KR100553061B1 - 감전위험경고표시장치 겸 누전차단기능 보조장치 - Google Patents

Abstract

전기기기의 비충전금속 부분에 충전전압이 접촉되고 누전차단기가 외부적 원인에 의하여 차단기능을 상실했을 때 비충전 부분과 대지사이에는 대지전압이 걸린다. 이때 비충전금속체에 경고램프를 발광케 하여 사람의 접근을 막아서 감전피해를 줄이는 효과와 누전차단기의 차단이 안되는 원인이 차단기 자체의 고장이 아니고 누전의 전류가 흐르는 통로인 접지선 또는 접지불량이 원인일 때는 경고램프가 점등발광하면서 대지로 흐르는 전류로서 누전차단기를 차단케 하는 필요전류를 보충해 줌으로서 누전차단이 되게 하는 보조기능을 겸하는 기능효과를 제공하는 장치로서 평시에는 전원공급이 필요 없고, 전기를 사용하지 않아서 전기장치라고는 볼수 없는 것이 특징이다.

비충전금속부분, 충전전압, 누전차단기, 철주, 네온램프, 경고등, 고정저항, 가변저항, 접지 극,

Description

감전위험경고표시장치 겸 누전차단기능 보조장치{Indicating Device For Warning At The Electric Shock Hazard With Auxilialy Function Device For The Short Circuit Breaker}

도1의 "가"는 본 발명의 기본 실시 회로도

도1의 "나"는 전기기기의 외함인 경우에 P.B.L타입으로 한 실시도

도2의 "가"는 단상2선식의 저압측 전원과 누전차단기를 통하여 공급된 충전전압이 외부케이스인 비 충전 금속부분에 본 발명장치를 장착한 회로도

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도3의 "가"는 본 발명용의 표시램프를 3개로 했을 때의 실시 참고도

도3의 "나'는 본 발명 장치를 가로등에 설치했을 때의 실시 참고도

도4는 본 발명 장치의 표시램프를 4개로 한 경우의 실시 참고도

〈도면의 주요부분에 대한 부호설명〉

1…충전부분 2…비충전금속부분(가로등의 철주, 전기기기의 금속외함 등)

2'… 비충전 금속으로 된 지지대

3…충전전압 표시 4…본 발명장치의 입력측 단자

5…시멘트 콘크리트 바닥표면 6…대지(Earth)

7…본 발명장치 8…본 발명장치 경고등의 정격전류와 발광강도를 조정하기 위한 휴대용의 220V 공급 전원 코드 선으로서 전류조정을 위한 전류계와 램프에 조정실수로 과전류 공급시에 램프단선을 방지하기 위한 램프보호용 정격 휴즈가 직렬 결선되고 코드선의 전원 수급측은 프라그가 달리고 전원공급측은 짹이 달린 것

10…판넬 취부형의 본 발명의 표시램프 11…차광판

12…금속판 13…고정용 볼트 14…절연배선판(P.C.B)

15…소구경 전선관 16…취부용 볼트낫트 17…절연배선판(P.C.B)

18…배선용 절연피복선 19…본 발명장치의 철주에서의 실시 예

20…비충전 금속기둥(예: 철주) 21…경고등의 투광 케이스

22…E1,E2,E3를 공용(일명: 공통)접지 했을 경우의 연접(연결접속)선 표시

23…지락전류(낙뢰전류가 대지로 흡수되는 전류)

24…비충전금속에 충전전류가 접촉했을 때 본 발명의 경고등을 통하여 대지로 진입한 후, 변압기 2차측(충전전압을 보낸 변압기의 접지 측)으로 궤환(Feed Back)하는 전류의 귀환을 표시한 것

25…누전차단기의 내부 구조도 표시

E1…1종접지 E2…2종접지 E3…3종접지

Es…본 발명장치의 고유접지 RE1…1종접지 저항

RE2…2종접지 저항 RE3…3종접지저항

REs…본 발명장치의 접지저항 L.A…피뢰기(Arrester)

T…변압기(Transformer)

H.V…변압기의 고압(1차)측

L.V…변압기의 저압(2차)측

T.P…테스트 포인트 프라그(Test Point Plug)

S.S…절환스위치(Selector Switch) R1…고정저항

R2…가변저항(반고정저항) R3…R1+R2의 저항값과 같은 수치의 고정저항

mA…밀리암페어 F…퓨-즈(Fuse) N.L…네온 램프(Neon Lamp)

