모든 전압은 무엇입니까?

전류 전쟁은 AC가 상당히 결정적으로 승리했습니다. 결국 벽면 콘센트에서 110V 또는 230V가 나오든, 50Hz든 60Hz든, 전 세계는 진동 주파수가 0보다 커야 한다는 데 동의합니다. 기술적으로 AC는 서로 얽힌 세 가지 사실 때문에 승리했습니다. 수십만 개의 작은 발전소보다 몇 개의 큰 발전소를 갖는 것이 더 경제적이었습니다. 이는 전력을 상대적으로 먼 거리로 전송해야 하므로 더 높은 전압이 필요하다는 것을 의미했습니다. 그리고 당시에는 AC 변압기가 전압을 높이거나 낮추는 데 사용할 수 있는 유일한 방법이었습니다.

하지만 그때는 그랬습니다. 적어도 태양 에너지 애호가들을 믿는다면 우리는 지금 발전 혁명의 정점에 있습니다. 이는 두 가지를 의미합니다. 원래 DC로 생성된 로컬 전력입니다. 그리고 이는 AC에 유리한 세 가지 요소 중 두 가지를 완전히 취소합니다. (그리고 효율적인 DC-DC 변환기는 변압기를 죽입니다.) 아니요, 하룻밤 사이에 스위치가 있을 것이라고는 생각하지 않지만 두 개의 가정용 전기 시스템을 갖는 것이 점점 더 일반화되어도 놀라지 않을 것입니다. 유틸리티에서 제공하는 원격 고전압 AC와 로컬에서 생성된 저전압 DC가 있습니다.

왜? 요즘 대부분의 장치는 일부 대형 가전제품을 제외하고 저전압 DC를 사용하기 때문입니다. 배터리는 DC를 저장합니다. 점점 더 많은 가정에 로컬 DC 생성 기능이 있는 경우 벽 사마귀를 연결하고 다시 DC로 변환하기 위해 로컬 DC를 AC로 변환하는 것이 더 이상 의미가 없습니다. Hackaday의 [Jenny List]는 이 설정에서 많은 부분을 비켜갔고 "나의 저전압 DC 벽면 소켓은 어디에 있습니까?"라는 기사에서 핵심을 바로 지적했습니다. 물리적 상호 연결을 위한 몇 가지 솔루션을 제안했습니다. 하지만 우리는 그것을 잠시 백업하고 싶습니다. 저전압 DC 혁명이 일어나면 어떤 전압이 될까요?

저전압 배선의 문제는 단순한 물리학입니다. 주어진 전력 수요에 대해 P=I*V이므로 전압이 낮을수록 전류가 더 많이 흐르게 됩니다. 그러나 옴의 법칙으로 대체하면 전류가 많을수록 와이어의 저항 손실 P=I^2*R이 극적으로 높아집니다. 더 많은 구리를 사용하여 와이어의 저항을 줄이는 것이 한 가지 대안이지만 전류 제곱 항에 초점을 맞추면 비용 대비 더 많은 이점을 얻을 수 있습니다.

예를 들어 PoE(Power over Ethernet) 방식은 약 48V를 사용하여 약 30W의 전력을 전송하는 이유입니다. 이러한 얇은 이더넷 케이블은 대부분의 전류를 열로 낭비하지 않고 일정량의 전류만 전달할 수 있습니다. 약 50V에서도 PoE 방식은 케이블링에서 3~5와트의 손실이 발생합니다. 따라서 집 전기 시스템의 저전압 DC 세그먼트에 사용되는 케이블은 Cat-5보다 두껍습니다.

그러나 구리에는 비용이 들기 때문에 저항 가열 효과로 인해 발생하는 전압에 대한 상승 압력이 항상 존재합니다.

전기는 30~50V 정도에서 인간에게 위험해지기 시작합니다. 이 지점에서 인체 저항을 밀어내는 전류 수준이 문제가 되기 시작합니다. 하지만 모두가 "안전이 제일이다!"라고 말하지만 현재 벽에 110V 또는 230V AC가 있다는 점도 주목할 가치가 있습니다. 현실 세계에서는 분명히 "세탁기 우선"입니다. 즉, 30V DC 미만이 더 안전하더라도 커넥터나 회로 차단기에 안전 장치가 설계될 것으로 의심됩니다.

이는 우리에게 마지막 관심사를 가져옵니다. 아크 용접을 해본 적이 있나요? 아크를 일으키려면 얼마나 많은 DC 전압이 필요합니까? 24V 부근의 값은 전문가용 장치에서는 매우 일반적인 값이지만 사람들은 20V 공구 배터리 팩이나 심지어 12V 자동차 배터리를 사용하여 용접할 수 있었습니다. 우리가 본 일부 스폿 용접기 설계는 2~3V만 사용하지만 낮은 저항 경로를 만들기 위해 공작물을 매우 세게 눌러 필요한 전류를 개발합니다.

계전기를 보고 DC 및 AC 사용에 대한 등급이 있는 것을 본 적이 있습니까? 예를 들어, 이러한 계전기의 정격은 250V AC에서는 10A이지만 30V DC에서는 10A입니다. 이 10의 요소는 어디에서 왔습니까? 릴레이 접점은 두 접점이 서로 가까워지면 스파크가 발생할 수 있으며 AC 아크의 경우와 달리 더 높은 DC 전압에서 서로 용접되는 경향이 있습니다. 왜냐하면 AC 아크는 초당 100회 또는 120회 자체 소멸되기 때문입니다.