찐초보 걸음마 전기 / 전병칠

 

1. 전기와 친근해지기 위해 꼭 알아야 할 용어가 편하게 다가갑니다.

2. 전기의 실무적이고 실용적인 내용을 충분히 담고 있습니다.

 

ㆍ전기는 원래 재밌는 겁니다.

 

 

 

 

 

1장. 아는 만큼 보인다

 

01 전기는 물과 비슷하다

ㆍ물의 위치가 가지는 힘인 수위는 전위 Electri Potential 이라고 표현할 수 있어요. 전위의 정의는 어떤 두 점 사이의 전기적인 위치에너지 차이에요. 수위처럼 어떤 기준점이 있고 다른 점의 크기를 나타내는 상대적인 값이죠. 전기에서는 어떤 두 점 사잉에 전기적인 위치에너지가 있을 때 이 차이를 명료하게 전압 Voltage이라고 부릅니다. 

 

ㆍ전압을 측정한다는 것은 어느 하나의 지점만을 특정하는 것이 아니라, 두 지점의 압력 차이를 본다는 말입니다. 줄자로 길이를 잴 때 어떤 기준점과 다른 한쪽에 줄자를 갖다 대는 것처럼 두 곳의 차이를 보는 것이지요. 

 

ㆍ그래서 아래 그림처럼 2개의 접촉 단자가 필요합니다. 만일 테스터기를 이용하여 전압을 측정하였는데 0V가 나온다면 무언가 이상이 생겨서 전기가 들어오지 않는 것입니다.

ㆍ전압을 하나의 지점에서만 측정할 방법은 무언일까요? 산 높이의 기준을 해수면으로 사용하듯, 전압의 기준을 땅으로 둘 때가 있어요. 어느 하나의 지점에서 전압을 알고 있을 때 기준점을 보통 땅으로 정하는데, 여기에서 파생된 기술적 개념을 접지 Earth; Ground 라고 부릅니다. 즉 해수면의 높이를 0m로 놓고 상대적인 산의 높이르르 측정하는 것처럼, 지구의 전압을 0V로 상대적인 전압의 크기를 측정합니다. 이 전압을 대지전압 Voltage to ground이라고 불러요.

 

ㆍ접지: 전기 회로 동선 따위의 도체로 땅과 연결함, 또는 그런 장치. 회로와 땅의 전위를 동일하게 유지함으로써 이상 전압의 발생으로부터 기기를 보호하여 인체에 대한 위험을 방지한다. 

 

ㆍ대지전압: 회로에서 어느 한 점과 대지 사이의 전위차

 

ㆍ물파이프에서는 수위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 수압에 의해서 물이 흐르지만,

ㆍ전기에서는 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 전압에 의햐여 전류가 흐릅니다. 

 

 

 

 

 

02 전압이 크다고 좋은 것만은 아니다

ㆍ수도꼭지를 열었을 때 사용하는 물의 압력이 너무 세거나 너무 낮으면 불편하다. 전압도 마찬가지이다. 

 

ㆍ수압이 너무 높을 땐 파이프가 파손되는 것을 방지하기 위해서 배관을 두껍게 만들듯이 전압이 너무 높으면 근처에 있는 것만으로도 위험하므로 안전을 위해 전선을 보강해야 합니다. 결국, 전압이 높으면 많은 전류를 보낼 수 있지만 우리가 사용할 때는 적절하게 낮아야 안전하고 싸게 이용할 수 있다는 것이죠. 그래서 전기를 만드는 곳, 보내는 곳, 사용하는 곳은 경제성과 안전을 고려하영 적절하게 사용하는 전압의 크기를 표준화하여 정하게 되었어요. 이것을 공칭전압 Nominal Voltage이라고 합니다. 

 

ㆍ공칭전압: 110V, 220V, 380V, 22.9kV, 154kV, 345kV

 

ㆍ전기는 저압, 고압, 특별고압으로 구분된다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

03 왜 위험한 높은 전압을 사용하나요?

ㆍ전기가 하는 일은 전력 electric power 이라고 합니다.  전력은 전압과 전류의 곱으로 계산하고 단위는 W 와트라고 읽어요. 전압에 전류를 곱한 것이 전력이에요. 전류는 흐르는 전기의 양이라고 하며 단위는 A 암페어라고 읽죠. 

 

 

 

ㆍ전기를 만드는 것을 발전, 사용하는 곳까지 보내는 것을 송배전이라고 불러요. 

