삼상 시스템

3상 시스템의 정의 및 특성

3상 시스템은 세 개의 상으로 구성된 전기 시스템으로 정의됩니다. 이 구조에서는 전기가 세 개의 별도의 선을 통해 흐르고 중성선은 고장 전류가 안전하게 지구로 방전될 수 있는 경로를 제공합니다. 또는 전력 생성, 송전 및 배전 과정에 세 개의 선을 사용하는 시스템으로 설명할 수도 있습니다. 또한 3상 시스템은 한 상과 중성선을 추출하여 단상 시스템으로 작동할 수 있습니다. 균형 잡힌 3상 시스템에서 선 전류의 합은 정확히 0이며, 각 상은 120º의 각도로 분리되어 있습니다.

일반적인 3상 시스템은 세 개의 전류를 운반하는 도체와 하나의 중성선을 포함한 네 개의 선을 사용합니다. 주목할 만한 점은 중성 도체의 단면적은 일반적으로 실선의 절반입니다. 중성선의 전류는 세 상의 선 전류의 벡터 합과 같습니다. 수학적으로 이것은 제로 상 순서 성분의 전류의 √3배와 동일합니다.

3상 시스템은 많은 중요한 장점을 제공합니다. 단상 시스템과 비교해 보면, 도체가 적어 인프라 비용이 줄어듭니다. 또한 부하에 대한 연속적인 전력 공급을 보장하여 전기 서비스의 신뢰성을 향상시킵니다. 더욱이 3상 시스템은 전송 및 운영 중 전력 손실을 최소화하며 높은 효율성을 자랑합니다.

3상 전압은 발전기 내에서 생성되며, 세 개의 사인파 전압이 동일한 크기와 주파수를 가지지만 서로 120º의 위상을 가지고 있습니다. 이러한 구성은 중단 없는 전력 공급을 제공합니다. 시스템의 한 상에서 문제가 발생하더라도 나머지 두 상은 계속해서 전력을 공급하여 필수적인 전기 서비스를 유지할 수 있습니다. 균형 잡힌 3상 시스템에서 어떤 한 상의 전류 크기는 다른 두 상의 전류 벡터 합과 같으며, 이는 전기 회로 이론의 원칙을 따릅니다.

세 상 사이의 120º 위상 차이는 3상 시스템의 올바른 작동과 신뢰성을 위해 중요합니다. 이 정확한 위상 관계 없이는 시스템이 손상되기 쉽고, 전력 공급 중단, 장비 고장 및 잠재적인 안전 위험을 초래할 수 있습니다.

3상 시스템의 연결 유형

3상 시스템은 주로 두 가지 방법으로 구성할 수 있습니다: Y-연결과 Δ-연결. 이러한 연결 방법 각각은 고유한 특성과 응용 분야를 가지고 있으며, 아래에 자세히 설명되어 있습니다.

Y-연결

Y-연결, 또는 스타 연결은 세 개의 상 도체와 하나의 중성 도체를 사용하는 네 개의 선으로 구성됩니다. 이 유형의 연결은 장거리 전기 송전에 특히 적합합니다. 중성점의 존재는 주요 장점 중 하나입니다. 불균형 전류가 안전하게 지구로 흐를 수 있는 경로를 제공합니다. 이러한 불균형 전류를 효과적으로 처리함으로써 Y-연결은 전기 시스템의 전체적인 균형을 유지하고, 과부하 위험을 줄이며, 장거리에서도 안정적인 전력 공급을 보장합니다.

Y-연결 3상 시스템에서는 두 가지 다른 전압 수준이 가능합니다: 230V와 440V. 구체적으로, 단일 상 도체와 중성 사이의 전압은 230V이고, 두 상 도체 사이의 전압은 440V입니다. 이 듀얼 전압 특성 덕분에 Y-연결은 다양한 전기 응용 분야에 유연하게 적용되며, 저전압 가정용부터 고전압 산업용 요구사항까지 모두 충족합니다.

Δ-연결

반면에 Δ-연결은 세 개의 선만 사용하며 중성점이 없습니다. Δ-연결의 주요 특징 중 하나는 선 전압이 상 전압과 동일하다는 것입니다. 이 구성은 특정 시나리오에서 전기 설정을 간소화하며, 중성선의 부재가 용인되고, 시스템 설계에서 선 전압과 상 전압의 직접적인 동등성이 유익한 경우에 유용합니다.

3상 시스템에서의 부하 연결

3상 전기 시스템에서 부하는 Y(스타) 또는 Δ(델타) 구성을 사용하여 연결될 수 있습니다. 이러한 두 가지 연결 방법은 고유한 전기 특성과 응용 분야를 가지고 있습니다. 아래 다이어그램은 델타와 스타 배열에서 3상 부하가 어떻게 연결되는지를 보여주며, 구조적 차이와 전기적 행동을 명확하게 시각화합니다.

3상 전기 시스템에서 부하는 균형 잡힌 것과 균형 잡히지 않은 것으로 분류될 수 있습니다. Z1, Z2, Z3로 표시된 세 개의 개별 부하(임피던스)가 동일한 크기와 위상을 가지면 3상 부하는 균형 잡혔다고 간주됩니다. 이러한 균형 조건 하에서는 모든 상 전압이 동일한 크기를 유지하며, 선 전압도 동일한 크기를 가지게 됩니다. 전압과 임피던스 값의 대칭성은 더 안정적이고 효율적인 전기 작동을 가능하게 하며, 전력 손실을 최소화하고 시스템 전체에서 전기 에너지의 균일한 분배를 보장합니다.