AM…전류계

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전기기기의 비충전금속부분(가로등, 신호등의 철주, 전기기기의 금속 외함 등)에 충전전압이 접촉하면 누전차단기에 의하여 전원차단이 안되었을 경우엔 대지와의 전압은 대지전압이 인가된다. 서기2001년에 폭우가 내린 장마철에 가로등 철주 옆을 지나가다가 여러 사람이 사망하는 사고가 났다. 누전차단기는 전기 입력 측에 전선을 타고 스며드는 빗물에 의하여 고장 나는 경우가 많다. 누전차단기의 내부구조는 반도체 1개와 집적회로(IC) 1개, 그리고 정류용 다이오드(Diode) 4개, 및 소형코일(Coil) 등이 조합된 작은 전자기판(P.C.B)이 주체이다. 때문에 내부에 습기가 차거나 외부 돌입전류 또는 빗물 침투 등에는 견디지 못하는 약한 부품이므로 폭우가 오기 직전까지는 정상으로 동작 테스트에서도 이상이 없다가도 폭우 시에 고장 나는 원인이 이런 현상에 기인되는 것이다. 이렇게 비충전 금속 부분에 충전전압이 인가 되였을 때, 이곳을 보행하는 사람이 이 사실을, 접근하기 전에 미리 인식하고, 가까이 접근을 피하면서, 즉시 긴급복구반에 신고할 수 있게 하기 위한 기술로서, 종래에는 접지공사만 잘 되어 있으면 누전차단기가 고장이 나도 감전 사고는 일어나지 않는다고 판단해 왔기 때문에 이러한 장치는 없다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 비충전금속부분에 충전전압이 접촉되었을 경우에는 이 위험사실을 경고하는 표시등이 발광점등토록 하여서 주위를 통행하는 사람들이 이 경고등의 발광불빛을 식별하고 가까이 접근하지 말도록 주지시키는 경고문과 함께 미리 고지토록 하여 유사시에 감전 사고를 방지할 수 있도록 하고자 함인데 어떻게 비충전 금속에 충전전압이 인가되면 경고등이 점등할 수 있게 할 수 있는가 하는 것이 기술적 과제인 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 비충전금속부분(2)에 본 발명장치의 입력측 단자(4)를 결선하고 이 입력측단자(4)의 인출선을 3로절환스위치(S.S)의 한쪽단자와 결선하며, 이 절환스위치(SS)의 공통단자에 단 수 또는 복 수개의 경고등(Warning Lamp)의 한쪽 선을 결선하고 반대쪽 선을 직렬로 연결된 고정저항(R1)과 가변저항(R2) 또는 고정저항(R3)의 한쪽 선을 결선한 후, 이 저항의 반대쪽 선을 본 발명장치 고유의 접지극(Es)판과 결선한 후, 이 접지(Es)판을 주변의 대지 속 깊이 10센티미터 이상에 묻는 것이다.

이상과 같은 본 발명장치의 구성에 대한 원리를 먼저 설명하면 다음과 같다. 옛날에는 대지 위가 흙이였기 때문에 충전전압(3)이 비충전금속부분(2)에 접촉하게 되면 비가 오지 않는 날에도 사람이 이를 만지면 전기통증을 느껴서 누전되는 것을 알았는데 요즘은 콘크리트나 아스팔트로 바닥 지면을 덮었기 때문에 건조 시에는 비충전금속부분(2)에 충전전압(3)이 접촉되어 있어도, 이를 사람이 만졌을 때, 아무런 전기적 충격을 느끼지 못하는 경우가 많다. 그 이유는 시멘트와 모래가 주원료인 콘크리트나, 타르(Tar)가 주원료인 아스팔트는 전도성 물질인 철분 등이 거이 없기 때문에 접지저항(RE3)이 아주 커서 접지로의 전류 흐름이 미세하여 모르고 있다가 비가 많이 온 날, 콘크리트 바닥이나 아스팔트 위에 물이 고여서, 대지와의 접지가 양호해 지므로 감전사고가 발생되는 것이다. 사람이 감전감각을 느낄 수 있는 최소의 전류는 약0. 5mA로 보고 있다. 보통은 평균 1mA이상의 전류가 인체에 흘러야만 찌릿찌릿한 감각을 느끼는 것이다. 이 통계는 다르질 교수의 임상발표에 의한 수치이다. 만일 여러 사람이 감전 사망한 철주(20)의 내부에 장마 비가 오기 전부터 전선연결부 피복이 벗겨진 상태로, 철주(20)내부 면과 닿아 있었다고 가정했을 때, 지면이 건조했을 때는 사람이 철주(20)를 만져도 손과 신발이 건조하고 물에 젖지 않았고, 아스팔트나 시멘트바닥도 건조하여 대지저항(RE) 수치가 높아서 철주(20)에 인가된 충전전압(3)에서 땅으로 흐르는 누전전류(누설전류)는 오움의 법칙대로 아주 작은 수치의 양이 흘러서 인체에 감각을 주지 못 하다가, 장마가 져서 대지 위가 흠뻑 젖으니까 대지저항(RE)이 낮아져서 빗물을 타고 많은 누설전류가 철주(20)주변으로 흩어져 대지로 흘러 땅으로 스며드는데 희생자가 물에 젖은 신발을 신고 전류가 흐르는 철주(20) 옆을 지나갔거나 아니면 철주(20)를 손으로 짚던가 하여 심장에 높은 수치의 심실세동전류(심장혈관의 수축으로 심장이 멈추는 전류)가 흘러서 사망한 것이었던가, 또는 철주(20) 속에 빗물이 들어가서 벗겨진 전선을 침수시켜서 이 전선에서의 누설전류가 물을 타고 흘러나왔던가 하여 감전사 했을 것이다.

