[논문]수중에서의 감전 메카니즘 특성에 관한 연구

도범성

문제 정의

즉, 수중에서는 인체의 다리 부위에 전류가 흘러 근육 경직으로 인해 인체가 물속으로 쓰러져 익사하게 되거나 또는 수증에 잠긴 상태에서 심실세동이 발생하여 혈액순환기능이 상실되어 사망하게 되는 감전 메카니즘을 가정할 수 있다. 본 논문에서는 침수로 누전이 되고 있는 가로등 옆을 지나가다가 사람이 감전되는 경우를 가정하여, 인체가 수중에 있을 때 누전체로부터의 거리 및 물속 깊이에 따른 전위분포를 파악하고 이로부터 수중에서의 인체 감전 메카니즘을 해석하고자 하였다. 실험 장치로 흙탕물에 준하는 시액을 담은 수조에 금속체 원통을 세우고 여기에 220V의 전압을 인가하여 가로등이 누전되는 상황을 설정하였다.
특히 가로등이 침수되어 누전이 발생했을 경우 수중 전위분포를 알 수 없기 때문에 누전체로 부터 거리변화와 수중깊이에 따른 전위 변화가 어떻게 인체에 미치는지에 대한 연구사례는 전무하다. 본 연구에서는 수중에서 누전이 발생한 감전 상황을 실험을 통하여 인체에 미치는 감전위험성을 분석함으로써 누전체와의 거리와 수중깊이의 변화에 따라서 어떻게 인체에 미치는 지에 대한 감전 메카니즘을 파악하고자 한다.

가설 설정

이를 가능성이 많다. 즉, 수중에서는 인체의 다리 부위에 전류가 흘러 근육 경직으로 인해 인체가 물속으로 쓰러져 익사하게 되거나 또는 수증에 잠긴 상태에서 심실세동이 발생하여 혈액순환기능이 상실되어 사망하게 되는 감전 메카니즘을 가정할 수 있다. 본 논문에서는 침수로 누전이 되고 있는 가로등 옆을 지나가다가 사람이 감전되는 경우를 가정하여, 인체가 수중에 있을 때 누전체로부터의 거리 및 물속 깊이에 따른 전위분포를 파악하고 이로부터 수중에서의 인체 감전 메카니즘을 해석하고자 하였다.

제안 방법

가로등 침수시 시액 고유저항이 주변 환경적 조건에 따라 다르기 때문에 비온 뒤 자연적으로 형성된 시액을 가지고 고유저항을 측정하여 시액을 제작하였고 장시간의 실험으로 인하여 전도성물질 등의 침전으로 인한 전도도의 변화를 방지하기 위해 시액을 수시로희석시켜 주면서 실험한다.
8과 같이 시편 전위측정점 294개를 측정하였다. 그리고 전원이 공급되는 전선에클램프메타를 걸어서 전체 회로에 걸리는 총 전류를측정하였다.
우선, 단지 누전체만 존재하는 경우의 수중전위를 측정하여 전위분포를 분석하였으며 통전전류가 흐르게 되는 방향을 나타내는 전력선을 그렸다. 다음으로 인체가 수중에서 근접하는 경우를 가정하여 돼지고기를 시편으로 하여 수중에 담그고 누전체로부터 거리를 변경시키면서 전위분포를 측정하였으며 , 등전위선으로부터 전력선을 그렸다.
본 논문에서는 침수로 누전이 되고 있는 가로등 옆을 지나가다가 사람이 감전되는 경우를 가정하여, 인체가 수중에 있을 때 누전체로부터의 거리 및 물속 깊이에 따른 전위분포를 파악하고 이로부터 수중에서의 인체 감전 메카니즘을 해석하고자 하였다. 실험 장치로 흙탕물에 준하는 시액을 담은 수조에 금속체 원통을 세우고 여기에 220V의 전압을 인가하여 가로등이 누전되는 상황을 설정하였다. 우선, 단지 누전체만 존재하는 경우의 수중전위를 측정하여 전위분포를 분석하였으며 통전전류가 흐르게 되는 방향을 나타내는 전력선을 그렸다.
C) 의 전압을 가한 상태에서 수조에서 양극단간에 흐르는 전류를 측정한다. 양극동판에 인가한 전압을 측정 전류 값으로 나누어 시액 저항값을 구하고, 고유저항 율을 계산하는 방법은 다음과같다.
2-3] 과 같이 측정하였다. 양극동판에 인가한 전압을 측정전류 값으로 나누어 시편 저항 값을 나타내었고, 고유저항율을 계산하는 방법은 다음과 같다.
실험 장치로 흙탕물에 준하는 시액을 담은 수조에 금속체 원통을 세우고 여기에 220V의 전압을 인가하여 가로등이 누전되는 상황을 설정하였다. 우선, 단지 누전체만 존재하는 경우의 수중전위를 측정하여 전위분포를 분석하였으며 통전전류가 흐르게 되는 방향을 나타내는 전력선을 그렸다. 다음으로 인체가 수중에서 근접하는 경우를 가정하여 돼지고기를 시편으로 하여 수중에 담그고 누전체로부터 거리를 변경시키면서 전위분포를 측정하였으며 , 등전위선으로부터 전력선을 그렸다.
5cm인 벽돌을 설치한다. 이때 가로등 외함으로부터 가로 1cm, 세로 4cm, 깊이 4cm 간격으로 수중전위를 측정하였고, 지름 8cm, 높이 24cm 시편을 가로등 외함으로부터 가로방향 5cm 간격으로 거리를 이격시키며 수중전위 변화를 측정한다. 실험장치 구성도는 Fig.
지름 8cm, 높이 24cm 원통형 시편의 양단에 동판을 연결하고, H선과 N선을 접속시킨 후 220V를 인가한 시편의 양극단간에 흐르는 전류 값을 [Fig. 2-3] 과 같이 측정하였다. 양극동판에 인가한 전압을 측정전류 값으로 나누어 시편 저항 값을 나타내었고, 고유저항율을 계산하는 방법은 다음과 같다.
폭우로 인해 가로등이 침수되는 상황을 재현하기 위하여 가로 30cm, 세로 35cm, 길이 88cm인 수조를 제작하였고, 가로등 외함은 직경 11cm, 높이 62cm의 연통을 사용하였으며 외함에 하트선 (H) 을 연결하였고, 바닥으로부터 메쉬, 흙, 벽돌의 순서로 일반적인인도를 가정하여 실험조건을 구성하였고, 메쉬에는 중성선(N)을 연결한다.

