정전유도(Electrostatic Induction) 현상의 이해

Control Cable 길 경우 Lamp 류 등에 빨간 불이 들어오는 것을 볼 수 있는데 왜 이런 현상이 발생하는지 알아보도록 한다 .

1. 정전유도작용에 대한 이해

여러 개의 도체를 어떤 매질 안에 배치해 놓고 하나이상의 도체에 전압을 가하 면 전압을 가하지 않은 도체에도 전압이 나타나는 것을 볼 수 있는데 이것이 곧 정전유도 현상이며 우리가 흔히 허전압이라고 부르는 것이다. 이것은 도체간 및 도체와 대지간에 존재하는 정전용량에 의한 것인데 이를 그 림으로 나타내면 다음과 같이 눈에 보이지는 않지만 분포하게 된다.

< Fig01. 매질 내 배치된 도체간의 정전용량 분포 개념도 >

위의 개념을 머리 속에 그리면서 실제로 Control Cable 의 경우에 적용해서 생 각해 보도록 한다. 실제로 Control Cable 의 경우 Pushbutton Switch 를 대표적인 예로 하여 설명 하며 보통 5 Core 가 적용되지만 설명을 쉽게 하기 위해 2 Core 만을 생각하여 검토해 보도록 한다 .

< Fig02. Pushbutton Switch의 구성 >

이것을 앞에서 설명한 등가회로로 구성하면 다음과 같다 .

< Fig03. Pushbutton Switch의 등가회로 >

위 그림과 같은 등가회로로 표시하면 이제 설명은 간단하게 된다. Neutral에 걸리는 전압은 Neutral과 대지간의 정전용량 CG 에 걸리는 전압과 같으므로 전압의 분배법칙에 의해 다음과 같이 된다 .

그런데 Cable 의 길이가 CG 보다 CL 이 훨씬 크게 되는 어느 정도 이상이 되 면 위의 전압 분배식은 다음과 같이 된다 .

위 식에서 보는 바와 같이 Hot에서 인가한 전압이 Open 되어있는 Neutral 선 에 동일한 크기로 유도됨을 알 수 있다. CL 이 CG 보다 훨씬 크다고 할 수 있는 이유는 아무래도 선간의 정전용량이 대지간 정전용량보다는 클 것이 감각적으로 알 수 있기 때문이며 길이가 길어 질수록 이것은 더욱 그렇게 될 것이다. 경험적 으로 판단한다면 이 길이는 약 50m 이상이면 Hot 에 인가한 전압과 거의 동일 한 크기의 유도전압이 Neutral 에 나타나는 것을 알아 냈다. 직접 이것을 알아보기 위한 간단한 방법은 각 전기 Shop 에 가지고 있는 Reel 을 이용해서 한 쪽에는 콘센트의 Hot 를 연결하고 다른 한 선은 그대로 개방 시켜 놓고 해보면 바로 알 수 있을 것이며 전압이 걸리는 것을 알려주는 Reel 전면의 지시용 Lamp 는 빼놓고 하도록 한다.

2. 실제 회로에의 적용 및 이에 대한 대책

실제로 Pushbutton 이나 지시용 Lamp 를 점등해 주는 접점 등이 MCC 로 부 터 너무 멀리 떨어져 설치되어 있으면 반 불이 들어와서 운전원을 혼돈시킬 우 려가 있는데 이에 대한 내용 및 대책이라 할 수 있는 경험적인 사항을 설명하 도록 한다. 실제 MCC 의 Schematic Diagram 을 가지고 설명하도록 한다.

< Fig04. 설명을 위한 Schematic Diagram >

모든 Schematic은 위와 같이 Neutral 쪽에 보조계전기와 Lamp 등을 설치하게 되어 있으며 반대로 위 그림의 Hot 와 Neutral 이 바뀌게 되면 작업자의 실수 또는 Control Line 의 접지 등에 의해 불필요한 동작이 발생할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위한 것으로 판단된다. 이제는 앞의 Schematic 을 회로로 나타내어 동작이 어떻게 될 것인지 이론적으 로 검토해 보도록 한다. 공간이 부족한 관계로 다음 페이지로 넘어가도록 한다.

< Fig05. Schematic의 등가회로 >

여기서 CL 은 Hot 와 Neutral 간 정전용량, CGH 및 CGL 은 Hot 와 대지간 및 Neutral 과 대지간의 정전용량을 각각 나타내며 설명을 간단하게 하기 위해 Lamp 회로는 생략하였으니 이를 참고하면서 이해하도록 한다 . 위와 같은 회로로 구성될 수 있으므로 비록 보조 계전기 구동용 스위치를 닫지 않는다 하여도 아주 미약 하지만 충전전류가 보조 계전기를 통해서 흐를 수 있 는 것이다. 하지만 이 미약한 충전전류는 보조 계전기를 비롯한 철심을 포화 시켜 Actuator 를 구동 시킬 수 있는 정도는 아닌 것으로 판단되며 실제 현재 운영지역에 다 수 포설되어 있는 장 거리 (1 Km 이상) 의 Control 회로가 오 동작을 하지 않는 것으로 증명될 수 있다고 생각한다 . 하지만 Lamp 회로의 경우 물론 Control Cable 의 포설된 조건에 따라 다르겠지 만 거리가 상당히 길어지면 반 불이 들어올 수 있을 것으로 생각하며 실제로 장 거리의 지시용 Lamp 에는 간혹 반 불이 들어옴을 볼 수 있는 것으로 증명 될 수 있다고 생각한다.

이번에는 Hot 와 Neutral 이 서로 바뀌었을 경우를 검토해 본다. 그러면 회로는 다음과 같이 될 것이다.

< Fig06. Hot와 Neutral이 바뀐 Schematic의 등가회로 >

위 회로에서 알 수 있듯이 이제는 보조계전기나 Lamp를 통해 흐르는 충전전 류의 Path 가 많아지게 되어 앞의 경우 보다는 큰 충전전류가 흐르게 될 것이 자명하게 된다. 특히 Control Cable 의 길이가 보조계전기의 L(인덕턴스) 와 선로의 C(정전용량) 간에 공진을 일으킬 수 있는 정도가 되면 스위치의 동작과는 무관하게 보 조계전기가 동작할 수 있으므로 예기치 못한 상황이 발생할 수 있게 된다 .

따라서 이런 회로는 절대로 구성하지 않도록 해야 할 것으로 생각하며 특히 이것은 Control 회로가 길 경우 더욱 중요하게 될 것이다.따라서 정전유도작용에 의한 오동작을 방지하기 위한 대책으로는 Control 회로를 적합하게 구성하여야 하며 ( 특히 장거리일경우엔 더욱) Lamp에 반불이 들어오는 것은 Control 회로가 길경우에는 아마도 피할 수 없을것으로 생각하나 이에대한 간단한 대책은 Lamp와 직렬로 적절한 크기의 저항을 삽입하여 Lamp회로에 흐르는 충전전류를 제한하는 것을 생각할수 있을것이다.