과전류

정상회로와 단락회로

과전류(Over current)는 전압이나 전류가 급격하거나 순간적으로 증대하는 현상을 일컫는 말로 규정값, 허용 한계 이상으로 전류가 흐르는 현상을 말한다.

보통의 모든 전기 기기에는 I=V/R [A] , P=VI[W]라는 공식에 따라서 사용할 수 있는 전압과 기기의 저항값 또는 전력값 등이 표시되어 있다. 또한 전선에도 전기를 운반할 수 있는 전기량, 즉 허용전압이나 전류의 양이 적혀 있다. 과전류에는 단락전류, 과부하전류, 과도전류로 나눌 수 있다. 단락전류는 보통 선로가 합선 되었을때, 과부하 전류는 부하의 변동 등에 의해 정격전류보다 큰 전류가 흐를 경우, 과도 전류는 변압기 투입전류 콘덴서 투입 및 개방시, 전동기 기동시 등 매우 짧은 시간에만 존재하고 서서히 감쇄하여 정상값으로 되돌아가는 과전류를 말한다.

정상적인 회로 구성일때는 I₂ 회로에 2A의 전류가 흐르지만, I₂회로가 단락되거나 과부하 되면 I₂ 회로에 2A 이상의 전류가 흐르게 되고 과전류가 흐르게 된다. 따라서 과전류가 흐를 수 있는 I₂회로에는 과전류 차단기를 설치하여 과전류가 흐를 때에는 회로를 차단하도록 하여야 한다.

정의

전선의 온도가 상승하면 기계적 강도와 절연이 저하되기 때문에 전선의 굵기, 종류 등에 따라 최대전류를 정하고 있다. 이를 허용전류라 하며 전선의 물리적 성질, 시설상태 및 절연피복의 허용온도에 따라 값이 결정된다. 전선 이외의 전기부품, 전기기기에서도 정격전류, 정격전압 등을 지정하여 사용하고 있다. 이 허용전류 또는 정격전압, 정격전류 등의 값을 초과하여 사용할 때 과전류가 발생했다고 한다.

과전류에 의한 발화 메커니즘

• 전선에 전류가 흐르면 Joule의 법칙에 의해 열이 발생하게 되는데, 이 때 정격전류를 초과하는 과전류에 의해서 발열과 방열의 평형이 깨어지면 과열하게 된다.
• 그러면, 과부하에 의한 자체 온도상승이 일어나거나 피가열체를 위험 온도 이상으로 가열하여 화재가 발생한다.
• 비닐절연전선의 경우 정격전류의 200~300%의 과전류에서 피복이 변질, 변형되고 정격전류의 500~600%에서 붉게 열이 난 후 용융하게 된다. 또한 전선이 절연할 수 있는 값보다 큰 전력이 흐르면 절연이 파괴되어 방전, 아크 등에 의해 화재가 발생할 수도 있다.

과전류 차단 장치

정격전류보다 큰 과전류가 흘러 발생할 수 있는 사고를 방지하기 위하여 회로에 과전류가 흐를 경우, 즉시 전류를 차단하는 장치이다.

누전차단기(漏電遮斷器)와 비슷한 맥락으로, 회로에 정격전류보다 큰 과전류가 흘러 전기 설비나 회로의 단자 및 기기 등을 손상시키거나 도선의 과열에 의한 화재 등을 발생함을 미연에 방지하기 위하여 회로에 과전류가 흐를 경우, 즉시 전류를 차단하는 장치이다. 실내 배선용 분전반에 많이 사용되며 컷아웃 스위치라고도 부른다.

백색 자기제의 개폐장치 내부에 퓨즈를 끼울 수 있게 되어 있어 퓨즈의 단락을 통하여 전류를 차단하며, 현재는 일회성 퓨즈를 사용하는 안전기 대신 안전 차단기(safety breaker)를 많이 사용한다.

참고자료

• 과전류에 의해 단락된 전선의 결정성장 특성에 관한 연구 - https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO201707851604578.pdf
• 조진원 소방 기술사, 〈과전류의 개념과 과전류 차단기의 종류〉, 《네이버 블로그》, 2012-04-18
• 〈과전류 차단 장치〉, 《사이언스올》, 2015-11-25

같이 보기

• 전류
• 정격전류
• 단락

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