전기 쇼트 이해 (쇼트, 단락, 합선)

간혹 가다가 전기 회로에 쇼트가 났다는 표현을 쓰는데, 가정집에서 만약에 두꺼비집이 내려간 경우에도 쇼트 났다와 같은 말을 하곤 합니다. 여기서 전기 쇼트라는 것은 영어로 짧다는 뜻을 가진 Short인데요, 우리 말로는 단락(短絡)이라고 하고 짧을 단자에 이을 락자를 써서 문자 그대로 짧게 이어졌다는 뜻이 됩니다. 선이 합쳐졌다는 의미로 합선이 되었다는 표현도 씁니다. 즉 쇼트(short circuit)가 회로가 짧게 이어졌다는 단락, 그리고 선이 합쳐진 합선과 같은 의미가 됩니다.

 

짧게 이어져서 뭐가 어떻게 되었다는 것인지 좀 궁금해지는 대목인데, 쇼트가 되면, 합선이 되면, 단락이 되면 왜 차단기가 내려가는 것인지 한번 정리해 보겠습니다. 우선 아래와 같은 전기 회로가 있다고 해보죠.

 

정상적인 전기 회로

 

100V 배터리에 1Ω과 9Ω의 저항이 연결되어 있고, 흐르는 전류는 옴의 법칙에 따라서 100/10 = 10A가 됩니다. 여기서 저항의 직렬연결과 병렬연결, 그리고 옴의 법칙 관련해서는 아래 링크를 참조하면 도움이 될 수 있습니다.

 

2023.12.11 - [과학] - 저항의 직렬연결과 병렬연결 (Series and Parallel)

저항의 직렬연결과 병렬연결 (Series and Parallel)

 

위에서 In으로 표기한 전류의 n은 normal을 뜻하는 것으로 정격 전류라는 뜻으로 이해를 하면 됩니다. 그리고, 여기서 이 전기 회로에 쇼트가 났다, 단락이 발생했다고 하는 일이 벌어지면 회로가 어떻게 되는지 아래 이미지를 보면 됩니다.

 

쇼트(단락)가 발생한 전기 회로, 전류가 10배가 되었다.

 

위와 같이 회로에 전기가 통하는 빨간색의 어떤 도선이 생겨서 회로가 짧아지게 됩니다. 말 그대로 단락, 짧게 이어지게 된 것이죠. 쇼트가 났다고 하는 상황입니다. 이제 쇼트가 난, 합선이 된, 단락이 발생한 빨간 선의 짧은 방향으로 저항을 피해서 전기가 흐르게 되겠죠. 전류라는 것이 기본적으로 저항이 가장 작은 접점으로 모두 흐르게 되기 때문입니다. 이때 마찬가지로 옴의 법칙을 이용해서 전류값을 구해보면 무려 100A가 됩니다. 단락이 나기 전에 비해 10배의 전류가 흐르게 된 것입니다. Is에서 아래 첨자 s는 short를 의미하는 것으로 In이 정격전류를 뜻하였다면, Is는 단락전류를 나타내게 됩니다.

 

여기서 단락비를 구할 수 있는데, Is / In = 100 / 10 = 10, 즉 단락 전류와 정격 전류의 비가 단락비가 되는 것이고, 전기 회로에서 정상적으로 흐르는 전류 대비 단락이 되었을 때 10배의 전류가 흐른다는 뜻이 됩니다. 쇼트가 생기면 갑자기 큰 전류가 흐르고, 화재가 발생할 가능성이 높기 때문에 왜 위험한지 이해가 되죠.

 

만약에 아래와 같이 단락이 발생하면 어떻게 될까요?

 

쇼트가 발생한 전기 회로, 단락비가 무려 100 (전류의 흐름이 100배)

 

단락비가 무려 100이 됩니다. 전류의 흐름이 100배가 되는 것으로 전력 역시 높아지게 되고, 순간적으로 굉장히 많은 열이 발생하면서 화재가 날 확률이 높습니다. 아래 링크를 보면 잘 이해를 할 수가 있는데, 전압과 전류의 곱이 전력이 되기 때문입니다. 사람의 신체가 닿아도 굉장히 위험하죠.

 

2023.11.22 - [과학] - 소비전력과 전력량 (Power consumption and wattage)

소비전력과 전력량 (Power consumption and wattage)

 

전기 화재라는 것이 노후된 전선이 있어 피복이 벗겨지거나 했을 때 전선끼리 닿아버리면 발생할 수도 있고, 전자 제품에 물이 들어가면 고장이 나는 것도 같은 맥락으로 이해를 하면 됩니다.