중성선은 내선규정엔 전압선으로 분류되어 있어

중성선은 내선규정엔 전압선으로 분류되어 있어 

Q. Y 결선 시 중선선에 전류가 흐르나요? 안 흐른다고 알고 있었는데 검색해보니까 흐른다고 나오네요. 중선선이 평상시에 어떤 역할을 하며 어떻게 작동하는 건가요? 접지선과 중선선의 차이점이 무엇인지도 궁금합니다.

A. 가장 큰 차이점은 중성선은 정상상태에서는 전류가 흐르지 않는 접지선과 달리 일반적인 경우, 전기회로의 일부로 전기회로를 구성하고 있으며 상시 전류가 흐르는 상태 즉 통전 상태를 유지하게 됩니다.     

중성선은 일반적으로 접지선에 가깝다고 생각하기 쉬우나 내선규정에서는 전압선으로 분류되어 있습니다. 접지선은 지중의 접지극(대지)과 등전위를 만들거나 이상전압을 대지로 방전하는 등의 기능을 수행하며 정상전인 상태에서는 전류가 흐르지 않는 상태를 유지하게 됩니다.(일반적인 건축물의 경우). 

중성선에는 상전류의 20% 이상의 전류가 흐르지 않도록 하고 있다고 하지만, 이는 불평형 전류만을 고려한 값이며 비선형부하(정류기, 인버터, UPS, 컴퓨터, 모니터, 복사기 등)나 전기로, 용접기 등에서 발생하는 고조파를 발생하는 부하가 있을 경우는 다릅니다. 

한마디로 말하면 접지선은 무조건 대지와 접지선을 말하며 중성선은 변전실에 변압기에 흘려들어 가서 변압기의 접지선입니다. 그래서 전기테스트기로 저항을 측정하면 서로 다른 값이 나오고 작용하는 기능도 차이가 있습니다.

Q. 누전차단기 2차 측에 ZCT를 달고 두 선 중 누전으로 인해 전류의 크기가 다르면 ZCT에 전류가 흘러 트립이 되는 게 맞나요? 배선용 과전류 누전차단기 정의와 차이점이 궁금합니다. 전기용어도 잘 모르고 완전초보입니다. 이제 공부 시작하려고 합니다. 쉽게 설명해 주시면 감사하겠습니다. 그리고 트립이란 게 설명을 해줄 때 명쾌하게 대답을 못 해 주겠더라고요 어떻게 설명을 해 줘야 할까요?

A. ZCT는 Zero Current Transformer로 영상변류기라 합니다. 이것은 한 회로에 흐르는 전류 즉 차단기에서 부하로 갔다가 들어오는 전류의 양이 같다는 키르히호프 전류 법칙을 이용하는 것입니다. 그런데 누전이 되면 들어가는 전류 - 나오는 전류에 차가 생깁니다. 그 차가 누전 전류입니다. 이 전류를 검출하여 차단이 되도록 하는 것이 누전차단기입니다.

누전차단기에는 ZCT가 있지만 배선용차단기에는 ZCT가 없어 영상전류를 검출하지 못하여 누전을 차단하지 못합니다.

트립이란 정상적으로 일을 시키다가 무언가 이상이 있으면 자동으로 동작을 하지 못하도록 하는 것을 말하며 전기에서는 차단기가 자동으로 동작을 하여 전원 공급을 하지 않는 것을 말합니다.

Q. 병렬 운전 조건에서 기전력의 크기가 같아야 한다는 조건이 있습니다. 그런데 이때, 모 참고서의 설명을 보다가 궁금한 점이 생겨서 여자 전류를 증가시키면 역률이 좋아지고, 여자 전류를 감소시키면 역률이 감소한다.고 설명되어 있는데, 고수님들께 보충 설명을 부탁드립니다. 

A. 동기발전기에서 여자전류라 함은, 계자전류를 뜻합니다. 보통 모든 동기발전기는 회전계자형을 택하고.. 전기자에서 전력을 인출하는 구조를 가집니다. 그 이유는 전기를 인출하는 선을 회전자로 채택하게 되면 회전자 쪽 전기선이 굵어지고, 용량의 한계가 생기게 됩니다. 그래서 회전자를 계자로 채택하여 회전자에 계자 직류전원을 인가하고. 이 계자자속을 전기자 고정자권선이 받아 전력을 생성합니다. 이 직류전원으로 계자전류를 제어하여 자속을 증/감속시킵니다. 모든 발전소의 발전기가 동기발전기입니다.