이상과 같이 장마가 오기 전부터 철주(20)에 충전전압(3)이 걸려서 대지로 누전이 되고 있었다고 해도 사람이 이 철주(20)를 만져도 감지전류(사람이 찌릿하고 느끼는 전류)가 흐르지 않을 수도 있기 때문에, 220V의 충전전압(3)이 비충전금속부분(2)인 철주(20)에 인가되어 있고 사람이 이 철주(20)를 만져도 평균 감지전류인 1mA에 못 미치는 작은 전류가 인체를 통하여 대지로 흐른다면, 감각을 못 느끼는 것이다. 물에 젖지 않은 사람의 인체저항은 220V에서 약 3,000.Ohm 이상이고, 건조한 신발을 착용하고 있었을 때에는 한손으로 철주를 만졌다고 해도 느낄 수가 없는 것이다. 0.5mA의 전류가 220V에서 인체를 경유해서 대지로 흐른다고 하면, 오움의 법칙에서 220V/0.0005A=440Kohm이 인체저항+신발저항+대지저항수치가 되는 것이다. 이런 상태를 지속하다가 장마가 도래하여 도로상에 물이 고였을 때, 물의 저항수치는 보통 10Kohm정도로서, 220V/10Kohm=0.022A 즉 220mA가 물을 통하여 철주에서 대지로 흐른다. 따라서 이 때 이 옆을 지나는 사람의 인체저항의 평균수치가 500ohm이므로, 물의 저항수치도 10Kohm보다 더 작은 4Kohm 이라고 해도 물의 저항은 인체의 저항보다 크기 때문에 물로 흐르던 전류가 사람의 몸을 통해서 더 흐르게 되므로 사람은 사망에 이르는 것이다. 이때에 철주에서의 220V가 인체를 통하여 물로 흘러서 접지 극으로 갔다면 계산은 220V/(500ohm+4,000ohm)=0.0488A 즉 48mA가 몸에 흘러서 1초 이상 지나면 심실세동이 일어나 사망하게 되는 것이다. 위의 인체전류와 심실세동의 수치들은 국제전기표준회의(IEC)의 임상실험에 의하여 발표된 수치이다.
전기교과서대로라면 접지의 목적은 비충전 금속부분(2)에 접지를 하면은 대지와 비충전금속부분(2)과의 전위가 낮아져서 감전사고를 줄인다고 배워 왔다. 그렇다면 이에 따라서, 감전 사고가 난 철주(20)의 대지저항이 3종 접지와 같은 100ohm정도의 우수한 접지상태였다고 생각하여 본다면, 이때의 철주(20)에서 대지로 흐르는 전류는 220V/100ohm=2.2A가 흐르고 있었을 것이고, 대지는 건조한 상태이어서 인체저항이 3,000ohm정도이었을 것이고 신발이 건조해서 신발저항을 2,000ohm정도로 본다면 인체저항은 합계 5,000ohm정도로 판단하고 인체로 흐르는 전류를 계산해 보면 220V/5,000ohm=0.044A 즉 44mA의 전류가 흐를 것이므로 1.5초 이상 지속되면 심실세동이 일어날 수 있다. 이때의 인체저항을 먼저의 예처럼 500ohm으로 만 생각하고 계산한다면 220V/(100ohm+500ohm)=0.366A 즉 366mA가 인체를 통하여 대지로 흐르므로 즉시 사망하는 것이다. 또 남자의 경우 16mA, 여자의 경우 10.5mA까지를 가수전류(사람이 감전된 몸을 이탈할 수 있는 전류)라고 하고, 이 이상의 전류가 사람 몸에 흐르면 이탈할 수 없게 되고 근육이 경련을 일으키며 운동의 자유를 잃고 자기의식으로 전원에서 떨어질 수 없게 된다. 이때의 전류를 부수전류라고 하는 것이다. 따라서 위의 3종 접지와 같은 시설에서도 철주(20)에 충전전압이 인가되면 사람이 이 철주(20)를 손으로 만졌을 때 40mA라는 치명적인 전류가 흐르므로 위험하다. 그러므로 이 사고가 난 철주(20)는 장마가 닥치기 전에는 대지저항이 3종접지에 훨씬 못 미치는 큰 저항 값이었기 때문에 사람이 철주(20)를 손으로 만졌을 때, 인체저항+신발저항+대지저항의 합성저항의 값이 220V/0.010A=22000ohm 즉 22Kohm 이상이었을 것이다. 