의 부유정전용량(케이블 대지 커패시턴스)으로 결정되어 본래 불안정하며, 평형이 깨지거나 1선 지락이 나면 크게 변동한다. 특히 완전 1선 지락 시에는 지락된 상의 대지전압이 0에 가까워지는 대신 건전상(나머지 두 상)의 대지전압이 상전압의 √3배, 즉 선간전압 수준까지 상승한다. 다시 말해 '대지전압 = 선간/√3'은 직접접지 계통의 관계일 뿐이고, 비접지·델타 계통은 오히려 평소 대지전압이 불안정하고 지락 시 건전상 대지전압이 선간전압까지 치솟아 절연·감전 위험이 더 커진다.

현장에서 가장 위험한 오해 중 하나가 '접지선은 평소 0V니까 활선 중에 분리해도 된다'는 생각이다. 절연이 양호한 정상 상태에서는 접지점 전위가 거의 0V라 대개 아무 일이 없다. 그러나 절연불량으로 누전이 있거나, 특고압 케이블 차폐선을 양단접지한 경우 유도전압이 실려 분리하는 순간 계통 전압에 육박하는 전위가 걸려 감전·아크가 발생한다. 또 변압기 중성점 접지를 살아 있는 상태로 분리하면 불평형 전위차가 그대로 노출된다. '0V일 것'이라는 가정을 믿지 말고, 활선 중 접지선·중성선·차폐선 임의 분리는 원칙적으로 금지해야 한다. 정전 작업은 반드시 '차단 → 검전 → 방전(접지기구로 잔류전하 방전) → 단락접지 → 작업' 순서를 지킨다.

3상4선식(예: 380V/220V) 계통에서 중성선(N)은 단상부하의 전류 귀로이자 전위 기준점 역할을 한다. 정상이라면 각 단상부하에는 상전압인 220V가 걸린다. 그런데 중성선이 끊기거나 접촉불량으로 임피던스가 커지면, 두 상에 걸린 단상부하들이 380V(선간전압) 사이에 직렬로 매달린 꼴이 된다.

이때 직렬로 연결된 부하들에는 각 부하 임피던스 비율로 380V가 분배된다(전압 분배 법칙). 부하가 가벼운(임피던스가 큰) 쪽에는 220V를 훌쩍 넘는 과전압(300V 이상도 가능)이 걸려 가전제품이 '뻥' 터지고, 무거운(임피던스가 작은) 쪽에는 저전압이 걸려 제대로 동작하지 못한다. 흔히 '과전압은 전기가 빠져나가지 못해 생긴다'고 잘못 설명하는데, 정확한 원리는 중성선 단선으로 인한 부하 임피던스 분배에 따른 전압 재분배다.

그래서 3상4선식 분전반·간선에서 중성선 단선·접촉불량은 가장 조심해야 할 사고 유형이다. 특정 세대만 과전압/저전압을 호소하거나, 한전 계량기가 다수 소손되는 징후가 보이면 즉시 중성선 체결 상태를 점검하고 의심되면 해당 부하를 차단해야 한다. 중성선은 결코 단독으로 개폐되어서는 안 되며(상선보다 먼저 끊기거나 늦게 붙으면 안 됨), 분전반 점검 시 중성선 단자의 토크와 발열을 최우선으로 확인한다. 참고로 '중성선만 만지면 감전되지 않는다'는 것도 틀린 통념이다. 불평형·중성선 단선·접지 불량 시 N선에도 전위가 실려 감전될 수 있다.

전기화재 통계에서 단자·접속부의 접촉불량은 빠지지 않는 1순위 원인이다. 메커니즘은 다음과 같다. 헐거운 체결이나 압착 불량(터미널을 등쪽으로 거꾸로 압착, 품질 낮은 저급 터미널 사용)으로 접촉저항 R이 커지면, 통전 시 발열량 P=I²R이 증가한다. 이 발열이 금속의 팽창·수축을 반복시키고, 그 결과 체결이 더 헐거워져 접촉저항이 더 커지는 악순환(thermal runaway)이 진행되어 결국 과열·아크·화재로 발전한다.

예방의 핵심은 네 가지다. 첫째, KS 규격 압착단자를 사용하고 올바른 방향(전선 도체가 들어가는 배쪽)으로 규정 공구로 압착한다. 둘째, 제조사가 지정한 규정 토크로 나사를 체결한다(토크가 부족하면 접촉불량, 과하면 도체·나사 손상). 셋째, 한쪽만 물리지 말고 양측 단자대를 사용해 도체를 안정적으로 고정한다. 넷째, 주기적으로 적외선 열화상(서모그래피) 카메라로 발열점을 점검하고 토크를 재확인한다. 열화상에서 주변보다 온도가 뚜렷이 높은 접속점이 보이면 접촉불량의 전조이므로, 통전 중지 후 재체결하거나 단자를 교체한다. 알루미늄 도체는 산화·크리프 특성으로 풀림이 잘 생기므로 더 자주 점검한다.

