자동차정비소, 자동차학과, 자동차정비기사 등 자동차정비사업 요점정리 50. 안전관리 24

50. 안전관리 24

 

5절 고전압 배터리 관리

 

1. 인체와 전기의 상관관계

가. 감전
신체의 두 지점 사이에 전압의 차이가 생겨 몸에 전류가 흐르고 전기 충격을 받는 것
을 말한다. 이때 전류가 뇌나 척수를 타고 흐르면 중추 신경계가 호흡을 조절하지 못한
다. 또한 작은 전류라도 박동하고 있는 심장에 흐르게 되면 심장 박동이 멈춘다. 인간
의 심장은 전기신호의 파형을 스스로 발생 시킨다. P파는 심방의 수축에 의한 것이고,
Q→R→S→T의 파형은 심실의 동작에 의한 파형이다. 이들 P, R, T의 파두를 갖는 신호
에 의해 심근의 이완과 수축이 이루어지고, 심장은 약 0.7초의 주기로 규칙적으로 움직
여 혈액을 체내에 순환시키고 있다. 그런데 외부에서 인체 내에 어떤 크기의 전류가 흐
르면 심장에서 신호가 흐트러져 규칙적인 펌프작용을 할 수 없게 된다. 즉 심근의 제어
신호를 교란시켜 심근이 바로 움직이지 않고 진동(공진과 같은 원리)이 발생한다. 이 결
과 심장의 펌프 기능이 만족스럽지 않게 되고, 체내의 세포에 혈액공급이 정지된다. 일
반적으로 감전에 의한 사망사고는 심실 세동이 원인이라고 알려져 있다. 감전의 요인으
로 인체를 통과한 전류의 크기와 인체를 통과한 시간인 것이 밝혀졌다.
정리하면 인체의 감전 시 그 위험도는
● 통전전류의 크기
● 통전시간
● 통전경로
● 전원의 종류에 의해 결정 된다.
사람이 감전 될 수 있는 전압은 DC 전압 60V 이상, AC RMS 30V 이상, AC PEAK
42V 이상이며, 전류는 50~100mA 이상이면 사망 한다고 알려져 있다. 1mA 정도면 조
금 찌릿한 정도, 15mA 이상이면 가벼운 경련을 일으키고, 30mA이상이면 격렬하게 경
련을 일으킨다. 인체에 대한 전기의 영향은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 첫째는 전
기신호가 신경과 근육을 자극해서 정상적인 기능을 저해하며, 호흡정지 또는 심실 세동
을 일으키는 현상이며, 둘째는 전기에너지가 생체조직의 파괴, 손상 등의 구조적 손상
을 일으키는 것이다.

 

100mA의 전류가 인체에 1초 동안 흐르면 위험하나, 0.1초 내에 차단하면 안전하다.
I x T = 50[mA·s]
I : 인체통과전류 mA
T : 통과시간 s

 

나. 인체와 전기의 특성

인체의 저항은 보통 5,000Ω이나 근로환경, 젖은 정도, 인가전압에 따라 500Ω까지
감소한다.
인체의 저항은 전압이 일정한 경우 통전전류의 크기에 비례하고 전압에 대해선 지수 함
수적으로 변화한다. 전압이 올라가면 피부저항이 내려가고 1,000V에서 피부는 완전히
절연이 파괴되고 내부저항(500Ω)만 남는다.
근로환경에 따른 인체저항을 보면 작업근로자의 손은 10,000Ω, 사무직 근로자의 손은
1,000Ω 정도이다. 피부가 젖은 정도에 따라 인체저항을 보면, 건조 상태에서 땀이 나
면 1/12, 물에 젖으면 1/25로 인체 저항이 낮아진다. 저항이 낮아진 만큼 전류는 잘 흐
르게 되고 감전의 위험이 증가한다는 의미이다. 인체를 전기적 도체로 가정 시 피부, 혈
액, 근육 등의 인체는 저항성분과 용량성분으로 구분되는 임피던스를 가진다.
임피던스는 통전경로, 통전시간, 전압 및 주파수에 따라 변화한다.
● 인체의 전체 저항(5,000Ω)
● 피부저항 : 2,500Ω
● 내부저항 : 500Ω
● 발과 신발사이 저항 : 1,500Ω
● 신발과 대지사이 저항 : 500Ω

