전기기초이론(공식)

1.전기 기초 이론 ―Ⅰ

 1.여러 가지 공식

 1)전력(Electric Power) 기호: P 단위: W(와트)

  

   ■단상 P = VㆍI

   ■단상 I = P／V

   ■3상 P = √3VㆍI(√3=1.732)에서 허용전류 I = P／√3V

   ■예제) 10Kw 3상 380v일 때 각 상의 허용전류와 차단기의 용량, 전선의 두께를 구하라.

      ※각 상의 허용전류 I = 10,000／1.732×380 = 약15A

      ※전선의 굵기 = 3.5SQ

      ※차단기 용량 = 20A

        (참고: 전류의 2.5배이하 범위 내에서 차단기를 선정한다. 내선규정150-9)

      ※SQ(스키아) = 단면적으로 전선의 면적(제곱 미터)를 나타낸다.

  

  2)전력량 W〔KWh 키로 와워〕

 

   ■측정: 적산적력량계(Wh)

   ■W = Pㆍt = VㆍIㆍt

      ※우리가 가정에서 쓰는 전기는 결국 전력(P)을 얼마만큼의 시간(t)동안 썼는가를 의미한다.

   ■단위 환산

      ※1(HP)=746(W) ※1(Ps)=735(W)

  

 3)전압강하

    전압은 전력을 소비하는 수용지점의 거리가 멀수록 떨어지게 되는데, 이런 현상을 전압강하라 한다.

 

  ■공식: 전압강하 ‘e’ 는

    ※단상2선식 : 35.6LI／1000S {L=길이, S=단면적(SQ)}

    ※3상3선식 : 30.8LI／1000S

    ※3상4선식 : 17.8LI／1000S

 

  ■예제) 100M떨어진 곳에 3상4선식 380v／1Kw판넬을 설치했다면 예상되는 전압강하는?

            (단, 전선의 굵기는 2.0mm)

 

     P = √3VㆍI에서 I = P／√3V = 1000／1.732×380 = 1.52A

    전압강하 e = 17.8×100×1.52／1000×2 = 약1.35V

 

  ※가까운 거리는 상관없지만 몇 백 미터 되는 거리의 케이블을 풀링하게 될 때는

     전압강하가 많으므로보상법으로 케이블의 굵기를 높여주어야 한다.

 

 

 

2.알아두면 편리한 상식

 

 1)저압선로의 절연저항

 

   ■400V미만에서

    ※대지전압이 150v이하 --------- 0.1(㏁ 메가 오옴)

    ※대지전압이 150-300이하 ------ 0.2(㏁ 메가 오옴)

 

   ■상간 절연저항 측정법

    ※차단기 1,2차에 물린 전선을 분리하고 차단기를 내린다. → 메가의 2가닥 을 각각 다른 상에

       접촉하고 측정되는 값을 읽는다.

 

   ■누설전류 측정법

     외함이 접지되어 있는 상태에서 접지선이 후크메타(클램프메타)로 관통하도록 해서

     측정값을 읽는다.

 

   ■400V이하는 제3종 접지공사이다.

 

 

 

 2)전선이나 케이블의 약어

   ■ IV : 600v 비닐절연전선

   ■ HIV : 내열용 비닐절연전선

   ■ CV : 가교 폴리에틸렌 절연비닐 외장케이블

   ■ DV : 인입용 비닐절연전선

   ■ EV : 폴리에틸렌 절연비닐 외장케이블

   ■ OW : 옥외용 비닐절연전선

   ■ VCTF : 비닐 캡타이어코드

 

 

 

 3)UPS(Uniterrup Table Power Supply)

   무정전 전원장치라고 한다.

   관공서나 은행같은 곳은 갑자기 정전되면 큰 문제가 발생하게 된다. 이를

   예방하기 위해 자동차 배터리처럼 별도의 배터리를 두고, 여기에 교류전압을 직류전압으로 바꾸어

   항시 충전을 하게 된다. 만약 정전사고가 발생했을 때 순식간에 배터리의 직류전원을 교류전원으로  

   바꾸어 동작하는데 아무런 이상이 없게 하는 것이다.

 

 

 

 4)부하분담(상 발란스)

    3상4선식의 경우를 생각해 보자. 만약 R상, S상, T상에 걸린 소비전력이 각각 10㎾, 40㎾, 10㎾라면

    어떻게 될까?

 

   ■총 소비전력 60㎾의 전선 굵기를 계산할 때 3상이기 때문에 적당히 20㎾ 정도의 굵기를

     선정할 것이다. 즉, R상에 20㎾, S상에 20㎾, T상에 20㎾ 식으로 말이다.

   ■그런데 S상의 케이블에 40㎾의 부하가 집중되었으니 케이블이 견디지 못 할 게 틀림없다.

