저항(Resistance)
저항은 전기 회로에서 전류의 흐름을 방해하는 성질을 의미합니다.
저항의 단위는 옴(Ω)으로 표현되며, 옴의 법칙(V = IR)에 따라 전압(V), 전류(I), 그리고 저항(R) 사이의 관계를 설명할 수
있습니다. 저항은 주로 전기가 흐르는 물질의 종류, 온도, 길이 및 단면적에 의해 결정됩니다.
저항의 가장 중요한 특징 중 하나는 주파수에 따라 변하지 않는다는 점입니다. 즉, 직류(DC) 또는 교류(AC) 회로에서 저항의 값은 일정합니다.
임피던스(Impedance)
임피던스는 저항의 개념을 확장하여, 교류(AC)회로에서 전류 흐름을 방해하는 모든 요소를 포함하는 용어입니다.
임피던스는 저항(R), 인덕턴스(L), 그리고 커패시턴스(C)의 복합적인 영향을 고려하여 계산됩니다.
임피던스의 단위도 옴(Ω)으로 표현되지만, 이는 AC 회로의 동적인 특성을 반영한 것입니다.
임피던스는 주파수에 따라 변화하며, 인덕턴스와 커패시턴스 요소는 주파수가 높아질수록 전류 흐름에 더 큰 영향을
미칩니다.
저항과 임피던스의 차이점
적용 범위
저항은 DC와 AC 모두에서 적용되지만, 임피던스는 주로 AC 회로에서의 전류 흐름을 설명하는 데 사용됩니다.
구성 요소
저항은 전류를 방해하는 단일 요소로 구성되어 있으며, 임피던스는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스의 복합적인 영향을
고려합니다.
주파수 의존성
저항은 주파수에 독립적이지만, 임피던스는 회로의 인덕턴스와 커패시턴스 요소 때문에 주파수에 따라 변화합니다.
낙뢰전류는 저항인가?? 임피던스인가???
낙뢰 전류를 이해할 때, 저항과 임피더슨 모두 고려해야 하는 요소이기는 하나, 낙뢰전류의 경우 특히 임피던스가 중요한
역할을 합니다. 이는 매우 높은 주파수의 전류를 포함하고 있기 때문입니다.
낙뢰전류의 특징
강도
낙뢰전류는 매우 높은 전류를 가지며, 일반적으로 수만에서 수십만 암페어(A)에 이릅니다. 가장 강력한 번개에서는 200,000A 이상의 전류가 흐를 수도 있습니다.
지속시간
낙뢰전류는 매우 짧은 시간 동안 지속됩니다. 대부분의 번개는 1ms에서 수십 ms 정도의 지속 시간을 가집니다.
주파수
낙뢰전류는 높은 주파수 성분을 포함하고 있습니다. 이는 낙뢰가 발생하는 동안 다양한 주파수의 전기적 신호가 발생함을 의미합니다.
낙뢰전류의 영향
물리적 손상
낙뢰는 건물, 전신주, 나무 등에 직접적으로 충격을 줄 수 있으며, 이로 인해 화제가 발생하거나 구조물이 손상
될 수 있습니다.
전자기장 영향
낙뢰전류는 강력한 전자기장을 생성하여, 주변의 전자기기에 간접적인 손상을 입힐수 있습니다.
이는 전력선, 통신선을 통해 발생하거나, 공기 중으로 전파되어 발생할 수 있습니다.
지락과 과전압
낙뢰전류가 지면에 도달하면, 지면을 통해 넓은 영역으로 전파됩니다.
이 과정에서 지락이나 과전압이 발생하여 전력 시스템이나 지하에 매설된 통신 케이블에 영향을 줄 수 있습니다.
지락(Ground Fault)
지락이란 전기 회로의 일부가 의도치 않게 지구(땅)와 연결되어 발생하는 전기적 결함을 말합니다.
이로 인해 전류가 정상적인 경로를 벗어나 지구로 흐르게 되며, 이는 다음과 같은 원인으로 발생할 수 있습니다.
