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누설전류

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누설전류(漏泄電流, Leakage Current)란 장비의 교류 또는 직류 회로에서 접지로 흐르는 전류이며 적절하게 접지되어 있지 않으면 전류가 인체와 같은 다른 경로를 통해 흐른다. 이렇게 전기가 세는 현상을 누전이라 하며 누전을 통해 흐르는 전류를 누설전류라 한다.

개요

누설전류는 전기 회로에서 의도하지 않게 흐르는 전류로, 주로 절연체나 회로 내부의 불완전한 부품에서 발생한다. 이상적인 전기 회로에서는 전류가 정해진 경로를 따라 흐르지만, 현실에서는 다양한 요인으로 인해 전류가 예기치 않은 경로를 통해 흐를 수 있다. 이는 전기 안전성, 효율성, 전자 장비의 성능에 영향을 줄 수 있으며, 특히 의료 기기나 고전압 전력 시스템에서는 중요한 문제로 간주된다.

누설전류 허용기준

전기설비기준의 판단기준 제 13조 (전로의 절연 저항 및 절연내력)

ⓛ 사용 전압이 저압인 전로에서 정전이 어려운 경우 등. 절연저항 측정이 곤란한 경우에는 누설전류를 1 ㎃ 이하로 유지하여야 한다

전기설비기준 제 27조(전선로의 전선, 절연성능)

① 저압 가공전선(중성선 다중접지식에서 중성선으로 사용하는 전선을 제외한다) 또는 고압 가공전선은 감전의 우려가 없도록 사용 전압에 따른 절연 성능을 갖는 절연전선 또는 케이블을 사용하여야 한다. 다만 해협 횡단·하천 횡단·산악지 등 통상 예견되는 사용 형태로 보아 감전의 우려가 없는 경우에는 그러하지 아니하다

② 지중 전선(지중 전선로의 전선을 말한다. 이하 같다)은 감전의 우려가 없도록 사용 전압에 따른 절연 성능을 갖는 케이블을 사용하여야 한다

③ 저압 전선로 중 절연 부분의 전선과 대지 사이 및 전선의 심선 상호 간의 절연저항은 사용 전압에 대한 누설전류가 최대 공급 전류의 1/2,000을 넘지 않도록 하여야 한다

누설전류의 발생 원인

누설전류는 여러 가지 요인에 의해 발생할 수 있다. 그중 주요 원인은 다음과 같다.

절연 불량

전기 시스템에서 절연체의 역할은 전류가 특정 경로를 따라 흐르도록 유도하는 것이다. 그러나 절연체가 불량하거나 손상되면 전류가 의도치 않은 곳으로 흐르게 되어 누설전류가 발생할 수 있다. 이러한 절연 불량은 시간이 지남에 따라 절연 소재가 노화되거나 열, 습기, 기계적 손상 등 외부 환경에 의해 악화될 수 있다.

기생 용량(Capacitive Leakage)

전자 장비의 회로에서는 종종 두 도체 사이에 작은 기생 용량이 존재하게 된다. 이 기생 용량은 전기 회로의 절연이 완벽하지 않음을 의미하며, 그로 인해 매우 소량의 전류가 두 도체 사이로 누설된다. 고주파 신호를 사용하는 회로에서 기생 용량에 의한 누설전류는 특히 더 큰 문제가 될 수 있다.

전자 부품의 불완전성

저항, 커패시터, 트랜지스터 같은 전자 부품은 이론적으로 이상적인 동작을 하지만, 실제로는 불완전성으로 인해 누설전류가 발생할 수 있다. 예를 들어, 커패시터는 절연체로 전류를 차단해야 하지만, 미세한 양의 전류가 절연체를 통해 흐르는 경우가 있다.

환경적 요인

습도, 온도, 먼지, 오염 등의 외부 환경 요인도 누설전류의 발생을 촉진할 수 있다. 습기가 많은 환경에서는 절연체가 물에 의해 전도성을 가지게 되어 전류가 누설될 수 있다. 이와 유사하게 먼지나 기타 오염 물질이 쌓이면 전기적 경로가 생기면서 누설전류가 증가할 수 있다.

누설전류의 영향

누설전류는 여러 가지 면에서 전기 시스템과 사용자에게 영향을 미칠 수 있다.

