삼상 회로 | 스타와 델타 시스템
전기 회로에는 두 가지 유형의 시스템이 있습니다: 전기 회로, 단상과 삼상 시스템입니다. 단상 회로에서는 한 개의 상만 존재하며, 즉 전류가 하나의 선을 통해 흐르고, 중성선이라는 반환 경로가 회로를 완성합니다. 따라서 단상에서 최소한의 전력만 운송할 수 있습니다. 여기서 발전소와 부하 장치도 단상입니다. 이것은 과거부터 사용되어온 오래된 시스템입니다.
1882년에 다상 시스템에 대한 새로운 발명이 이루어져, 여러 상을 이용하여 발전, 송전 및 부하 시스템에 사용할 수 있었습니다. 삼상 회로는 세 개의 상이 발전기에서 부하까지 함께 전송되는 다상 시스템입니다.
각 상은 120o의 위상 차이를 가지고 있으며, 즉 120o의 전기적 각도를 가집니다. 따라서 360o 중에서 세 상이 120o씩 균등하게 분배됩니다. 삼상 시스템에서의 전력은 모든 세 상이 전체 전력을 발생시키므로 연속적입니다. 3상 시스템의 정현파는 다음과 같습니다-
세 상을 각각 단상으로 사용할 수 있습니다. 따라서 부하가 단상인 경우, 삼상 회로에서 한 상을 가져와 중성선을 접지로 사용하여 회로를 완성할 수 있습니다.
왜 삼상이 단상보다 선호되는가?
이 질문에는 다양한 이유가 있으며, 단상 회로보다 많은 장점이 있기 때문입니다. 삼상 시스템은 세 개의 단상 라인으로 사용될 수 있으므로 세 개의 단상 시스템처럼 작동할 수 있습니다. 삼상 발전과 단상 발전은 발전기 내에서 코일 배열을 제외하고는 동일합니다. 120o의 위상 차이를 얻기 위한 것입니다. 전도체가 필요한 삼상 회로는 단상 회로에서 필요한 전도체의 75%입니다. 또한, 단상 시스템에서는 정현파 곡선에서 볼 수 있듯이 순간적인 전력이 0으로 떨어지지만, 삼상 시스템에서는 모든 상에서의 순전력이 부하에 연속적인 전력을 제공합니다.
현재까지 우리는 세 개의 전압 소스가 연결되어 삼상 회로를 형성하고, 실제로 이는 발전기 내부에 있습니다. 발전기는 120o의 위상 차이를 가진 세 개의 전압 소스를 가지고 있습니다. 만약 120o의 위상 차이를 가진 세 개의 단상 회로를 배열할 수 있다면, 그것은 삼상 회로가 됩니다. 따라서 120o의 위상 차이는 필수적이며, 그렇지 않으면 회로가 작동하지 않으며, 삼상 부하가 활성화되지 못하고 시스템에 손상을 줄 수도 있습니다.
삼상 기기의 크기나 금속 양은 큰 차이가 없습니다. 이제 변압기를 고려하면, 단상과 삼상 모두 거의 같은 크기가 될 것입니다. 변압기는 자속만 연결하기 때문입니다. 따라서 같은 또는 약간의 변압기 질량 차이에도 불구하고, 삼상 라인이 출력되므로 삼상 시스템은 단상보다 효율이 더 높습니다. 그리고 삼상 회로에서 손실은 최소화됩니다. 따라서 결론적으로, 삼상 시스템은 단상 시스템보다 더 좋고 높은 효율성을 가집니다.
삼상 회로에서는 다음 두 가지 유형으로 연결할 수 있습니다:
스타 연결
델타 연결
덜 일반적으로, 오픈 델타 연결이 있습니다. 이는 두 개의 단상 변압기를 사용하여 삼상 공급을 제공하는 방법입니다. 이러한 연결은 일반적으로 비상 상황에서만 사용되며, 표준 운영 중에 사용되는 델타-델타 (폐쇄 델타) 시스템과 비교하여 효율성이 낮습니다.
스타 연결
스타 연결에서는 4개의 선이 있으며, 3개는 상선이고 4번째는 스타 점에서 가져온 중성선입니다. 스타 연결은 중성점을 가짐으로써 장거리 전력 송전에 선호됩니다. 이때, 전력 시스템에서 균형 잡힌 및 불균형한 전류의 개념을 이해해야 합니다.
모든 세 상에서 동일한 전류가 흐를 때, 이를 균형 잡힌 전류라고 합니다. 그리고 어느 상에서도 전류가 동일하지 않을 때, 이를 불균형한 전류라고 합니다. 균형 상태에서는 중성선을 통한 전류 흐름이 없으므로, 중성단자는 필요 없습니다. 그러나 세 상 회로에서 불균형한 전류가 흐를 때, 중성선은 중요한 역할을 합니다. 불균형한 전류를 지면으로 이끌어 변압기를 보호합니다. 불균형한 전류는 변압기에 영향을 미치고, 변압기에 손상을 줄 수도 있으므로, 스타 연결은 장거리 송전에 선호됩니다.
스타 연결은 아래와 같습니다-
스타 연결에서는 선 전압이 위상 전압의 √3 배입니다. 선 전압은 삼상 회로에서 두 상 사이의 전압이며, 위상 전압은 한 상과 중성선 사이의 전압입니다. 선과 위상의 전류는 같습니다. 아래 식으로 나타납니다
델타 연결
델타 연결에서는 세 개의 선만 있고 중성단자는 없습니다. 일반적으로 델타 연결은 불균형한 전류 문제 때문에 짧은 거리에서 선호됩니다. 아래 그림은 델타 연결을 보여줍니다. 부하 장치에서는 필요할 경우 접지를 중성 경로로 사용할 수 있습니다.
델타 연결에서는 선 전압과 위상 전압이 같습니다. 그리고 선 전류는 위상 전류의 √3 배입니다. 아래 식으로 나타납니다,
삼상 회로에서는 스타와 델타 연결을 네 가지 다른 방식으로 배열할 수 있습니다:
스타-스타 연결
스타-델타 연결
델타-스타 연결
델타-델타 연결
그러나 삼상 시스템의 회로 배열에 관계없이 전력은 독립적입니다. 스타와 델타 연결 모두에서 회로의 순전력은 같습니다. 삼상 회로의 전력은 아래 식으로 계산할 수 있습니다,
세 상이 있으므로, 일반 전력 방정식에 3을 곱하고 PF는 전력 인자입니다. 전력 인자는 삼상 시스템에서 매우 중요한 요소이며, 때때로 특정 오류로 인해 콘덴서를 사용하여 교정할 수 있습니다.
출처: Electrical4u.
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