누전(지락)은 충전부가 절연 파괴로 대지 또는 외함으로 새는 현상이다. 보호의 1차 방어선은 누전차단기(ELB/RCD)인데, '차단기가 안 떨어졌으니 절연이 나빠도 계속 쓴다'는 생각은 매우 위험하다. 누전차단기가 동작하지 않는 경우는 의외로 많다. ① 비접지 계통에서는 1선 지락 시 대지로 흐르는 전류가 작아 동작 전류에 못 미칠 수 있고, ② 부하 자체가 접지 없이 떠 있으면 누설 경로가 형성되지 않는다. ③ 정격감도전류(예: 30mA) 미만의 누설은 검출되지 않으며, ④ 중성선과 접지선을 공통으로 묶은 결선 오류, ⑤ 차단기 자체 불량이나 테스트 버튼 미점검도 부동작 원인이다.

그래서 절연저항이 기준 미달이거나 비정상으로 낮으면, 차단기가 트립되지 않더라도 누전·감전·화재의 '사고 전 단계'로 보고 원인을 찾아 시정해야 한다. 절연저항은 KEC 기준으로 사용전압 구간별 최소값이 규정된다. 예를 들어 SELV·PELV는 0.5MΩ 이상, FELV 및 500V 이하는 1.0MΩ 이상이며(DC 시험전압도 구간별로 정해짐), 과거 0.1~0.2MΩ 같은 관용값을 그대로 적용해서는 안 된다. 측정은 부하를 분리한 뒤 정격에 맞는 절연저항계(메거, 예 500V)로 한다.

누전이 의심되면 절연저항계(MΩ)와 누설전류계(mA)를 함께 사용한다. 후크온(클램프) 누설전류계로 R·S·T·N 전선을 한 번에 모두 물리면 정상일 때 벡터합이 0에 가깝고, 누설이 있으면 그 차이만큼 잔류전류가 표시된다. 이 방법으로 실제 누설 경로를 먼저 확인한 뒤 회로별로 좁혀 들어간다.

비접지 또는 델타 결선 계통은 중성점이 없어, 1선 지락이 발생해도 즉시 큰 고장전류가 흐르지 않아 정전 없이 운전이 가능한 반면, 지락 검출이 어렵다는 단점이 있다. 또한 1선 지락 시 건전상 대지전압이 선간전압 수준까지 상승하므로, 그동안 절연이 과도하게 스트레스를 받는다는 점도 함께 유의해야 한다. 이를 보완하려고 여러 보호기기를 조합한다.

GPT(접지형 계기용변압기)는 3상 1차를 Y로 접지해 가상 중성점을 만들고, 2차 개방델타(broken delta) 결선에서 지락 시 영상전압(3V0)을 검출한다. 완전 1선 지락 시 개방델타 단자에는 통상 정격의 √3배에 해당하는 영상전압이 나타나며 흔히 '약 190V'라는 관용 수치로 인용되지만, 실제값은 결선·정격·지락 정도에 따라 달라지므로 단정적으로 외우기보다 원리(완전지락 시 3V0 = 건전상 전압의 합)로 이해해야 한다.

CLR(한류저항, Current Limiting Resistor)은 GPT 3차 개방델타 단자에 연결해 지락 시 유효전류 성분을 흘려준다. 이 유효전류가 SGR(선택지락계전기)의 동작을 안정·확실하게 만들고, 동시에 중성점 전위의 진동(중성점 불안정)과 간헐 아크지락에 의한 이상 과전압을 억제한다. SGR은 영상전류(ZCT)와 영상전압(GPT)의 위상 관계를 보고 여러 회선 중 '어느 회선에서' 지락이 났는지 선택해 동작한다. OVGR(지락과전압계전기)은 영상전압의 크기가 정정값을 넘으면 경보·트립한다. NGR(중성점 접지저항, Neutral Grounding Resistor)은 중성점을 저항접지해 지락전류의 크기 자체를 적절히 제한하는 장치다.

실무에서 비접지·델타 계통은 1선 지락이 곧바로 정전으로 이어지지 않으므로, 자칫 방치하면 2선 지락(상간 단락)으로 확대되어 대형 사고가 된다. 따라서 GPT·SGR·OVGR 경보를 상시 감시하고, 지락 경보가 뜨면 신속히 고장점을 찾아 제거해야 한다.