이 계산에 넣은 0.010A의 수치는 여성을 기준으로 한 가수전류를 적용한 것이다. 만일 이때에 철주(20)를 손으로 만졌는데도 아무 감각도 없었다면 220V/0.001A=220000ohm 즉 대지저항+신발저항+인체저항의 합성저항의 값은 220Kohm 이상이었을 것이다. 이때 적용한 0.001A의 수치는 사람이 감각으로 느낄 수 있는 감지전류이다. 이 전류치 이하에서는 감각으로 감지할 수 없는 전류이기 때문이다. 따라서 220V의 충전전압(3)이 인가된 철주(20)에서 대지로의 합성저항이 220Kohm 이상이면 사람이 몸이 젖지 않은 상태에서 철주(20)를 만져도 사람의 몸을 통하여 대지로 흐르는 전류가 1mA이하에서는 누전인줄 느끼지 못하는 것이다.
이상의 설명은 비충전금속부분(2)인 철주(20)에 충전전압(3)이 닿았을 때, 주위의 대지저항과 인체저항 및 신발저항의 합성저항이, 장마가 오기 전에는 철주(20)를 만져도 아무렇지도 않다가 장마가 오면 철주(20)는 살인병기로 둔갑한다는 것을 여러 가지 예를 들어 설명하였다. 만일에 한 가지 더 다른 조건을 생각하면 철주(20)에 1종 접지를 하였다면 결과는 어떨 것인가에 관한 것이다. 철주(20)와 대지의 접지저항이 10ohm이라고 하고 철주(20)에 충전전압(3)인 220V가 접촉하였다면, 이때 사람이 철주(20)를 손으로 만졌다면 무사할 것인가에 대한 설명이다. 먼저 충전전압(3)이 철주(20)와 맞닿은 접촉부위의 접촉저항이 있을 것이고, 이 저항 값을 1ohm이라고 생각하면 충전전압(3)과 대지의 접지와의 사이의 합성저항은 1ohm+10ohm=11ohm이 되고 이 접촉부위의 전압강하는 11분의1 X 220V=19.999V 즉 약20V가 강하된 나머지 충전전압 220V-20V=200V가 철주(20)몸체에 인가된다. 그리고 이 200V는 대지 속으로 접지선을 따라서 진입하여 땅속 75센티미터 이상의 깊이에 있는 접지 극(동판)에 도달하여 이 접지극과 대지 흙과 사이에서 10ohm저항을 사이에 두고 나머지 200V가 강하하는 것이다. 더 자세히는 대지로 강하되는 것이 아니라 대지를 통하여 충전전압(3)을 공급한 변압기의 2차 측 접지선과의 사이의 대지저항에서 분압 강하되는 것이다. 이때 접지전류는 220V/11ohm=20A가 흐른다. 충전전압(3)을 공급하는 전원차단기(N.F.B)의 용량이 20A이상의 것이면, 계속 누전전류는 흐를 것이다. 물론 누전차단기(25)는 고장이라는 전제하에서의 조건이다. 이때에 사람의 몸이 물에 젖지 않은 상태에서 손으로 철주(20)를 만졌다면 인체저항과 신발저항을 합친 저항 값을 5,000ohm이라고 하고, 계산하면 200V/(5,000ohm+10ohm)=0.03999A 즉 약40mA라는 부수전류가 흘러서 전원에서 이탈할 수 없고, 1.5초 이상 지나면 심실세동으로 이어져서 사망할 수도 있는 것이다. 이때의 인체저항을 500ohm이라고 가정하면 200V/(500ohm+10ohm)=0.431A 즉 431mA가 인체에 흘러서 더 무서운 속도로 사망에 이를 것이다.
위의 계산에서 충전전압(3)과 비충전금속인 철주(20)와의 접촉저항을 1ohm이라는 수치로 가상해 본 것은 최대치에 해당하고 실제로는 충전전압(3)을 제공하는 피복이 벗겨진 나동선과 비충전금속인 철주(20)와의 접촉저항은 0.1ohm 이하 이다. 따라서 충전전압(3)은 강하 없이 전부 비충전금속부분(2)에 인가됨으로서 충전전압(3)은 철주(20)의 상부에서 하부의 콘크리트와 접하는 부위까지 전위차가 거이 없는 대지전압이 인가된다.