   ■결국 전기공사를 할 때 전등이나 전열기구의 용량 등을 세세히 체크해서 R상, S상, T상에

      최대한 균등하게 부하를 걸어주어야 안전한 것이다.

 

 

 

5) 3상4선식에서 중성선(N상: 뉴트랄 Neutral Conductor)의 올바른 이해

 

   ■3상4선식의 전압 체크

    ※중성선 기준 전압

       NㆍR---220v, NㆍS---220v, NㆍT---220v

    ※상간 전압

       RㆍS---380v, RㆍT---380v, SㆍT---380v

    ※중성선과 결합하여 전류를 보내는 또다른 상(R, S, T)을 하트 라인(Hot Line)이라고 한다.

 

   ■중성선은 접지가 아니라는 사실을 항상 잊지 말아야 한다.

 

   ■접지선과 중성선의 차이

    ※접지선: 정상적인 상태에서 전류가 흐르지 않는다. 그리고 지중의 접지극 (대지)과

                  같은 전위를 만들거나 이상 전압 발생 시 대지로 방전하기도 한다.

    ※중성선: 일반적으로 상시 전류가 흐르고 있는 상태 즉, 전기회로를 구성하고 있다.

                  (다른 상과 결합하여 전등이나 전열의 부하에 전류를 공급함)

             보통은 접지선과 같다고 혼동하고 있으나, 내선규정에는 분명히 전압선 으로 분류되어 있다.

 

    ■예제) RㆍN 과 SㆍN에 부하가 걸려 있는데, 전원측의 N상 단자가 접촉불량에 의해 단선되었다면?

     ※그저 전원 공급이 끊겼다고 말한다면 짧은 생각이다. 중성선이 단선되면 누전차단기의 파손이나

       중성선과 전압측에 연결된 엘리베이터 약전기기 등의 부하가 손상되는 사고가 발생하기 때문이다.

 

    ■전원을 물릴 때는 중성선을 먼저 물리고 풀 때에는 반대로 나중에 푼다.

 

 

 

6)단상2선식 220v의 중성선의 이해

 

    ■사람의 손으로 중성선을 만져도 감전되지 않는다.

    ■중성선을 어스시켜도 누전차단기는 작동하지 않는다.

    ■누전점검 시, 중성선을 어스시키고 절연상태를 체크하면 정확한 누전수치를 알 수가 있다.

    ■부하가 많이 걸린 상태에서 결선 시 주의 점

     ※중성선과 하트 선을 결선할 때 뺀찌로 전선을 단번에 돌려 감아야 한다.

        이유는, 두 상 중 먼저 결선한 상은 상관없으나, 나중에 결선하는 상의 전선은 살짝 닿기만해도

        전선이 절반 정도 녹아버리기 때문이다.

     ※이러한 상태에서는 중성선이라도 손으로 만지면 감전된다.

     ※일단 결선이 마무리된 뒤에는 중성선을 만져도 감전되지 않는다.

 

 

 

7)전선의 최대 허용전류 및 차단기 용량

전선의 최소 굵기	6	10	16	25	40	60	100
최대부하전류 (A)	40	50	60	75	125	175	250
배선용차단기 (AT)	40 30	50 40	60 50	75	125 100	175 150	250 200

        (전선관 3가닥이하 배선을 기준으로 함)

 

 

 

8)도면에 표기되는 전기배선의 표기방법

    HIV 2.5SQ×2    2.0(E) (ST16)-1

     ?    ?     ?      ?         ?     ?

 

     ?전선의 종류

     ?전선의 굵기

     ?전선의 가닥 수

     ?접지선의 굵기

     ?전선관 종류 및 굵기

     ?전선관의 수

 

 

 

 

 

 

5.전기 기초 이론 ―Ⅲ

 

 

1.직렬과 병렬의 이해

 1)직렬

    아래 그림은 정수장에서 각 가정집으로 수돗물이 공급되고 있는 모습을 그린 것이다.

    정수장의 물이 수도관을 통해 각각 A, B, C의 가정집까지 공급되고 있다고 가정하자.

 

  가)만약 가정집 A에서 수도꼭지를 잠그게 되면 B와 C의 집에도 수돗물이 끊길 것이다.

      1개의 수도관이 모두 일직선으로 연결된 탓이다.

      이번에는 B의 집에서 잠그면 A는 공급되지만, 역시 C는 공급이 되지 않는다.

 

                              

                                                              <직렬 연결법>

나)직렬 법이 사용되는 경우

감지기는 DC24V가 공급되기 때문에 직렬 연결법이 사용되고 있다.