결상(欠相)은 3상 중 한 상이 단선되는 현상이다. 정지 중 결상이면 기동이 안 되지만, 운전 중 결상이면 더 위험하다. 3상 전동기가 운전 중 한 상을 잃으면, 남은 두 상만으로 같은 기계출력(부하 토크)을 내려고 하기 때문에 그 두 상에 흐르는 전류가 크게 증가한다. 이론적으로 같은 출력 조건에서 잔여 상 전류는 정상 대비 약 √3배 수준까지 올라갈 수 있다.

여기서 흔한 오해를 바로잡아야 한다. '결상되면 전압이 √3배가 된다'는 말은 틀렸다. √3배 경향으로 증가하는 것은 전압이 아니라 전류다. 증가한 전류는 권선의 발열(I²R)을 급격히 키워, 과부하 보호가 미처 동작하기 전에 권선 절연이 타버릴 수 있다.

그래서 3상 전동기에는 결상보호가 필수다. 결상계전기(상결상 검출 릴레이), 전자식 과전류계전기(EOCR)의 결상 검출 기능, 또는 역상·결상을 함께 감시하는 보호기기를 적용한다. 일반 열동형 과부하계전기(THR)만으로는 결상 시 잔여 상 과열을 충분히 빨리 잡지 못할 수 있으므로, 중요 부하나 대용량 전동기에는 결상·역상·불평형을 종합 감시하는 EOCR류를 권장한다.

피뢰기(LA)·SPD: 피뢰기는 낙뢰·개폐서지 같은 이상전압이 들어오면 도통되어 그 에너지를 대지로 흘려보내 기기를 보호한다. 따라서 접지가 없으면 방전 경로가 없어 '달려만 있는' 무용지물이 된다. 접지선과 적정 접지저항 확보가 피뢰기 성능의 본질이며, 저압 측에는 SPD(서지보호기)를 적용하되 SPD 전단에는 분리용 차단기(MCCB)와 적절한 결선·접지가 필요하다.

고조파 사고: 비선형 부하(인버터, SMPS, LED 등)는 고조파 전류를 발생시킨다. 특히 제3고조파 등 3배수(영상) 고조파는 3상에서 위상이 모두 같아 중성선에서 상쇄되지 않고 산술적으로 중첩(In = 3·I0 경향)된다. 그 결과 부하전류가 평형이어도 중성선에 큰 전류가 흘러 과열될 수 있다. 또 고주파에서는 표피효과로 도체 유효단면이 줄어 더 발열한다. 대칭좌표법으로 영상전류를 다룰 때 위상을 0/120/240으로 임의 적용하면 크기는 같아 보여도 위상이 달라져 계산이 틀린다는 점에 주의해야 하며, 고조파 함유 시 실측값은 단순 계산값과 크게 다를 수 있다. 대책은 중성선 단면적 강화, K-factor 변압기, 영상(제3)고조파 필터 적용 등이다.

변압기 사고: 중성점 접지방식 선정, 병렬운전 시 %임피던스·극성·상회전·변압비 일치 조건, 절연유(OT) 열화·온도(OT/WT) 점검이 핵심이다. %임피던스가 서로 다른 변압기를 병렬운전하면 부하분담이 불균형해져 한쪽이 과부하·과열된다.

보호계전(ACB/VCB): 순간정전·한전 사고 시 트립 여부는 부족전압 보호(UVR/UVT)의 정정 전압과 동작시간에 좌우된다. 순간정전 지속시간이 UVR 동작시간보다 짧으면 트립되지 않고, 길면 트립된다. ACB는 UVT(부족전압 트립장치)를 내장할 수 있고 VCB는 보통 별도 UVR로 검출한다. 과전류·지락은 OCR(50/51)·OCGR로 보호하며 Tap(전류 정정)과 time(동작시간) 정정을 협조시킨다.

검사·점검 행정: 사고 책임은 행정 판단과 직결된다. 고압 수전 건물에 모자분리(별도 계량기)로 전기차 충전기를 증설할 때 총 수전용량 변경이 없으면 사용전검사 대상은 아니지만, 신설된 '전기안전점검' 대상이 된다(7kW 1대만 설치해도 해당). 충전 회로에는 누전차단기를 적용하고 보호도체(접지선) 굵기·케이블 규격 적합성을 확인해야 하며, 1차 판단 책임은 선임된 전기안전관리자에게 있다. 전기안전관리자는 일상·정기점검 등 법정 직무를 실제로 수행할 의무가 있고, 근무 없이 자격증만 걸어두는 것은 사실상 자격증 대여로 간주될 수 있다. 부재 시에는 요건을 갖춘 직무대행자를 지정해야 한다. 시공 부적합을 발견하면 시정 요청과 함께 점검기록·사진으로 증거를 남기는 것이 사고 시 책임 소명의 핵심이다.