티스토리 뷰

접지이론***
1. 접지의 일반적 개념
  ○ 접지(接地)란 전기선 한쪽을 전기적으로 땅에 연결한다는 의미입니다. 접지를 영어로는 어스(earth) 그라운드(ground)로도 사용되는데 사용하는 사람에 따라 적용내용이 다를 뿐입니다.
발전소에서 전기를 일으키는 발전기나 변전소에 전기를 받고 보내는 트랜스나 전기모터 등 전기장치들은 전부가 몸체를 땅과 연결을 시켜주어야 합니다.
※ 예 : 세탁기 어스를 수도꼭지와 연결 해주어야 하는 것
  ○ 이처럼 전기는 지구를 기준으로 하여 전위차(電位差)를 말하는 것으로 접지는 지구와 전기적 장치들 간(몸체)의 전위차를 “0 Volt”가 되도록 해주는 것입니다. 그러나 실제적으로는 전기선에 저항(抵抗)이라는 것이 있으므로 아무리 굵은 전기선으로 연결해도 0 Volt의 전위차를 만들기는 불가능 합니다.
이를 위해 -375℃에서 도체저항(導體抵抗)을 0(zero)으로 만들 수 있다는 학술은 나왔으나 실용화는 오랜 시간이 필요할 것 같습니다.

2. 접지는 왜 해주어야 하는가?
  ○ 전기는 교류(AC)든 직류(DC)든 간에 2가닥 이상의 선이 필요합니다. AC인 경우에는 단상(單相)인 경우 2가닥 삼상(三相)인 경우 3가닥 선이 필요하고, DC는 2가닥선만 있으면 됩니다.
AC인 경우는 유도성분이 많고 DC인 경우는 용량성분이 많습니다. 그러나 어느 쪽이든 도체가 있는 곳이면 전기가 흐를 수 있고 전기가 흐른 곳은 유도성과 용량성에 의해 전기가 축척될 수가 있습니다. 이것을 정전용량이라고 하지요.
이러한 전기가 전기장치내 축적되어 있으면 경우에 따라 전기장치를 망가뜨리기도 하고 인체가 접촉되면 피해를 입을 수 있는 것입니다.
※ 예 : 정전기와 감전 같은 현상

3. 자동차의 접지의 중요성
가. 접지를 보는 기술적 요령
  ○ 자동차를 기준으로 접지를 설명 드리겠습니다.
자동차는 DC12V를 사용하고 있습니다. 그리고 배터리마이너스 단자를 차체와 연결하고 있는데 이를 접지선이라 합니다. 공장에서 이미 차를 생산할 때 차체와 배터리마이너스단자, 차체와 차체간 접지선을 연결합니다.
그러나 자동차가 운행되고 오래 동안 사용하다 보면 접지가 기계적 결함(부품특성과 조립특성)에 의해 저항치가 변하게 되어 접지전위가 올라가게 됩니다. 그래서 접지선을 보강해주거나 조임을 다시 하여 접지저항(抵抗)을 줄여주는 정비작업을 하는 것입니다.
저항을 줄여 주어야 하는 이유로 자동차성능이 전기와 어떤 관계가 있는가를 수식적으로 풀어보면 다음과 같은 현상이 생깁니다.
※ 조건제시 : 조건: 12V자동차에서 접지저항이 0.1Ω(옴)일 때 이곳으로 전류가 10A흘렀다면 배터리마이너스단자와 차체 간에는 1V의 전위차가 생김.
● V(1V) = R(0.1Ω) × I(10A)
이것은 자동차 전원(電源)인 12V가 전기부하에 12V가 그대로 공급되지 않고 11V밖에 공급되지 않으므로 전기적 장치들의 효율이 다음과 같이 떨어지게(감소) 된다는 뜻입니다.
(12-11)V÷12V×100% ≒8.3%(효율감소)
그런데 차 종류에 따라 알터네이터가 전기를 만들때 전압을 얼마로 설정 했는지는 알 수 없으나 실제로 많은 차를 조사결과 13V~ 15.5V까지 편차가 나왔습니다.
이를 경우 13V와15.5V의 경우 효율편차는

  1. 13.0V 경우 : (13.0-11.92)V÷12V×100% = 9%(효율감소)
  2. 15.5V 경우 : (15.5-14.21)V÷12×100% =10.75%(효율감소)

따라서 전압변동이 심하면 이종(異種)은 물론 동일차라도 2.45%라는 성능편차가 생길 수 있다는 이론적인 계산이 나옵니다.
따라서 4륜구동 자동차의 경우 4개의 인젝터는 전압변동 촉에 의한 지연. 복구동작에 일정하지 못해 피스톤이 요동을 치게 되어 진동과 소음이 증가하며 연비가 떨어지고 힘이 나빠지면서 배출가스도 나빠지는 것입니다.