즉, (+)와(-) 2가닥이 각 감지기를 직렬로 거쳐 수신반으로 다시 돌아오는

것이다. 이 과정에서 어느 지점의 감지기가 단선이나 쇼트 등 이상이 생기거나, 화재가 발생하면 수신반에 신호가 오게 된다.

 

 

 

2)병렬

  이번에는 굵기가 굵은 수도관(간선 수도관)에서 각 가정집마다 별도의 수도관

   (분기 수도관)을 따서 공급해 보자.

가)A에서 수도꼭지를 잠가도 B와 C는 아무런 영향을 받지 않게 된다. 간선 수도관을 통해

    여전히 수돗물이 공급되기 때문이다.

 

                         

                                                        <병렬 연결법> 

 

 

  나)이제 수도관을 전선이고, 수돗물을 전기라고 생각해 보자. 우리가 접하고 있는

      교류는 모두 병렬로 사용하고 있다.

       그러니까 간선 수도관을 변전소에서 전주를 통해 변압기까지 오는 구간으로,

      변압기에서 각 가정으로 공급되는 구간을 분기 수도관으로 보면 된다.

다)일반 사무실이나 공장도 마찬가지다. 건물에 설치된 전기실에서 각 층에 있는 분전함의 1차까지를

    간선 수도관으로, 분전함의 메인차단기를 거쳐 설치된 누전차단기들을 분기 수도관으로 보면 된다.

라)예를 들면, 누전차단기 1개를 작동시키면 해당 범위만 전기가 차단될 뿐이다.

 

 

  

3.회로도 보는 법

   자동제어에 대해 어느 정도 정리가 되었다면, 이제 회로도 보는 법에 익숙해져 보기로 하자.

 

1)단로 회로

   아래 그림에서,

   적색, 청색, 검은색이 전선이라고 생각하십시오.

   그리고 (FL)은 형광등의 코일, 즉 전원단자입니다.

   분전함의 차단기를 올리면 R과 N에 220V가 흐르게 됩니다.

 

  가. 먼저 등공통인 N상을 볼까요. (2)번의 화살표를 따라가 형광등(FL)의 코일까지

       아무 방해 없이 흐르는 것을 알 수가 있습니다.

  나. 이제 스위치 공통인 R상을 보겠습니다. (1)의 화실표를 따라 흐르다가

       스위치의 접점까지 왔습니다.

       근런데 불행히도 스위치가 꺼져 있기 때문에 더이상 흐르지 못하고 맙니다.

       형광등이 켜질 수가 없지요.

 다. 누군가 사무실 문을 열고 스위치를 켜면? R은 적색의 스위치 공통을 지나고, 

      다른 출력접점인 (3)번의 청색선을 지나 드디어 코일까지지 도착합니다.

      그러면서 형광등이 켜지는 것이지요. 

                      

                                                     <단로 스위치 회로도>

 

 

 

 

 

                         

                                                               <단로(가)와 3로(나)의 회로도>

 

  

2) 3로 회로

   머리속에 다음 상황을 그려보자. 대학교 강의실 복도의 출입문이 왼쪽(S/W1)과

   오른쪽에 (S/W2)가 있고, 복도에 형광등이 있다. 학생 한 명이 왼쪽으로 들어 오면서

    S/W1 을 눌러 형광등을 켠 뒤, 오른쪽으로 나가면서 S/W2를 눌러 형광등을 끄는 것이다.

 

가) 3로 S/W의 원리

      위 그림 <나>는 3로 S/W 2개를 이용해서 위의 상황을 회로도로 나타낸 것이다.

      3로 S/W는 공통(Com)과 접점 2개 (A1,B1)로 이루어져 있다.

      즉, 전기가 공통을 통해 A1이나 B1 어느 한곳으로 흐르는 구조이다.

 나) 동작

    ■차단기를 올리면 N상은 곧바로 램프에 투입 된다. R상은 3로 S/W1 의 공통과 A1,

      그리고 S/W2의 A2까지 밖에 흐르지 못한다. 그렇기 때문에 형광등이 켜지 않는다.

    ■이제 학생이 왼쪽 출입문으로 들어서면 S/W1 를 누르면 접점이 A1 → B1 으로 이동하게 된다.

      이때 전기는 공통에서 S/W1의 B1과 S/W2의 B2로 연결되어 형광등이 켜지게 된다.

    ■오른쪽의 출입문으로 나가면서 S/W2를 누르면 접점이 B2 → A2로 이동하 면서 전기가 끊기게

       되므로 형광등이 꺼지게 된다. 

 

  

1)릴레이의 구조

                    

                     < 8핀 짜리 릴레이랍니다. 용량에 따라 여러가지 종류가 있죠.

                       이 녀석은 소형입니다.  코일하고 핀이 보이죠?

                       일단 코일에 220V가 흐르면 접점이 붙는답니다. 사진에 동편이 보이죠.

