지하실에서 전기 기술자가 작업하는 것을 지켜보고 있습니다. 주 전원 패널이 열려 있고, 전기가 흐르는 상태로, 잠재적인 죽음을 초래할 수 있는 200암페어가 바로 몇 인치 거리에 있습니다. 기술자는 맨손으로 중성선 버스 바를 잡습니다. 당신의 심장이 멎습니다. 하지만 기술자는 꿈쩍도 하지 않습니다. 10초 후, 기술자는 전선 연결 나사를 조이고, 계속 피부가 닿은 채로 전구를 교체하는 것처럼 흥얼거립니다.
여기서 무슨 일이 일어나고 있는 걸까요? 중성선 도체가 조명, 가전제품, 모터에서 전류를 다시 가져와 회로를 완성한다면, 왜 그 버스 바를 만지는 사람이 감전되지 않는 걸까요? 그리고 더 중요한 것은—언제 치명적이 되는 걸까요?
그 답은 몇 가지 직관에 어긋나는 물리학, 너무 자주 반복되어 “상식”이 되어버린 위험한 미신, 그리고 일상적인 유지 보수와 치명적인 감전 사이에 있는 중요한 접지 요구 사항과 관련이 있습니다. 먼저 활선 중성선 바를 만져도 보통 죽지 않는 이유부터 시작하겠습니다.
제로 볼트 구역: 활선 중성선 바를 만질 수 있는 이유
패널의 중성선 바를 안전하게 만질 수 있게 하는 것은 바로 이것입니다. 만지고 있는 땅과 전기적으로 연결되어 있습니다. 말 그대로입니다. 전기가 집으로 들어오는 서비스 입구에서 중성선 도체는 접지 전극 시스템에 본딩(연결)됩니다. 이 접지 시스템은 접지봉, 금속 수도관 또는 콘크리트 매립 전극을 통해 땅에 연결됩니다. 당신은 그 땅 위에 서 있습니다.
이것이 우리가 부를 “제로 볼트 구역”—중성선 바, (본딩된) 접지 바, 금속 패널 인클로저, 발밑의 땅이 모두 동일한 전위를 갖는 등전위면을 만듭니다. 전압 차이가 없으면 전류가 흐르지 않습니다.
전위를 고도처럼 생각하십시오. 평평한 표면, 즉 완벽하게 수평인 바닥에 서 있다면 “내리막길”이 없어 넘어질 곳이 없습니다. 물이 흐르지 않고, 물체가 굴러가지 않으며, 넘어지지 않습니다. 전압도 마찬가지입니다. 물이 고도 차이가 있을 때만 흐르는 것처럼, 전류는 두 지점 사이에 전위 차이가 있을 때만 흐릅니다.
콘크리트 바닥에 서 있는 상태에서 한 손으로 중성선 바를 만지면 두 접촉점(손과 발)은 모두 동일한 전위, 즉 땅을 기준으로 0볼트입니다. 내리막 경사가 없고, 전류가 흐르지 않으며, 감전되지 않습니다. 전기 기술자의 태연한 자신감은 허세가 아니라 물리학입니다.
프로 끝#1: 중성선 버스 바는 서비스 입구에서 접지에 본딩되어 있기 때문에 안전하게 만질 수 있습니다. 이렇게 하면 당신, 바, 발밑의 땅 사이에 전위차가 0이 됩니다. 이 본딩은 NEC Article 250.24(A)(5) 및 IEC 60364-5-54에 따라 서브패널이 아닌 한 지점에서만 발생합니다.
하지만 여기서 흥미로운 점이 있습니다. 그 중성선 바에는 전류가 흐르고 있습니다. 때로는 상당한 전류—주 전원 패널의 중성선 버스에서 15암페어, 30암페어, 심지어 50암페어 이상이 흐릅니다. 그렇다면 왜 아주 작은 부분이라도 몸을 통해 흐르지 않을까요? 이것이 전기 작업에서 가장 위험한 미신으로 이어집니다.
“최소 저항 경로”가 전기 기술자를 죽이는 이유
수천 번 들어봤을 것입니다. “전기는 최소 저항 경로를 택한다.” 포럼, YouTube 비디오, 그리고 불행히도 더 잘 알아야 할 전기 기술자들이 반복합니다. 이것은 모든 직업 학교에서 가르치고 졸업하는 사람이 거의 기억하지 못하는 것입니다. 문제는 다음과 같습니다. 완전히 틀렸습니다.
