특별저압(ELV) 종류와 감전보호

왜 배우는가: 특별저압(ELV)은 저압 전기설비에서 감전 위험을 낮추는 가장 기본적인 보호방식으로, 전원과 회로의 분리 방식에 따라 SELV·PELV·FELV로 나뉜다. 설계와 감리 현장에서 조명·제어회로의 전원 선택을 결정하고, 시험에서는 종류 구분과 요구사항을 묻는 문제가 반복해서 나온다.

출제 이력: 제139회 1교시 2번, 제131회 3교시 2번, 제116회 4교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

특별저압(ELV)은 교류 50V 이하, 맥동 없는 직류 120V 이하의 전압으로 공급되어 직접 접촉에 의한 감전 위험을 낮춘 회로 또는 계통을 말한다.

• 특별저압(Extra-Low Voltage, ELV)
• 안전절연전원(SELV)
• 보호특별저압(PELV)
• 기능특별저압(FELV)
• 보호분리(Protective Separation)
• 단순분리(Simple Separation)
• 기본보호(Basic Protection)·고장보호(Fault Protection)
• 노출도전부(Exposed-Conductive-Part)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 사람이 만져도 위험이 작을 만큼 낮은 전압으로 공급하는 회로다. 전압이 낮으면 인체에 흐르는 전류도 작아지므로 감전 위험이 줄어든다. 다만 전압 값만으로는 안전이 보장되지 않는다. 높은 전압의 회로와 어떻게 분리되어 있는지, 대지와 연결되어 있는지가 함께 판단 기준이 된다.

정식 정의는 KS C IEC 60364-4-41 계열 기준에서 다음과 같이 쓴다. 특별저압은 교류 50V 이하, 맥동 없는 직류 120V 이하로 한다. 이 값은 두 도체 사이 또는 도체와 대지 사이의 전압에 적용한다.

안전절연전원(SELV)은 특별저압 회로가 대지와 전기적으로 분리되고, 다른 회로와 보호분리되어 있어 한 번의 고장으로도 감전 위험이 생기지 않는 계통이다. 보호특별저압(PELV)은 SELV와 같은 조건이되 노출도전부를 대지에 접속하는 것이 허용된다. 기능특별저압(FELV)은 기능상 특별저압을 쓰지만 SELV·PELV의 분리 요건을 충족하지 않는 회로다. 따라서 FELV는 저압회로에 준하여 기본보호와 고장보호를 적용해야 한다.

보호분리는 높은 전압의 회로와 특별저압 회로 사이를 이중절연, 강화절연, 또는 보호 차폐로 나누는 것이다. 단순분리는 SELV 회로를 다른 SELV·PELV 회로와 대지로부터 나누는 것으로, 보호분리보다 요건이 약하다.

3. 등장 배경과 필요성

저압 전기설비는 220V나 380V 같은 전압에서도 인체 저항과 접촉 조건에 따라 치명적인 감전이 일어날 수 있다. 조명, 제어, 장난감, 의료 보조기기처럼 사람이 직접 만지는 기기는 전압을 더 낮춰 공급할 필요가 생겼다. 이에 따라 국제 기준인 IEC 계열에서 특별저압의 전압 한도와 보호분리 조건을 정의하게 되었다.

국내에서는 한국전기설비규정(KEC)이 KS C IEC 60364 계열을 기반으로 저압 설비의 보호 기준을 정한다. 특별저압 회로는 감전보호의 한 방법으로 인정되며, 이 때문에 설계 단계에서 전원 종류를 SELV·PELV·FELV 중 무엇으로 할지 정하는 것이 중요하다. 시험에서 이 개념을 묻는 이유는 전압 기준, 분리 방식, 보호 요구사항을 한 번에 점검할 수 있기 때문이다.

4. 구성요소·원리·절차

특별저압 회로는 전원, 회로, 노출도전부 세 요소로 나누어 본다. 전원은 출력 전압을 낮게 제한하는 안전절연변압기나 전지 같은 장치이다. 회로는 전원에서 부하까지 이어지는 배선이고, 노출도전부는 사람이 접촉할 수 있는 금속 외함이다. 세 요소를 어떻게 연결하느냐에 따라 SELV, PELV, FELV가 나뉜다.