                       동편이 처음에는 상단에 붙어(b접점) 있습니다. 그러다 코일에 전류가 흐르면

                       전자석의 힘에 의해 동편이 아래로 붙는(a접점) 답니다.

                       그리고 전원이 끊기면 스프링에 의해 접점은 원상복귀... 접점은 푸시버튼과

                       같은 요령이란 걸 아실거라 믿습니다.

                       단지 버튼은 손으로 눌러서 a, b접점이 바뀌는 것이고,

                       릴레이는 코일에 전류가 흘러 생기는 전자석의 힘에 의한 차이죠.> 

 

  

 

                    

                      <위에서 본 모습. 코일에 전류가 흘러 릴레이가 작동하면 적색의 LED가 켜집니다.

                    왼쪽 케이스에 그려진 것은 8핀에 대한 회로도입니다.

                    전원이 필요한 2개의 코일은 몇 번 핀이다. 접점의 공통과 a, b접점의 번호는

                    몇 번이다...하는 식의 회로도죠.>

  

 

 

                     

                 <릴레이를 꽂는 소켓입니다. 릴레이의 핀에 직접 전선을 물릴수가 없기 때문이죠.

                   릴레이를 꽂으면 8개의 핀이 속에서 연결되어 각각 번호가 쓰여진 단자와 연결됩니다.

                 #사진에서는 하단 위의 2개가 전원입니다.

                 ##그리고 하단 밑의 좌우측이 접점의 공통이구요.

                 ###상단의 위의 좌우측이 b접점, 밑의 좌우측이 a접점이랍니다.

                 ####그러니까 a접점2개, b접점2개이니까 2a 2b라고 합니다.> 

 

                 #####아래 사진은 릴레이의 전원 및 접접 상태를 그려놓은 것입니다.

                         번호가 써 있죠? 소켓의 단자에도 해당 번호가 써 있답니다.

                         예를 들면, 전원은 13, 14번이죠.

                         제가 위의 설명에서 전원은 소켓의 하단 위의 2개라고 했는데,

                         바로 회로에 써 있는 13, 14번이 그곳에 써 있기 때문에 안 거랍니다. 

                          

 

  

 

2)릴레이를 이용한 회로도(1)--ON 스위만 사용하기

 

가.회로도를 볼 때 주의할 점

    #아래 그림에서 적색을 살펴보기로 합니다.

      차단기의 부하측에서 나온 적색이 어디로 갔는지요.

      선을 따라가 보면 됩니다. 릴레이의 접점과 버튼의 접점으로 갔습니다.

      적색이 서로 만나는 부분에 대해서 설명하려는 목적입니다.

      그곳은 서로 연결된다는 뜻입니다. 즉, 서로 쪼인을 해주면 되죠.

      만약, 차단기와 릴레이, 그리고 버튼이 서로 멀리 떨어져 있다면? 마찬가지랍니다.

      3가닥을 어느 한곳에 모아 쪼인을 해 주면 끝입니다.

      복스에서 해 주든, 판넬 안에 단자대를 취부하고 거기서 물려주든....

    ##그 다음 청색도 마찬가지입니다.

       릴레이 접점, 버튼 접점, 릴레이 전원, 램프 전원을 서로 연결합니다.

       순서는 상관없습니다. 서로 연결만 되면....

    ###역시 등공통도 마찬가지겠죠 

                     

 

 

 

나.실제 결선도

                      

                       <차단기를 올리고 푸시버튼을 누르면 릴레이가 작동하여 계속 램프가 켜지는

                       회로도의 결선 모습니다. 앞서 회로도를 볼 때 주의할 점을 상기하면서

                       결선 모습을 보면 금방 이해가 되리라 생각됩니다. 

              #먼저 등공통인 백색은 코릴레이의 코일 전원과 할로겐 안정기의 코일 전원으로 갔습니다.

            ##그리고 스위치공통인 적색은 푸시버튼의 a접점을 거쳐 릴레이 a접점으로 갔죠(청색선)

          ###푸시버튼의 반대편에서 나온 노란선은 릴레이의 전원을 거쳐 반대편 a접점에 연결.

               동시에 할로겐 안정기의 다른 전원선도 노란색에 연결되었답니다.>

 

  

 

                    

                       <버튼과 릴레이가 결선된 확대된 모습. 근데 이렇게 연결되면 문제가 있답니다.

                    버튼을 누르면 릴레가 작동해서 램프가 들어오는데, 릴레이의 a접점이 계속

                    붙어 있는기 때문에(이것을 자기유지라고 합니다) 램프가 꺼지지 않는다는 거죠.

                    차단기를 직접 내려야....해서 정지 버튼을 만들어 주는 것이죠.>