음, 완전히는 아닙니다. 강이 “최소 저항 경로”를 따라 내리막길을 간다는 의미에서는 기술적으로 사실이지만, 강처럼 전기도 단 하나의 경로로 제한하지 않습니다. 전기는 사용 가능한 모든 경로 를 통해 소스로 돌아가고, 각 경로의 컨덕턴스(저항의 역수)에 비례하여 전류를 나눕니다. 이것은 키르히호프의 전류 법칙이며, 1845년부터 검증된 물리학입니다.
숫자를 넣어 봅시다. 그러면 “최소 저항 경로” 미신이 무너집니다. 10 AWG 구리선을 통해 20암페어를 서비스 입구로 다시 전달하는 중성선 버스 바를 만지고 있다고 상상해 보십시오. 50피트 길이의 10 AWG 중성선 도체의 저항은 약 0.05옴입니다. 마른 피부를 통해 손에서 발까지의 신체 저항은? 손에 땀이 얼마나 나는지, 부츠가 얼마나 좋은지에 따라 1,000옴에서 100,000옴 사이입니다. 보수적으로 10,000옴이라고 합시다.
이제 중요한 통찰력이 있습니다. 전류는 저항에 반비례하여 나뉩니다. 그 10 AWG 전선은 신체 저항의 1/200,000배(0.05Ω 대 10,000Ω)이므로 전선은 신체보다 200,000배 더 많은 전류를 전달합니다. 중성선을 통해 20암페어가 흐르면 신체는 약 0.0001암페어 또는 0.1밀리암페어를 받습니다. 그것은 전류의 1/10,000입니다. 느끼지 못할 것입니다. 전선은 19.9999암페어를 받고, 당신은 0.0001암페어를 받습니다. 두 경로 모두 전류를 전달하지만 그 차이가 너무 커서 경로가 “없음”을 전달하는 것처럼 인식합니다.”
Pro-Tip#2: 전기는 당신보다 전선을 “선택”하지 않습니다. 모든 경로를 비례적으로 택합니다. 신체 저항이 너무 높아서 전류의 몫이 심실 세동을 일으키는 위험한 밀리암페어(가슴을 통해 30-50mA)가 아닌 마이크로암페어로 측정되기 때문에 감전되지 않습니다.
이것이 “최소 저항 경로” 미신이 매우 위험한 이유입니다. 사람들이 저저항 경로가 있으면 완전히 안전하다고 생각하게 만듭니다. 안전하지 않습니다. 더 안전할 뿐이며, 이는 매우 다릅니다. 젖은 손으로 결함이 있는 장비에서 가슴을 가로질러 회로를 완성하면 접지를 통해 “더 나은” 경로가 있더라도 심장을 멈출 만큼 충분한 전류가 심장을 통해 흐를 수 있습니다. 그 미신은 사람들을 안일하게 만들기 때문에 죽입니다.
전압 강하 유령: 전압이 있지만 느끼지 못하는 이유
이제 기술적인 논의에서 밝혀진 내용을 다루어 보겠습니다. 전류가 흐를 때 실제로 중성선 버스 바를 따라 작은 전압 차이가 있습니다. 이것을 “전압 강하 유령”이라고 부르겠습니다. 좋은 멀티미터로 측정할 수 있지만 정상적인 조건에서는 해를 끼치지 않습니다.
존재하는 이유는 다음과 같습니다. 모든 도체는 저항이 있습니다. 구리 버스 바와 두꺼운 게이지 전선도 마찬가지입니다. 전류가 저항을 통해 흐르면 전압이 떨어집니다. 실제 시나리오에 대해 계산해 보겠습니다.
부하가 걸린 회로(예: 100와트 백열전구 10개)에서 패널로 15암페어를 다시 전달하는 100피트 길이의 12 AWG 구리 중성선이 있다고 상상해 보십시오. 75°C에서 12 AWG 구리의 저항은 1,000피트당 약 2.01옴 또는 100피트당 0.201옴입니다. 옴의 법칙(V = I × R)을 사용하면 다음과 같습니다. V = 15A × 0.201Ω = 3.02볼트. 이것이 전체 100피트 중성선 실행에서 총 전압 강하입니다.
이제 패널 내부의 중성선 3피트에만 집중하십시오. 전선이 들어오는 곳에서 버스 바에서 끝나는 곳까지입니다. 그 3피트에서 전압 강하는? 3피트 / 100피트 × 3.02V = 0.09볼트. 한 손으로 전선이 패널에 들어오는 곳에서 중성선을 만지고 다른 손으로 중성선 버스 바를 만지면 두 손 사이에 0.09볼트의 차이가 있습니다. 그것은 90밀리볼트입니다.