절연체 손상으로 인한 전선의 노출
전기 설비 내부의 결함
습기나 물의 침입
지락은 과도한 전류가 흐르게 하여 전기적 화재의 원인이 될 수 있고, 전기 충격의 위험을 증가시킵니다.
따라서, 지락 회로 차단기(GFCI, Ground Fault Circuit Interrupter)와 같은 보호 장치를 사용하여 사고를 예방합니다.
GFCI는 지락이 발생했을 때 빠르게 회로를 차단하여 전류 흐름을 멈추게 함으로써, 인명과 재산 피해를 최소화합니다.
과전압(Overvoltage)
과전압은 시스템이나 장비가 설계된 것보다 높은 전압에 노출되는 상황을 말합니다. 과전압은 여러 가지 원인으로 발생할 수 있으며, 주요 원인은 다음과 같습니다.
낙뢰나 전력선과의 접촉으로 인한 순간적인 전압 상승
전력 공급망의 고장이나 동작 이상
전기 장비의 잘못된 연결 또는 사용
과전압은 전자 장비의 손상, 장비의 수명 단축, 또는 즉각적인 고장을 유발할 수 있습니다. 특히, 민감한 전자 장비나 반도체 소자는 과전압에 매우 취약합니다. 과전압으로부터 보호하기 위해 서지 보호 장치(SPD, Surge Protection Device)나 전압 조정기와 같은 장비가 사용됩니다. 이러한 장치들은 과도한 전압을 감지하고, 그 전압을 안전한 수준으로 제한하거나 분산시키는 역할을 합니다.
과도 현상(Transient Phenomenon)
전기 회로나 시스템에서 일시적으로 발생하는 비정상적인 전압이나 전류의 변화를 말합니다. 이 현상은 회로의 스위치 동작, 부하의 급격한 변화, 단락, 낙뢰 등으로 인해 발생할 수 있으며, 매우 짧은 시간 동안 발생합니다. 과도 현상은 전기적 신호가 안정된 상태(정상 상태)에서 다른 안정된 상태로 전환하는 과정에서 나타납니다.
과도 현상의 특징
짧은 지속 시간
과도 현상은 몇 마이크로초(µs)에서 몇 밀리초(ms) 정도의 매우 짧은 시간 동안 발생합니다.
높은 전압과 전류
과도 현상 동안에는 매우 높은 전압이나 전류가 발생할 수 있으며, 이는 설계된 시스템의 한계를 초과할 수 있습니다.
영향
과도 현상은 전자 장비에 손상을 입힐 수 있으며, 경우에 따라서는 데이터 손실이나 기능 장애를 일으킬 수 있습니다.
과도 현상의 유형
서지(Surge)
전력선을 통해 전달되는 고전압의 일시적인 증가로, 낙뢰나 전력망의 스위칭으로 인해 발생할 수 있습니다.
스파이크(Spike)
매우 짧은 시간 동안 발생하는 급격한 전압의 상승으로, 전기적 잡음이나 전자기 간섭(EMI) 때문에 발생할 수 있습니다.
전력 순간 중단(Sag 또는 Dip)
짧은 시간 동안 전력 공급이 감소하는 현상으로, 대형 전기 장비의 가동 시작 시 발생할 수
있습니다.
과도 현상의 대응 방안
과도 현상으로부터 전기 장비를 보호하기 위한 다양한 대책이 있습니다.
서지 보호 장치(SPD)
과도한 전압을 감지하고 안전한 수준으로 제한하거나 배제하여 회로를 보호합니다.
필터링
과도 현상에 의한 잡음을 필터링하여 장비로의 전달을 차단합니다.
접지
전기 회로를 적절히 접지함으로써 과전압이나 전류를 지면으로 안전하게 배출합니다.
과도 현상은 예측하기 어려우며, 때로는 매우 심각한 손상을 유발할 수 있습니다.
따라서, 전기 시스템 설계와 구축 단계에서부터 이러한 현상을 고려한 보호 대책을 마련하는 것이 중요합니다.