여기서 E=K×자속×w 만큼의 유기기전력이 고정자 전기자 권선에 걸리게 됩니다. 자속은 이 계자전류가 만든 자속입니다. w는 발전기에 연결된 원동기가 도는 속도이구요.  

여자전류를 증가시킨다는 것은 이 자속을 증가시키므로 고정자 권선에 유기되는 전압이 증가하게 되고. 이 유기되는 전압은 발전기 출력단자에 V=E-j×X×I 만큼의 단자전압이 걸리게 됩니다.  

일반적으로 병렬운전을 할때 이 계자전류를 올리면 

1) 단자전압이 상승한다. 여기서 단자전압이라 함은 발전기가 계통으로 보내주는 전압단을 말합니다. (위에 언급한 이유)

2) 계자전류를 증가시키면 무효전력이 증가합니다.

이 계자전류를 증가시키고 감소시키면 무효전력이 증가되고 감소됩니다. 그래서 2대의 발전기가 병렬운전을 하게 되면 한쪽의 여자전류를 증가시키면 이 한쪽의 무효전력이 증가하고. 이 2대의 무효전력의 분담을 한쪽에서 더 가져가므로 여자전류를 안올린 발전기의 무효전력이 감소하여 역률이 상승됩니다. 

한 마디로 계자전류 올린 쪽은 무효전력이 증가하여 역률이 감소하고 안올린 쪽이 역률이 개선됩니다. 그래서 애매한 부분이 병렬운전인데 계자전류 증감을 하면 역률이 증가한다는 게 이상한 부분인 거 같습니다.

일반적으로 조속기의 설정치를 증가시켜야 유효전력이 증가하여. 역률이 개선된다 할 수 있습니다. 그 이유는 실제적으로 동기발전기에서 기계적인 출력인 kW를 만드는 놈은 원동기 터빈이기 때문입니다. 이 조속기의 설정치를 증가 할때 유효전력이 증가하고 감소시킬 때 감소합니다. 오히려 역률이 개선된다 함은 이때 말해야 옳은 게 아닌가 싶습니다. 

Q. 저희 계통은 고압 Power TR을 통해서 수전받는 계통으로 고저항 접지를 사용하고 있습니다. 계통의 저압부에는 Dry type Dyn 저용량 TR 및 3상4선식 배전반 등이 존재하는데요

해당 소내 TR에도 중성점 접지를 하고, 배전반에 위치한 중성부스바도 접지를 해주어야 하는지요? 만약 해야 한다면 굳이 해야 한다면,

1. 소형 소내 TR의 경우 별도의 계전기도 없어서 지락검출 및 보호를 할수 없는데도, 중성점 접지를 하는 이유는 무엇일까요?

2. 분전반 내 위치한 Neutral Bar를 접지하면 무슨 장점이 있을까요?

A. 1.= 지락에 의하여 Trip 이 됩니다. 이의 이유는 직접접지가 되어있고 별도의 지락계전기를 사용하지 않더라도 지락이 발생하면 MCCB의 과전류 영역에서 Trip 이 되기 때문입니다

2.= 이 분전반 상단부에 Neutral Point에 접지가 되어 있다면 접지 하지 않아야 합니다. 이 이야기는 분전반 전단부의 변압기가 접지 되어 있다면 분전반에 접지를 잡지 않아야 되고요. 그 전단이 접지가 안되어 있다면 분전반의 Neutral Line Bus는 접지를 잡아야 합니다 

Q. 설비에 접지 했을때 외함에는 전압이 안뜨는데 접지를 안하면 왜 전압이 뜨는지요. 유도전압때문에 그렇다고 하는데 그걸 설명좀 해주세요. 델타델타 변압기 2차측 220V S상에 제2종접지한 경우입니다.

A. 설비에 접지를 하지 않으면 절연이 불량하여 누전이 되어도 차단기도 동작하지 않고 전압만 걸리게 됩니다. 그리고 절연이 좋아도 접지를 하지 않으면 장비와 선로는 여러가지 성분(R,L,C)을 가지고 있기 때문에 정전유도, 전자유도등이 발생 전압이 걸릴수 있습니다. 

Q. 기존 바닥 에폭시를 기계로 갈아내고 에폭시를 새로 덮는 작업을 하는데요. 바닥 에폭시를 갈아내는 기계가 3상/380V 1대에 25마력, 한대는 15마력짜리입니다. 

이렇게 큰 부하를 끌어 쓸 곳이 없어서 일단 전등전열 전원공급판넬 100[A] 메인 MCCB2차측에 연결하여 사용하고 있습니다.