이상과 같은 설명의 결론은 철주(20)에 1종 접지를 하든, 3종 접지를 하든, 접지를 잘 하고 못하고에 관계없이, 접지만 가지고는 철주(20)에 충전전압(3)이 인가되면 감전사망을 방지하는 데는 아무런 효과도 제공하지 못한다는 것을 입증하였다. 이를 뒷받침하는 증거는 대지 속에 파묻힌 시멘트 콘크리트에 결합된 앵커볼트와 철주(20)의 하부를 와셔와 너트로 결합시켰는데도 일단 충전전압(3)이 비충전금속인 철주(20)에 접촉되면 철주(20)하부에도 220V의 대지전압이 인가되는 것은 피할 수 없는 현상이며, 이 원인은 접지는 토질과 금속과의 강제 결합이기 때문에 서로가 동질의 성분이 아니므로 서로 결합 안되려고 버티는 수 ohm 이상의 접지저항이 생기지 않을 수가 없고, 철주(20)와 같은 금속은 전도율이 높은 도체이므로 충전전압(3)의 공급자인 나동선과는 동질의 금속으로서 서로가 접촉하는 데 아무런 저항을 받지 않고 동화되므로 나동선과 철주(20)는 동 전위(같은 전위)가 되지만 토지와 접지극은 땅 속에서도 동화되지 못하고 이를 저감제(철분, 염분 등) 등을 사용해도 강제동화하는 데에 수 ohm이라는 저항이 생기게 되므로, 아무리 접지를 잘해도 수 ohm 또는 100 ohm이하의 접지저항이 발생하고, 따라서 충전전압(3)은 철주(20)를 접지해도 철주(20)에서 강압되지 못하고 대지 속의 접지 극에 까지 충전전압(3)이 내려가서 강하되는 것이다. 비가 와서 대지 위에 물이 고이면 물의 저항이 수 Kohm이상이므로 접지 극까지 오기 전에, 철주(20)의 하부에서 물이라는 도체 저항을 타고 분압 강하되는 것이다. 따라서 220V의 충전전압(3)이 철주(20)에서 물을 타고 대지로 전류가 흘러서 철주(20)로부터 5m의 반경까지 와서 0V의 전위로 될 수도 있고, 대지의 접지저항이 높으면 20m정도의 거리까지 와서 0V의 전위가 될 수도 있는 것이다. 체질이 강한 사람도 50mA의 전류가 몸에 흐르면 통전시간이 2초 이상 경과하면 심실세동을 일으키게 되며, 이 50mA의 전류가 몸에 흐르면 이미 가수전류 즉 몸이 움직여서 이탈할 수 있는 한계치의 전류 즉 16mA를 훨씬 초과하였으므로 사망할 수 있는 것이다.
철주(20)와 같은 비충전금속(2)에 충전전압(3)이 접촉하면 위에 설명한대로 비가 안 올 때는 차라리 접지가 안 되고 대지저항이 높아야 살 수 있다는 통상의 상식과는 상반되는 결과가 초래된다는 것과, 이 상태를 모르고 있다가 장마가 오면, 위의 사고처럼 피할 수 없는 감전사고가 발생한다는 사실을 설명하였다. 이것을 이론상으로 설명하면 철주(20)는 구리보다는 도체저항이 크지만 (20도C에서의 1 cm³당 철의 고유저항은 10 Micro ohm이고 구리는 1.69 Micro ohm임) 몸체의 부피와 면적이 커서 합성저항은 소수점 이하의 0.01ohm 이하가 된다. 따라서 도체저항은 거이 없다고 보아야 하기 때문에 철주(20)에서의 전압강하는 없다고 보는 것이다. 그러므로, 대지의 접지공사를 1종 접지로 하여도 철주(20)에 인가된 충전전압(3)을 떨어뜨릴 수가 없는 것이다. 쉽게 설명하면 충전전압(3)과 대지접지의 기준전압인 0V사이에 철주(20)와 접지저항 10ohm 을 직렬로 연결했을 때, 철주(20)의 전압은 대지 쪽에는 10ohm이라는 저항이 있고, 철주(20)는 충전전압(3)과의 사이에는 철주(20)자체의 도체저항수치가 소수점 이하 이고 충전전압(3)과 접촉하는 접촉저항도 무시할 수 있는, 소수점 이하 수치이므로 충전전압(3)이 강하 없이 그대로 철주에 인가되고, 대지와는 땅 속의 접지 극판에서 10ohm이라는 저항의 양단에 220V의 전위차가 발생하는 것이다. 많은 사람들의 머릿속 에는 철주가 누전된다고 하면은, "접지가 잘 안 되서 그런 현상이 나는 것이니 접지를 잘하면 철주(20)는 대지와 전위가 같은 0V가 되는데 어떻게 땅에 결합한 철주(20)에 충전전압(3)이 인가된다는 말이냐, 이해가 안가는 소리를 하고 있다." 라고 생각하고 있기 때문에, 위와 같은 설명을 하고 또 해도, 매우 힘들고 어려운 것이다. 즉 크던 작던 발명이라는 것은 종래의 인식을 뒤집는 역발상이 아니고는 안 되는 것, 즉 역발상이 없다면 누구든지 당장 할 수 있는 것이기 때문에 종래의 고정관념을 가진 사람들에게 새로운 논리를 설명하는 과정은 쉽지 않은 것이다. 즉 이상의 긴 설명을 정리하면 다음과 같다.
