1. 인체와 전기
인체를 통과하는 전류의 (지락전류가 인체에 미치는) 영향은 인체를 관통하는 전류의 크기, 통과지속시간, 주파수 및 신체를 통과하는 경로 신체의 저항에 따라 달라진다.
1-1. 주파수에 의한 영향
인체는 주파수가 50~60Hz인 상용교류에 가장 취약하다는 것이 여러 시험을 통하여 확인되고 있다. 상용주파수 보다 낮은 25Hz의 교류에는 더 큰 전류에도 견딜 수 있고, 직류의 경우는 약 5배정도 더 큰 전류에 견딜 수 있으며, 3000~10,000Hz의 고주파전류에는 이보다 훨씬 큰 전류에도 견딜 수 있다. 또한 충격전류(impulse current)는 수백A까지 견딜 수 있다.
1-2. 통과전류의 크기와 지속시간에 의한 영향
1-2-1. 전류크기와 인체의 반응
인체가 감전되어 외부에서 전류가 유입될 경우 전류 크기에 따른 인체의 반응은 다음과 같다.
감전이 되어 체내로 전류가 흘러 들어와도 그 값이 작으면 단지 자극하는 정도로만 느낄 수 있을 뿐인데 이정의 전류를 감지전류(1mA)라 하고, 인체통과전류의 값이 커지면 손발의 근육이 수축, 경련을 일으켜 스스로의 힘으로 이 상태를 벗어날 수 없는 상태가 되는데, 이 정도의 전류를 不隨意(불수의)전류 또는 이탈한계전류(Let-go current : 9~25mA정도)라고 한다. 더욱 전류가 커지면 심실세동이 발생하는데 이때의 전류를 심실세동전류(50~100mA 정도)라 하여 인체에 치명적인 전류가 된다.
[참고]
심실세동(Ventricular Fibrillation)
인체의 심장은 그림과 같은 파형의 전기신호를 끊임없이 스스로 발생시킨다. 여기서 P파는 심방의 수축에 의한 것이고 Q,R,S,T 파형은 심실의 동작에 의해 일어난다. 이들 P,R,T의 파두를 가진 신호에 의해 심근의 이완이나 수축을 일으키게 되어 심장은 0.7초의 주기로 규칙적인 운동을 하여 혈액을 순환시킨다. 그런데 외부에서 어떤 크기의 전류가 체내로 흘러 심장의 동방결절에서 시작되는 일련의 펄스를 혼란시켜 규칙적인 심근의 운동을 방해하여 심실이 細動하게 되어 혈액을 순환시키지 못하게 된다. 이를 심실세동이라 하며, 일반적으로 감전으로 인한 사망은 이 심실세돌으로 말미암아 일어나게 된다.
2. 통과시간
인체통과전류의 위험도는 그 통과시간과 큰 관계가 있다. 큰 전류가 흐르면 통전시간이 짧더라도 위험하며, 반대로 크기가 작은 전류일지라도 통전시간이 오래 지속되면 위험하다. 통전시간과 통전전류와의 관계는 톡일의 쾨펜과 미국의 Dalziel에 의해 어느정도 확인 되었으며, 한국전력공사의 설계기준은 미국의 Dalziel 이 만든 실험식을 기준으로 하고 있다.
Dalziel은 감전사고 위험도가 전력에 비례한다는 생각에서 인체통과전류와 통전시간의 안전상 허용되는 한계를 다음과 같은 관계식으로 표현하였다.
(일정)
동물실험 등을 통한 Dalziel의 연구결과로부터 인체의 99.5%가 심실세도을 일으키지 않고 안전하게 견딜 수 있는 통전전류의 크기 Ik와 통전시간 Ts의 관계는 다음과 같은 식으로 표현된다.
K 는 비례상수로서 인체의 체중과 관련이 있으며, 체중이 50Kg인 사람의 경우 K50=0.116(A/S)이고, 체중이 70Kg인 사람은 K70=0.157(A/S)이다. 따라서 인체허용전류의 한계는 체중이 50kg인 사람을 기준으로 하여 다음 식과 같이 구할 수 있다.(예 : 체중이 50kg 인 사람은 1초 동안에 116mA의 전류에 견딜 수 있도, 0.1초 동안은 367mA 의 전류에 견딜 수 있다.
