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일반적으로 전기에너지는 발전소[1]에서 변전소[2]를 거쳐 빌딩이나 가옥으로 인입되어 우리에게 공급된다.
소규모 건물이나 가옥과 달리 규모가 큰 빌딩의 경우 몇만 볼트의 전기를 수용하여 내부 변전 설비를 통해 빌딩 내부로 전압을 낮추어 각각의 개폐소[3]를 통해 삼상[4]과 단상[5]으로 분전한다. 우리나라는 단상 220V이상의 강전[6]을 공급하고 있다. 가전제품이나 전자제품은 대부분 직류로 작동된다. 그러나 직류를 발전하여 한 지역에 공급하는 것은 매우 비효율적이기 때문에[7] 대규모 전력 공급은 교류로 제공되며 각각의 전기 기기는 정류기를 이용하여 교류를 직류로 변환해 사용한다.[8]
이런 조건으로 공급받은 전력을 사용하는 장치들은 대부분 더욱더 낮은 전압으로 낮춰서 사용하는데, 개별 장치에서 사용하는 전압이 10V(볼트) 이하이고 5A(암페어) 미만의 전류를 소비하는 경우 약전[9]으로 분류한다.
전력 [Electric Power]
단위 시간당 전류가 할 수 있는 일의 양을 말한다.[10] 전력의 단위로는 와트를 사용하고 W(P)로 표시한다.[11]
전압 [Voltage]
전압은 전위차로 정의된다.
전압 측정의 기준점은 접지(0 Volt)이다.
우리나라 경우 전기제품에 대한 표준전압의 허용오차범위를 220V +/-13V로 규정하고 있다.[12]
전압이 높을수록 전류는 작고 소비전력이 낮다.
W(P)=V(E) × I(A)
전류 [Electric Current]
단위 시간 동안에 흐른 전하의 양으로 정의된다.[13] 전하의 흐름은 전선과 같은 도체, 전해질의 특성을 갖는 이온, 플라스마 등에서 일어난다.[14]
전류의 SI 단위는 A(암페어)로 1A는 1초 당 1쿨롱의 전하가 흐르는 것을 뜻한다.[13]
교류 [AC; Alternating Current]
발전기의 주기운동과 같이 일정한 주기에 따라 방향이 바뀌는 전류
직류 [DC; Direct Current]
건전지와 같이 양극과 음극의 전위차에 의해 한 방향으로 흐르는 전류
전압테스터를 이용하여 N상 찾는 방법
모든 AC기기는 가능한 한 N상을 통일하는 것이 좋다.
- 테스터기를 AC모드에 놓고
- 테스터기의 검은색 바를 접지에 접속한다.
- 테스터기의 빨간색 바를 단상의 경우 콘센트 구멍 중 하나에 끼운다.
- 약 0V가 측정되는 곳이 N상이고, 약 220V가 측정되는 곳이 L상이다.
전력을 구하는 공식
P(W) = I(A)2 × R
P(W) = V(E) × I(A)
P(W) = V(E)2 / R
| P | electric power | watt (W) |
| V | voltage | volts (V) |
| I | current | amps (A) |
| R | resistance | ohms (Ω) |
AVR [Auto Voltage Regulator]
자동 전압 조절 장치
입력된 전압의 변동폭(Fluctuation)을 좁혀주어 안정되게 공급하는 기능을 한다.
접지 [어스, Earth, Electricity Ground]
1820년 장거리로 전류를 전달하고 반환하기 위해 2 개 이상의 와이어를 사용한 것이 시작이었다.
1837년 칼 어거스트 본 스타인하일(Carl August von Steinheil)은 땅을 회로 완성을 위한 반환 경로로 사용할 수 있다는 것을 발견했다.
전위(Electric Potential)를 측정하는 전위 기준으로 땅을 사용하고 있다. 전자 회로 이론적으로 땅은 소스 또는 싱크의 잠재력을 변경하지 않고 무제한 흡수한다.
물리적 접지(Ground; 시스템 접지)의 목적은 번개에 의해 부과되는 전압을 제한하고 더 높은 전압에 접촉할 수 있게 하고, 전압을 안정화하기 위함이다.[14] 또한 감전의 위험으로부터 장치와 사용자를 보호하는 데 있다.
땅(토양의 성분에 따라)과 접지장치는 어느 정도 임피던스가 있어 서로 저항력이 발생하여 임피던스와 전류를 곱한 만큼의 전압이 발생하며 이것을 '접지 전위(Electric Ground Potential)'라 한다.
전압은 전류와 저항의 곱이다.
