7. 저항 종류(고유저항, 접지저항, 접촉저항, 절연저항)

7. 저항 종류(고유저항, 접지저항, 접촉저항, 절연저항)

전기회로에 나오는 저항에 대해서는 앞에서 공부해보았다.
1. '저항(Resistor)'과 '오옴의 법칙(Ohm's Law)' (tistory.com)

1. '저항(Resistor)'과 '오옴의 법칙(Ohm's Law)'

저항은 영어로 'Resistance' 이며
전기가 흐를 때 그 흐름을 방해하는 역할을 한다.

그런데 저항이 커야 좋은 경우가 있고 작아야 좋은 경우가 있다.
이는 저항의 종류에 따라서 다르다.

저항의 대표적인 4가지(고유저항, 접지저항, 접촉저항, 절연저항)를 알아보고
어떤 경우에 저항이 커야 좋고 작아야 좋은 지 알아보자.

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저항
(1) 고유저항
(2) 접지저항
(3) 접촉저항
(4) 절연저항

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(1) 고유저항
어떤 물질이 가지고 있는 기본적인 저항이다.
어떤 물질 내부에 전자가 이동할 때 얼마나 많은 힘이 들까 정도를 말할 수 있다.

전기저항을 식으로 나타내면

전기저항 식

저항 R = ρ x (l/A)
( l = 도체의 길이, A = 도체의 면적, ρ = 저항률(도체가 가지고 있는 고유특성) )

전기저항은 도체의 길이(l)가 길수록 전자가 지나가면서 도체 내부를 많이 부딪히며 다니니까 저항이 크다.
또한 도체의 면적(A)이 넓을수록 전자가 지나가면서 도체 내부를 덜 부딪히니까 저항이 작다.

그리고 저항률(ρ)이 큰 도체일수록 저항이 큰데 이 부분이 도체가 가지고 있는 고유특성인 고유저항이다.
고유저항이 큰 물질은 전기를 잘 흘리지 못한다.

고유저항이 큰 물질을 부도체라고 부르고
고유저항이 작은 물질을 도체라고 부른다.

고유저항이 작은 알루미늄이나 구리와 같은 도체는 전기를 잘 흘리므로 전선으로 사용하기에 적합하다.

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(2) 접지저항

전기에서 접지란 어떤 것인지 앞에서 공부해보았다.
https://yyxx.tistory.com/194

3. 전기에서 접지(Ground)란 무엇인가?

땅은 아주 넓어서 지구 어디에나 있고 아주 많은 전하를 받아낼 수 있다.

땅에 피뢰침을 설치

그래서 피뢰침을 땅에 설치하게 되면 벼락과 같은 큰 이상전하가 발생하더라도
그 이상전하를 대지로 방전시킬 수 있다.

피뢰침이 땅으로 이상전하를 방전시킴

이때 이 땅과 피뢰침 간의 저항을 '접지저항'이라고 한다.
저항이 작을수록 더 많은 전류가 흐를 수 있다.
피뢰침은 벼락과 같은 이상전하를 방전시키는 목적이므로 최대한 많은 전류가 흘러야 제 역할을 할 수가 있다.

그러므로 접지저항이 작을수록 이상전하를 방전시키는데 유리하다.
접지저항이 작아지면 대지로 이상전하가 잘 흐르게 된다.

그래서 접지저항은 몇 옴 이하여야 한다는 규정이 존재한다.

이러한 규정을 맞추기 위해서 접지저항을 줄이는 여러가지 방법이 존재한다.

땅이 너무 건조하거나 돌이 있는 곳에서는 접지저항이 커지면 이상전류가 땅으로 잘 스며들지 못하게 된다.
접지저항을 줄이는 방법으로는
(1) 접지저감제를 사용하면 접지저항을 줄일 수 있다.
(2) 피뢰침을 땅에 제대로 꽂혀있게 하기 위해 땅에서 판이라던지 봉의 형태로 하여 대지와 접촉면적을 넓힌다.
(3) 전선의 굵기를 굵게 한다.
(4) 땅을 판 후 접지봉을 넣는 게 아니라 땅에 접지봉을 때려박아 넣음으로써 대지와 접촉면적을 넓힌다.

