안전 회로 설계

앞에서 보았듯이 접지에 대한 보안 연결이 없는 전원 시스템은 안전 관점에서 예측할 수 없습니다. 회로의 어떤 지점과 접지 사이에 전압이 얼마나 또는 적게 존재하는지 보장할 방법이 없습니다.

전원 시스템 전압 소스의 한 쪽을 접지하면 회로의 적어도 한 지점이 접지와 전기적으로 공통되므로 감전 위험이 없습니다. 간단한 2선식 전력 시스템에서 접지에 연결된 도체를 중성 , 그리고 다른 지휘자는 hot , 라이브라고도 함 또는 활성 :

전압 소스와 부하에 관한 한 접지는 전혀 차이가 없습니다. 회로의 최소한 하나의 지점이 안전하게 접촉할 수 있도록 보장함으로써(접지 전압 0) 순전히 개인 안전을 위해 존재합니다.

잠재적인 감전 위험 때문에 명명된 회로의 "뜨거운" 쪽은 전원에서 적절한 분리(이상적으로는 체계적인 잠금/태그아웃 절차 사용)로 전압이 확보되지 않는 한 만지면 위험합니다.

간단한 전원 회로에서 두 도체 사이의 위험 불균형을 이해하는 것이 중요합니다. 다음 그림 시리즈는 일반적인 가정 배선 시스템을 기반으로 합니다(간단함을 위해 AC 대신 DC 전압 소스 사용).

전도성 금속 케이스가 있는 토스터기와 같은 간단한 가전 제품을 살펴보면 제대로 작동할 때 감전 위험이 없어야 함을 알 수 있습니다. 토스터의 발열체에 전원을 공급하는 전선은 고무 또는 플라스틱으로 금속 케이스(및 서로)에 닿지 않도록 절연되어 있습니다.

그러나 토스터 내부의 전선 중 하나가 실수로 금속 케이스와 접촉하게 되면 케이스는 전선과 전기적으로 공통이 되며 케이스를 만지는 것은 전선을 만지는 것만큼 위험합니다. 이것이 감전 위험을 나타내는지 여부는 어떤 와이어가 실수로 터치:

"뜨거운" 전선이 케이스에 닿으면 토스터 사용자가 위험합니다. 반면 중성선이 케이스에 닿으면 감전의 위험이 없습니다.

전자의 고장이 후자보다 덜 발생하도록 하기 위해 엔지니어는 케이스와 열전도체의 접촉을 최소화하는 방식으로 기기를 설계하려고 합니다.

물론 이상적으로는 두 와이어 중 하나가 실수로 기기의 전도성 케이스와 접촉하는 것을 원하지 않지만 일반적으로 한 와이어가 다른 와이어보다 우발적으로 접촉할 가능성을 줄이기 위해 부품 레이아웃을 설계하는 방법이 있습니다.

그러나 이 예방 조치는 전원 플러그의 극성을 보장할 수 있는 경우에만 유효합니다. 플러그를 반대로 할 수 있는 경우 케이스에 접촉할 가능성이 더 높은 도체가 "뜨거운" 도체일 가능성이 높습니다.

이러한 방식으로 설계된 기기는 일반적으로 "극성" 플러그와 함께 제공되며 플러그의 한쪽 끝은 다른 쪽보다 약간 좁습니다. 전원 콘센트도 이와 같이 설계되어 한 슬롯이 다른 슬롯보다 좁습니다.

결과적으로 플러그를 "뒤로" 삽입할 수 없으며 기기 내부의 도체 식별이 보장될 수 있습니다. 이는 기기의 기본 기능에 어떠한 영향도 미치지 않는다는 점을 기억하십시오. 이는 전적으로 사용자 안전을 위한 것입니다.

일부 엔지니어는 기기의 외부 케이스를 비전도성으로 만들어 안전 문제를 해결합니다. 이러한 기기를 이중 절연이라고 합니다. 절연 케이스는 도체 자체의 절연체 위에 절연체의 두 번째 레이어 역할을 하기 때문입니다. 제품 내부의 전선이 실수로 케이스에 닿아도 제품 사용자에게 위험이 없습니다.

다른 엔지니어들은 전도성 케이스를 유지하면서 안전 문제를 해결하지만 세 번째 도체를 사용하여 케이스를 접지에 단단히 연결합니다.

전원 코드의 세 번째 갈래는 기기 케이스에서 접지까지 직접 전기 연결을 제공하여 두 지점이 서로 전기적으로 공통되도록 합니다. 그것들이 전기적으로 공통이라면 그들 사이에 전압 강하가 있을 수 없습니다.

적어도 그것이 작동하는 방식입니다. 뜨거운 도체가 실수로 금속 기기 케이스에 닿으면 접지선을 통해 전압원으로 다시 직접 단락되어 과전류 보호 장치가 트립됩니다. 어플라이언스 사용자는 안전합니다.

이것이 바로 전원 플러그를 2구 콘센트에 끼우려고 할 때 전원 플러그에서 세 번째 단자를 자르지 않는 것이 중요한 이유입니다. 이렇게 하면 사용자를 안전하게 보호하기 위해 기기 케이스가 접지되지 않습니다.

기기는 여전히 제대로 작동하지만 핫 와이어가 케이스와 접촉하는 내부 오류가 있는 경우 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 두 갈래 콘센트가 반드시 사용하는 경우 접지된 덮개 나사에 부착된 접지선과 함께 2-3구 콘센트 어댑터를 설치할 수 있습니다. 이렇게 하면 이러한 유형의 콘센트에 꽂혀 있는 동안 접지된 기기의 안전을 유지할 수 있습니다.