종래에는 "비충전금속부분(2)에 접지를 잘 하면 대지와의 전위차를 낮추게 되므로 감전 사고를 안심해도 된다" 로만 생각해 온 것을 "접지는 물론 잘 해야 된다. 접지의 목적은 누전차단기가 잘 동작하게 하기 위해서이다."로 해석하는 것이 감전사고를 막기 위한 상식이 될 것이다. 접지를 아무리 잘 해도, 접지저항이 비충전금속의 저항(철:1cm³당 10 Micro Ohm)보다 작아질 수가 없기 때문에 오히려 접지저항이 220Kohm 이상으로 높았을 때가 감전사고가 없다는 것과, 그렇지만 이 방법은 비가 와서 대지저항이 낮아져서 접지가 잘 될 때는 감전사망사고가 반드시 난다. 는 위험한 방법이 되는 것이다.
따라서 비충전금속부분(2)을 전주 또는 전기장치의 외함으로 사용하지 않는 한, 누전차단기능의 고장이 나지 않는 한, 충전전선의 피복이 벗겨져서 비충전금속(2)에 접촉되지 않는 한, 감전사고는 마음 놓을 수가 없다. 라고 정리할 수가 있다. 접지를 잘 했는데도 철주에서 감전사고가 나니까, 접지도 믿을 수가 없다. 라는 판단 하에, 예방책으로서 철주(20)에 사람의 손이 닿는 부위를 플라스틱 카바로 철주(20)를 감싸는 것이 최상의 방책으로 해석하고 이 방법이 번져가고 있는 것이다. 이 방법은 불법광고지 부착방지에도 효과를 제공한다고 한다. 220V용의 전구의 한쪽 선을 충전전압(3)에 연결하고 다른 한쪽을 땅에다 꽂으면 다음과 같다. 실험조건은 누전차단기(25)가 아닌 차단기(N.F.B)라야지 실험하기도 전에 누전차단기(25)는 차단되기 때문이다. 대지저항이 100ohm이라고 하고 전구의 용량이 60W라고 한다면 60W/220V=0.2727A가 흐르고, 전구의 교류저항은 220/0.2727=806.7ohm이 되고, 0.2727A X 220V=59.999V 따라서 전구 양단에 강하되는 전압은 59.99V이다. 나머지 160V는 대지 속에서 접지저항 100ohm 양단에서 강하되는 것이다. 다음 실험으로 220V 전구의 용량이 100W 로 실험을 한다면, 100W/220V=0.4545A 220V/0.4545A=484ohm, 484ohm+100ohm=940ohm, 840ohm/940ohm=0.8936 0.8936 X 220V=196.59V 즉 100촉짜리 전구는 196.5V의 전압이 전구양단에 인가되어 발광이 되지만, 60W 전구는 양단전압이 낮아서 발광하지 않는 것이다. 대지저항이 클 때는 100촉짜리도 발광하지 않는다. 이유는 전구내의 발광하는 니크롬선을 충족하는 전류가 공급되어야 발광하기 때문이다. 그래서 본 발명 장치(7)의 경고등으로서 일반전구도 사용할 수 있지만, 네온램프(N.L)를 표준으로 한 것이다. 네온램프는 전구내의 양전극 사이에 전류를 통과시키는 발광가스(Gas)가 일정전압 이상의 전류를 흘리면 발광하는 원리이고, L.E.D와 같은 다이오드로도 장치할 수 있지만, 동작 전압이 3V 이하라서 제너다이오드를 사용한다고 하여도 정류라는 과정을 거치는 등의 번거로움이 있어서 사용은 할 수 있지만, 표준램프는 네온램프(N.L)로 도시한 것이다.
제품에 따라 다양한 성능과 용량이 나와 있지만, 네온램프의 표준형은 동작전압이 70V 이상은 되어야 발광하고, 정류라는 과정 없이 교류에서 바로 점등하는 장점이 있다. 고압용의 피뢰기(L.A,=Arrester)와 같은 성격을 띠고 있는 것이다. 일정전압 이상이 되어야 동작(Conducting)하는 것이다. 단 고압피뢰기의 다른 점은 항상 고압이 한쪽 단자에 인가되어 있어서 접근하면 위험하고 발광을 하지 않는 것이 차이 점이다. 따라서 본 발명 장치(7)를 비충전금속(2)에 한쪽을 연결하고 다른 한쪽을 대지에 연결했을 때, 누전차단기(25)가 누전전류를 대지로 흘려보내고자 할 때, 접지로 가는 접지선이 단선되었거나 혹은 누전차단기(25)가 누전전류를 흘려보낼 때 필요로 하는 전류(정격감도전류가 15mA의 것이 시판되는 최소용량이고 이것의 정격부동작전류는 7.5mA임. 따라서 정격감도전류를 보낼 때의 대지저항은 14,66Kohm이고, 정격부동작전류를 보낼 때의 대지저항은 29.33Kohm임. 이의 평균치는 22Kohm임)통과용의 대지저항은 22Kohm이므로 이 저항수치보다 대지저항수치가 크면 누전 시에 누전전류가 15mA를 흐르지 못한 채로 비충전금속부분(2)에 충전상태로 머물러 게 되므로 위험한 것이다. 이런 경우에도 본 발명 장치(7)는 별도의 독립된 대지로의 전류통로를 구성하고 있으므로 누전차단기(25)를 차단하는데 필요한 전류인 15mA 이상을 본 발명 장치의 전류회로통로로 보내는 도움역할을 수행하는 것이다. 네온전구 5W 정도의 경우 최대사용 전압이 100V 이하의 것이 많고, 최대허용전류 또한 0.03A 이하가 많은 관계로 이 전구를 220V에 바로 직렬 연결하면 전구가 파손되여 사용불능이 되므로 비충전금속부분(2)과 대지사이에 장치함에 있어서 고정저항(R1=가변저항수치를 최소로 줄여도 전구가 파손되지 않기 위한 전구의 최대전류를 흘릴 때의 저항수치임. 