이런 방법을 이용하면 접지저항을 줄여서 피뢰기로 이상전압을 방전시키는데 유리해진다.

접지저항을 줄이면 이상전류가 땅으로 더 잘 스며든다.

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(3) 접촉저항

접촉저항은 만날 때의 저항이다.
예를 들면 집에서 사용하는 스위치에서 접촉저항을 볼 수 있다.

전등 스위치

스위치로 집안의 불을 켰다 껐다 한다고 해보자.

스위치 ON/OFF 로 전등 껐다 킴

집에서 스위치를 온오프 하는 횟수는 하루에도 수없이 많다.
그런데 스위치를 온오프 하는 접촉과정에서 반드시 스파크가 생긴다.

스위치 ON/OFF 과정에서 접촉부간에 스파크 발생 (접촉저항이 클수록 큰 스파크 발생)

접촉되는 부분은 아주 얇고 좁은 부분이기 때문에 큰 열을 발생시킬 수 있다.,
이 접촉되는 부분의 저항이 접촉저항이다.
스위치를 많이 사용하다 보면 스위치가 과도한 열에 의해 손상될 가능성이 있기 때문에
접촉저항은 작아야 한다. 접촉저항이 크면 더 많은 스파크와 열을 발생시킨다.

그리고 스위치에서 접촉저항이 크게 되면 램프쪽으로 전류를 잘 통과시키지 못한다.
스위치와 램프는 저항 두 개가 직렬로 연결된 것과 같다.

스위치와 램프는 직렬로 연결된 두 저항과 같다.

스위치의 접촉저항이 크면 전류가 스위치 쪽에 많이 걸리게 되므로 좋지 않다.

그래서 스위치의 접촉부위의 저항을 낮게 하기 위해서 특수 합금을 이용하여 도금하거나 적절한 재료를 사용하여
접촉저항을 줄여야 한다.

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(4) 절연저항

전선을 보면 전기가 흐르는 도체의 주변을
전기가 흐르지 않는 절연물로 감싸고 있는 형태이다.

전선을 전기가 통하지 않는 절연물이 감싸고 있음

전압이 인가되었을 때 절연체가 나타내는 전기 저항을 '절연저항'이라고 부른다.
전기는 밖으로 나가려고 하는데 고무와 같은 절연물이 막아서 나가지 못하므로 안전하게 전선을 다룰 수 있다.

절연물은 절연저항이 커야 제대로 역할을 하게 된다.
만약에 어떠한 이유로 절연물의 성능이 낮아졌다고 해보자.
햇볕을 너무 쐬거나, 물리적으로 파이거나 해서 절연저항이 낮아지게 되면
절연저항이 낮아진 부분을 통해서 전자가 새어나갈 수 있다.

이렇게 새어나가는 전류를 '누설전류'라고 하고 전기 누전이 발생했다고 한다.
https://yyxx.tistory.com/196

5. 전기누전(electric leakage)이란 무엇인가?

만약에 집에서 차단기가 자꾸 떨어진다고 해보자.
집에서 사용하는 전자제품의 이상으로 생각해서 전자제품의 플러그를 콘센트에서 모두 뽑았는데도
누전차단기가 올라가지 않는다.
이런 경우에는 집에 배선되어 있는 선로에 이상이 있을 가능성이 크다.
집안 전기 선로 어딘가의 절연저항이 약해져서 그 부분으로 전기가 새어나갔을 가능성이 있다.
이런 경우 측정장치를 이용해서 절연저항이 적절한지 이상이 없는지 확인해볼 필요가 있다.

전기가 누전될 경우
화재, 감전의 위험이 있기 때문에 절연은 중요하다.
그래서 전기가 새어나가지 않도록 절연저항을 크게 하는 게 중요하다.
절연저항을 크게 하기 위해서는 고유저항이 큰 물질을 절연물로 사용하면 된다.