P=VI
P : 전력, V : 전압, I : 전류
날씨가 건조한 날 접지 저항이 높아질 수 있다. 접지의 저항이 커지면 스트레이 전압 또는 접지 전위 상승효과가 발생하여 소리신호에 노이즈가 발생하거나 감전의 위험이 있다.
다행히도 대부분의 전자제품은 높은 접지 전압이 발생하면 기기 보호회로가 작동되어 꺼지도록 설계된다. 그러므로 접지 된 콘센트에 연결해야 효율적이며 안전하다. 그러나 저항값이 너무 큰 접지 환경이라면 노이즈 주입 및 장치 보호를 위해 접지를 하지 않는 것이 좋다.
여기까지 설명한 접지는 '전원 접지'라 하며, 전자회로에서 여러 구성 요소로부터 나오는 전류의 공통 리턴(Return) 경로 역할을 하는 것은 '신호접지(Signal Ground)'라 한다.[15]
일반적인 콘센트는 다음 그림과 같이 표시된 부부분이 접지 접점이다.
대부분의 전기 규정 은 보호 접지 도체의 절연체가 다른 용도로는 사용되지 않는 독특한 색상 (또는 색상 조합) 이어야 한다고 명시하고 있으며, 대부분 녹색 또는 녹색 / 노란색 케이블로 배선하며 사고를 피하기 위한 기능적인 접지에서는 녹색 또는 녹색 / 노란색이 아닌 흰색 또는 크림색 케이블로 배선한다.
접지가 안 되어있는 곳은 아래 그림과 같이 수도 파이프 등에 접지선을 연결하여 사용하기도 한다.
그러나 요즘 사용하는 수도 파이프는 PVC류의 재질이라 이런 방법으로 접지가 안될 수 있다.
접지 표시
아래의 기호는 ISO(International Organization for Standardization) 국제 표준화 기구 의 IEC(International Electrotechnical Commission) 국제 전기 표준 회의에서 명시한 접지 표시 표준이다.
No. 5017은 프레임 접지(Frame Ground; FG)라고 하며 No. 5018 및 No. 5019의 기호로 명시적으로 요구되지 않는 경우 사용하며 접지를 나타내는 스케메틱(schematic)이나 회로를 그릴 때 사용하는 일반적인 접지표시이다. 0(영) 전위를 기준으로하며 감전 보호에 사용된다.
No. 5018는 기능 접지(저소음, 무소음, 청정 접지)를 나타내며 장비의 오작동을 방지하기 위해 특수 설계된 접지이다.
No. 5019는 보호 접지를 나타내며 장치가 고장 났을 때 감전을 방지하기 위해 외부 전도체에 연결하기 위한 단자 또는 보호 접지 전극의 단자를 나타낸 신호접지이며 전자회로에서 모든 신호 전압을 기준으로하는 단자에 표시되어 있다. 예를들면 전기 콘센트의 경우가 이에 해당한다. 건물 접지를 통해 땅에 연결되어있는 구조이다.
No. 5020는 프레임 또는 섀시(샤시) 접지라고 하며 장비의 오작동을 방지하기 위해 특수 설계된 접지로 회로의 섀시에 연결한다. 각 기기 회로의 기준 접지를 만든다. 이것은 땅과 연결되는 것이 아닌 기기간 금속 부분을 연결하여 사용하는데 예를들어 비행기의 내부 금속 부품들은 함께 연결하여 땅에 연결되어있지 않은 구조로 비행기 기체를 지준 접지로 사용한다. 자동차, 선박등도 같은 접지를 사용하며 프레임 또는 섀시 터미널에 표시한다.
이 기호는 회로의 그라운드로 시그널 그라운드라고 하는데 회로에서 기준이 되는 전위를 말하며 PCB 기판 위의 라인이나 PCB 평면에 표시한다.
접지의 목적
감전 방지와 기기 보호 및 깨끗한 신호 전달
안정적인 접지가 없으면 한 장치에서 다른 장치로 깨끗한 신호를 전달할 수 없다.
접지공사의 종류
제 1종 접지공사 / 제 2 종 접지공사 / 제 3종 접지공사 / 특별 제 3종 접지공사
중성점 접지 방식의 종류
비접지 / 직접접지 / (고/저)저항 접지 / 소호리액터 접지
음향 접지
잡음이 많은 접지 환경에서 음향시스템과 같은 낮은 신호를 사용하는 경우 분리 접지 및 기술적 접지를 한다.
분리 접지 방법은 AC 전원 접지와 동일하지만 전기적 간섭을 일으킬 수 있는 일반 기기 접지에서 독립되어야 한다.