나. 자동차의 접지
   ○ 자동차에는 알터네이터에서 나오는 마이너스선이 배터리 마이너스단자에 물려 있고 그리고 배터리마이너스 단자는 차체와 연결되어 있는데 이를 접지선이라 합니다.
따라서 공장에서 차를 생산할 때 기본적으로 배터리마이너스 단자와 차체 간에 접지선을 연결을 해둡니다.
하지만 자동차가 운행되고 오랫동안 사용되는 과정에 접지선의 불량 기계적 접촉 결함(부품특성과 조립특성)등에 의해 접지저항이 증가하므로 접지전위(接地電位)가 올라가거나 흔들리게 됩니다.
이를 방지하기 위해 접지선을 보강해주거나 볼트 조임을 다시해주기도 하지요.

※ 참고로 접지 DIY를 하면서 플러스 접지란 말이 펴져 있는데 “마이너스(-)접지”란 단어는 있어도 “플러스(+)접지란” 단어는 없습니다.

다. 접지를 함부로 하면 안 되는 이유
   ○ 그러나 접지를 잘못하면 오히려 차 성능에 지장을 주는데 하나의 사례로 접지선이 굵으면 접지는 좋아도 상대적으로 차 무게가 올라가므로 연비가 나빠집니다.
따라서 접지는 굵은 것 보다 정확하게 해주는 것이 더 효과적 입니다.

※ 참고로 메이커가 차를 설계를 할 때는 생산가 및 연비를 고려하여 차 무게에 상당히 신경을 쓰기 때문에 함부로 배선을 굵게 하지 못합니다.
그래서 배터리나 알터네이터 용량을 차 동작에 지장이 없는 최저의 조건으로 설계를 하였는데 소비자들이 전기장치를 추가로 증가시키고 또한 기존 부품들의 성능이 떨어지면서 전기소모가 증가하므로 전기신호마저 불안정하게 되어 자동차의 전체적인 성능이 나빠지는 것입니다.
○ 자동차가 동작을 하면 전기는 대소를 불문하고 자동차 내를 흘러 다니므로 접지를 잘못하면 접지 간에 접지전위차(接地電位差)가 생깁니다.
그래서 접지를 잘못하면 전기적인 간섭을 주어 자동차 동작에 방해를 주기도 한다는 것입니다.

※ 주의 : ECU에 만들어지는 “5V의 마이너스”와 배터리(12V/24V) 마이너스"는 용도나 의미가 전혀 다르므로 혼돈하여 절대로 같이 사용해서는 안 됩니다.
마. 접지요령
    알터네이터는 자동차 발전기로 처음에는 삼상 교류(AC)를 만들어지며 이를 다이오드로 정류하여 직류(DC)로 만들어 배터리와 각종 전기장치에 공급 하므로 소비자들은 순수한 직류(건전지처럼)로 알고 있습니다.
접지를 추가로 할 때는 시동을 건 후 먼저 테스트로 접지 전위를 측정하여 50mv이하 일 때는 접지를 해도 효과가 없습니다.
접지선 연결은 “알터네이터 마이너스 단자 -엔진몸통-배터리 마이너스 단자- 차체 간에 기존선과 중복”으로 해주는 것이 무난합니다.
※ 주의 : 플러스(+) 선은 가능한 보강할 필요가 없으며, 잘못하면 스파크 등으로 차에 손상을 줄 수 있습니다.
결론적으로 접지를 보강할 때는 접지전위를 꼭 측정 해보고 설치를 유무를 결정하시기 바라며, 무조건 하실 필요는 없습니다.
4.결론
○ 접지란 지구와의 전위 차위를 줄이고 전류(電流)가 잘 흐르도록 길을 만들어 준다고 생각하시면 됩니다.
다시 말하면 도로를 넓혀주어 많은 차량이 빠른 속도로 운행이 용이하도록 해주는 것과 같은 이치로 보시면 되는 것입니다. 그러나 도로를 무한정 넓힐 수 없듯이 접지선도 “기술적 기준”과 “현실적 기준”에는 한계가 있다는 것입니다.

'개발자 이야기 > 전자/전기' 카테고리의 다른 글

접지이론  (0) 2010.01.03
댓글
댓글쓰기 폼