누전

전기는 본래 상선(L)에서 부하를 거쳐 중성선(N)으로 돌아오는 '정해진 길(전로)'로만 흘러야 한다. 이 길 밖으로 전류가 새어 나가지 않도록 전선과 기기를 감싸고 있는 것이 '절연(insulation)'이다. 누전은 바로 이 절연이 나빠져, 전류의 일부가 대지나 금속 외함 등 엉뚱한 곳으로 흘러나가는 현상이다.

절연이 무너지는 원인은 크게 세 가지다. 첫째 '절연파괴'로, 과전압·서지·경년열화로 절연체가 견디지 못해 도전로가 생기는 경우다. 둘째 '습기·결로'로, 매입박스나 옥외함에 물기가 차면 그 수분이 도전 경로가 되어 전류가 샌다. 셋째 '열화'로, 오랜 발열과 자외선·진동으로 피복이 굳고 갈라져 절연성능이 떨어지는 경우다.

누설전류의 크기는 옴의 법칙으로 결정된다. 누설경로의 절연저항을 R, 대지전압을 V라 하면 누설전류 I = V / R 이다. 예를 들어 대지전압 220V에서 누설경로 저항이 22kΩ이면 약 10mA가 새고, 7.3kΩ이면 약 30mA가 샌다. 즉 절연저항이 낮을수록(절연이 나쁠수록) 새는 전류가 커지고, 그 값이 사람이 감지·위험을 느끼는 수준에 이르면 감전사고가, 미소누설이 좁은 부위에 집중되면 발열·탄화로 화재가 발생한다.

현장에서 가장 많이 섞어 쓰는 네 용어를 명확히 구분해야 보호기기 선정과 원인 판단이 빨라진다.

'누전(지락)'은 전류가 정상 전로 밖, 즉 대지나 금속외함으로 새는 것이다. 엄밀히는 지락(地絡, ground fault)이 정식 용어이고 누전은 그 일상적 표현이라고 보면 된다. 보호기기는 영상변류기(ZCT)로 새는 전류(영상전류)를 검출하는 누전차단기(ELB)와 지락계전기(GR/SGR)다.

'단락(短絡, short circuit)'은 상과 상, 또는 상과 중성선이 직접 붙어 부하 없이 큰 전류가 흐르는 것이다. 흔히 '쇼트'라고 부른다. '과부하(overload)'는 정격을 초과하는 전류가 흐르는 것으로, 단락보다 작지만 지속되면 전선이 과열된다. 단락과 과부하는 모두 '과전류'이며, 배선용차단기(MCCB)나 배선차단기(MCB)가 차단한다.

핵심은 '누전/지락'과 '단락/과부하'는 전류가 흐르는 양상도, 보호기기도 다르다는 점이다. 누전은 ELB가, 과전류는 MCCB가 담당한다. 그래서 증상으로 먼저 어느 쪽인지 가린 뒤 해당 보호기기와 측정법으로 접근해야 한다.

누전 점검의 기본은 절연저항계(메거, megger)로 절연 상태를 수치화하는 것이다. 측정의 제1원칙은 '무전압 상태에서 잰다'는 것이다. 반드시 해당 회로 차단기를 OFF하고, 부하측 전선을 분리한 뒤, 검전기로 무전압을 직접 확인하고 측정한다. 차단기를 올린 활선 상태에서 메거를 찍으면 시험전압이 충전부에 인가되어 측정기 고장·단락·감전으로 이어진다. 또 부하가 물려 있으면 부하 내부 저항이 섞여 실제보다 낮게(불량처럼) 나와 오판한다.

측정은 보통 상(L)과 대지(접지) 사이, 또는 전로 상호 간으로 찍는다. KEC(한국전기설비규정) 132조(전로의 절연저항) 저압 기준은 시험전압과 절연저항값을 '사용전압 구간'으로 나누어 다음 세 단계로 적용한다.

(1) SELV·PELV(비접지 특별저압) 및 250V 이하(FELV·대지전압 150V 이하 포함) → 시험전압 DC 250V로 측정하여 절연저항 0.5MΩ 이상. (2) 250V 초과 500V 이하(FELV·500V 이하) → 시험전압 DC 500V로 측정하여 1.0MΩ 이상. (3) 500V 초과 → 시험전압 DC 1000V로 측정하여 1.0MΩ 이상.

즉 SELV·PELV에 별도의 시험전압을 부여하는 것이 아니라, '250V 이하' 구간에 함께 묶여 모두 DC 250V·0.5MΩ 기준을 적용한다는 점에 유의해야 한다. 시험전압은 DC 250/500/1000V 세 종류이고, 절연저항 합격값은 250V 이하 0.5MΩ, 그 초과 1.0MΩ의 두 단계뿐이다.

주의할 점은 과거 내선규정의 '0.1~0.4MΩ' 같은 옛 수치를 그대로 쓰면 안 된다는 것이다. 현행 KEC는 기준을 0.5/1.0MΩ으로 상향했다. 절연저항은 값이 높을수록 양호하며, 측정값이 기준 미달이면 절연불량(누전 위험)으로 판정한다.

