유격 전압

Stray voltage

유격 전압은 이상적으로 두 물체 사이에 전압 차이가 없어야 하는 전위의 발생이다. 전원 시스템의 정상적인 전류 흐름으로 인해 별도의 위치에 있는 두 개의 접지된 물체 사이에 작은 전압이 존재하는 경우가 많다. 절연 고장과 같은 전력 시스템의 고장으로 인해 전기 장비의 인클로저에 큰 전압이 나타날 수 있다.

송전선에서 떨어진 동력 도체는 지구를 통해 전류를 다시 지구와 연결된 원천으로 강제한다. 전류에 대한 지구의 저항은 접촉점과 원거리 접지 사이의 전압 차이를 생성한다. 거리에 따른 전압의 변화율이 클 경우, 그 지역에 있는 사람의 발 사이에 위험한 전위가 존재할 수 있다.

용어.

유격전압은 바람직하지 않은 전위 상승의 어떤 경우지만, 보다 정확한 용어는 전압의 근원을 나타낸다. 중성 대 접지 전압(NEV)은 특히 국소적으로 접지된 물체와 전기 시스템의 접지된 리턴 도체 또는 중성 사이의 전위차를 가리킨다. 중성선은 이론적으로 모든 접지 물체로서 0V 전위에 있지만 전류가 중성선을 타고 소스로 역류하여 중성 전압을 어느 정도 상승시킨다. NEV는 주어진 지점과 그것의 소스, 종종 먼 변전소 사이에서 중립 도체의 유한한 0이 아닌 임피던스와 중성 도체에 흐르는 전류의 산물이다. NEV는 사고나 재료나 설계상의 결함이 아닌 정상적인 시스템 작동의 불가피한 결과이기 때문에 실수로 전원이 공급된 물체와 다르다.

정의들

공식 정의(초안)

2005년, 전기전자공학연구소(IEEE)는 표류전압이라고 하는 다양한 현상을 완화하기 위한 정의와 지침을 정하기 위해 작업그룹 1695를 소집했다. 작업 그룹은 다음과 같이 유격 전압과 접촉 전압을 구별하려고 시도했다.

  • 유격 전압은 "일반적으로 10V 미만인 전기의 정상적인 공급 및/또는 사용으로 인해 발생하는 전압으로 일반 대중 및/또는 동물에 의해 동시에 접촉될 수 있는 두 전도성 표면 사이에 존재할 수 있다. 표류 전압은 1차 및/또는 2차 복귀 전류와 전원 시스템 유도 전류에 의해 발생하는데, 이러한 전류가 의도된 복귀 경로의 임피던스, 병렬 전도성 경로 및 전원 시스템에 근접하게 전도성 루프를 통해 흐르기 때문이다. 유격 전압은 전원 시스템 고장과 관련이 없으며 일반적으로 위험하다고 간주되지 않는다."[1]
  • 접촉 전압은 "일반 대중 및/또는 동물 구성원이 동시에 접촉할 수 있는 두 전도성 표면 사이에 존재할 수 있는 비정상적인 전원 시스템 조건에서 발생하는 전압"으로 정의된다. 접점 전압은 사용 가능한 고장 전류 경로의 임피던스를 통해 흐를 때 전원 시스템 고장 전류에 의해 발생한다. 접촉 전압은 정상적인 시스템 작동과 관련이 없으며 위험할 수 있는 수준에서 존재할 수 있다."[2]

작업 정의

위의 정의에도 불구하고, 유격전압이라는 용어는 원하지 않는 초과전기가 발생하는 모든 경우에 전력회사 근로자와 일반 대중이 계속 사용한다. 예를 들어, 연간"조디 S. 레인에서 전압 검출, 저감 &, 예방 회의"에, 뉴욕의 콘 에디슨은 본부에서 2009년 4월 미국과 캐나다 전역에서 모인 대부분의 주요 전력 회사의 대통령으로 개최되는 지도자들이 나오는 모든 경우에 표류 전압을 사용하였다.유엔과도한 전기를 원했다. 접촉 전압이라는 용어는 단 한 번만 사용되었는데, 아마도 "접촉 전압"은 일반적으로 공급, 네트워크 또는 설치 회사의 잘못이기 때문일 것이다. 생명을 위협하는 기업은 고사하고 자신의 잘못을 공개적으로 논하려는 기업은 거의 없다. 유격전압이 이제 모든 원치 않는 전압누설에 대한 일반적인 용어인 것 같다. 유격전압이 고장을 정상 작동의 일부로서, 그에 따라 책임을 제한하기 때문이다.

