전기에서 왜 접지가 반환 경로가 없는가?

전기 시스템에서 접지(grounding)는 주로 고장 전류가 지구로 안전하게 흐르는 경로를 제공하여 장비와 인원을 보호하는 역할을 합니다. 그러나 접지는 전류의 일반적인 반환 경로가 아니며, 접지와 일반적인 반환 경로 사이에는 기능과 설계상의 명확한 차이점이 있습니다. 다음은 몇 가지 주요 이유입니다:

1. 안전 목적

1.1 고장 전류 분산

• 고장 보호: 접지의 주요 목적은 고장 전류가 빠르게 지구로 흐를 수 있는 저임피던스 경로를 제공하여 보호 장치(회로 차단기나 퓨즈 등)가 작동하여 고장 회로를 차단하고 장비 손상 및 감전을 방지하는 것입니다.

• 안전 접지: 장비 케이싱과 금속 부품을 접지함으로써 내부 고장이 발생하더라도 케이싱이 지구 전위를 유지하도록 하여 인원을 보호합니다.

2. 정상 운영 경로

2.1 전류의 일반적인 반환 경로

• 중성선: 일반적인 3상 또는 단상 시스템에서 전류의 반환 경로는 중성선을 통해 이루어집니다. 중성선은 전원의 중성점을 연결하여 폐쇄 회로를 형성하여 전류가 전원으로 돌아갈 수 있도록 합니다.

• 설계 목적: 중성선은 정상 운영 조건에서 전류가 원활하게 흐를 수 있도록 저임피던스 경로를 제공하여 상당한 전압 강하나 전류 불균형을 피하도록 설계되었습니다.

3. 전자기 간섭 감소

3.1 전자기 간섭 최소화

• 신호 무결성: 전자 장치와 제어 시스템에서 접지는 주로 전자기 간섭(EMI)과 라디오프리퀀시 간섭(RFI)을 줄이고 신호의 무결성과 안정성을 보호하기 위해 사용됩니다.

• 참조 점: 접지는 신호가 전송 중에 외부 간섭으로부터 영향을 받지 않도록 안정적인 참조 전위를 제공합니다.

4. 전류 불균형 방지

4.1 전류 균형

• 3상 시스템: 3상 시스템에서 중성선은 3개의 상 사이의 전류를 균형 있게 유지하여 균일한 전류 분포를 보장하고 과도한 중성선 전류로 인한 전압 강하와 장비 과열을 방지합니다.

• 단상 시스템: 단상 시스템에서도 중성선은 부하와 전원 사이의 폐쇄 회로를 보장하는 역할을 합니다.

5. 규제 및 표준

5.1 규제 요구 사항

• 전기 코드: 국가 및 국제 전기 코드와 표준(NEC, IEC 등)은 전기 시스템의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해 접지와 중성선의 사용 및 설계 요구 사항을 명확히 규정하고 있습니다.

• 준수: 이러한 코드와 표준을 준수하면 전기 시스템의 준법성과 안전성을 확보하고 잠재적인 위험과 사고를 방지할 수 있습니다.

요약

전기 시스템에서의 접지는 주로 안전 보호와 전자기 간섭 감소를 위해 사용되며, 전류의 일반적인 반환 경로는 아닙니다. 전류의 일반적인 반환 경로는 중성선을 통해 이루어지며, 중성선은 정상 운영 조건에서 안정적인 전류 흐름을 보장하고 전류 불균형과 전압 강하를 피하도록 설계되었습니다. 접지와 중성선은 각각 다른 기능과 설계를 가지고 있으며, 이들은 전기 시스템의 안전하고 안정적인 운전을 보장하기 위해 함께 작동합니다.