1. 서론

전기설비는 고전압과 고에너지 환경에서 다양한 물리적 현상에 노출되어 있으며, 이 중 대표적인 전기적 이상현상은 아크(Arc)와 서지(Surge)입니다. 두 현상의 발생 원인, 특성, 피해 유형 및 상호 연관성에 대해 정량적으로 비교·분석.

2. 발생 원인 분석

아크(Arc)

• 두 전극 사이의 절연 매체(공기 등)가 높은 전압에 의해 이온화되어 플라즈마 통로가 형성될 때 발생

• 전류의 급격한 변화: 스위치 개폐, 회로 단락, 인덕터 동작 등

• 절연체가 내전압 한계를 초과하여 절연 파괴가 일어날 때

서지(Surge)

• 자연 현상에 의한 유입: 낙뢰(번개), 유도 전압

• 내부 요인: 차단기, 릴레이, 모터, 변압기 등의 스위칭 동작

• 기타: 정전기 방전, 전력선 단락 등 전압의 급변 상황

3. 아크 vs 서지 비교

4. 아크와 서지의 상호 연계성

아크 → 서지

• 회로에 흐르던 전류가 스위치나 차단기 개폐로 인해 급격히 끊길 때, 인덕턴스(코일 등)에 의해 역기전력이 발생

• 이 순간 아크가 발생하고 전류가 갑자기 차단되면, 높은 서지 전압이 형성됨 (전류재단 현상)

서지 → 아크

• 낙뢰나 스위칭 등으로 발생한 과도 전압이 절연체의 절연 강도를 초과하면 절연 파괴가 일어나 아크 방전이 유도됨

• 이러한 아크는 추가적인 2차 피해(설비 손상, 화재)를 유발할 수 있음

5. 결론

• 아크와 서지는 서로 다른 메커니즘을 가지고 있지만, 전기설비 내에서는 서로를 유발하는 원인이 될 수 있음

• 두 현상 모두 높은 에너지 및 짧은 반응 시간을 특징으로 하며, 설비의 고장과 안전사고로 이어질 수 있음

보호 방안

• 아크 킬러 및 진공 차단기 등의 아크 억제장치 설계

• SPD(서지 보호기)의 적절한 등급·위치 선정

• 절연 성능 강화 및 회로 내 인덕턴스 고려한 설계 적용

전기설비에서 발생할 수 있는 아크(Arc)와 서지(Surge)는 모두 짧은 시간에 급격한 전기 현상이 발생하는 과도 상태입니다. 그러나 이 두 현상은

발생 원리와 지속 시간, 그리고 전류·전압의 상승 속도에서 중요한 차이.

서지(Surge)의 시간 특성

개념

• 전기 회로나 설비에 순간적으로 발생하는 과도 전압 또는 전류

• 발생 시간은 일반적으로 수 ns(나노초)~μs(마이크로초) 단위

서지 파형 속도 예시

서지는 대부분 짧은 시간에 급격한 전압·전류 변화를 유발하며, 설비에 순간적 손상 또는 오동작을 일으킬 수 있습니다.

3. 아크(Arc)의 시간 특성

개념

• 두 도체(전극) 사이의 절연 매질(공기 등)이 이온화되면서 플라즈마 통로 형성 → 전류가 흐름

• 발생 순간은 빠르지만, 지속 가능성이 있는 현상

아크 속도 예시

아크는 광(빛), 열(고온), 음(소리)을 동반하며, 연속적인 전류 흐름이 장시간 유지될 수 있어 화재 및 감전 위험이 있습니다.

4. 시간 특성 비교 요약

5. 결론

• 서지는 순간적 과도현상(μs~ns)으로, 정밀 설비 오작동이나 절연 파괴를 유발함

• 아크는 절연파괴로 인한 연속적 전류 흐름(수 ms~초)으로 장시간 유지되어 설비 및 인명에 큰 위험을 초래함

• 두 현상 모두 고속 반응형 보호장치(SPD, 아크 킬러 등)와 철저한 회로 설계가 요구됨

참고

• 아크 및 서지 보호 설계는 IEC 표준 및 국내 전기설비 기술기준에 근거하여 적용해야 하며, 적절한 진단·모니터링 시스템 병행이 중요합니다.