이것을 관점에서 보면 AA 배터리는 1.5볼트입니다. 이것보다 약 17배 더 높은 전압입니다. 마른 피부에 AA 배터리를 느낄 수 있습니까? 아니요. 0.09볼트도 느낄 수 없습니다. 피부는 마른 피부의 경우 약 30-50볼트의 감각 임계값을 가진 절연체 역할을 합니다(젖은 경우 훨씬 낮음—땀이 나는 손의 경우 10-20볼트까지 낮아짐). 그 임계값 아래에서는 전류가 피부의 외층을 거의 관통하지 않습니다.
충분히 민감한 전압계와 충분히 안정적인 손이 있다면 지형도처럼 버스 바 전체의 전압 구배를 매핑할 수 있습니다. 하지만 가장 높은 “피크”조차도 느끼기에는 충분하지 않을 것입니다. 이것이 전압 강하 유령 이 중성선 바를 괴롭히지만 해를 끼치지 않는 이유입니다.
프로 끝#3: 중성선 바에는 전압이 있습니다. 일반적으로 부하 상태에서 전선 1피트당 0.02-0.10V이지만 마른 피부의 저항을 극복하는 데 필요한 30-50V보다 훨씬 낮습니다. 이것이 또한 누전 차단기(GFCI)가 정상적인 중성선 전압 강하로 인해 트립되지 않는 이유이기도 합니다. 전압이 아닌 불균형 전류(5mA 초과)를 모니터링하고 있습니다.
지금까지는 모든 것이 꽤 안전하게 들립니다. 중성선 바는 접지에 본딩되어 0볼트 구역을 만듭니다. 신체의 높은 저항은 전류가 거의 흐르지 않음을 의미합니다. 존재하는 작은 전압 강하는 무해합니다. 하지만 이제 사람들을 죽이는 시나리오를 만날 시간입니다.
개방 중성선 살인자: “안전한” 전선이 치명적이 되는 경우
일상적인 전기 작업과 치명적인 사고를 구분하는 것은 다음과 같습니다. 맥락. 콘크리트 바닥에 서 있는 동안 적절하게 본딩된 패널에서 중성선 바를 만지십니까? 안전합니다. 부하 상태에서 업스트림에서 열린 중성선을 만지십니까? 당신은 죽었습니다. 언제 개방 중성선 살인자 가 공격하는지 보여드리겠습니다.
시나리오 1: 부하 상태에서 느슨한 연결
세탁기, 건조기, 전기 온수기가 모두 작동 중입니다. 공유 중성선 복귀 경로를 통해 결합된 35암페어를 당기고 있다고 가정해 보겠습니다. 업스트림 어딘가에서—정션 박스, 차단기 단자, 패널 중성선 바 자체에서—연결이 느슨합니다. 몇 달 동안 느슨해져서 천천히 가열되고 산화되어 저항이 증가하고 있습니다. 어느 날, 그 연결이 부하 상태에서 열립니다. 회로가 끊어졌습니다.
하지만 여기서 중요한 부분은 다음과 같습니다. 그 단절의 부하 측에 있는 중성선 도체는 이제 전체 라인 전압에 있습니다. 왜요? 전류가 가전제품의 활선 측에서 부하를 통해 흐르고 중성선이 연결되어야 하는 곳으로 내려가려고 하지만 거기에 도달할 수 없기 때문입니다. 가전제품은 전압 분배기가 되고 중성선은 접지를 기준으로 약 120V(120V 회로에서) 또는 230V(유럽 230V 회로에서)로 뜹니다.
지금 그 “중성선”을 만지십니까? 당신은 접지로 가는 경로가 됩니다. 전체 전류가 몸을 통해 흐릅니다. 이것이 경험이 풍부한 전기 기술자가 “일상적인” 작업을 하다가 죽는 방법입니다. 중성선을 다시 라우팅하기 위해 분리하지만 회로에 부하가 있다는 것을 깨닫지 못하고 맨선을 만지는 순간 120V가 몸을 통해 접지로 전류를 보냅니다.
