전기 박사 카페에서 올라오는 질문 중에 접지와 중성선 사이에 발생하는 전압에 대한 문의가 몇 번 있었습니다. 제가 블로그의 작성 주제를 선정할 때 전기박사 카페의 질문을 많이 참고하고 있습니다. 아무리 좋은 내용으로 포스팅을 해도 그것이 실제로 현장에서 도움이 되는 것이 아니라면 의미가 별로 없게 되기 때문에 좋은 질문을 얻으려고 노력하고 있고 그에 대한 답을 제시하려고 노력합니다.
이번 포스팅의 주제는 접지와 중성선간의 전압에 대한 것입니다. 구글 검색을 해보면 이에 대하여 여러 질문들이 있는 것을 알 수 있습니다.
What is the acceptable voltage between neutral and earth?
중성선과 접지간에 허용되는 전압은 얼마인가요?
Why am I getting voltage between earth and neutral?
왜 중성선과 접지 사이에 전압이 발생하나요?
How do you calculate neutral voltage from earth?
접지에서 중성선까지의 전압을 어떻게 계산하나요?
What is the standard of neutral-to-earth voltage?
접지와 중성선간의 전압에 대한 표준규격이 있나요?
위의 질문이 대표적입니다. 여러 질문이 있지만 대체로 중복되는 내용입니다.
자료를 검색하면서 가장 근거가 있는 자료는 다음의 IEEE 자료였습니다.
아래 내용은 이 자료의 서문에 있는 내용을 번역한 것입니다.
접지된 전력 시스템의 중성 도체는 시스템의 특성상 아래의 접지에 대해 항상 전위가 0인 것은 아닙니다. 이 전위는 NTGV(Nutral to Ground Voltage)라고도 합니다. IEEE Std 1159를 기반으로 NTGV 임계값은 20V 피크 미만이어야 합니다. 그러나 낙뢰, 반환 전류 경로의 높은 임피던스, 비선형 부하 및 접지 조건과 같은 다양한 상황으로 인해 그 크기가 허용 임계값을 초과하는 경향이 있습니다. 과도한 NTGV는 잘못된 장비 작동 및 고장, 빈번한 트립, 전자파 간섭과 같은 전기 소비자의 심각한 손실과 안전 위험을 초래할 수 있습니다.
구글에서 검색해서 여러 질문을 확인해 보면 대체로 다음과 같은 답변들이 있습니다.
Is voltage between neutral and earth normal or could there be a fault? A rule-of-thumb used by many in the industry is that Neutral to ground voltage of 2V or less at the receptacle is okay, while a few volts or more indicates overloading; 5V is seen as the upper limit.
저압 부하가 3상 균형을 이루지 못하면 중성선에 전류가 흐르게 됩니다. 중성선에 전류가 흐르면 변압기의 중성점에서 전압을 측정한 말단까지의 전선의 길이, 전선의 굵기에 따라 저항이 발생하고 이 저항에 전류가 흐르면 전압이 강하됩니다. 이 전압 강하가 중성선과 접지 사이에 전압으로 나타나게 되는 것입니다. 그렇게 보면 실제 전선의 저항은 매우 낮으므로 전압도 높지는 않는 것이 당연합니다.
KEC 기준에서 허용 전압 강하는 저압에서 5%입니다. 전선이 Phase와 Neutral로 이루어지면 Neutral에서의 전압 강하는 2.5%가 됩니다. 380/220V 계통에서 중성선에 220V가 걸리므로 2.5%의 전압 강하는 5.5V가 됩니다. 그런데 중성선에는 3상 균형이 된 전류는 흐르지 않고 불평형 전류만 흐르므로 정상 전류보다 작은 것이 당연합니다. 이런 것을 종합해서 고려해 보면 위의 영문에서 언급된 보통 2V 최대 5V는 합리적인 기준이라고 볼 수 있습니다.
결론: 380/220V 계통에서 접지와 중성선 간의 전압은 정상 상태일 때 최대 5V를 넘지 않아야 하고 IEEE 1159와 위의 IEEE 자료에서 언급된 전력 품질 측면에서 최대 20V를 넘지 않아야 하는 것으로 판단됨.
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