고조파 부하가 많을 경우!! 왜 3배수 고조파가 중성선에 중첩되어 흐르며 과전류를 유발할까?

이 부분은 전기실 설계, UPS/서버실, 건물 배선 시 고조파 대응에서 아주 중요한 내용임.

 

✅ 요점 요약 먼저

• 3배수 고조파(3차, 9차, 15차…)는 A, B, C 상 모두 같은 위상이기 때문에
• 서로 상쇄되지 않고, 오히려 중성선에 중첩되어 흐름
• 그래서 중성선이 과전류를 흘리게 되고, 과열이나 화재 위험 발생

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🔹 상황을 하나 설정해볼게요

예를 들어 사무실에 전자제품이 많아요:

• 컴퓨터, 프린터, 모니터, LED 조명, 복합기 등

👉 이런 기기들은 전부 비선형 부하 (Non-linear load)
👉 내부에 정류기, 인버터가 있어서 전류를 찌그러뜨려요
👉 즉, 고조파 전류를 발생시켜요

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🔸 그런데 왜 하필 중성선이 위험해지냐?

🔁 일반적인 3상 균형 부하의 경우:

• A상 전류 + B상 전류 + C상 전류 = 0
  → 그래서 중성선엔 전류가 거의 없음

하지만…

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🔥 고조파(특히 3배수 고조파)가 생기면?

✅ 중요한 성질:

**3배수 고조파는 A상, B상, C상 전부 같은 위상(동상)**으로 발생해요!

 

즉,

• A상 고조파 + B상 고조파 + C상 고조파
  → 서로 방향도 같고 위상도 같으니까 그냥 다 더해짐
  → 중성선에 3배 크기로 중첩돼서 흘러요!

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🔹 결과적으로?

• 🔺 중성선 전류가 상 전류보다 더 커질 수 있음
• 🔥 중성선 과열 → 피복 손상 → 화재 위험
• ⚠️ 특히 절연이 약한 오래된 배선은 치명적

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🔸 현실 사례 예시

                                  예시                                                                                         설명

 

🔌 사무실에서 중성선 타는 냄새	고조파 부하가 많은데 배선은 고조파 고려 안 했을 때
💻 서버실 UPS 시스템	고조파 유발 기기가 몰려있어서 중성선에 고조파 집중
🏢 LED 리트로핏 후 전기 이상	조명 고조파가 증가하면서 중성선에 이상 전류 흐름
🧯 전기 화재 조사 결과: 중성선 과열	단자부 절연 손상, 접지 간 트래킹 등 유발 가능

 

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🔸 정리: 왜 고조파는 중성선에만 흐르나요?

                       구분                                                                                                    이유

 

⚡ 기본파 전류	상간에서 위상이 달라서 서로 상쇄됨
🎵 3배수 고조파 전류	위상이 모두 같아서 상간에선 상쇄되지 않고 중성선에 집중

 

즉,

• 상에서 상쇄가 안 되니까
• 전부 중성선으로 몰려서 흐르는 것!

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💡 실무 대응

• 중성선 크기 증설 (N선 200% sizing 등)
• 고조파 필터 설치
• 절연등급 높은 배선 사용
• UPS/전원장치에 고조파 억제 기능 적용