USA Wiring Regulation-왜 미국에서는 110V를 사용하는 걸까요?

원문출처 : http://www.ul.com/koreainfonet/monthly/06_09_1/file_02.html

왜 미국에서는 110V를 사용하는 걸까요?

그 이유는 바로 백열전구 때문입니다. 맨처음 에디슨이 백열전구를 발명했을 때, 백열전구가  110 V DC에서 작동하도록 발명하였습니다. 그래서  미국에서는 전력을 AC로 교체 할 때 사용자들 모두가  백열전구를 새로 사는 일을 방지하기 위해 110V AC로  전환하게 된 것입니다.

Power Frequency?

미국에서 사용 하고 있는 파워 주파수는 60Hz입니다. 19세기에는 여러 주파수가 
사용되다가, 그 중 백열전등에 공급되어 가장 효과적으로 작동된 60Hz가 synchronous converter에도 가장 잘 작동됨으로써 60Hz가 Standard가 되게 되었습니다. 60Hz와 
더불어 변속기와 큰 모터용으로는 25Hz가, 일반용으로는 60Hz가 표준으로 적용되고 있습니다.

Voltage

미국의 일반가정에는 two-phase 120V이 공급되고  있으며, 전력회사에서 3개의 cable로 일반 가정에 전력을 연결하고 있습니다. 옆에 그림에 보이는 center-tapped  step down 변압기가 연결되어 있습니다. Tap은 접지에 연결하고 각 콘센트는 한쪽 변압기에 연결하여 240V를  120V로 변압하여 가정에서 사용하고 큰 기기(전기  스토브, 중앙 에어컨 등)는 전체 변압기에 연결하여  240V를 사용합니다.

Grounding

미국은 각 구조물 마다  neutral 선과 earth가 같이  묶여 있습니다. 또한 각  집들은 mains power neutral wire에 연결된 좋은 접지를 가지고 있습니다. 이 다중  접지연결은 번개로 인해  발생되는 큰 에너지가 땅으로 흐르도록 도와주는 역할을  하고 있습니다. 집 안의 모든 안전 접지선(green)은 전력 시스템에서 만든 접지 시스템에 연결 되어 있습니다.

Outlet

전형적인 미국의 벽 콘센트의 output은 120V AC이고, 최대  전류는 15A입니다. 그래서 최대 1800watt 까지 전선을 통과할 수 있습니다. 콘센트에는 grounded 와 ungrounded 전력  콘센트가 있습니다. Grounded 콘센트는 접지 핀이 first-make, last-break가 요구되지며, 옆의 그림과 같이 접지 핀은 바닥에, hot 핀은 오른쪽, neutral 핀(넓은 쪽)은 왼쪽에 있습니다. ← 벽 콘센트

Ungrounded 콘센트도 grounded 콘센트에서 접지선이 없다는 것만을 제외하고는 같습니다. 특별한 용도로 사용되는 더 높은 전류용 콘센트도 있습니다.  예로, 20A 120V AC 콘센트는 다음 그림과 같습니다. 20A  플러그는 한 핀이 90도로 꺾인 T자 모양의 neutral 핀이  있어서, 20A 콘센트에는 15A 플러그를 꼽을 수 있지만 그  반대의 경우는 불가능합니다. ← Ungrounded 콘센트

Duplex 콘센트가 사용되기도 합니다. Duplex 콘센트는 두 개의 각 콘센트가 neutral 선을 함께 사용합니다. Duplex 콘센트는 두 개의 위상전력이  들어옵니다.  한 개는 첫번째 콘센트의 Live 선에  인가되고 나머지 한 개는 두번째  콘센트에 인가됩니다. 두개의 전력선과 neutral 선의 두께는 모두 같습니다.  Neutral선에는 live선에 흐르는  전류보다 더 많이 흐르지 않기  때문입니다.

대부분의 가정용 전선은 15A(15A receptacles, 14guage wire, 15A breaker or fuse)용입니다. 벽안의 전선은 NEC가 정한 15A용 전선의 최소치인 14gauge를 넘어야 하며, 부엌과 응접실은 20A 코드(12guage wire and 20 A receptacles) 가 필요합니다. 
욕실에서는 비록 15A 콘센트이지만 12guage를 필요로 합니다.

• 구리 선 저항 표

* AWG: American Wire Gauge (AWG)은 비금속 도선 크기의 미국 규격입니다. 
"gauge“는 지름을 의미하며, 높은 gauge는 작고 얇은 지름을 의미합니다.

Circuit Breaker

Circuit Breaker는 보통의 전류량에서는 많이 트립하지 않지만 많은 전류가 흘러 
온도가 올라가면 트립되게 됩니다. 만약 전류선이 panel 보다 사용되는 지점까지 
100feet이상 위에 있을 때는, 전류량이 한단계 떨어지던지 전류선의 두께가 한단계 더 두꺼워져야 합니다. 회로는 정상 상태에서 부하가 80%를 넘지 않도록 설계되어야 
합니다. 즉, 15A 회로에서 120V*15A=1800W 1800*0.8=1440W 이므로 부하가 
1440W를 넘지 않도록 설계 되어있습니다.

GFIs (Ground fault interrupters )

GFIs는 다른 타입의 과전류보호기가  load current를 통해서만 접지 불량을 감지한 것에 반해line - to - ground 에서 신뢰성 높은 보호를 하도록  설계 되어 있습니다. GFIs는 변류기와 변류기의 중앙을 통과하는 선과  neutral 도체로 접지 불능을  감지합니다. 변류기는 불균형을  감지하고 circuit breaker를  트립합니다. 1976년 1월 이후에 생산되는 모든  GFIs는 오전류가 5mA에 다다르면  자동적으로 트립이 되도록 만들어  지고 있으며, GFI-protected 콘센트는 모두 120V, 단상, 15A와 20A가  요구됩니다. 이 요구사항은 모든 콘센트 회로에  설치되는 GFI 또는 jobsite에  설치되는 GFI 콘센트에 해당됩니다.

US Power Distribution

미국의 전력은 높은 전압을 공급하고, 각 가정이나 지역에서 변압기를 이용해 낮은 
전압으로 낮추고 있습니다. 이런 시스템을 이용하는 이유는 미국의 인구분포가 
집중되어 있지 않고, 집이 서로 멀리 떨어져 있어 2차측 전력 배분에서 전압손실이 크기 때문입니다. 2차측 전력으로 많은 집을 공급하기 위해선 매우 큰 전선이 필요합니다. 
집과 작은 상업 건물의 변압기는 220V로 강압되며, 도시 주거 지역에서는 많은 
주거자에게 전력을 공급하기 위해서 큰 변압기들을 가지고 있습니다. 
3상 전압의 경우 선간 전압 208V, 상 전압 120V으로 Y결선 되어 있습니다. 어떤 
지역에서는 120/240V대신에 120/208V를 공급받고 있습니다.
상업지역과 주거지역이 섞여 있는 곳에서는 3상전력이 공급되고 주거지역에선 2개선을 빼어내서 단상을 공급하기 때문에 이러한 경우 240V에서 작동하는 기기들에는 문제가 발생할 수도 있다.