 

 

 

 

 

 

 

04 전기가 흐르면 전류다

ㆍ전하: 전기 현상을 일으키는 물질의 물리적 성질

 

ㆍ정전기: 분포가 시간적으로 변화하지 않는 전하 및 그 전하에 의한 전기 현상. 마찰 전기 같은 것에서 볼 수 있다. 

 

ㆍ동전기: 움직이고 있는 전기, 반드시 자기 작용을 동반한다. 

 

ㆍ전류: 전하가 연속적으로 이동하는 현상. 도체 내부의 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르며 이는 양전기가 흐르는 방향이다. 크기는 단위 시간당 통과하는 전기량으로 표시한다. 단위는 암페어 A이다.

ㆍ1A라고 하면 보통 1초 동안 1C만큼의 전하가 이동한 것을 의미한다. 

 

 

 

 

 

 

05 전기를 방해하는 저항

 

ㆍ도체: 열 또는 전기의 전도율이 비교적 큰 물체를 통틀어 이르는 말, 열에는 금속, 전기에는 금속이나 전해용액 등이 이에 속한다. 

 

ㆍ부도체: 전기 또는 열에 대한 저항이 매우 커서 전기가 열을 잘 전달하지 못하는 물체

 

ㆍ절연체: 전도체나 소자로부터 전기적으로 분리되어 있어 열이나 전기를 잘 전달하지 아니하는 물체

 

ㆍ반도체: 상온에서 전기 전도율이 도체와 절연체의 중간 정도인 물질. 낮은 온도에서는 거의 전기가 통하지 않으나 높은 온도에서는 전기가 잘 통한다. 실리콘, 게르마늄 등이 있으며 정류기, 다이오드, 집적 회로, 트랜지스터 등의 전자 소자에 널리 쓴다. 

 

 

 

 

06 온도가 변하면 저항도 변한다

 

 

 

 

07 저항에도 종류가 있다

저항의 종류

1) 고유저항: 어떤 물질이나 재료가 가진 고유한 저항 특성

2) 절연저항: 절연된 두 물체 사이의 저항

3) 접촉저항: 두 물체의 접촉면을 통하여 전기가 흐를 때, 그 사이에서 생기는 전기저항

4) 접지저항: 땅에 매설한 접지 전극과 땅 사이의 전기 저항

 

 

ㆍ누전: 절연이 불완전하거나 시설이 손상되어 전기가 전깃줄 밖으로 새어 흐름, 또는 그 전류를 말한다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

08 전기를 땅과 연결하는 접지

ㆍ정상적으로 설계된 회로가 아닌 다른 곳으로 전류가 흐르는 것을 '누전'이라고 하며, 신체를 통해서 전류가 흐르는 것을 '감전'이라고 합니다. 

 

ㆍ접지가 되어있으면 사람으로 전류가 흐르지 않는다. 

 

 

 

09 전기의 힘을 전력이라고 한다

 

 

 

 

 

 

10 효율을 높이자

 

ㆍ보통 '효율이 높다'라고 하면 입력한 에너지에 비해서 출력이 좋다는 뜻이고, 이는 곧 손실이 적다는 말과 같아요. 

 

ㆍ전기기기에서의 손실

1) 고정손실: 많이 쓰든 적게 쓰든 일정한

2) 가변손실: 많이 쓸수록 손실이 커지는

 

 

 

 

 

 

 

2장 전기를 움직이는 기계, 기계를 움직이는 전기

 

01 전기를 움직이는 발전

 

 

 

 

02 교류전기는 어떻게 흐를까?

ㆍ직류와 교류의 가장 큰 차이는 직류가 한쪽 방향으로만 전류가 흐르면서 일을 한다면, 교류는 그 방향이 바뀌어 가며 일을 합니다. 

 

ㆍ직류: 건전지, 컴퓨터, 휴대전화, 소형전기기기

ㆍ교류: 콘센트

 

ㆍ콘센트와 연결된 플러그의 전기 흐름은 1초에 60번 바뀐다. 1초에 변화하는 수를 주파수라고 하며 우리나라에서 쓰는 교류전기는 주파수가 60Hz(헤르츠)라고 한다. 교류는 전원이 양쪽으로 계속 번갈아 가며 전기를 공급하기 때문에 특별히 극성을 구분하지 않아도 되므로, 우리가 콘센트에 플러그를 꽂을 때 직류의 건전지처럼 방향에 개의치 않고 꽂아 사용할 수 있는 것이다. 

 

ㆍ교류의 장점

1) 전압을 쉽게 바꿀 수 있다. (변압기)

2) 교류기기의 구조는 간단하다. 

3) 계통의 연계가 쉽다. 