뉴욕 시에서는 2004년 1월 Jodie S. Lane이라는 이름의 여성이 "불규칙한 절연 와이어"에 의해 동력이 공급된 가로 세로 5피트, 세로 8피트 도로 유틸리티 볼트 판에 감전되었다.[3] 그녀의 사망에 대한 보도와 도시 환경에서 전기 안전에서 공공요금의 역할에 대한 우려가 커지고 있는 가운데, 언론과 뉴욕 주 규제 기관 모두 중립 대 지구 전압(NEV)에 대해 표류 전압을 사용했지만, 레인 사건의 악명이 표류 전압을 다음과 같은 용어로 만들었음을 인정했다. 대중에게 잘 알려진

이 때 조절기는 일반적으로 존재하지 않아야 하는 전기 설비의 모든 "전압 조건"을 참조하기 위해 유격 전압을 사용했다. 이러한 조건은 케이블 손상, 노후화, 단열재 마모 또는 분실, 부적절한 유지보수 또는 부적절한 설치 등 하나 이상의 요인에 기인할 수 있다."[4] 같은 문서에서 위원회는 NEV를 자연발생적 조건이라고 인정했다.[clarification needed]

그 이후로 "stray voltage"라는 용어는 적어도 두 개의 매우 다른 정의를 가지고 있었다. 이런 상황은 전력회사, 감독기관, 대중들 사이에 혼란을 야기한다.[5] "stray voltage"라는 용어는 일반 대중과 많은 전기 유틸리티 전문가들에 의해 원하지 않는 모든 전기 누출에 일반적으로 사용된다. 일반적으로 전원이 공급되지 않는 표면에서도 전압이 상승하는 다른 난해한 현상을 "스트레이 전압"이라고도 한다. 용량성 커플링으로 인한 전압, 전원 라인에 의해 유도된 전류, 전자파, 번개, 접지 전위 상승, 개방(연결되지 않은) 중성미자에서 발생하는 문제 등이 그 예다.

원인들

커플링 전압

오버헤드 라인과 형광등 튜브(사진 전면) 사이의 매우 작은 캐패시턴스는 램프가 빛나도록 충분한 전류를 제공한다.

네온사인과 같은 전기장 소스 또는 교류 전류를 전달하는 도체와 가까운 비접지 금속 물체는 용량성 커플링에 의해 측정 가능한 전압 레벨을 가질 수 있다. 저임피던스를 대체하면 고임피던스 계측기에 의해 감지된 전압이 사라지거나 크게 감소하기 때문에 그 효과를 팬텀 전압(또는 유령 전압)이라고 부르기도 한다.[6] 이 용어는 전기 기술자가 자주 사용하며, 예를 들어 전구를 제거한 후 조명 기구에서 전압을 측정할 때 볼 수 있다. 고임피던스 계측기로 일반 120V 회로의 배선을 시험할 때 50~90V의 팬텀 전압을 측정하는 것은 드문 일이 아니다. 생성된 전압이 거의 최대 공급 전압으로 판독될 수 있지만, 건물 배선 시스템의 와이어 간 캐패시턴스 또는 상호 인덕턴스는 일반적으로 상당히 낮으며 상당한 양의 전류를 공급할 수 없다.[7]

단, 고압 라인 또는 그 부근의 오버헤드 전송 작업에서는 도체의 유도 전압과 전류가 감전 또는 심각한 부상을 일으키기에 충분할 수 있으므로 안전 규칙은 유지보수 중에 도체를 접지에 연결해야 한다.

절연을 통한 용량성 누출

교류는 일반적으로 물리적 장벽으로 보이는 것을 통해 전류가 흐를 수 있다는 점에서 직류와는 다르다. 직렬 회로에서는 콘덴서가 직류를 차단하지만 교류는 전달한다.