오움의 법칙을 사용하여 전구의 사양표에 나와 있는 최대허용전류와 사용전압으로 계산한 수치의 저항수치)과 램프밝기를 조정하는 전류와 전압조정용의 가변저항(R2)을 직렬결선하거나, 아닌 방법으로서 미리 고정저항(R1)과 가변저항(R2)이 달린 시험용의 저항으로 적정저항을 알아 낸 후, 이의 합친 저항(R3) 한 개를 사용하여 연결하고, 접지는 아스팔트와 보도 불럭 밑 또는 시멘트 바닥 하부가 되는 10cm 이상에 동판은 부식에 약하지만 부식에 강한 스테인리스 강판(Sus)과 같은 것을 접지 판(극)으로 하여 흙 속에 묻고, 반대 쪽은 비충전금속(2)에 결선하는 것이다. 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
평상시에는 전기가 안 통하는 비충전금속부분(2)이므로 아무런 작동도 없다가 일단 충전전압(3)이 접촉되면 즉시 경고등을 발광하여 사람의 접근을 막고 긴급복구 수리반이 출동하게 되는 것이고. 두 번째 작용은 위에 설명한대로 충전전압이 220V이고 대지저항 수치가 22Kohm 이상이 될 경우에 누전차단기(25)는 정격차단전류가(15mA차단기로 계산했을 때) 대지로 못 흐르고 있을 때에 누전차단기(25)는 본 발명 장치(7)의 경고등(N.L)을 통하여 경고등이 점등하면서 흐르는 전류의 양으로서 누전차단기(25)가 차단에 부족한 전류를 충분하게 보충해 줘서 차단이 되게 하는 역할을 함으로서 누전차단기능을 도와주는 장치로서도 작용하는 것이다.
실시에 대한 설명에서 네온등(N.L)을 표준으로 설명한다. 5W 정도의 최대사용전압이 100V 미만인 것으로 실시하는 데는, 램프 1개에 공급하는 전류가 4mA에서 10mA사이의 전류가 가장 좋은 발광을 한다. 4mA로 했을 때의 네온램프의 내부저항은 20Kohm이고 따라서 램프의 전압강하는 80V가 되고, 나머지 전압 140V는 저항에 배당한다. 140V/0.004A=35000ohm 즉 35Kohm이 총저항의 값이된다. 그리고 램프의 최대전류를 10mA로 했을 때를 계산하면 80V/0.01A=8000ohm 즉 8Kohm이 되고 저항값은 140V/0.01A=14Kohm 이 되므로, 고정저항(R1)을 15Kohm으로 정하고, 가변저항(R2)을 20Kohm으로 정하면 되고 아니면 한 개의 고정저항(R3)으로 하여 35Kohm을 채택하면 된다. 만일에 대지저항이 10Kohm이라면 가변저항으로 저항값을 10Kohm만큼 줄이게 되는 것이다. 램프를 4mA로 조정했을 때, 램프 10개를 병렬로 하여 사용해도 전류는 40mA가 된다. 이것의 저항은 통합 1개씩으로도 된다. 램프마다 개별식이나 병렬통합식이나 계산 수치나 원리는 동일하므로 생략한다. 병렬합성저항의 계산만 하면 되는 것이다. 이때의 저항의 왓트 수는 0.04A X 220V=8.8W가 되므로 20W 이상의 것을 쓰면 된다. 아스팔트나 시멘트바닥에서는 접지저항이 22Kohm 이상 나올 수 있지만 10cm 이상의 지하 흙이 있는 땅속에서는 10Kohm 이상의 대지저항은 나오지 않고 보통 100ohm에서 1Kohm 정도인 것이 대부분이다. 본 발명 장치는 이상과 같이 대지저항이 1종이나 3종 같은, 10ohm 이하나, 100ohm 이하가 아니라도 충분히 동작하므로 접지 극판을 동판이 아닌 것으로도 지장이 없고 대지저항이 20Kohm 이상이 되어도 동작하여 누전차단기(25)가 대지저항이 20Kohm 이상이 안되어서 차단되지 않을 때 이를 즉시 차단해 주는 보조기능이 있고, 누전차단기가 고장으로 차단기능을 상실했을 때는 경고등으로서 발광하여 위험신호를 보내는 작용을 하는 것이다. 이상의 설명으로 충분한 설명을 하였으므로 도면에 의한 설명을 간단하게 하면 다음과 같다.
도면의 주요부분에 대한 설명과 같고. 도1은 비충전금속부분(2)이 철주(20)가 아닌 전기장치가 들어 있는 외함의 경우를 나타낸 것이고 도2는 외함에 누전차단기가 장치된 것을 나타낸 것이며, 도3은 철주(20)에 본 발명 장치(7)의 경고등을 3개로 했을 때의 실시도를 나타낸 것이고, 도4는 경고램프를 4개로 증가 했을 때의 실시 회로도를 나타낸 것이다. 3로 절환스위치(S.S)를 아래로 내리면 가변저항기(R2)로서 경고등의 램프밝기를 조절을 할 수 있다. 도면에 명시된 테스트 포인트 프라그(T.P)에 테스트 전원 공급용 코드 선(8)을 이용하여, 이 코드 선(8)에 달린 전류계(AM)로 맞추거나 혹은 시각으로 판단하여 램프의 조도를 조정하고 나서 전류계(AM)를 보고 장치기록부에 기록하면, 이 기록은 나중에 그 지역의 대지저항의 변화를 판단하는 자료가 되는 것이다.

