누전차단기, 정상적인 설비에도 존재하는 누설전류

 

현장에서 흔히 겪는 이 문제, 원인을 하나씩 따라가 보면 크게 네 갈래로 나뉜다.

 

진짜 누전인 경우, 정상적인 누설전류가 쌓여서 생기는 경우, 순간적인 과도현상 때문에 생기는 경우, 그리고 결선이나 설치, 차단기 자체의 문제 때문에 생기는 경우다.

 

여기서 먼저 짚고 갈 게 하나 있다. 누전차단기는 단순히 전선에 전기가 흐르는지를 보는 장치가 아니라, 전원 측으로 나간 전류와 부하 측에서 돌아오는 전류의 차이, 즉 잔류전류를 검출해 동작하는 장치다. 이 원리를 알아두면 앞으로 다룰 중성선 문제나 용량성 누설전류 같은 이야기들이 훨씬 자연스럽게 이해된다.

 

정상적인 설비에서도 누설전류는 존재한다. 인버터나 전력전자기기가 있는 곳에서는 EMI 필터의 커패시터와 전선의 대지 정전용량 때문에 정상 상태에서도 용량성 누설전류가 흐를 수 있다. 배선이 길어지면 전선과 대지 사이의 분포정전용량이 커지면서 이 누설전류가 더 늘어난다. 여기서 중요한 건, 고조파 자체가 곧바로 누설전류를 만드는 게 아니라는 점이다. 정확히는 전력전자기기에서 발생하는 누설전류에 고조파나 고주파 성분, 때로는 맥동 DC나 평활 DC 성분까지 섞이면서, 그 파형이 차단기의 검출 특성에 영향을 줄 수 있다는 게 맞는 설명이다.

 

용량성 누설전류와 저항성 누설전류는 서로 다른 문제다. 정상적인 설비 특성으로 생기는 용량성 누설전류와, 절연이 낡아서 절연저항이 떨어지며 생기는 저항성 누설전류를 뭉뚱그려 설명하면 헷갈리기 쉽지만, 원인이 다른 만큼 대응도 달라져야 한다. 실제로는 이 두 가지 외에도 고주파 성분이나 맥동·평활 DC 성분이 섞이는 경우가 많아서, 단순히 "누설전류가 몇 mA냐"만 볼 게 아니라 파형과 주파수 특성까지 함께 봐야 정확한 진단이 된다.

 

여러 부하의 누설전류는 누적된다. 특히 데이터센터나 UPS, 인버터, SMPS가 많은 시설에서는 각 부하에서 발생하는 정상적인 누설전류가 누적되면서, 차단기가 검출하는 잔류전류가 동작전류에 가까워질 수 있다.

여기에 결로, 습기, 노후화로 인한 절연 성능 저하 같은 환경적 요인도 더해진다. 진동이나 충격, 주변 전자파 간섭(EMI)도 영향을 줄 수 있지만, 이건 주된 원인이라기보다는 보조적인 원인으로 보는 게 맞다.

 

- 다음에는 과도현상, 중성선·결선 문제, 그리고 차단기 자체의 문제를 살펴본다 -

 

참고자료 | Fluke — Leakage Current Measurement Basics

정상적인 설비에서도 왜 누설전류가 발생하는지, 케이블 길이·절연·전자기기 필터가 누설전류에 어떤 영향을 주는지 이해하는 데 도움이 되는 자료다.

Leakage Current Measurement Basics | Fluke