송전 시스템에서는 중립으로 알려진 회로의 한쪽을 접지하여 정전기를 소산하고 절연 결함 및 기타 전기적 결함으로 인한 위험 전압을 감소시킨다. 단열면에 서 있어도 사람이 서 있는 지면에 정전적으로 결합되어 있기 때문에 뜨거운 전선을 만져야만 충격을 받을 수 있다.

유도 전압

고전적인 전자기 유도는 긴 도체가 변속기 또는 분배 라인에 평행하고 아래쪽으로 열린 접지 루프를 형성할 때 발생할 수 있다. 이 경우 사람이 접촉해 접지를 할 때 루프에서 전류가 유도된다. 이것은 실제 전류 흐름을 수반하기 때문에 잠재적으로 위험하다. 이러한 유형의 유도 전류는 고출력 송전선 아래에 건설된 긴 울타리와 배전선에서 가장 자주 발생한다.[8][9]

전원 도체의 절연 성능 저하

유격 전압은 절연 손상 또는 저하로 인해 발생할 수 있다. 단열재 고장은 기본적으로 전류가 사용 가능한 접지 경로를 통해 흐를 수 있는 고임피던스 결함으로, 이 결함은 완화되지 않은 채로 두면 충격이나 발화를 일으킬 수 있는 조건이다. 이러한 누출은 특히 지하 또는 수중 케이블에 국한되지 않고 전선 절연에 대한 물리적, 열적 또는 화학적 응력으로 인해 손상이 발생할 수 있다. 이러한 손상의 예로는 과열로 인한 단열재, 땅을 파거나 땅을 찌르는 데 따른 찰과상, 소금이나 기름 노출로 인한 부식 손상이 있다. 또한 오버헤드 전력 분배 시 개방 공기 절연체에 습기, 소금, 먼지, 먼지가 축적되어 전기 누설이 발생할 수 있다. 이 경우 누수가 심할 경우 장대 화재로 이어질 수 있다.

단일 와이어 접지 리턴에서 누출

"스트레이 전압"이라는 용어는 일부 시골 지역에서 사용되는 단일 와이어 접지 환원 전기 분배 시스템과 관련하여 토양 표면의 전위 구배(거리와 관련된 변화 속도)에 사용된다. 이 경사는 접지 리턴 연결부에서 멀리 떨어진 지점에서는 낮지만 금속 회로가 지구로 들어가는 접지 로드 근처에서 증가한다.

지면을 통과하는 중립 리턴 전류

3상 4와이어("와이") 전원 시스템에서 위상의 부하가 정확히 동일하지 않을 때 중립 도체에는 약간의 전류가 흐른다. 분배 변압기의 1차 및 2차 모두 접지되어 있고 1차 접지가 1점 이상에서 접지되기 때문에, 지구는 중성 전류의 병렬 복귀 경로를 형성하여 중성 전류의 일부가 지구를 통해 지속적으로 흐를 수 있다. 이 배열은 유격전압에 부분적으로 책임이 있다. [10]

유격전압은 4선 배전계통의 설계 결과로서 그러한 계통이 사용된 이상 존재해왔다. 전기분유기가 도입된 지 얼마 되지 않아 유제품 산업에는 표류전압이 문제가 되었고, 많은 수의 동물들이 동시에 전기분배시스템과 지구에 접지된 금속 물체와 접촉하였다. 많은 연구들이 농장 환경에서 부유전압의 원인,[11] 생리학적 영향,[12][13][14] 그리고 예방에 대해 기록하고 있다. 오늘날 농장의 유격전압은 주 정부에 의해 규제되고 가축들이 먹거나 마시거나 우유를 주는 지역에서 등전위기의 설계에 의해 제어된다. 상용화된 중립 아이솔레이터는 또한 유틸리티 시스템 중립의 상승된 전위가 팜 중립 또는 접지선의 전압을 높이는 것을 방지한다.