 

 

 

 

03 주파수란?

ㆍ진동수를 주파수라고 한다. (헤르츠)

 

ㆍ우리나라에서는 60Hz를 표준 주파수로 사용하고 있다.

ㆍ사람이 들을 수 있는 음파의 진동수는 20kHz 이하이므로 그 이상을 보통 초음파라고 한다. 

 

ㆍ우리나라에서 사용하는 전자제품을 외국에서도 사용하려면 두 가지 조건이 맞아야 합니다. 1) 전압, 2) 주파수 입니다. 

ㆍ전기품질의 3요소

1) 정전 시간 : 1년 동안 전기가 끊어지지 않고 얼마나 연속적으로 공급되느냐

2) 공급 전압의 유지율 : 전압의 변동이 얼마나 적느냐

3) 주파수 유지율 : 주파수 안정 범위 안에 들어오느냐

 

 

 

 

04 단상과 3상

ㆍ단상: 2선 교류 전원 회로, 선은 2가닥인데 서로 똑같은 역할을 하는 것은 아니다. 하나는 전원선이고 하나는 중성선이라고 부른다. 우리나라는 일반 가정에 220V가 들어오지만 하나는 전원선이라는 의미로 전력선, hot wire, 상선이라는 표현을 사용하고, 다른 한 선은 전기적으로 중성을 띠고 있어 중선선 또는 neutral wire라고 표현한다. 전력선은 전위가 높고 낮음을 반복하며 중성선보다 전위가 높을 때는 전력선에서 중선선으로, 중선선보다 전위가 낮을 때는 중성선에서 전력선으로 전기가 흐른다. 두 선 중에서 어떤 선이 전력선인지 확인하기 쉬운 방법은 '검전기'라는 측정기기를 이용하는 것이다. (가정에서는 보통 단상을 이용한다.)

 

ㆍ3상: 3선으로 된 교류 전원 회로, 보통 3개의 상을 각각 부를 때는 A상, B상, C상이라고도 하고, L1, L2, L3라고도 부른다. 이 3개의 상은 120도의 위상차가 있으며 3선과 함께 중성선이 있는 결선 방식을 3상 4선식이라고 한다. 이러한 결선 방식은 일반 주택보다 큰 전력을 소비하는 거의 모든 빌딩이나 건물에서 전기를 공급하는 방식이다. 

 

ㆍ3상 전원의 장점

1) 계통 연계가 쉽다. 

2) 큰 부하 사용 시 효율이 높다. 

3) 전동기의 회전 자기장을 쉽게 얻을 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

05 변압기

ㆍ변압기는 변화하는 자기장으로 전기에너지를 변화하는 전기기기입니다. 

 

ㆍ변압기의 주재료는 철심과 구리로 이루어집니다. 

 

 

 

 

 

 

 

06 인버터란?

ㆍ인버터란 주로 직류 DC를 교류 AC로 바꾸기 위한 변환 장치를 말합니다. 단순하게 직류를 교류로만 바꾸는 것이 아니라 그 과정에서 다양한 전원의 특징인 전압의 크기, 주파수도 바꿀 수 있습니다. 일반적으로 직류 전원을 사용하는 경우는 배터리의 출력이나 태양광 등의 발전에서 전기를 사용할 때입니다. 이런 형태의 직류를 우리가 사용하는 220V 상용전원과 연결하기 위해서는 전원계통을 일치시키기 위해서 반드시 직류를 교류로 바꾸는 과정이 필요하지요. 

 

ㆍ인버터 방식을 이용하면 전원을 연결받아 전동기를 항상 똑같은 속도나 토크로 돌리지 않고, 주파수와 전압을 바꿈으로써 상황에 맞는 속도와 토크로 회전시킬 수 있게 제어할 수 있습니다. 따라서 세탁기의 경우 세탁량의 많고 적음에 따라, 에어콘은 바람의 세기를 필요에 따라 조절할 수 있으므로 전동기의 소요동력이 그 차이만큼 감소하니 자연적으로 에너지를 절감하게 됩니다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

3장 전기와 자기는 하나다

 

01 전기와 자기

 

 

 

 

 

02 전자기 유도의 이해

 

 

ㆍ교통카드, 무선충전, 인덕션 레인지의 비밀은 전자기 유도입니다. 