이상의 설명과 같이 철주(20)와 같은 비충전금속부분(2)은 자체의 도체저항이 거이 없는 전도율이 99.9%이상의 것으로서, 아무리 접지를 잘해도 접지는 흙과 구리라는 서로 이물질간의 강제결합이므로 수 ohm 이상의 저항발생을 해소할 수 없는 관계로 충전전압(3)이 비충전금속부분(2)에 일단 접촉되고, 누전차단기가(25) 자신의 기능을 못 다할 때는 비충전금속부분(2)의 대지전압은 바로 충전전압(3)이 되어서 감전사고가 발생하므로 본 발명장치(7)는 평상시에는 전기공급을 필요치 않아서 인체에 아무런 영향을 주지 않으며 일단 충전전압(3)이 인가되면 복수개의 경고등이 발광하여 사람에게 접근하지 말라는 위험경고를 하여 목숨을 구하는 효과와 아스팔트나 시멘트콘크리트 등으로 인하여 높아진 대지저항 또는 각종공사 등의 영향으로 인한 접지선의 단선 또는 접지극의 부식으로 인하여 충전전압(3)이 인가된 비충전금속부분(2)에 대지로 흘러야 할 누전전류가 누전차단기(25)를 차단하는데 필요한 전류의 양이 부족할 때, 이 부족한 전류를 보충해 줌으로서 차단기능을 도와주는 보조역할의 효과를 제공하는 것이다.

Claims (1)

1. 비충전금속부분과 3로절환스위치 한쪽 단자 사이를 입력선으로 결선하고,

   3로절환스위치 공통단자와 단독의 접지극 사이를 네온램프와 고정저항과 가변저항을 직렬로 결선하는 것을

   특징으로 하는 "감전위험경고표시 겸 누전차단기능 보조장치"

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