철도유류

일반적으로 철도 운송 시스템은 트랙션 전류의 리턴 도체로 사용되는 적어도 하나의 레일을 가지고 있다. 이 약정은 추가 반환 도체를 설치할 필요가 없기 때문에 경제적 고려사항에 근거하여 공통적이다. 이 난간은 그 길이에 걸쳐 여러 곳에서 지구와 접촉하고 있다. 전류가 선원과 부하 사이의 모든 평행 경로를 따라 흐르기 때문에 견인 전류의 일부도 지구를 통해 흐를 것이다. 이를 일반적으로 누설 전류 또는 표류 전류라고 한다. 누설 전류량은 토양과 비교한 귀로 선로의 전도성 및 선로와 토양 사이의 절연 품질에 따라 달라진다. 철도가 직류를 사용하는 경우 이 유류는 전기분해에 의해 다른 매립 금속 물체에 손상을 입힐 수 있으며 토양과 접촉하는 금속 물체의 부식을 가속화할 수 있다. [15]

영향들

전기분해 및 부식

구리와 강철과 같은 이종 매립 금속은 습한 토양을 전해질로 사용하여 갈바닉 셀의 극으로 기능할 수 있다. 토양에서 빗나간 직류 전류는 음극 보호 시스템의 부식 방지 효과를 상쇄할 수 있다. 고압 직류 송전 시스템의 설계는 지구에서 흐르는 전류가 파이프라인과 같은 매립 물체에 유해한 부식을 야기하지 않도록 주의해야 한다.

철도의 표류 전류는 운송 시스템 근처에 위치한 금속 구조물의 전해 부식을 생성하거나 가속화한다. 이는 선로 근처의 지면에 놓인 금속 파이프, 케이블 및 접지 그리드의 수명이 훨씬 짧고 안전과 경제에 있어 매우 중요한 원인이 된다.

사람

작은 유격 전압은 절대 감지할 수 없으며 전압계로만 감지할 수 있다. 전압이 크면 거의 감지할 수 없는 위험 감전 또는 화재의 원인이 되는 의도하지 않은 전기 가열까지 다양한 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로 금속 전기 장비 케이스는 통전된 도체가 케이스와 우연히 접촉할 경우 감전 위험을 방지하기 위해 접지에 접착된다. 이 본딩이 제공되지 않거나 실패한 경우 회로 도체가 케이스에 접촉할 때 감전 또는 감전의 심각한 위험이 나타난다.

전원이 공급된 장비가 사람이나 동물(수영장, 수술, 전기우유 기계, 세차, 세탁소 등)과 밀접하게 전기적으로 접촉하는 상황에서는 유격전압 제거에 특히 주의를 기울여야 한다. 건조하지 않은 온전한 피부는 젖은 피부나 상처보다 저항력이 높기 때문에 그렇지 않으면 눈에 띄지 않을 전압은 젖은 상태나 외과적인 상황에 유의하게 된다. 수영장 물과 난간, 또는 샤워 시설과 접지된 배수관 사이의 잠재적 차이는 중성 대 접지 전압(NEV)의 결과로 드물지 않으며, 큰 골칫거리가 될 수 있지만, 대개 생명을 위협하지는 않는다. 단, 전류 운반 도체의 절연 손상 때문에 발생하는 접촉 전압은 매우 위험할 수 있으며, 충격이나 감전으로 이어질 수 있다. 이러한 상태는 절연 재료에 대한 기계적, 열적 또는 화학적 응력 또는 굴착 활동, 동결-동토 분리, 도관 부식 및 붕괴 또는 심지어 제작상의 문제로 인한 의도하지 않은 손상에서 자연적으로 발생할 수 있다.

접촉 전압은 울타리, 전화 부스, 도로 표지판 등 일반적으로 안전한 물체에 전원을 공급한다. 매설된 전기 배선이 존재하는 곳이라면, 그 배선에서 고장이 발생할 수 있고 전기가 바로 주변으로 흐를 수 있는 조건을 만들 수 있다. 일부 시스템에는 회로 차단기 또는 접지 고장 회로 간섭기(GFCI)와 같은 보호 장치가 있으며 이러한 고장을 격리하도록 설계되어 있다. 단, 보호기기가 없는 경우, 기기가 고장나거나 기기가 올바르게 설치되지 않은 경우, 회로 고장을 일으키거나 사람에 의해 발견될 때까지 고장이 감지되지 않는다.

