과전류는 전선의 허용전류나 전기부품·기기의 정격전류를 넘는 전류가 흐르는 상태다. 기준을 넘은 전류는 전선을 과열시킬 수 있으며, 전선의 굵기 선정이 부적절하거나 규격과 용도에 맞지 않는 전선을 사용하면 화재 발생률이 높아질 수 있다.[5][6]

1. 개요

과전류에는 선로가 합선될 때 생기는 단락전류, 부하 변동 등으로 정격전류보다 커지는 과부하전류, 짧게 나타난 뒤 감쇄하는 과도전류가 있다. 변압기나 콘덴서를 투입할 때, 또는 전동기를 기동할 때 발생하는 과도전류는 정상값으로 돌아갈 수 있다는 점에서 지속적인 과부하와 구분된다.[6]

전선은 굵기와 종류에 따라 최대전류가 정해지며, 허용전류는 전선의 물리적 성질과 시설 상태, 절연피복의 허용온도에 따라 결정된다. 전선 온도가 오르면 기계적 강도와 절연이 저하될 수 있어, 과전류의 크기와 지속 시간은 전선의 상태 및 전기화재 분석과 관련된다.[5][6]

2. 발생 유형과 원인

단락전류는 선로가 합선될 때 흐르는 과전류다. 과부하전류는 부하의 변동 등으로 정격전류보다 큰 전류가 흐르는 경우를 가리킨다.[6]

과도전류는 변압기 투입, 콘덴서의 투입 또는 개방, 전동기 기동 때처럼 매우 짧은 시간 동안 나타날 수 있다. 이 전류는 서서히 감쇄해 정상값으로 돌아가는 유형으로 설명된다.[6]

3. 전선의 발열과 화재 위험

전선의 허용전류는 전선의 물리적 성질, 시설 상태, 절연피복이 견딜 수 있는 온도에 따라 정해진다. 허용전류를 넘으면 전선 온도가 상승하고, 온도 상승은 기계적 강도와 절연의 저하로 이어질 수 있다.[5][6]

전선 굵기를 부적절하게 선정하거나 규격 및 용도에 맞지 않는 전선을 사용하면 화재 발생률이 높아질 수 있다. 전기화재 통계에서 단락과 과부하가 발화 형태로 집계되었으며, 과전류로 전선이 과열되는 현상은 이 같은 화재 위험과 연결된다.[5]

4. 전기화재 분석과 용융흔

한 연구는 전류를 30 A에서 50 A까지 5 A 간격으로 높이며 전선 표면온도를 측정했다. 실험에서 전선 온도의 상한치는 101~613℃ 범위였고, 최고온도까지 걸리는 시간은 전류가 커질수록 780초에서 35초로 감소했다.[5]

연구는 전선을 단락시켜 생긴 용융부위의 금속조직을 살펴보고, 수지상 조직의 2차 가지 간격인 DAS를 과전류 크기와 온도 추정에 이용하는 방법을 제안했다. 측정된 평균 DAS는 101℃에서 2.28 μm, 613℃에서 10.7 μm였으며, 연구는 온도가 상승할수록 DAS가 커지는 관계를 보고했다.[5]

5. 과전류 보호 방식

과전류 보호장치는 소정의 전류값을 초과하는 전류가 흐르거나 외부 동작환경의 이상이 검지될 때 전류를 차단하거나 제어하도록 구성될 수 있다. 인용된 장치에서는 발열체의 열로 저융점 금속체를 끊거나 PTC 소자를 트립시키는 방식을 제시한다.[1]

분산전원이 연계된 배전계통의 과전류 보호 장치 사례에서는 상별 전압과 전류를 계측하고, 전류를 설정 전류와 비교해 고장을 감지한다. 이 장치는 고장 종류와 방향을 판별한 뒤 정방향 고장으로 판단되면 차단기를 동작시킨다.[2]

불연속 부하용 보호회로의 사례에서는 부하측 완전 단락을 감지해 과전류 제어신호를 보내고, 일정 시간 이상 지속되는 과전류는 별도의 감지 회로로 판별한다. 이는 단락 감지와 지속 시간에 따른 과전류 감지가 함께 사용되는 사례다.[4]

6. 관련 문서

  • 단락전류
  • 과부하전류
  • 허용전류
  • 정격전류
  • 과전류 보호장치
  • 전기화재 분석

7. 인용 및 각주

[1] Sscienceon.kisti.re.kr(새 탭에서 열림)

[2] Sscienceon.kisti.re.kr(새 탭에서 열림)

[4] Sscienceon.kisti.re.kr(새 탭에서 열림)

[5] Wwww.koreascience.or.kr(새 탭에서 열림)

[6] Wwiki1.kr(새 탭에서 열림)