저압전력 정리

저압 전력이란?

배경지식

• 실효값(RMS)
• 어떤 교류 전기의 전압을 표시할 때, 해당 교류 전기가 직류 전기 V와 동일한 전력을 보일 때 이 교류전기의 실효값이 전압 V
• 일반적인 교류전기, 즉 사인파에서는 피크 전압에서 루트2를 나누면 됨
• 일반적으로 교류 220V 전기라고 하면, 실효값이 220V라는 뜻

• 단상 vs 다상 교류(AC) 전기
• 단상은 한 쌍의 도체에 한 사인파가 흐름
• 가졍용 콘센트가 대표적 단상 AC
• 개념상 단상에는 직류전기와 같은 극 없음
• 그래서 벽플러그는 방향 상관없이 꽂아도 동작하는 것
• 그러나 회로상으로는 3상 전기에서 분기시키기에 중성선-활선이라는 구분 개념은 존재
• 다상은 여러 쌍의 도체에 각각 사인파가 서로 위상이 틀어져 돌아감
• 다상은 일반적으로 3상이 사용됨.
• 2상보다는 3상이 안정적임
• 3상 이상부터는 산업적으로 비효율적이라 사용 안함
• 다상 전기의 각 상을 묶어 중성선(N) 만듦
• 중성선에서는 각 상의 전압이 서로 캔슬되어 접지에 가까운 전압을 가짐
• 다상 전기에서는 상전압과 선간 전압 개념 도입
• 상점압은 각 상 - 중성선 사이 전압 중 실효값 전압
• 선간전압은 각 상 끼리의 전압 중 실효값 전압

저압 전력 개요

저압 전력이 도달하는 경로

• 발전소에서 60hz의 3상 교류 전압을 만들고, 초고압으로 바꿔 송전함.

• 초고압 전기는 몇 번의 변전을 거쳐 22.9kv 전압으로 바뀌어 주상변압기로 들어감
• 일반적으로 길에서 보이는 전봇대에 걸린 고무피복으로 절연된 전선이 3상 22.9kv 전기

• 주상 변압기는 두 가지로 나뉨
• 단상 220v로 바뀌는 경우, 전봇대에 주상변압기 (드럼통 모양)가 한개
• 단독 주택 등
• 3상 220v (상전압)으로 바뀌는 경우, 전봇대에 주상변압기 (드럼통 모양)가 세개
• 아파트, 공장 등

왜 하필 110v와 220v인가?

• 전기산업의 여명기 에디슨 직류 전구의 필라멘트는 110v가 최적, 직류 표준이 110v로 제정

• 거기서 영향을 받아서 교류전력도 110v를 기준으로 했다는 “썰” (사실 관계는 모르겠음)

• 이후 필라멘트가 발전하며 더 고압 전기도 버티자, 더 높은 효율을 위해 110v를 두 배로 늘려 사용
• 왜 높은 전압이 효율이 좋은가?
• I=P/V 때문
• 같은에너지로 흐르는 전류가 줄면 도선에서 열에너지 손실 감소

• TMI : 엄밀히 따지면 미국은 120v 전기임

• TMI : 미국은 120v 60hz, 유럽 대륙은 220v 50hz로 시작했고, 한국은 미국의 영향으로 110v 60hz로 시작해 220v 승압사업으로 220v 60hz라는 세계적으로 독특한 조합 사용중

220v는 선진국에서는 안 쓴다?

• 한국은 과거 110v를 쓰다 최근 220v로 승압 사업 완료함

• 주요 선진국 중 110v를 쓰는 국가는 실질적으로 미국, 캐나다, 일본 뿐

• 서유럽 선진국을 포함해 전세계에서는 220v가 대세

• 110v가 안전해서 선진국에서는 220v를 안쓴다는 것은 엄밀히는 틀린 것으로, 미국 일본 등에서는 이미 110v로 깔린 인프라가 비대하다보니 승압사업을 하지 못한 것일 뿐

접지와 배선 방식

• 단순한 접지 방식으로, 변압기 2차 코일에서 중성선과 접지를 연결

• 기기에서 직접 따로 접지를 빼서 씀

• 접지를 따로 모아서 완전 분리 시킨 PE

• 그래서 Terra(접지) - Terra(접지) 방식

• TT의 중성선에서 접지를 뺀 버전

• 간혹 TN방식인데 중성선이 끊어지면 마치 IT처럼 멀티미터에서 측정되는 경우도 있다

• TT에서, PE와 도란스 중성선 T를 연결한 버전

• 가정용에서 가장 흔히 쓰임

• TN-C에서 단상 배선의 한 쪽은 PE(접지)와 N(중성선)이 합쳐진 PEN 선

• TN-S는 N과 PE가 분리

• TN-C는 시공이 빠르고 저렴하지만, 중성선과 접지를 한 선에 물려 사용하기에 TN-C의 접지는 가짜 접지로도 불림
• 두 방식은 가정용 단자에서도 멀티미터로 쉽게 구분이 가능, 한 극의 상전압이 220으로 나오고, 다른극이 0에 가까우면 TN-S임. 한 극의 상전압이 220으로 나오고, 다른 극도 꽤 크게 나오면 TN-C임.

• 한국은 220v 승압이 비교적 늦었고, TN-C 방식의 배선을 그대로 유지하면서 220v로 승압

• TN-C는 110v 시절 많이 시공된 방식

• 구축 아파트 단지나 시골에서는 여전히 TN-C 방식을 그대로 사용한 채로 변압기만 바꿔서 승압

• 110v에서는 비교적 적었던 누전과 노이즈 문제가 220v로 승압하며 TN-C 배선에서 문제가 자주 발생함

• 현대 한국에서는 90년대 이전에 시공 된 건축물을 제외한 대부분의 곳에서는 TN-S나 두 방식을 절충한 TN-C-S를 사용

여담 - 등전위본딩

• 감전은 전위차 때문에 벌어진다.

• 감전을 막기 위해 건물의 금속들은 모두 전위가 같도록(=등전위) 구성해야 한다.

• 건물 외부의 금속제 배관, 피뢰침 등등 모두 하나의 전위를 만들어 감전을 막는다.

• 절대전압이 낙뢰 등으로 순간적으로 치솟아도, 모든 금속들이 등전위로 감전이 적다.
• 우리 몸에 정전용량이 있는데 왜 감전 안되요? → 그 정전용량이 기껏해야 100pf 정도라 아주 작은 양의 전하만 충전될 뿐임 (정전기 처럼 순간 따끔 할 수는 있다)
• 물론 대지와 인체가 닿은 상태면 감전된다.