 

 

 

 

 

03 유도 작용과 법칙

 

 

 

 

 

 

04 유도 전동기의 회전 원리

 

ㆍ명판의 대표적인 5가지 항목

1) 정격전압 Rated Voltage

2) 정격전류 Rated Current

3) 정격출력 Rated Output

4) 절연계급 Insulation Class

5) 온도상승 Temp Rise

 

 

 

 

 

 

 

 

4장 전기를 다스린다

 

 

01 전기회로 이해하기

 

 

 

 

 

 

 

02 인덕턴스

 

 

 

 

 

03 커패시턴스

ㆍ전기에너지도 밥을 그릇에 담는 것처럼 저장해야 할 때가 있어요. 보통 큰 전기를 저장할 때는 화학적인 반응을 이용한 배터리를 사용하지만 작은 전기를 잠시 저장할 때는 커패시터 Capacitor를 이용하죠. 커패시터는 다른 말로 콘덴서, 축전기라고도 부릅니다. 밥그릇에 밥풀을 저장한 것처럼 커패시터는 전기적 성질을 띠고 있는 전하를 저장할 수 있어요. 

 

 

 

 

 

 

04 임피던스

ㆍ전기회로에서 전기적 특성은

1) 저항: 전기의 흐름을 방해하는

2) 리액터: 전기를 자기로 변화하는

3) 커패시터: 전기를 저장하는

입니다. 

 

ㆍ모든 물체는 각각 고유한 진동수를 가지고 있습니다. 눈으로 보기에는 가만히 있는 것처럼 보여도 아주 미세하게 자신만의 일정한 운동을 하는 것이죠. 

 

 

 

 

 

 

05 쇼트와 단락

ㆍ단락은 전기사고의 일반적인 유형 중의 하나이지만 위험한 사고로 분류됩니다. 전기회로는 스위치가 개방되어 있을 때 공기의 절연으로 전류가 흐르지 않습니다. 그러나 전기가 흐르고 있을 때 정상적인 회로보다 짧은 구간에서 전선의 절연이 손상되는 이유 등으로 회로가 짧게 연결되는 것을 단락 Short 이라고 합니다. 

 

 

 

 

 

06 과부하는 부하가 과한 것?

 

 

 

 

 

 

 

07 전선

 

 

 

 

 

 

 

08 껐다 켰다, 스위치와 차단기

 

 

 

 

 

 

09 버튼과 램프의 색깔

 

 

 

 

10 조명과 LED

ㆍLED Light Emitting Diode의 약자이며 발광다이오드라고도 부릅니다. 발광다이오드는 전기에너지를 빛 에너지로 변환시켜주는 반도체로서 순수한 파장의 빛을 가지는 단색 광원체입니다. 초기에는 붉은 계열의 빛만 낼 수 있었지만, 현재 는 여러 대역의 빛을 낼 수 있게 되었습니다. 

 

ㆍLED 조명은 기존 형광등과 같은 조명 조명보다 가격이 조금 비싸지만, 더 밝고 수명도 긴데다 발열 또한 적고 제어가 편리한 장점을 갖고 있습니다. 

 

ㆍLED의 장점

1) 광변환 효율이 높아 소비전력이 매우 낮습니다. 

2) 작은 광원이므로 소형화, 박형화, 경량화가 가능합니다. 

3) 수명이 깁니다. 

4) 예열 시간이 불필요하고, 점등, 소등 속도가 매우 빠릅니다.

5) 점등회로나 구동장치 등의 기구가 간단합니다. 

6) 충격에 강하고 안전합니다. 

7) 조명의 제어가 편리합니다. 

8) 친환경 재료를 사용합니다. 

 

 

 

11 콘센트와 플러그

 

 

 

 

12 우리집 현관에 있는 분전함

 

 

 

 

 

13 전기는 어떤 일을 하는가?

ㆍ어떤 일을 하는 데 필요한 능력을 에너지라고 부릅니다. 우리 인류가 사용하는 에너지에는 형태에 따라서 열에너지, 운동에너지, 위치에너지 등이 있습니다. 그리고 일상생활에서 가장 많이, 가장 유용하게 사용하는 에너지가 바로 전기에너지 입니다. 전기에너지는 전기회로를 통해서 에너지가 운반되고 소모됩니다. 발전소에서 전기에너지를 생산하면 그 에너지를 적절하게 수송하여 소비자는 열, 빛, 운동 등의 다양한 에너지의 형태로 소비하게 됩니다. 

 

ㆍ전기가 하는 일 

1) 전류의 발열 작용: 다리미, 전기 토스터, 전기 난로, 전기 장판

2) 전류의 자기 작용: 모터, 스피커, 변압기, TV, 라디오, 휴대전화

3) 전류의 화학 작용: 배터리, 노트북, 전기자동차, 도금