다. 전기자동차의 안전

대량 생산되는 대다수 자동차의 작동 전압은 12V 또는 24V의 배터리를 사용하고 있
다. 하지만 새로운 개념의 친환경차량인 하이브리드자동차(HEV), 플러그인 하이브리드
자동차(PHEV), 전기자동차(EV), 수소연료전지자동차(FCEV) 등 친환경자동차는 300V
내지 800V의 고전압 구동 축전지(배터리)를 통하여 구동하는 방식으로, 사용자가 이러
한 전압에 직접 노출되면 감전 등 전기 상해를 입는다. 또한 고전압의 배터리와 차체 사
이에 절연이 되어 있지 않으면 승객이 감전의 피해를 입을수 있다. 차와 차간 충돌 사고
시 차체에 고전압이 인가되면, 인체에 큰 전류가 흐르게 되어 위험한 결과를 야기할 수 도 있다. 따라서 이러한 고전압 배터리 관련한 사고를 미연에 방지하고 안전한 자동차
를 만들고자 고전압 안전에 관한 기준을 필히 지켜야 한다.
 
고전압 부품에 인체가 직접 또는 간접접촉으로 인해 흐르는 전류의 크기와 시간에 따
라 위험은 좌우되며 아래 표는 국제규격 IEC 60479-1에서 제공하는 시간/전류 영역에
대한 인체의 생리학적 영향을 분석한 것이다.

 

DC 전원과 인체 생리학적 영향

사용전원이 AC(교류) 또는 DC(직류) 전원인 경우를 구분하여 인체의 위험 정도를 표
시하는데, 아래 그림은 DC(직류) 전원인 경우의 인체 반응 곡선을 표시한 것이다.

DC 전원에서의 인체 반응 곡선

 

라. 감전 방지 대책

감전사고의 원인은 불안전한 행동과 상태가 대부분으로 안전교육과 적극적인 안전투
자, 안전제도를 개선하여 감전을 방지해야 한다.

(1) 기본적인 감전 방지 대책
가) 설비적 대책
① 누전차단기 : 누설전류 검출하여 누전 시 신속히 전원 차단
② 2중절연 : 기초절연 + 보호절연
③ 절연강화 : 절연 점검하여 불량 수리
나) 안전 장비적 대책
① 보호구, 방호구 사용,
② 검출용구 사용, 활선접근경보기 사용
③ 경고표지 사용
다) 교육적 대책
안전지식 교육, 안전거리 유지
(2) 일반적인 안전수칙
① 유자격자 이외 작업 금지
② 젖은 손으로 접촉 금지
③ 문어발 배선 금지
고전압 배터리를 사용하는 자동차에서 고전압 부품으로 인한 감전을 방지하기 위해
국제 보호등급(IP code : International Protection), 고전압 커넥터 및 케이블, 경고표
시, 전기적 연속성, 절연저항, 절연저항 모니터링 시스템 및 기타 기능적 안전성 등이
있다. 고전압 시스템이 노후화로 인하여 절연 성능이 저하되거나 또는 파괴되는 경우에
도 인체가 절연이 파괴된 부분의 노출도 전부와 다른 고전압 시스템의 외부에 접촉하였
을 때 전압차가 발생되지 않도록 자동차의 모든 섀시 부분의 전위 균등화 여부를 평가
하는 전기적 연속성 평가시험 방법이다. 그리고 고전압 부품의 전원선과 섀시간의 절연
성능 평가, 절연 저하를 확인하는 모니터링 시스템 평가, 고전압 부품 주변에 위험 경고
표시, 고전압 커넥터와 케이블의 구조 및 성능 기준 등을 명시하고 있다.

고전압 시스템의 경고와 케이블