프로 끝#4: 차단기를 껐더라도 회로에 전원이 공급되는 동안에는 중성선 도체를 분리하지 마십시오. 다중 전선 분기 회로(MWBC)는 하나의 차단기만 꺼져 있는 경우 중성선을 통해 전압을 역전류로 공급하여 “죽은” 중성선이 실제로 접지를 기준으로 120V에 있는 치명적인 시나리오를 만들 수 있습니다.
시나리오 2: 다중 전선 분기 회로 트랩
MWBC에 대해 말하자면 DIYer와 전문가 모두를 죽이는 특정 고장 모드가 있습니다. 다중 전선 분기 회로는 하나의 공유 중성선을 사용하여 반대 위상에서 두 개의 120V 활선 도체에 전원을 공급합니다. 균형 잡힌 부하에서 중성선은 두 활선 부하 간의 차이만 전달합니다. 하지만 패널에서 공유 중성선을 열면 어떻게 되는지 알려드리겠습니다.
회로 1은 거실 조명(200W, 약 1.7A)에 전원을 공급합니다. 회로 2는 창문 에어컨 장치(1,500W, 약 12.5A)에 전원을 공급합니다. 두 차단기를 모두 끕니다. 회로가 “죽었습니다.” 맞습니까? 틀렸습니다. 중성선을 재배치하기 위해 버스 바에서 분리합니다. 중성선이 열리는 순간 두 회로는 240V에 직렬로 연결됩니다. (북미 분할 위상 시스템에서).
이제 200W 조명이 240V에서 1,500W AC 부하와 직렬로 연결됩니다. 전압은 부하의 임피던스에 비례하여 나뉩니다. 조명은 약 28V를 봅니다. 중성선—당신이 잡고 있는 것—현재 접지 기준으로 212V입니다. 전압 테스터기로 두 활선에서 모두 0을 읽었습니다. 당신은 확신합니다. 당신은 틀렸습니다. 만지시겠습니까? 게임 끝입니다.
이 시나리오로 인해 차단기를 껐기 때문에 “전기가 끊긴” 전선에서 작업하고 있다고 생각한 여러 전기 기술자가 사망했습니다.
시나리오 3: 서비스 입구에서 중성선 끊김
악몽 같은 시나리오: 서비스 입구에서 유틸리티 중성선 연결이 끊어집니다. 이는 부식, 물리적 손상 또는 웨더 헤드에서 잘못된 연결로 인해 발생할 수 있습니다. 부하가 작동 중인 상태에서 주 중성선이 열리면, 모든 120V 회로는 240V에 직렬로 연결됩니다. 한 상의 조명은 과전압을 받아 폭발합니다. 다른 상의 전자기기는 저전압을 받아 고장납니다. 그리고 가정의 모든 중성선 도체는 부하 균형 및 상 구성에 따라 240V의 일부로 점프합니다.
중성선(모든 “접지”선, 모든 금속 기기 프레임)을 만지면 신체를 통해 접지로 240V 회로를 완성하게 됩니다. 서비스 입구에서의 단일 연결은 절대적으로 협상할 수 없습니다.
중성선-접지 본딩이 협상 불가능한 이유
지금까지 논의한 모든 것—제로 볼트 영역, 등전위면, 적절하게 본딩된 중성선 바를 만져도 감전되지 않는 이유는 하나의 중요한 연결에 달려 있습니다. 서비스 입구에서의 중성선-접지 본딩. 이것은 제안이 아닙니다. “최고의 방법”도 아닙니다. 법적 효력이 있는 코드 요구 사항입니다.
NEC 조항 250.24(A)(5) (2023년판)에서는 서비스 차단기에서 “중성선 도체를 접지해야 한다”고 규정하고 있으며, 오직 서비스 차단기에서. 국제적으로, IEC 60364-5-54 동일한 원칙을 확립합니다. 일반적으로 설치 원점에 하나의 주 접지점이 있습니다.
이 단일 지점 본딩이 중요한 이유는 다음과 같습니다. (1) 전체 전기 시스템에 대한 기준 전위를 설정합니다. 이것이 없으면 “중성선”과 “접지”가 서로 상대적으로 떠다니고 전압 차이가 치명적이 될 수 있습니다. (2) 고장 전류가 소스로 돌아가는 낮은 임피던스 경로를 보장합니다. 활선이 접지된 금속 인클로저에 닿으면 결과적으로 발생하는 고장 전류는 차단기를 빠르게 트립할 수 있을 만큼 높아야 합니다(이상적으로는 0.1초 이내). 이를 위해서는 견고한 접지 연결이 필요합니다. (3) 중성선 손실 시 과전압 상태를 방지합니다. 유틸리티 중성선이 열리고 접지 시스템이 본딩되지 않으면 집 전체가 위험한 전압으로 떠다닐 수 있습니다. (4) 인체 접촉에 대한 안전한 제로 기준을 제공합니다. 중성선 바, 접지 바, 패널 인클로저 및 접지는 모두 등전위가 되어 앞에서 논의한 제로 볼트 영역을 만듭니다.
