허전압에 대해서
안녕하세요. 태양광 윤대리입니다.
오늘은 '허전압'이라는 것에 대해 알아보겠습니다.
목차
1. 허전압이란?
2. 허전압 측정방법
3. 허전압 발생원인
4. 허전압 발생원리
5. 허전압과 누설전류 구분하는 방법
6. 결론
1. 허전압이란?
접지에 전기자 파형이 발생하여 나타나는 전압을 의미합니다.
교류 회로에서만 나타나는 특징이 있습니다.
2. 허전압 측정방법
계통이 연결된 상태에서, 중성선과 접지 간 전압을 측정합니다.
▽ 실제 상전압 220V에서 측정해보면,
1) L선 - N 간 전압 : 220V
2) L선 - 끊어진 G선 간 : 115V
3) N선 - 끊어진 G선 간 : 105V
로 측정되었습니다.
3. 허전압 발생원인
접지 단선, 접지 불량, 접지산화 또는 부식 등 으로 발생합니다.
(접지저항이 증가할수록 허전압은 증가합니다.)
4. 허전압 발생원리
앙페르-맥스웰 법칙으로 설명이 가능합니다.
1) 교류전원 소스에 의하여 핫라인의 전하가 이동합니다.
2) 앙페르-맥스웰 법칙에 따라, 전하의 이동은 전기장을 생성합니다.
3) 전기장이 발생하면 자기장이 생성됩니다. (반대로 자기장이 발생하면 전기장이 생성됩니다.)
4) 생성된 자기장으로 인해 유도전압이 생성됩니다. 이 유도전압을 우리는 허전압이라고 부릅니다.
이해하기 쉽게 그림과 함께 설명하겠습니다.
▽ 접지선이 없다고 가정했을 때, 핫라인과 중성선 간에는 '공기'라고 하는 매개가 존재합니다.
공기는 용량성 커패시터 성분을 나타내는 유전체로 작용하며, 하나의 콘덴서로 볼 수 있습니다.
그리고, 공기는 2.5GΩ이상의 매우 높은 저항을 나타내기 때문에 전류, 전하가 절대 이동하지 못합니다.
이 상태를 '용량성 결합' 이라고 합니다.
▽ 끊어진 접지선을 그려보았습니다. 하나의 콘덴서 사이에 하나의 극판이 끼어든 것이죠.
이것은 2개의 콘덴서가 직렬연결한 것으로 이해 가능합니다.
▽ 교류 전원 소스에 의해 핫라인 내부 전하가 선 안에서 이동합니다.
1) 앙페르-맥스웰 법칙에 따라 전하의 이동은 유전체에 전기장을 생성합니다.
2) 유전체에 생성된 전기장으로 인해, 끊어진 접지선에 자기장이 형성됩니다.
3) 끊어진 접지선에 형성된 자기장으로 인해, 끊어진 접지선에 유도전압이 생성됩니다.
(중성선은 0V이고, 접지선에서 전위를 띄는 것이지요.)
(만약 접지가 정상적으로 대지와 연결되어 있다면, 대지로 모두 빠져나가기 때문에 미세한 전압이 존재하지 않겠죠?)
실제 전류,전하가 이동하지 않기 때문에 어떠한 영향도 미치지 않는 전압.
그것을 허전압 또는 고스트 전압이라고 부릅니다.
■ 허전압을 측정해보면 100V에 가까운 큰 전압이 측정되는 경우도 있는데요. 이유가 무엇일까요?
그 이유는 테스터기의 큰 임피던스 때문입니다. 아래 식과 함께 설명하겠습니다.
Z = R + X
- Z : 임피던스 - X : 리액턴스
- Xc : 용량성 리액턴스 -f : 주파수 - C: 정전용량
C(정전용량)은 도체크기에 비례하기 떄문에, 단선된 접지선이 길수록 C는 증가할 것이고, Xc는 감소하게 될 것입니다.
예민하게 반응하는 Z값을 낮추면 예측값이 커지게 됩니다.
예측값이 커지면서, 실제로는 거의 없는 전압을 엄청 크게 읽게 된 것입니다.
5. 허전압과 중성선 결함, 누설전류 구분하는 방법
실제로 현장에서 허전압인지 누설전류인지 정확하게 구분지을 수 있어야 합니다.
1) 접지 결함
2) 중성선 결함
3) 누설전류
이 세가지를 구분을 정확하게 해야합니다.
전압테스터기로 확인하는 방법
1) 접지 결함(접지 단선으로 생각)
L-N = 정상(220V) / L- G = 120V / N-G = 100V(허전압)
여기서 중요한 것은 L-N은 아주 정상적인 상전압이 측정된다는 것이다.
접지선이 단선이 되었기 때문에, 접지선과 다른 선 간에 폐회로를 구성할 수 없음
2) 중성선 결함(부식 등)
L-N = 약간 낮은 전압 / L-G =정상(220V) / N-G 20~30V
중성선 결함(부식 등)으로 인해, 중성선에 저항이 높아짐.
단상 중성선에는 전류는 흐른다. (선로저항을 제외한다는 가정하에 이론상 전압은 0V)
일반적으로 구리선 저항은 매우 낮아 0V에 가까운 전압이 뜬다.(선로가 길수록 선로 저항이 커져서 전압이 높아짐)
옴의 법칙(V=IR) 에 의해, 중성선에 흐르는 전류와, 중성선결함에 의해 커지는 저항으로 높은 전압이 생성된다.
경우3) 누전
부하를 차단한 상태에서,
L선 누전 ) L-G 또는 N-G 간 전압이 높게 측정되면 1차측 L선 누전 발생. (정상인 경우 대부분 5V 이하로 측정 됨)
N선 누전) N선 누전은 전압테스터기로 찾기 어려운 걸로 알고 있음.
(누설전류 찾는 가장 쉬운방법은 절연저항계 사용하기)
6. 결론
접지는 꼭 완벽하게 해야합니다.
이상으로 블로그를 마치겠습니다.
감사합니다.
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