누전차단기(ELB)는 절연저항이 아니라 '실제로 새는 전류'를 보고 동작한다. 내부의 영상변류기(ZCT)가 들어가는 전류와 나오는 전류의 차이(누설분, 영상전류)를 검출해, 그 값이 정격감도전류를 넘으면 트립한다.

주택·일반용 표준은 정격감도전류 30mA, 동작시간 0.03초(30ms) 이내다. 욕실·수영장·세차장처럼 물을 쓰는 장소는 인체감전 보호용으로 정격감도전류 15mA의 고감도형을 쓴다. 여기서 정격부동작전류(이 값 이하에서는 동작하지 않음)는 정격감도전류의 50%로, 30mA 제품이면 15mA가 된다. 즉 '물 쓰는 곳 15mA 차단기'의 15mA(고감도형의 정격감도전류)와 '30mA 제품의 부동작 15mA'는 의미가 다르므로 혼동하지 말아야 한다.

절연저항과 트립의 관계를 단순 모델로 환산하면, 220V에서 30mA가 흐르려면 누설경로 저항 R = V/I = 220/0.03 ≈ 7,333Ω ≈ 7.3kΩ, 즉 약 0.0073MΩ 이하여야 한다. 이 계산은 '저항성 단순 모델'의 근사이며, 실제 트립은 영상전류 검출 기준이고 부하·용량성 성분이 섞이면 달라진다. 핵심 결론은 '절연이 다소 나빠도 실제 누설이 30mA에 못 미치면 차단기가 안 떨어질 수 있다'는 것이다.

절연저항이 애매하게 낮게 나오거나, 메거 눈금으로는 0.0073MΩ 같은 미세 영역을 정밀하게 볼 수 없을 때는 누설전류용 클램프미터(mA 분해능)로 실제 누설을 직접 측정한다. 측정 원리는 '한 회로의 전류선을 한꺼번에 클램프로 무는 것'이다. 단상2선식은 상선+중성선 2가닥, 3상4선식은 R·S·T·N 4가닥을 동시에 클램프 안에 넣는다. 정상이면 들어가고 나오는 전류가 벡터적으로 상쇄돼 거의 0이고, 그 차이값(벡터합)이 곧 누설전류다. 한 선만 물면 그냥 부하전류가 잡혀 의미가 없으니 반드시 전류선 전체를 함께 물어야 한다.

원인 개소가 안 잡히는 매입배선·천장 누전은 '이분탐색법'이 가장 빠르다. 먼저 도면으로 조인트박스(JB) 위치를 파악한 뒤, 회로 중간 JB에서 선을 분리해 메거로 어느 쪽 절반이 절연불량인지 가른다. 그 다음 불량 쪽 절반을 또 분리해 좁혀가면, 적은 횟수로 누전점에 도달한다. 천장의 팔각·사각박스 후렉시블 접속부, 센서등, 안정기, 습기 찬 박스가 단골 누전점이다.

간헐 누전은 결로·습기를 의심해야 한다. 새벽이나 비 온 뒤 떨어지고 낮에 회복되는 패턴이면, 며칠 건조한 뒤 재측정하면 절연이 회복되는 경우가 많다. 또 전등라인에 정수기·콘센트 같은 전열부하가 몰래 분기돼 있다가 그 기기가 원인인 경우도 흔하므로, 전등 차단기만 떨어진다고 무조건 등기구만 보지 말고 숨은 부하부터 확인한다.

배선용차단기(MCCB/MCB)는 과부하·단락(과전류)만 차단하며 누전은 절대 못 잡는다. 누전(지락) 보호가 필요한 회로는 ZCT로 누설을 검출하는 누전차단기(ELB/ELCB)를 써야 한다. 따라서 '누전차단기가 자꾸 떨어진다고 배선용차단기로 바꾼다'는 것은 안전장치를 제거하는 위험한 조치다.

LED 안정기, PC의 SMPS, 인버터 등에는 EMI필터용 콘덴서가 들어 있어, 정상 상태에서도 대지로 '용량성 누설전류(Igc)'가 흐른다. 이 성분이 누적되면 일반 ELB가 실제 절연불량이 없는데도 트립하는 불요동작(오동작)이 생긴다. 이때 IGR(저항성 누설전류 검출형) 누전차단기는 전체 누설(Ig) 중 위험한 저항성 성분(Igr)만 골라 검출해 오동작을 줄인다. 다만 IGR은 절연불량을 덮어두는 장치가 아니므로, 진짜 절연불량은 별도로 찾아 조치해야 한다.

접지와 ELB의 관계도 중요하다. 부하에 사람이 접촉하는 등 누설경로가 생기면 접지가 없어도 ELB가 동작할 수 있지만, 접지가 있으면 누설전류가 대지로 즉시 흘러 차단기가 더 확실하고 빠르게 동작하며 외함 접촉 시 감전 위험이 크게 준다. 따라서 접지는 안전상 필수로 보고 시공하는 것이 옳다. 마지막으로 접지선과 중성선을 바꿔 결선하면, 평상시엔 220V가 나와 정상처럼 보여도 대지를 통해 전류가 흐르는 비정상(누전) 회로이며, 나중에 누가 접지단자를 분리하면 단상부하에 과전압이 걸려 소손될 수 있으므로 결선은 반드시 검증해야 한다.