그런데 이 기계를 쓰다보면요 차단기는 안 떨어지는데 현장에 있는 전등이 꺼졌다 켜졌다를 반복합니다. 짧은 주기로 반복되는 것은 아니고 한 삼십 분에 한 번꼴로? 이런 현상이 일어나는데요  

1. 이런 현상이 일어나는 이유와 현상 이름 좀 알려주시면 감사하겠습니다. 

2. 그리고 마력으로 표시된 전동기 같은 경우는 그냥 1마력=750와트로 계산해서 (25+15)×750/(1.732×380) 이 공식으로 부하용량(전류)을 계산하면 되는 건가요?

A. 1.= 25마력+10마력의 유도기를 쓰기 때문입니다. 정확한 이유는 쉽게 순간적으로 그 판넬 위의 용량이 딸리기 때문입니다. 용량은 KVA 로써 P=VI로 나타내어집니다.

일반유도기의 특징은 기동 시 이 전류가 정격의 6~7배가 튀게 됩니다. 이를 기동부하라 하는데, 유도기가 전류를 순간적으로 다 땡겨가니깐. 다른 부하 전등 등에 일시적으로 전류 부족현상이 일어나게 되는 것입니다. 

용량의 개념은 물통이라 생각하면 쉽습니다. 내가 100리터의 물을 담아내고 있는데, 이 유도성 모터가 순간적으로 70리터 물을 땡겨가니깐 30리터로 다른 부하에 물을 보내줘야 하는데 이 전등이 필요한 건 40리터인데, 10리터 만큼 못 보내주니깐 전기가 딸리는 거죠. 여기서 물은 전류를 뜻합니다. 

순간적으로 이렇게 되지만. 금방 발전소로부터 물을 공급받으니깐 100리터가 다시 채워지고 다시 껐다 키면 이 유도기가 또 땡겨가니깐 전등이 전류가 부족해서 다시 꺼졌다 켜지고. (여기서 켜지는 건 발전소에서 바로 전등이 필요한 물을 공급받았기 때문이라 생각하심 됩니다)

2.= 복잡하게 계산할 필요없시 명판에 나와 있는 정격전류가 역률 효율이 다 감안된 전류 치입니다. 

그걸 보시면 됩니다. 계산을 하더라도 똑같이 나옵니다.

Q. 차단기를 개방할 시에 아크가 발생하는 원인이 뭔가요?

A. 물리적으로 이 현상을 설명하자면, 전류를 물에 비유하면 아주 쉽습니다. 물이 계속 흐르고 있는데 그 흐르는 관을 끈으로 들어 올린다고 생각해보세요. 천천히 올리면 물이 위로 곡선을 올리면서 흐를 것이고. 얘를 빠르게 낚아채서 올린다면. 물이 튀는 현상이 나올 것입니다. 관성 때문이죠. 계속 흐르려고 하는 성질. 차단기를 갑자기 하지 마시고 서서히 한번 올려보세요. 아크가 상당히 주는 것을 확인하실 수 있을 겁니다.  

정지해 지금 당장 그러면 그 말을 듣더라도 순간 멈추지 못하고 일부가 계속 흐르려고 하는 성질 때문에 외부로 유출되는 현상쯤이라고 보시면 될듯합니다. 

모든 물리현상은 이 하던 걸 계속 하려는 성질 관성이 존재합니다. 전하 얘는 계속 흐르려고 하는데 갑자기 길이 좁아지고 막히니깐 순간 튀는 거죠.

전기의 전압은 하천으로 따지자면 물의 높이 전류는 물의 흐름. 저항은 물이흐름을 막는 돌부리 같은 것들 전압강하는 이 물이 흐르다가 돌부리에서 소비되는 에너지의 개념입니다. 관성 때문에 그런 것이다라는 건 이 때문입니다. 

전기식으로 설명하면 아크를 유도성 부하기준으로만 설명하자면, e=-L(di/dt) 전류의 변화가 얼마나 빠르게 일어나느냐가 역기전력입니다. 전류의 변화가 고작 1A라도 아주 짧은 순간 10-5sec의 시간 변화량 일어난다고 가정 시.. e=1/10-5=10,000V가 일어나게 됩니다.이를 펄스전압이라고 하고 아크가 일어나는 근본입니다.

그래서 위에 설명한 빨리 차단할수록 일어나는 아크 크기는 크게 되고, 천천히 차단기 스위치를 올리면 시간변화량이 짧게 되니까 아크가 눈에 보일 정도가 안되는 것입니다. 

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 중성선은 내선규정엔 전압선으로 분류되어 있어