전기의 위험성과 안전대책

전기의 위험성과 안전대책

 

1.  전격(電激)의 위험성

전기의 위험성하면 제일 먼저 머리에 떠오르는 것은 감전이 된다는 것이다. 감전(전격)이란 인체의 일부 또는 전체에 전류가 흘렀을 때에 일어나는 생리적인 현상으로서 근육의 수축, 호흡곤란, 심실세동으로 인하여 사망하거나 추락, 전도 등 2차적 재해를 유발하는 현상을 말한다.

이러한 전격에 의한 인체의 반응 및 사망의 한계는 그 속성상 인체 실험이 매우 어렵고 또 어떤 실험결과가 나와도 그것의 검증이 어렵다는 점과 인간의 다양성(키, 몸무게, 성별, 인종별), 재해 당시 상황의 변수(땀, 습기, 접촉부의 물리적 상태) 등의 이유로 국제적인 기준이 일치되어 있지 않으나 비교적 일치하는 사항은 다음과 같다.

인체가 감전되었을 경우 그 위험도는 다음과 같은 요소의 순으로 영향을 받는다.

○ 통전전류의 크기(인체에 흐르는 전류의 값[㎃])

○ 통전의 시간과 전격의 위상

○ 통전경로 즉, 전류가 흐르는 인체의 부위, 특히 심장을 통과하게 되면 심장에 충격을 주어 소위 심실세동 현상을 일으켜 전격에 의한 사망의 주원인이 된다.

○ 전원의 종류, 직류보다 교류전원이 더 위험하다.

 

(1) 통전전류의 크기와 생리적인 영향

인체에 흐르는 전류의 크기를 점점 증가시켰을 경우 어떠한 생리적 현상이 발생하는가 검토하여 보면 감전으로 인한 인체에 미치는 영향은 통전전류와 통전시간이 결정적이며 다음과 같다.

전류범위에 대한 생리적 반응

전류범위	생 리 작 용	전류[㎃]	비 고
Ⅰ	전류를 감지하는 상태에서 자발적으로 이탈이 불가능해지는 상태, 심박 리듬이나 신경계통에는 영향이 없다.	약 25 이하
Ⅱ	아직 견딜 수 있는 전류 혈압상승, 심장맥동의 불규칙, 회복성 심장정지 50[㎃] 이상에서는 실신	25～80
Ⅲ	실신, 심실세동	80～3000
Ⅳ	혈압상승, 회복성 심장정지, 부정맥, 폐기종, 실신	약 3000 이상

(가) 최소감지전류

통전전류의 크기가 어느 한계값 이하의 경우에는 인체가 느끼지 못하고 이값 이상이 되면 전격을 느끼게 되는 데, 이 전류값을 최소 감지전류라 한다.

최소 감지전류의 크기는 직류 2～5[㎃], 교류 0.5～1.0[㎃]정도이다.

 

(나) 고통의 한계전류

통전전류가 최소 감지전류를 초과하게 되면 점차로 고통을 느끼게 되고, 이 고통을 참을 수 있으면서 생명에는 위험이 없는 한계의 전류로서 직류에서는 30～50[㎃], 교류에서는 7～8[㎃]정도이다.

      

(다) 마비한계전류

고통의 한계를 넘어서 전류를 흘리면 신체 각 부의 근육이 수축현상을 일으키며 신경이 마비되어 신체를 자유로이 움직일수 없게 된다. 즉 자신이 전격을 받은 상태를 알면서도 자기의 뜻대로 신체를 움직일 수 없는 상태가 된다. 다시 말하면 활선에 손이 접촉되어 이와 같은 현상이 발생하면 타인이 발견하여 구조를 하지 않으면 활선으로부터 손을 뗄 수 없게 되며 구조의 소리도 외칠 수 없게 된다. 이러한 상태로 장시간 고통을 받아 의식을 잃고 호흡이 곤란하게 되면 마침내는 사망하게 된다.

이 정도의 현상이 발생하는 크기의 통전전류를 마비한계 전류라 하며 직류에서는 60～90[㎃], 교류에서는 10～15[㎃]정도이다.

 

(라) 심실세동전류

인체의 통전전류가 일정값을 넘게 되면 통전전류의 일부가 심장의 맥동에 영향을 줄 수 있을 정도의 전류가 심장부를 흐르게 된다. 그러면 심장은 마비증상을 나타내어 정상적인 혈액의 순환이 곤란하게 된다.

즉 심장은 불규칙적인 세동을 일으키며, 끝내는 심장의 기능을 잃게 된다. 이런 현상을 일반적으로 심실세동이라 한다.