농장동물

유격전압은 동물의 건강과 생산성에 해로운 영향을 미칠 수 있다.[16] 일부 낙농가들은 이로 인해 수확량이나 재고량이 피해를 입었다고 주장하고 있다.[17]

위스콘신-매디슨 대학의 생물시스템공학 교수인 더글러스 J. 레이너먼 박사는 2003년에 유제품 농장의 부유 전압에 대해 보고했다.[18] 유격전압 청구에 대한 조사는 또한 다른 동물들의 건강 문제를 고려해야 한다.

위스콘신 주의 법적 절차

2003년 위스콘신 대법원은 위스콘신 전력회사 호프만 대 위스콘신 전력회사에서 위스콘신 전력회사 WECO에 대해 120만 달러의 판결을 확정했다. 뉴런던 인근의 낙농가 호프만 가문은 몇 년 동안 생산이 감소하자 WECO를 고소했다. WECO는 위스콘신주 공공서비스위원회가 정한 '관심 수준'인 1밀리암페어 미만의 유도로 인해 농장 전류를 측정했지만, 법원은 공공법상 효용이 주 기준을 충족했음에도 소홀하다고 판단될 수 있다는 절차상의 이유로 판결했다. 법원은 호프만족이 유격전압이 경제적 피해를 입혔다는 실행 가능한 대안 이론을 제시했다고 밝혔다.[19]

2017년에 배심원단은 Xcel Energy를 상대로 450만 달러의 합의금을 받고 농부 Paul과 Lyn Halderson의 편을 들었다. Haldersons는 전력선의 유격전압이 1,000마리의 소떼를 다치게 하고 우유 생산량을 줄였다고 주장했다. 배심원단은 Xcel 자회사인 Northern States Power가 "전기 서비스 제공과 관련하여 매우 민감하다"는 사실을 발견했다. 배심원단은 경제적 손해에 대해 409만 달러와 재산에 대한 "불편, 불편함, 사용 및 즐거움의 손실"에 대해 409,000 달러를 추가로 지급했다. [20]

유격 전압에 대한 일반 대중의 우려

수도권에서는 유격전압 문제가 주요 관심사가 됐다. 이들 중 상당수는 밀집된 공공장소에서 지하와 지상 위쪽에 노후화된 전기배전장비를 대거 갖추고 있다. 단열재 고장이나 전류 누출률이 낮을 경우에도 일반 대중에게 위험한 노출이 발생할 수 있다.

뉴욕시의 통합 에디슨은 2004년 조디 S 레인이 맨해튼에서 개를 산책시키던 중 감전사하는 [21][22]등 유격전압 사고가 빈번히 발생했다.[21] 2009년, Jodie S. Lane Public Safety Foundation은[23] 공개적으로 접근할 수 있는 웹사이트를 발표했는데, 이 웹사이트는 뉴욕시에서 보고된 수천 개의 표류 전압 위치를 보여주는 지도들이다. 또한 재단은 전국 전력회사와 규제기관이 참석하는 연례회의인 '조디 S. 차선 유격전압 검출, 완화 및 방지 회의'를 후원하고 있다. 이 재단은 또한 유격전압 위험성에 대한 전력회사의 정기적인 모바일 스캐닝을 개시하고 옹호하고 있다.

보스턴에서도 NSTAR 일렉트릭(옛 보스턴 에디슨)은 1990년대 동안 여러 마리의 개를 죽인 위험한 유격 전압에 문제가 있었다.[24] 그 결과, 보스턴 시 정부는 유격 전압 위험을 감지, 보고, 수리하는 프로그램을 시작했다.[25]

토론토 하이드로는 2009년 1월 30일 주말 시내에서 진행 중인 유격전압 문제를 해결하기 위해 전 직원을 정규근무를 중단시켰다.[26] 이것은 비록 아무도 심각한 부상을 입지는 않았지만, 무려 5명의 아이들이 충격을 받은 후에 일어났다. 유격전압 문제는 지난 몇 달 동안 두 마리의 개의 목숨을 앗아갔다.[28]

2013년 3월, 캘리포니아의 시모나 윌슨은 자신의 집 근처 변전소에서 나오는 유전압이 샤워할 때마다 그녀와 그녀의 가족들에게 거듭 충격을 주었기 때문에 전력 회사를 상대로 400만 달러짜리 소송에서 승리했다.[29]

미국 사회보장국의 행정법 판사인 에드워드 버그톨트는 2000년 8월 17일 결정에서 유격전압 노출로 인한 영구적 장애를 마이클 거너에게 수여했다.