기술 접지는 대부분의 경우 스튜디오의 금속 장비 랙은 모두 무거운 구리 케이블 (또는 평평한 구리 튜브 또는 버스바와 함께 연결된다.) 및 이와 유사한 연결이 기술적으로 이루어진다.
기술적 접지의 경우 여러 콘크리트 바닥을 통해 드릴링하여 장착된 무거운 구리 파이프로 구성될 수 있으므로 빌딩 지하실의 접지로드(땅과 연결된)까지 가능한 가장 짧은 경로로 연결될 수 있다.
기기별 접지 전압이 서로 다르고 접지와 새시, 기기간 전압 차이 값이 다를 경우 전위 차이가 발생하여 그라운드 루프에 의한 험이나 노이즈가 발생한다.
밸런스 장비의 신호 접지 차폐 실드 역시 오디오 경로에 접지 루프를 생성하고 오디오 신호 접지를 변조하여 대부분의 시스템에 혼란을 초래한다.[16]
신호 접지를 새시에 단단히 연결한다.
외부 노이즈 소스는 장치 새시에서 노이즈 전류와 정전기를 유발할 수 있고 케이블 실드에 유도된 노이즈 전류도 새시를 통해 흐른다. 신호 접지를 새시에 연결하면 노이즈 커플링을 최소화할 수 있다. 이를 통해 전체 접지 노이즈가 감소될 수 있다.새시와 라인 코드, 랙 레일 또는 독립 접지를 단단히 결합하면 커플링을 더욱 줄일 수 있다.
두 개의 상호 연결된 장치의 신호 접지를 거의 같은 값의 전압 전위로 유지해야 하며 기기간 임피던스가 낮아야 한다. 이것은 비 변압기 절연 시스템의 적절한 작동을 위해 필수적이다.
https://www.rane.com/note151.html
그라운드 루프를 피하는 제안
전원 접지와 신호 접지를 분리하여 각각 독립된 접지를 사용 하면 그라운드 루프에서 자유로울 수 있다.
1. 모든 기기의 오디오 및 디지털 케이블을 제거한다.
2. 테스터기를 AC모드에 놓고
3. ~
HUBBELL Grounding & Bonding Guide
AC Cord와 음질[16]
AC 코드의 품질에 따라 음향장치 음질의 변화는 다양하다. 여기 한 회사에서 제공한 제품 기술정보를 통해 음질 변화의 이유에 대해 알아본다.
발전소에서 고전압 송전선을 통해서 이동하는 전기 에너지는 자기장 원리에 의해 동축 케이블을 통하여 매우 효율적으로 전달되기 때문에 최소 전류만 흐르게 되지만, 우리에게 공급되는 저전압[17] 전력은 상대적으로 높은 전류를 갖게 된다.
원거리 전송은 에너지 손실률이 크기 때문에 손실률을 줄이기 위해 구리선 등 저항이 낮은 소재의 선재를 사용한다.
전류는 반송 주파수의 반주기마다 펄스 신호로 흐르는 on/off 스위치와 같은 역할을 한다.
파워 서플라이의 인덕턴스로 인해 전압과 전류 사이의 지연 또는 위상차가 발생할 수 있다.
전류는 주로 캐패시터를 충전하는데 소모된다. 전류 펄스의 진폭은 수요가 많아짐에 따라 증가한다.
아래 그림은 음악 시그널에 따라 얼마나 동적으로 순간적인 전류의 변조가 일어나는지를 보여준다.
전류의 용량도 중요하지만 AC 코드의 “응답 시간”과 “대역폭”도 중요하다.
오디오 장비에 파워 서플라이의 순간 전류 흐름에 대한 수용 능력은 최상의 성능을 위한 핵심 요소이다.
전류의 변조가 제한되거나 딜레이 되면 파워 서플라이는 소리신호를 정확하게 처리할 수 없다.
일반적인 성능 기준으로는 이런 왜곡 현상을 설명할 수 없으나 다이내믹이 줄어들고, 거친 중역 및 초고음의 손실 및 저음의 웅장함이 사라지는 음향적 문제를 청감으로 모니터링할 수 있다.
AC코드 별 성능 차이의 예
게이지(Gauge)의 숫자가 낮을수록 코드가 두꺼움을 의미한다.
가청 주파수 범위에 대한 Baseline 및 비교 결과 간 Null Test의 차이는 10dB에서 20dB에 이르기까지 다양하게 나타났다.
전원 코드가 장비에 연결될 때 무시할 수 없을 정도의 영향이 있음을 보여준다.