대상 데이터

Fig. 7과 같이 누전체인 연통으로부터 가로 5cm씩거리변화를 주면서 Fig. 8과 같이 시편 전위측정점 294개를 측정하였다. 그리고 전원이 공급되는 전선에클램프메타를 걸어서 전체 회로에 걸리는 총 전류를측정하였다.
누전체인 연통으로부터 Fig. 5와 같이 가로 1cm, 세로 4cm, Fig. 6과 같이 수면으로 부터의 깊이 4cm 씩 측정거리에 변화를 주면서 시편을 시액에 미첨가 시 수중전위측정 점 1491개, 시편을 시액에 첨가 시 수중 전위측정 점 1281개를 측정한다.

성능/효과

1. 누전체에 근접할수록 거리변화에 대한 전위강하율이 크게 나타났다.
2. 전위측정 위치가 수중으로 깊어질수록 전위가 감소하는 것으로 나타났다.
3. 시편 첨가시에는 시편이 없는 경우보다 시편 앞부분에서 전위가 감소하는 경향으로 나타나고, 또한 흙탕물보다 도전도가 높은 시편의 영향으로 시편에는 전위감소가 적게 나타나 시편 뒤에서는 시편이 없는 경우보다 수중전위가 상승하는 것으로 나타났다.
4. 시편 첨가시에는 전력선의 분포가 시편이 없는 경우보다 시편 쪽으로 더 많이 집중되는 현상을 확인할 수 있었다.
5. 시편을 통과하는 전력선이 수직에 더 가까운 모양으로 형성되어 인체가 물에 잠긴 경우는 전력선이 인체 쪽으로 집중하게 된다는 것을 유추할수 있다.
6. 시편이 없는 경우 동일한 부위를 흐르는 전류는 20.6mA로 계산되었으나, 누전체로부터 11cm 떨어진 위치에 시편을 첨가한 경우 시편을 통과하는 전류는 168.2mA로 계산되어 인체가 물속에 있는 경우는 심실세동의 가능성이 중분한 큰 값의 전류가 흐르는 것으로 유추할 수 있다.
7. 모든 시편에 걸리는 전압은 허용접촉전압 2.5V 보다 크고, 통전전류도 심실세동 전류인 50mA 보다 크므로 감전위험성이 매우 컸다.
Table 2와 같다. 시편의 위치는 수직(앞쪽), 수직 (뒤쪽), 수평(위쪽), 수평(아래쪽)과 대각선으로 구분하였으며, 시편이 누전체와 이격거리가 증가하였을경우 시편의 위치에 따른 전위는 감소가 하는 것으로 나타났다. 대각선이 다른 시편의 위치에 비하여 전위차가 크게 나타났으며, 누전체로부터 거리가 멀어 질수록 감전의 위험성이 감소하는 것으로 나타났으나제 1 종(인체의 대부분이 수중에 있는 상태) 허용접촉접압 2.
전위의 상승을 나타낸다. 즉 시편을 첨가하였을 경우와 미첨가시의 같은 위치에서의 전위차는 시편을 기준으로 하였을 때 상단 좌상귀 부분에서는 전위가 감소하였으나 나머지 부분에서는 전위가 증가하는 것으로 나타났다. 그 이유는 시편 미 첨가 전위곡선과는 틀리게 시편부분에서 등전위선과 같은 형상을 하여 서시 편을 넣은 경우에 시편을 지난 후에 미첨가보다 전위가 상승된 것을 알 수 있다.

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