유격/접촉 전압 감지

유격 전압은 일반적으로 일상적인 전기 작업 중에 또는 고객 불만 사항 또는 충격 사고의 결과로 발견된다. 점점 더 많은 도시 지역의 전력회사가 공공 안전상의 이유로 현재 정기적으로 계통적으로 유격전압(또는 더 구체적으로 접촉 전압)에 대한 활성 시험을 시행하고 있다. 일부 초기 전기적 결함은 특별히 유격전압에 초점을 맞추지 않은 일상적인 작업이나 검사 프로그램 중에 발견될 수 있다.

유격전압을 감지하는 데 사용되는 장비는 다양하지만 일반적인 장치는 전기 테스터 펜 또는 전기장 감지기로, 저임피던스 전압계를 사용한 후속 테스트가 있다. 전기 테스터 펜은 사용자의 손과 시험 대상 물체 사이의 잠재적 차이를 감지하는 휴대용 장치다. 일반적으로 전위차가 장치의 감도 임계값을 초과하는 경우 전원이 공급된 물체와 접촉할 때 표시한다. 시험자의 기준 단자에 맨손으로 접촉하지 않거나 사용자가 높은 잠재력에 있는 경우 시험의 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다.

정전식 커플링은 전기 테스터 펜 장치가 사용하는 메커니즘이다. 물체와 전류 소스 사이의 캐패시턴스는 일반적으로 작기 때문에, 전원이 공급된 소스에서 커플링된 물체로 매우 작은 전류만 흐를 수 있다. 높은 임피던스 디지털 또는 아날로그 전압계는 이 커플링으로 인해 전원이 공급되지 않는 물체로부터 높은 전압을 측정할 수 있으며, 사실상 잘못된 판독값을 제공할 수 있다. 이 때문에 정상적으로 전원이 공급되지 않는 물체의 높은 임피던스 전압 측정치를 확인해야 한다.

전압 판독값 검증은 저임피던스 전압계를 사용하여 수행되며, 전압계 단자를 연결하는 분로 저항 부하가 보통 있다. 커플링된 표면에서 작은 션트나 미터 저항을 통해 매우 적은 전류가 흐를 수 있기 때문에 정전압 커플링 전압이 0으로 떨어져 무해한 "거짓 경보"를 나타낸다. 이와는 대조적으로 시험 대상 물체가 전류 소스와 접촉하거나 매우 큰 캐패시턴스(가능하지만 이 맥락에서 가능성은 희박함)에 의해 결합되는 경우 전압은 옴의 법칙에 의해 지시된 대로 약간만 떨어질 것이다. 이 후자의 경우, 잠재적으로 위험한 상황을 나타내는 실제 전력이 공급되고 있다.

전기장 감지기는 사용자의 신체 또는 탑재 플랫폼에 상대적인 전기장 강도를 검출한다. 먼 거리에서 전기장 구배를 감지하면 직접 접촉하지 않고도 통전된 물체를 감지할 수 있어 이러한 기구는 잠재적 전기적 위험을 감지할 수 있는 넓은 영역을 스캔하거나 선별하는 데 유용하다. 낮은 전기장 판독치는 또한 시험 영역 내에서 어떤 물체도 통전되지 않는다는 결정적인 징후를 제공한다. 전기장 감지기는 모든 전기장 소스에 반응하며, 모든 양성 표시는 잘못된 긍정을 제거하기 위해 낮은 임피던스 전압계로 검증해야 한다. 전기장 근접 감지는 또한 제조에서 건물 보안에 이르는 다른 산업적 응용을 가지고 있다.

유격전압은 볼 수도, 냄새를 맡을 수도, 들을 수도 없기 때문에 위험한 상태가 언제 존재하는지 대중이 쉽게 알 수 있는 방법은 없다. 주기적인 테스트는 중요한 예방책이지만, 위험 조건이 경고 없이 발생할 수 있다.

참고 항목

참조

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외부 링크