원활한 주파수 응답
더 높은 선명도와 단단한 저음
험 노이즈와 버즈 노이즈 저음의 노이즈 제거
[1] 발전소 : 발전기·원동기·연료전지·태양전지·해양에너지 발전설비·전기 저장장치 그 밖의 기계기구(비상용 예비전원을 얻을 목적으로 시설하는 것 및 휴대용 발전기를 제외한다)를 시설하여 전기를 생산(원자력, 화력, 신재생에너지 등을 이용하여 전기를 발생시키는 것과 양수발전, 전기 저장장치와 같이 전기를 다른 에너지로 변환하여 저장 후 전기를 공급하는 것)하는 곳을 말한다.
[2] 변전소 : 변전소의 밖으로부터 전송받은 전기를 변전소 안에 시설한 변압기·전동발전기·회전 변류기·정류기 그 밖의 기계기구에 의하여 변성하는 곳으로써 변성한 전기를 다시 변전소 밖으로 전송하는 곳을 말한다.
[3] 개폐소 : 개폐소 안에 시설한 개폐기 및 기타 장치에 의하여 전로를 개폐하는 곳으로써 발전소·변전소 및 수용장소 이외의 곳을 말한다.
[4] 삼상(Three-Phase) : 380V, 3상 4선식, RSTN 네 가닥으로 구성, 2상 또는 3상으로 380V로 만들 수 있고, 각각 1상으로 220V로 구성하여 사용할 수 있다. RST 각각 120º 위상각을 가지고 있으며 220V 단상으로 사용 시 RST 간 부하 비율을 비슷하게 유지하도록 배선해야 한다.
[5] 단상(Single-Phase) : N, L 두 가닥으로 구성된 위상이 하나인 전기를 말한다. 삼상을 3 등분하여 그중 하나의 상을 사용한다.
L : Live, 교류 전기가 나오는 곳, 우리나라에서는 일반적으로 220V의 전압이 나온다.
N : Nutral, 교류 전기를 받는 곳, 0V
G : Ground, 접지
[6] 강전 : 전압이나 전류가 강한 전기
[7] 미국의 발전사업 초기 토머스 에디슨은 직류 발전을 니콜라 테슬라는 교류 발전을 주장하였다. 이후 경제성면에서 교류 발전이 우월함이 입증되어 세계적으로 사용되고 있다. - 이종호, 《천재를 이긴 천재들》, 글항아리, 2007년, ISBN 978-89-5460-436-9, 54-56쪽
[8] 이태원, 《일러스트로 보는 기초전기전자》, 한진, 2013년, ISBN 978-89-8641-254-3, 203-206쪽
[9] 약전 : 약한 전압이나 전류를 소비하는 장치
[10] 전자기술연구회, 《초보의 전기전자 교본》, 기문사, 1988년, ISBN 978-89-7723-038-5, 22쪽
[11] Earl D. Gates, 강동욱 외 역, 《전기전자공학개론》, 홍릉과학출판사, 2003년, ISBN 89-7283-315-0, 76쪽
[12] 제18조(전기의 품질기준) 법 제18조제1항에 따라 전기사업자는 그가 공급하는 전기가 별표 3에 따른 표준전압·표준주파수 및 허용오차의 범위에서 유지되도록 하여야 한다.
[13] Lakatos, John; Oenoki, Keiji; Judez, Hector; Oenoki, Kazushi; Hyun Kyu Cho (March 1998). "Learn Physics Today!". Lima, Peru: Colegio Dr. Franklin D. Roosevelt. Retrieved 2009-03-10.
[14] Anthony C. Fischer-Cripps (2004). The electronics companion. CRC Press. p. 13. ISBN 978-0-7503-1012-3.
[15] NEC Article 250 — Sections 250.20 through 250.34
[16] RANE Corporation-Grounding and Shielding Audio Devices
[16] https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_(electricity)
[17] Essential Sound Products(ESP) 파워 코드가 음질에 미치는 영향
[18] 저전압 전력 : 직류는 750V 이하, 교류는 600V 이하인 것. 2. 고압 : 직류는 750V를, 교류는 600V를 초과하고, 7kV 이하인 것. 3. 특고압 : 7kV를 초과하는 것. ③ 특고압의 다선식 전로(중성선을 가지는 것에 한한다)의 중성선과 다른 1선을 전기적으로 접속하여 시설하는 전기설비의 사용전압 또는 최대 사용전압은 그 다선식 전로의 사용전압 또는 최대 사용전압을 말한다.
[19] blog.daum.net/stride/16518623
[20] m.blog.naver.com/somang8991/221424535853
[21] www.rapidtables.com/electric/electric_power.html
[22] m.blog.naver.com/roboholic84/220907451858
[23] blog.daum.net/011-848-1181/12736697
[24] www.autodesk.com/products/eagle/blog/8-pcb-grounding-rules/
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