아크방전이란?
전기 공부를 하다 보면 송전선로 챕터에서 상당히 자주 나오는 단어이지만, 대략적인 개념조차 이해하지 못한 채 암기하는 경우가 많다. 간단한 개념만 이해해도, 암기하고 연관하는데 많은 도움이 된다. 아크방전현상은 방전 현상 중 하나로 열전자를 대량으로 방출하며, 또한 빛의 복사도 강하다는 특징이 있다. 철 등의 용접이나 조명기구 발광 등 아크방전을 이용한 기술로 이용이 가능한 반면에 전기사고로 발생하는 성질도 있다. 수은등은 아크방전을 이용한 조명기구의 하나이지만, 전극의 발열과 절연파괴 등을 수반하는 발광 방식이기 때문에, 전기회로에 미치는 부하가 크다. 때문에 현재는 LED 광원을 이용한 조명기구로 대체가 진행되고 있다. 물론 효율 또한 LED가 월등하다. 아크방전발생 시 전압은 비교적 낮으며, 대전류가 흐르고 있는 상태이다.
일상에서는 쉽게 발생하는 아크방전은, 가정에서 콘센트를 통전 상태 그대로 꽂거나 빼내면 아크방전이 순간적으로 발생한다. 공급되는 전압이 낮으면 아크방전은 계속할 수 없기 때문에 가정용 콘센트 정도면 아크방전은 금방 없어진다. 실제로 꽂을 때에만 잠깐 번쩍하는 것을 확인할 수 있다. 아크방전에 의한 발열은 1,000℃를 초과하므로 배선기구 및 전기기기에 대한 열손상을 입힌다. 배전반 등 밀폐된 케이싱 내부에서 아크방전이 발생했을 경우 온도 상승으로 내압이 상승하여 고온이 된 가스가 주변에 방출되어 매우 위험하다. 반대로 이 열을 이용해서 아크용접을 할 수도 있다.
아크 (ARC)의 의미
송전선로에서는 저압 또는 고압의 전선로를 보호하기 위해 차단기를 사용하는데, 전류가 흐르는 상태에서 동작하는 차단기는 아크가 소멸되기 위한 기능이 있다. 이것을 소호 능력이라고 한다. 여기서 말하는 호는 한자어로 ARC의 사전적 의미인 반원을 뜻한다. 반원을 제거한다라고 해서 소호라고 하는 것이다.
왜 반원이냐?라고 한다면 아크가 발생할 때 불꽃의 모양이 반원을 그리기 때문이다. 전기 공부를 하다 보면 이렇게 별거 아닌데, 용어가 어려워서 학습에 어려운 부분이 많다. 이렇게 아크를 제거하기 위해 절연유 방식 외, 불활성 가스 내나 진공 중에서 차단을 하는 방식이나, 압축공기의 분사 등, 아크가 소멸되기 위한 기술이 다수 개발되고 있다.
아크 방전이 발생하는 이유
공기는 절연체가 아니기 때문에 때때로 방전 현상이 발생한다.방전은, 공기의 절연이 파괴되어 공기를 매개체로 전류가 흐르는 현상을 말한다. 공기 절연파괴는 거리 1cm를 기준으로, 교류 21kV, 직류 30kV에서 파괴된다. 이렇게 높은 전압에 의해 공기의 절연이 파괴됨으로써 아크방전이 발생한다.
아크 방전을 이용
먼저 언급한 수은등 외에 대표적으로 아크 방전을 이용한 것은 아크 용접이 있다.양 단에 강한 전압을 가하게 되면, 공기절연파괴에 의한 아크 현상이 발생하게 되고, 여기서 발생하는 열로 용접부를 녹여서 용접하는 원리이다.