인체를 통하여 흐르는 상용주파교류의 크기와 통과시간은 심실세도을 일으키는 값보다 작아야 한다.
3. 통로
3-1. 인체의 저항
인체의 각부는 저항과 커패시턴스로 구분된다고 할 수 있다. 이 임피던스의 값은 전류경로, 접촉전압, 통전시간, 주파수, 피부의 건조상태, 접촉면적, 접촉압력과 온도 등에 의해 정해지는 것으로서 일반적으로 비선형적이다.
그림2는
독일의 Freiberger가 인체의 임피던스를 개략적인 등가회로로 나타낸 것이다.
인체의 임피던스는 인체 내부의 임피던스와 피부임피던스의 합으로 생각할 수
있다. 인체의 내부임피던스 Zi는 대부분 저항 성분이고, 실측에서는 약간의 정전용량성분이
나타나고 있으나 이는 무시할 수 있을 정도로 작다. 내부 임피던스의 값은 주로
전류경로에 의해 정해지고 접촉면적에도 관계된다. 따라서 접촉면적이 매우 작아
수 ㎟ 범위이면 내부임피던스는 크게 증가한다.
피부임피던스 Zp는 저항성분과
용량성분의 병렬회로로 생각할 수 있는데 이를 구성하는 것은 반절연성층과 도전성을
가진 작은 조직이다. 피부임피던스는 전류가 증가하면 감소한다.
임피던스의
값은 전압, 주파수, 통전시간, 접촉면적, 접촉압력, 피부의 건조상태와 온도에
의해 정해진다. 약 50V 이하의 접촉전압에서 피부임피던스는 접촉면적,온도,
호흡 등에 의해 크게 변화하며, 5~100V 범위의 비교적 큰 접촉전압에서는 피부임피던스는
감소하여 피부가 파괴되면 무시할 수 있을 정도로 작아진다.
피부가 물에 젖어 있으면 피부표면의 각질층의 저항이 아주 작아져, 습한 경우와 건조한 경우의 저항비는 약 3배의 차이가 있다. 그러나 전압이 높아짐에 따라 그 비는 작아진다.
주파수의 영향으로는 주파수가 높아지면 피부임피던스가 감소한다. 인체의 전체임피던스 Zt는 내부임피던스와 피부임피던스의 합성으로서 피부임피던스에서와 같이 저항성 Zp가 상당히 변화하므로 전체 임피던스 Zt도 크게 변화한다.
인체의 내부저항은 대략 300~500Ω이나, 안전상 IEEE에서는
300Ω으로 가정하고, 피부저항은 전술한 바와 같이 피부조건에 따라 다르나 보통
500~1000Ω으로 간주한다. 일반적으로 통전경로가 어떻게 형성되느냐에 따라
저항치는 달라져, Dalziel의 실험에 의하면 성인 남성의 경우 60Hz에서 손과
손 사이의 저항은 2,330Ω, 손과 발사이의 저항은 1,130Ω으로 나타난다.
보통
인체저항의 값은 피부저항을 포함시켜 500~3,000Ω의 넓은 범위를 가지고 있다.
한펀 1000V 이상의 폰은 전압과 5A 이상의 큰 전류에서는 접촉부위의 피부가 파괴되어 인체 저항이 크게 감소한다. 또한 손, 발이 젖어 있으면 낮은 전압에서도 접촉저항이 크게 낮아진다. 따라서 접지설계의 목적상 인체저항은 다음과 같이 가정하여 각 기준에 적용한다.
- 손 및 발의 접촉저항은 0[Ω]으로 가정한다.
- 손과 양 발, 손과 손, 발과 발 사이의 인체저항은 1,000[Ω]으로 가정한다.
보통 ρ<<ρs 이다 
단, hs : 표토층의 두께[m]
, 
, 