이런 상태가 되면 통전전류가 멎는다 해도 자연회복은 되지 않으며, 그대로 방치하면 수분이내에 사망하게 된다.

심실세동의 전류크기는 여러 가지 실험결과로부터 사람의 경우에 대한 전류치를 추정하고 있다. 통전시간과 정류치의 관계식은 다음의 식이 인정되어 있다.

I =155~165/√T[mA]

여기서 I 는 1000명중 5명 정도가 심실세동을 일으킬 수 있는 전류(㎃)이며, T는 통전시간(초), 즉 심실세동을 일으키는 위험한계의 에너지는 인체의 전기저항을 인체의 저항을 1000(Ω)이라 할때

W = I2RT = (165/√T × 10-3)2 RTW

= (165√1 × 10-3)2 × 1,000 × 1(T=1)

=27.2[W.S] =27.2[J)

이상에서 설명한 외에도 직류의 경우 남녀의 차, 연령, 체질, 건강상태에 따라서 전격정도가 다르면 전격시간이 짧으면 상당히 큰 전류일지라도 생명을 구제 받을 수 있다. 대략 1초당 165[㎃], 0.1초면 500[㎃]가 한계치이며, 45[mS]

이면  3.7[A] 정도이다. 다음표는 전류가 인체에 미치는 생리적 효과를 나타 낸 것이다.

전류의 인체에 대한 작용

전격의 영향	직류 [㎃]		교류(실효치) [㎃]
			60[㎐]		10,000[㎐]
	남	여	남	여	남	여
최소 감지전류	5.2	3.5	1.1	0.7	12	8
고통을 받지 않는 전류	9	6	1.8	1.2	17	11
고통을 받는 전류	62	41	9	6	55	37
고통을 받는 전격, 전원에서 자력으로 이탈할 수 있는 한계	74	50	16	10.5	75	50
근육강직, 호흡곤란	90	60	23	15	94	63
심실세동의 가능성 (전격시간 0.03초)	1,300	1,300	1,000	1,000	1,100	1,100
심실세동의 가능성 (전격시간 3초)	500	500	100	100	500	500
심실세동이 확실하게 발생	위 값의 2.75배 한 것

(2) 통전경로에 의한 영향

인체에 전류가 흘렀을 경우의 통전부위, 특히 심장 또는 그 부위를 통과하게 되면 심장에 영향을 주어 위험하게 된다.

즉, 인체에 전류가 통과하게 되면 심장이 어느 정도 분로 역할을 하게 되므로 심실세동의 한계를 넘는 전류강도에서 심실세동이 일어날 수 있으나 그 보다 낮은 전류에서도 위험할 수 있으며, 이에 대한 통전경로별 위험도를 나타내면 다음과 같다.

통전경로별 위험도

통 전 경 로	위 험 도
왼손 - 가슴 오른손 - 가슴 왼손 - 한발 또는 양발 양손 -양발 오른손 - 한발 또는 양발 왼손 - 등 한손 또는 양손 - 앉아 있는 자리 왼손 - 오른손 오른손 - 등	1.5 1.3 1.0 1.0 0.8 0.7 0.7 0.4 0.3

위 표에서 숫자가 클수록 위험도가 높아진다.

예를 들면 왼손과 가슴간에 53[㎃]의 전류가 통전되는 것과 양발 사이에 80[㎃]의 전류가 흐를 때의 위험도는 서로 동일하다.

여기서 “왼손과 가슴”인 경우에는 전류가 심장을 통과하므로 가장 위험하고, 오른손보다는 왼손이 통전경로가 되는 경우에 심장을 통과할 가능성이 높으므로 더 위험하다.

 

   

인체의 전기저항

 

인가전압	인 체 저 항 [Ω]
	인구의 5[%]	50[%]	95[%]
25 50 75 100 125 220 700 1,000 접근한계 값	1,750 1,450 1,250 1,200 1,125 1,000 7,50 7,00 150	3,250 2,625 2,200 1,875 1,625 1,350 1,100 1,000 750	6,100 4,375 3,500 3,200 2,875 2,125 1,550 1,500 850

안전전압의 기준

구분 범위	전압[V]	전류[㎃]	계산에 의한 인체의 임피던스[Ω]
최 대 최 소	40.0 20.0	10.0 6.0	6,670 2,330
평 균	27.8	7.8	3,560

각 국가별 안전전압

국 명	안전전압[V]	국 명	안전전압[V]
체 코	20	스 위 스	36
독 일	24	프 랑 스	24(A.C), 50(D.C)
영 국	24	네덜란드	50
일 본	24～30	오스트리아	60(0.5초)
한 국	30		110～130(0.2초)
벨 기 에	35