그러나 전기적으로 안전한 엔지니어링이 반드시 부하에서 끝나는 것은 아닙니다. 전기 충격에 대한 최종 보호 장치는 기기 자체가 아니라 회로의 전원 공급 장치 측에 배치될 수 있습니다. 이 보호 장치를 접지 오류 감지라고 합니다. , 다음과 같이 작동합니다.

제대로 작동하는 기기(위 그림 참조)에서 전자가 회로에 흐르는 경로는 단 하나뿐이므로 뜨거운 도체를 통해 측정된 전류는 중성 도체를 통과하는 전류와 정확히 같아야 합니다. 기기 내부에 이상이 없으면 회로도체와 케이스를 만지는 사람 사이에 연결이 없으므로 충격이 없습니다.

그러나 열선이 실수로 금속 케이스에 닿으면 케이스를 만지는 사람을 통해 전류가 흐르게 됩니다. 충격 전류의 존재는 차이로 나타납니다. 콘센트에서 두 전원 도체 사이의 전류:

"뜨거운" 도체와 "중성" 도체 사이의 이러한 전류 차이는 접지 연결을 통해 전류가 흐르는 경우에만 존재하며, 이는 시스템에 오류가 있음을 의미합니다. 따라서 이러한 전류 차이를 검출하는 방법으로 사용할 수 있습니다. 오류 상태입니다.

두 전원 도체 사이의 이러한 전류 차이를 측정하도록 장치를 설정한 경우 전류 불균형 감지를 사용하여 차단 스위치를 열 수 있으므로 전원을 차단하고 심각한 충격을 방지할 수 있습니다.

이러한 장치를 지락 전류 차단기라고 합니다. 또는 줄여서 GFCI입니다. 북미 이외의 지역에서 GFCI는 안전 스위치, 잔류 전류 장치(RCD), RCBO 또는 RCD/MCB(미니어처 회로 차단기와 결합된 경우) 또는 누전 차단기(ELCB)로 다양하게 알려져 있습니다.

전원 콘센트에 내장할 수 있을 만큼 컴팩트합니다. 이 콘센트는 고유한 "테스트" 및 "재설정" 버튼으로 쉽게 식별할 수 있습니다. 안전을 보장하기 위해 이 접근 방식을 사용할 때의 가장 큰 장점은 기기 설계에 관계없이 작동한다는 것입니다.

물론 GFCI 콘센트와 함께 이중 절연 또는 접지된 기기를 사용하는 것이 더 좋지만 기기의 설계 및 상태 이상으로 안전을 개선하기 위해 무언가를 할 수 있다는 사실을 아는 것은 위안이 됩니다.

아크 오류 회로 차단기(AFCI) , 화재를 방지하도록 설계된 회로 차단기는 간헐적인 저항성 단락에서 개방되도록 설계되었습니다. 예를 들어, 일반 15A 차단기는 15A 정격을 훨씬 초과하여 부하가 걸리면 빠르게 회로를 개방하도록 설계되었으며 정격을 약간 초과하면 더 천천히 개방됩니다.

이것은 각각 직접 단락과 몇 초의 과부하로부터 보호하지만 아크 용접과 유사한 아크로부터 보호하지는 않습니다. 아크는 70A 이상에서 반복적으로 정점을 이루는 매우 가변적인 부하이며 교류 제로 크로싱이 있는 개방 회로입니다.

평균 전류는 표준 차단기를 트립하기에 충분하지 않지만 화재를 일으키기에 충분합니다. 이 아크는 금속을 태우는 금속 단락에 의해 생성되어 이온화된 가스의 저항성 스퍼터링 플라즈마를 남길 수 있습니다.

AFCI에는 이 간헐적인 저항성 단락을 감지하는 전자 회로가 포함되어 있습니다. 고온에서 중성으로, 고온에서 접지로의 아크 모두로부터 보호합니다. AFCI는 GFCI와 달리 감전 위험으로부터 보호하지 않습니다. 따라서 GFCI는 여전히 주방, 욕실 및 실외 회로에 설치해야 합니다.

AFCI는 대형 모터를 시동할 때 종종 트립되고 더 일반적으로 브러시 모터에서 작동하기 때문에 설치는 미국 전기 규정에 따라 침실 회로로 제한됩니다. AFCI의 사용은 전기 화재의 수를 줄여야 합니다. 그러나 AFCI 회로에서 모터가 있는 기기를 실행할 때 성가신 트립이 문제입니다.

검토:

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전원 시스템의 경우 안전을 보장하기 위해 전압 공급 장치의 한 쪽이 접지에 연결된 경우가 많습니다.

전력 시스템의 "접지" 도체를 중성선이라고 합니다. 도체, 접지되지 않은 도체는 뜨거운 .

전원 시스템의 접지는 부하의 작동이 아니라 개인의 안전을 위해 존재합니다.

기기 또는 기타 부하의 전기 안전은 우수한 엔지니어링으로 향상될 수 있습니다. 극성 플러그, 이중 절연 및 3구 "접지" 플러그는 모두 부하 측에서 안전을 최대화할 수 있는 방법입니다.

지락 전류 차단기 (GFCI)는 부하에 전원을 공급하는 두 도체 사이의 전류 차이를 감지하여 작동합니다. 전류의 차이가 전혀 없어야 합니다. 모든 차이는 전류가 두 개의 주 도체 이외의 다른 수단을 통해 부하에 들어가거나 빠져야 함을 의미하며 이는 좋지 않습니다. 상당한 전류 차이가 자동으로 차단 스위치 메커니즘을 열어 전원을 완전히 차단합니다.

관련 워크시트:

<울>

안전 접지 워크시트

과전류 보호 워크시트