[일반물리학] Power distribution system

[circuit overload and short circuits]

전선에 흐르는 power는 i^2R로 표현된다.

저항에 비해 전류가 과하게 흐를 경우 전선이 감당할 수 없는 열이 생성되어 전선을 녹이고 화재를 일으킬 수 있다.

저항이 과하게 적을 경우도 마찬가지다.

따라서, 큰 전류를 쓰는 전기레인지, 온수기 등의 기기는 더 굵은 전선을 사용해 저항을 줄여 발생열을 관리한다.

 

또는 전류가 과하게 흐르는 경우가 있을 수 있다.

이 경우 퓨즈 또는 차단기를 이용해 과전류가 흐를 시 회로를 차단함으로서 사고를 방지한다.

 

[short]

옴의 법칙은 I에 관한 식이라고 했다. 

I=V/R에서, 전압이 같을 때 전기회로의 저항이 매우 낮다면 무한에 가까운 과전류가 흐를 수 있다.

이 현상을 short(단락) 이라고 한다.

일상에선 live(활선)과 neutral(중성선)이 직접 맞닿는 경우, 저항이 매우 작아져 쇼트가 발생하는데 이것을 퓨즈와 차단기를 통해 방지한다.

 

[전력시스템]

수도관에는 물을 공급하는 상수도와, 사용한 물을 흘려보내는 하수도가 있다.

전력시스템도 마찬가지이다.

상수도의 역할을 하는 선을 Live(활선) 이라고 하고, 하수도의 역할을 하는 선을 Neutral(중성선)이라고 한다.

전기회사는 각 가정으로 220V(한국기준)의 전류를 Live를 통해 전송하며, 이를 Outlets을 통해 사용하고 남은 전류를 Neutral로 흘려보낸다. 상수도의 수압이 강하고 하수도는 약함을 상상해보면 대략 맞는 비유일 것이다.

우리 몸을 비롯해 지구 등 많은 물체들은 기존 전위인 0V를 유지한다. Neutral 전선 역시 대지와 직접 연결되어 있어 거의 0V의 전위를 유지한다. 따라서 Neutral 전선보다 Live전선이 접촉 시 더 위험하다. Neutral전선은 우리몸과 대지와의 전위차가 거의 없기 때문이다.

 

[접지]

전류는 저항이 낮고 가장 흐르기 쉬운 길을 따라 흐르려는 성질이 있다.

빨대에 비유해 생각해보자. 큰 빨대의 옆에 구멍을 뚫어 아주 작은 단면적을 가진 빨대를 이어붙이고 물을 흘려보낸다면 대부분의 물은 큰 빨대를 통해 흐르려고 할 것이다.

전류도 이와 비슷해서, 저항이 낮은 물체와 저항이 높은 물체가 병렬 연결 되어있으면 대부분의 전류가 저항이 낮은 경로를 따라 흘러간다. (by 옴의법칙)

이러한 원리를 이용하는것이 접지이다.

전기기기의 금속외장이 220V 선에 닿았을 경우, 접지선이 없다면 사람의 몸을 타고 전류가 흐르므로 감전의 위험이 있다.

그러나 더 저항이 낮은 접지 회로를 추가 한다면 사람의 몸이 아닌 회로를 따라 전류가 흐르므로 감전을 피할 수 있다.

전자기기의 종류에 따라 접지가 필요하기도 하고, 필요없을 수도 있다.