전압에 대한 수감각
누전차단기에 정격전압이라고 적힌 곳을 봅시다. 정격은 제조사가 안전을 보장하는 값 입니다. 110/220V라고 적혀있죠? V는 volt의 약자로 전압의 단위입니다. 볼트라고 읽습니다. 이 제품은 110V와 220V를 지원하는 제품이라는 뜻입니다. 한국에서는 기본적으로 220V의 전압이 사용되고 있습니다. 국가마다 표준전압이 다릅니다. 미국에서는 대부분 120V, 일본에서는 100V를 사용합니다. 이 누전 차단기의 전압이 범위로 표시된 이유는 여러 국가에서 사용할 수 있는 제품이기 때문입니다. 이런 것을 프리 볼트 제품이라고 합니다.
220V가 어느 정도 크기인지 잘 모르겠죠? 전압에 대한 수 감각을 키워봅시다. 아래 그림은 AAA 크기의 건전지입니다. 1.5V라고 적혀있는 것이 보이죠? 가정용 전기는 건전지의 146배 큰 전압입니다.
동시에 발전소에서 만들어진 전기는 어느 정도의 전압일까요? 아래는 송전탑입니다. 발전소에서 만들어진 전기를 필요한 곳으로 보내주는 역할을 합니다.
송전탑에 흐르는 전압은 최대 765kV(킬로볼트)에 달합니다. 1kV는 1000V입니다. 따라서 765kV는 765,000V로 가정용 전기의 3477배의 크기입니다. 엄청나게 큰 전류를 만들 수 있는 힘입니다.
1.5V, 220V, 765kV와 같은 몇몇 숫자들은 기억해두면 좋습니다. 그렇게 되면 어떤 전압을 만나도 이 숫자와 비교를 통해서 그 전압을 가늠해볼 수 있거든요. 그렇게 알게 된 새로운 숫자는 우리의 숫자 감각을 더 정교하게 만들어줄 것입니다. 전기에 대한 숫자 감각을 키우는 것은 우리 수업의 핵심 효과 중의 하나입니다.
합선이 위험한 이유
그럼 누전차단기는 어떤 경우에 차단되는 것일까요? 다시 누전 차단기를 살펴봅시다.
30A라고 적혀있는 것이 보이시죠? A는 Ampere의 약자로 암페어라고 읽습니다. 전류의 단위입니다. 최대 30A만큼의 전류를 공급할 수 있다는 의미입니다. 30A 이상의 전류가 흐르면 자동으로 전기가 차단됩니다. 주의할 것은 30A라는 것이 전기를 연결하면 무조건 30A만큼 전류가 흘러간다는 뜻이 아닙니다. 최대 30A까지만 전기를 공급해주겠다는 뜻입니다. 수로를 연결했다고 저수지에 가득 찬 물이 한꺼번에 쏟아지는 것은 아니죠? 장치를 많이 연결할수록 차단기를 통해서 공급되는 전류가 많아지게 되는데 30A 보다 전류가 많이 흐르면 자동으로 차단됩니다.
누전 차단기가 차단되었다면 전기를 많이 사용하는 전자제품부터 제외하면서 30A 보다 낮은 전류를 사용하도록 해야 합니다. 많은 전류를 사용하면 전선이 타서 집에 불이 날 수 있습니다. 또 엄청난 요금 폭탄을 맞을 수도 있습니다. 만약 30A가 한 달 동안 흐른다면 전기요금으로 280만원 정도 나오네요.
차단이 되는 경우가 또 있습니다. 바로 합선(Short circuit, 단락, 短絡)입니다. 이런 행동은 절대하면 안되는데, 전선의 피복을 벗겨서 전선끼리 접촉을 시키면 그것이 합선입니다. 합선이 되면 어떤 일이 생길까요? 옴의 법칙을 소환해서 합선이 되면 전류가 얼마나 흐를지 계산해봅시다.
I = V / R
우리가 아는 것은 아래와 같습니다.
- 전압 : 220V
- 저항 : 0Ω
전자제품들은 전기를 소비하면서 전류의 흐름을 방해합니다. 즉 저항입니다. 다른 말로는 부하(load)라고도 부릅니다. 전선과 전선을 직접 연결하면 방해하는 저항이 없기 때문에 부하가 0이 됩니다. Ω은 저항의 단위입니다. 옴(ohm)이라고 읽습니다. 220V가 흐르는 회로에 저항이 0Ω이면 아래와 같이 계산할 수 있습니다.
220V / 0Ω = 무한대
분모가 0이면 계산 결과는 무한대가 됩니다. 즉 무한대의 전류가 흐르게 되는 것입니다. 이것은 마치 댐의 물을 막은 둑이 무너져버린 것과 같은 상황입니다. 그럼 어떻게 되나요? 저장되어 있던 모든 물이 한꺼번에 쏟아지게 됩니다. 전기도 마찬가지입니다. 무한대의 전류가 흐르기 때문에 전선에 엄청나게 많은 전하가 흐르게 됩니다. 다시 말해서 전류의 값이 무한대가 됩니다. 전류가 많아지면 열이 발생합니다. 이것은 화재로 연결됩니다. 합선이 일어나는 흔한 사례가 전기선의 껍데기인 피복이 벗겨지는 것입니다. 자주 구부러지는 부분은 피복이 벗겨져서 합선이 쉽게 일어납니다. 30A 제한은 너무 많은 전기의 사용과 합선을 방지해주는 안전장치입니다. 누전차단기가 얼마나 고마운 존재인지 공감이 되시나요? 이미지 검색에서 아래 검색어를 입력해보세요.
추천검색어 : fire in overloaded power