“단 하나의 본딩만” 규칙을 위반하여 서브패널에서 중성선과 접지를 본딩하면 어떻게 될까요? 병렬 접지 경로가 생성되어 중성선 전류가 접지 도체와 금속 전선관을 통해 흐르기 시작합니다. 이러한 경로는 연속 전류를 전달하도록 설계되지 않았습니다. 가열됩니다. 연결이 부식됩니다. 그리고 갑자기 당신을 보호해야 하는 “접지”선이 금속 기기 프레임을 만질 때 당신을 감전시킬 만큼 충분한 전류를 전달하고 있습니다. 하나의 본딩은 회로도입니다. 두 개의 본딩은 소송을 기다리는 것과 같습니다.
이것이 이유입니다. NEC 250.142(B) 서비스 차단기 다운스트림의 어느 지점에서도 중성선을 접지하는 것을 명시적으로 금지합니다. 하나의 본딩. 서비스 입구에서. 다른 곳에서는 안 됩니다.
전문가 팁 #5 (중요 안전): 중성선-접지 본딩은 정확히 한 지점, 즉 서비스 차단기 또는 주 패널에 있어야 합니다. 서브패널(250.32 예외), 기기, 정션 박스에서 중성선을 접지에 본딩하지 마십시오. 이 단일 지점 본딩은 고장 전류가 올바르게 흐르도록 하고 중성선 전류가 접지 경로를 통해 이동하는 것을 방지합니다.
결론: “안전”이 “치명적”이 되는 경우”
따라서 중성선 버스 바가 안전한 경우와 치명적인 경우에 대해 배운 내용은 다음과 같습니다.
중성선 버스 바는 다음과 같은 경우에 당신을 죽이지 않습니다. 서비스 입구에서 접지에 적절하게 본딩되어 있고, 접지된 표면(콘크리트, 흙, 고무 매트 아님)에 서 있고, 회로가 정상 작동 중이고(개방, 고장, 한쪽 다리가 꺼진 MWBC 없음), 피부가 건조하고 손상되지 않았습니다(1,000+옴 저항).
중성선 버스 바는 다음과 같은 경우에 당신을 죽일 것입니다. 부하 상태에서 중성선 연결이 업스트림에서 열립니다(“중성선”에 전체 라인 전압이 가해짐), 차단기가 꺼져 있지만 중성선이 분리된 다중 와이어 분기 회로에서 작업하고 있습니다, 서비스 입구 중성선이 고장났습니다(전체 시스템에 과전압이 발생함), 또는 젖어 있거나 땀을 흘리거나 손에 상처가 있습니다(피부 저항이 100-500Ω으로 떨어짐).
이러한 시나리오 간의 차이점은 컨텍스트이며 컨텍스트는 보이지 않습니다. 중성선을 보고 안전한지 알 수 없습니다. 이미 몸을 통해 흐르기 전에는 전압을 느낄 수 없습니다. 업스트림에서 대기 중인 열린 중성선의 윙윙거리는 소리를 들을 수 없습니다. 가슴을 통해 흐르는 120V와 당신 사이에는 컨텍스트만 있으며 컨텍스트는 밀리초 단위로 변경됩니다.
이것이 모든 전기 코드, 모든 안전 표준, 모든 교육 프로그램이 동일한 원칙을 강조하는 이유입니다. 달리 입증될 때까지 모든 도체를 통전된 것으로 취급하십시오. 비접촉 전압 테스터를 사용하십시오. 멀티미터를 사용하십시오. 활선에서 접지, 활선에서 중성선, 중성선에서 접지로 테스트하십시오. 그리고 NEC 조항 250, NFPA 70E 아크 플래시 요구 사항 및 적절한 잠금/태그아웃 절차에 익숙한 자격을 갖춘 전기 기술자가 아니라면 해당 패널을 열지 마십시오.
중성선 바는 죽이지 않을 것입니다. 죽일 때까지는요. 그리고 죽일 때는 경고를 주지 않습니다.
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