전원은 안전절연 전원이 핵심이다. 안전절연변압기는 1차와 2차를 강화 절연 등으로 분리해 고전압이 2차로 넘어오지 않도록 한다. 노출도전부를 대지에 접속하면 지락 시 고전압이 회로로 들어올 수 있으므로 SELV에서는 접속을 금지한다.

SELV는 전압 제한, 보호분리, 대지 비접속을 모두 만족해야 한다.

원리는 세 가지다. 첫째, 전압을 낮게 제한해 접촉 전압 자체를 위험 수준 아래로 낮춘다. 둘째, 다른 회로와 절연 분리해 고전압이 유입되는 사고를 막는다. 셋째, 대지와 분리해 인체를 통한 지락 귀환 경로를 없앤다. 단일고장 조건에서도 전압이 ELV를 넘지 않아야 한다는 점이 SELV의 조건이다.

설계 절차는 다음과 같다.

• 회로의 정상 조건 전압을 ELV 이하로 정한다.
• 안전절연 전원(안전절연변압기, 전지 등)을 선정하고 2차 측 출력 전압을 확인한다.
• 1차 회로와 2차 회로 사이의 절연 분리(강화 절연, 보호 차폐 등)를 확인하고 절연저항과 내전압을 시험한다.
• 회로와 노출도전부의 대지 접속 여부를 정한다. SELV는 접속 금지, PELV는 접속 허용이다.
• 플러그와 콘센트를 다른 전압 회로와 호환되지 않는 규격으로 분리한다.
• 배선과 기구에 특별저압 표지를 붙여 일반 저압 회로와 구분한다.

기본보호(직접접촉 보호)는 충전부의 절연, 격벽, 외함으로 한다. 외함은 손가락이 충전부에 닿지 않도록 IPXXB 이상을 기준으로 삼는다. 고장보호(간접접촉 보호)는 SELV 회로에서는 전압 제한 자체가 보호수단이 되므로 자동차단을 요구하지 않는 것이 원칙이다. PELV는 노출도전부를 접지할 수 있으나, 고장 시 고전압이 유입되지 않도록 고압 회로와 분리되어 있어야 한다.

FELV는 기능상 특별저압을 쓰지만 SELV·PELV의 분리 요건을 충족하지 않는 회로이다. 이 경우 저압회로에 준해 기본보호와 고장보호를 적용한다. 노출도전부는 전원측 보호도체에 접속해 지락 시 자동차단이 동작하도록 한다.

5. 관련 법령·기준·표준

특별저압의 전압 기준과 보호 요건은 KS C IEC 60364 시리즈의 감전보호 편(60364-4-41)에 규정되어 있다. 국내에서는 한국전기설비규정(KEC)이 2021-01-01부터 이 체계를 적용한다. 구 '전기설비기술기준의 판단기준'은 KEC로 대체되었다. 전압 정의의 근거는 IEC 61140(감전보호 기본 규격)과 IEC 60364-4-41:2017 판이다.

기준값 정리는 다음 표와 같다.

표의 SELV와 PELV는 전압 한계가 같다. 차이는 대지 접속과 분리 범위에 있다. FELV는 전압값보다 분리 요건을 충족하지 못한다는 점이 특징이다.

습윤하거나 도전성이 높은 장소에서는 더 낮은 전압을 지정한다. 교류 25V 이하, 직류 60V 이하(리플 없음)가 이런 조건의 기준으로 쓰인다. 이 경우에도 SELV 또는 PELV의 안전 요건은 그대로 충족해야 한다.

관련 기준의 역할은 다음과 같이 나뉜다.

• KS C IEC 60364-4-41: 특별저압 정의, SELV·PELV·FELV 요건, 기본보호와 고장보호 방법을 규정한다.
• KS C IEC 60364 시리즈: 저압 전기설비 전체의 적용 범위와 용어 체계를 규정한다.
• 한국전기설비규정(KEC): 국내 설계와 시공에 적용하는 기준이다.
• IEC 61140: 감전보호의 기본 원칙과 저압 전압 대역을 정한다.

실무에서는 전원 종류와 회로 구성을 먼저 정하고, 그 다음에 전압 기준을 대입한다. 전압이 50V 이하라도 분리 요건을 충족하지 않으면 SELV가 아니므로, 전압값과 분리 요건을 함께 확인해야 한다.