중성선 굵기 산정

정의와 핵심 키워드

중성선 굵기 산정은 3상 4선식 회로에서 불평형 전류와 고조파 전류를 고려해 중성선 허용전류를 확보하는 설계 작업이다.

시험에서는 중성선에 흐르는 최대 예상 전류를 기준으로 도체 단면적을 정한다.

핵심 키워드는 중성선 전류, 불평형 전류, 3고조파, 상전류의 벡터합, 중성선 허용전류다.

중성선 전류의 원리

중성선 전류는 세 상전류의 벡터합으로 구한다.

부하가 평형이면 세 상전류가 서로 상쇄되어 중성선 전류는 0에 가깝다.

비선형 부하가 많으면 3고조파가 세 상에 같은 위상으로 흘러 중성선에서 더해진다.

3고조파 합성 계산

상전류가 100 A이고, 각 상의 3고조파가 33 A인 경우를 본다.

중성선 전류는 기본파 불평형분과 3고조파의 합성으로 구한다.

기본파 불평형분은 세 상이 평형이므로 0이다.

3고조파는 세 상에서 같은 위상이라 3배로 더해진다. 그래서 I_N3 = 3 × I_3이다.

계산하면 중성선 전류는 99 A로, 상전류 100 A와 거의 같다.

따라서 중성선은 상도체와 같은 굵기 이상이 필요하다.

부하 유형별 비교와 판정

부하 유형에 따라 중성선 전류와 굵기 기준이 달라진다.

선형 평형 부하는 중성선 전류가 거의 0이라 선도체의 절반 이상이면 된다.

비선형 부하는 3고조파 누적이 핵심이라 선도체와 동등 이상으로 정한다.

고조파 함유율이 33% 이상이면 중성선을 상도체와 동등 이상으로 한다.

중성선이 선도체보다 작으면 과전류 검출기를 설치하고, 차단은 필수가 아니다.

중성선 보호와 차단 순서

중성선에는 과전류 차단기가 없는 경우가 많다. 그래서 과열 위험을 설계에서 막아야 한다.

고조파가 누적되면 중성선이 과열되고, 과열이 계속되어도 자동으로 차단되지 않는다.

그래서 중성선 과전류는 검출기로 확인하고, 차단은 필수가 아니다.

중성선을 차단할 때는 선도체보다 늦게 끊고, 재폐로는 동시 또는 빠르게 한다.

정리

중성선 굵기 산정의 핵심을 정리한다.

중성선 전류는 평형이면 0이고, 불평형과 3고조파에서 생긴다.

고조파 33% 이상이면 중성선을 상도체와 동등 이상으로 정한다.

과전류는 검출하고, 차단은 필수가 아니다. 설계 때는 비선형 부하 비율을 먼저 산정한다.