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전기/전기용어

낙뢰와 전자파에 의한 재해

1. 낙뢰에 의한 재해.
뇌는 공기 중의 전하, 특히 뇌운에 분리 축적된 전하의 방전현상을 말하며 인체, 건축물, 통신설비 등에 각종 재해를 일으키고 있다. 뇌를 발생하는 구름은 뇌운 또는 적란운이라고 하는데 양전하와 음전하가 분리 축적되어 그 양이 중 가하면 강한 전계가 생겨 방전하게 된다. 뇌운 사이에 일어난 방전을 운간방전, 뇌운 하부에의 전하와 지상에 유도된 전하 사이에 일어난 방전을 지상 방전이라 고 하며, 이 지상 방전을 낙뢰라 한다. 뇌 방전은 뇌운 내에서 분리 축적된 전하 또는 뇌운 내의 전하와 지표에 정전 유도된 전하가 대기의 절연을 파괴하여 방전 중화하는 현상이다. 뇌운 내에 전하가 생기는 원인은 확실하지 않지만 낙뢰 때의 방전 진행과정은 최근의 관측기술의 진전에 의하여 명백해지고 있다. 그러나 이들에 대한 정확한 뇌 방전의 이론은 아직 충분히 확립되어 있지 않다. 세계 각국의 154KV 이상 초고압 송전선의 수년간에 걸친 사고 조사에 의하면 천둥 55%, 안개 18%, 얼음 7%, 종단장치 고장과 강풍, 기타의 순위로 되어 있다. 그러나 수십KV 이상의 초고압 송전계통에서는 천둥에 의한 이상전압을 고 려할 필요가 없고 선로의 개폐에 의한 서어지 전압이 중요시되고 있다. 천둥에 의한 이상전압에는 직격뢰와 유도뢰가 있는데 전자는 횟수가 적고 전 압이 높으며, 전류도 수십 KA에 달한다. 그러나 후자의 유도뢰는 직격뢰에 비 하면 횟수는 압도적으로 많으나 200KV를 넘는 것이 거의 없고 고절연의 송전선에서는 별로 문제가 안 된다. 그러나 배전선에서 뇌해사고의 90%이상이 유도뢰에 기인하며, 이 중에서 고압 퓨즈 용단이 80%이고 다음에 주상 변압기, 애 자형 개폐기, 애자나 전선의 순서로 되어 있다. 이밖에 특수한 천둥, 즉 구뢰에 의한 비행기 사고, 기타의 보고를 들 수 있다. 낙뢰에 의한 재해로는 낙뢰 전류로 인한 감전으로 실신 또는 사망, 직격뇌에 의한 건물이나 구조물 등의 화재, 전기 설비 및 물체의 손괴 등이 있다.

2. 전자파에 의한 장해.
전자파는 공존하고 있는 전계와 자계의 주기적인 변화에 의한 진동이 진공 또는 물질 중을 전파하여 나가는 진동 현상이다. 전자파는 서로 수직인 진동하는 전기장과 자기장으로 이루어지며, 빛의 속도로 전파되어 나가는데, 이 전기장과 자기장은 전파 방향에 대해서 각각 수직이다. 전자파는 공간을 이동하는 일종의 에너지라고 볼 수 있으며 가시광선을 제외하고는 눈에 보이지 않는다. 따라서 우리가 빛이라고 부르는 광파(태양광선), 각종 통신과 방송에 이용하는 전파, 의료용과 공업용으로 쓰이는 X-선 및 Gamma선 등이 모두 전자파에 속한다. 전자파는 물질과의 상호작용에 따라 크게 전리성 전자파와 비전리성 전자파의 두 종류로 구분할 수 있다. 전리성 전자파는 흔히 방사선이라고도 부르는 데, 물질에 작용하여 물질을 구성하고 있는 원자로부터 전자를 떼어내 전하를 띈 이온을 생성할 수 있는 (즉, 전리 작용을 일으키는) 능력을 갖는 전자파로서 X-선 및 Gamma선과 같은 핵 방사선이 이에 해당된다. 비전리성 전자파는 이온을 생성할 수 있는 전리 능력이 없거나 광양자 에너지가 약한 전자파로서 전 파나 광파와 같은 것이 이에 해당되며, 줄여서 비전리 전자파라고 부르기도 한 전자파는 파장 또는 주파수에 따라서 각각 특유의 성질을 갖는다. 전자파를 파동이 아닌 미세한 입자의 흐름으로 볼 때, 최소 단위의 입자는 각각의 진동수에 비례하는 에너지를 가지며 이 것을 전자파의 광양자 에너지라고 한다. 전파와 같이 파동성이 강한 전자파는 생체내에 존재하는 전자계에 의한 유도 작용인 전류 작용으로써 생체 효과를 일으킨다.

3. 비전리 전자파와 인체의 영향.
전자파를 피폭한 생체내의 전자계 성분이 일으키는 생물학적 반응을 생체효과(Bioeffect)라고 하는데, 이는 전자파의 스펙트럼에 따라 달라진다. 태양광선에서 알 수 있듯이 전자파는 인체에 대한 생체 효과에 있어서 유익한 면과 해로운 면의 양면성을 지니고 있다. 비전리 전자파의 인체 영향은 주로 전류 작용에 의한 것으로서 전류 작용은 열적 작용과 자극작용으로 나눌 수 있다. 일반적으로 주파수 100kHz 이상에서는 Joule열에 의한 열적 작용이 있고 그 이하의 주파수에서는 전류의 직접적인 자극작용이 우세한데, 체온의 상승은 전류의 열적 작용이고 신경세포 및 감각세포의 흥분 등은 전류의 자극작용에 의해 생긴다. 현재 비전리 전자파의 인체에 미치는 영향으로서 가장 논란이 되고 있는 사항이 세포조직에 대한 유해작용인데 전자파가 세포조직 내의 DNA를 손상시켜 유전자 질환을 일으킬 수 있다는 설이 많고, 일부는 동물실험에서 확인되고 있으나 인체에 대하여는 아직 분명한 결론을 얻어내지 못하고 있다. 전자파는 또한 인체의 신경조직에 영향을 가져오고, 생체리듬을 변화시키며, 생식기능의 저하를 초래할 수도 있다. 기타의 비전리 전자파에 의한 인체영향으로는 청각 장해, 조직의 성장촉진, 수면 등과 같은 작용 등이 있다. 그러나 전자계(EMF)가 인체에 미치는 영향은 연구 및 논란의 대상이 되어 왔으나 아직까지는 전자계의 위해성에 관한 명확한 결론이 나오지 않고 있으며, 과학적으로 증명하기 위한 연구는 지속적으로 진행되고 있다. 전기안전기준에서는 전기쇼크, 화상 또는 심장 세동 등을 일으킬 수 있는 전류 및 전압의 노출 한계치를 정하고 있다. 또한 스트레스를 받거나 불편함을 느끼는 정도의 전류밀도를 유기하는 전자계 값으로부터 일반인이나 근로자를 보호하기 위한 기준이 마련되어 있다. 일반적으로 인용되고 있는 인체의 중앙신경계에 영향을 주지 않는 유도전류의 최소 한계치는 10mA/m2이다.