에너지 손실

누설전류는 에너지 손실로 이어질 수 있다. 전류가 설계된 경로를 따르지 않고 누설되면, 회로의 전력 효율이 저하되고, 장비의 성능도 떨어질 수 있다. 이는 특히 고전력 시스템에서 큰 문제가 될 수 있으며, 장기적으로 에너지 낭비로 이어진다.

전자 기기의 신뢰성 저하

누설전류는 전자 기기의 성능을 저하시킬 수 있다. 미세한 전류가 회로에서 예기치 않게 흐를 경우, 기기의 동작이 불안정해지거나 신호 왜곡이 발생할 수 있다. 특히 고정밀 전자 장비에서는 이러한 누설전류가 신호 무결성을 저하시키는 중요한 원인이 될 수 있다.

전기적 안전 문제

누설전류는 안전 문제와 직접적으로 연관될 수 있다. 전류가 외부 금속 부품을 통해 누설되면 사용자가 이를 접촉할 경우 전기 충격을 받을 위험이 있다. 이는 특히 의료 기기나 가정용 전자 기기에서 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 이 때문에 많은 국가에서는 전자 장비에 대한 엄격한 안전 규격을 요구하고 있다.

절연 파괴

장시간 누설전류가 발생하면 절연체가 손상되어 절연 파괴가 일어날 수 있다. 이는 더 큰 전기적 사고로 이어질 수 있으며, 화재나 장비 손상의 위험이 있다.

누설전류의 측정 및 관리

누설전류를 측정하고 관리하는 것은 안전하고 효율적인 전기 시스템을 유지하는 데 매우 중요하다.

누설전류 측정 방법

누설전류는 일반적으로 특수한 전류계 또는 누설전류 검출기를 사용하여 측정한다. 이 장비들은 매우 미세한 전류를 정확하게 감지할 수 있도록 설계되어 있으며, 의료 기기, 산업 장비, 가정용 전자 기기 등 다양한 응용 분야에서 사용된다.

  • 절연 저항 측정: 절연체의 저항을 측정하여 누설전류의 정도를 간접적으로 파악할 수 있다. 높은 절연 저항은 낮은 누설전류를 의미하고, 낮은 절연 저항은 높은 누설전류를 시사한다.
  • 누설전류 측정기: 특정한 누설전류 측정 장비를 통해 전기 기기에서 흐르는 미세한 전류를 감지할 수 있다. 이 장비는 주로 접지선이나 절연체를 통해 흐르는 전류를 측정하는 데 사용된다. 누전이 발생하면 중성점 접지로 전류가 흐르게 되기에 중성점 접지의 누설전류를 측정함으로써 설비의 전체 누전 상태를 파악할 수 있다. 측정된 값이 기준치를 초과하면 설비의 절연 상태가 불량하다는 것을 의미하기에 즉시 점검과 수리가 필요하다.
  • 전류 클램프 미터: 클램프 미터는 전선을 감싸는 방식으로 비접촉식으로 전류를 측정할 수 있는 도구이다. 이를 통해 특정 구간에서 흐르는 누설전류를 측정할 수 있다.

누설전류 감소 방법

누설전류를 줄이기 위해서는 적절한 절연 상태를 유지하고, 전자 장비의 설계를 최적화해야 한다.

  • 절연 품질 개선: 고품질의 절연재를 사용하고, 시간이 지남에 따라 절연이 열화되지 않도록 유지하는 것이 중요하다. 특히 고습도 환경에서는 절연 성능이 저하될 수 있으므로, 정기적인 절연 성능 점검이 필요하다.
  • 필터 및 접지 시스템 사용: 전자 장비에서 발생하는 기생 용량으로 인한 누설전류를 감소시키기 위해 필터 회로를 사용하거나 적절한 접지 시스템을 설계할 수 있다. 접지 시스템은 누설전류를 안전하게 방출할 수 있는 경로를 제공함으로써 전기적 위험을 줄여준다.
  • 정기적인 유지 보수: 전기 시스템을 정기적으로 점검하고, 기기에서 발생할 수 있는 절연 손상이나 부식 등을 미리 발견하여 대처하는 것이 중요하다. 이는 누설전류 발생을 예방하는 데 필수적이다.

참고자료

같이 보기


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