전기 단상 3상 차이점 정리

 안녕하세요, 이번 포스팅은 전기 단상 3상 차이점 정리 내용에 대해서 작성하도록 하겠습니다.

 우리가 실생활에서 사용하는 전기는 대부분은 교류를 사용을 합니다. 

 이런 교류 전원에는 단상과 3상으로 구분되어 공급이 되는데 이 부분에 대해서 조금이나마 이해를 돕기 위해서 전기 단상과 3상 차이점 대해서 자세히 정리해 보았습니다. 

 

단상 전원

 

: 먼저 단상 전원에 대해서 설명 드리도록 하겠습니다. 일반 사람들이 가지는 전기에 대한 의문 중의 하나가 전기를 연결하는 선은 한 케이블이나 전선이라고 알고 계십니다.

 전기쟁이라면 해당 케이블 안에 몇 가닥이 있는지에 따라 어떻게 배선을 연결하고 Spare로 구비를 하는지에 대해서 생각을 복잡하게 할 겁니다. 

 하지만 전기를 처음 공부하시거나 일반분들이라면 전기라는 것이 +, – 두 가닥의 선만 있으면 되는 데 도대체 세 가닥 또는 네 가닥이 있는지에 대해서 의문을 가질 수 있습니다.

 이런 의문을 조금이나마 해소하고자 단상에 대해서 먼저 설명 드리도록 하겠습니다.

 단상은 말 그대로 상이 하나라는 의미입니다. 

 전기가 흘러가는 것으로 표현을 하면 단상의 경우에는 전선을 두가닥으로 연결을 합니다.

 물론 접지선이 있다면 해당 케이블 안에는 가닥수로 하면 3가닥이 되겠죠.

 즉 두 개의 전선 중에 한 선으로 전류가 흘러가고 다른 한 선으로 전류가 흘러나오는 게 바로 단상입니다. 

 좀 더 사전적으로 설명을 하면 “전기에너지를 공급하기 위한 두가닥의 전선은 최소한의 조건으로 전기적 위치 에너지를 이 두 가닥의 전선에 실어 보내는 방식”이라고 합니다. 

 단상의 전원의 경우에는 나라마다 차이는 있겠지만, 우리나라에서는 220V, 110V 로 사용을 하고 있습니다.

 단상의 경우에는 대부분은 가정용에서 공급을 받고 있으며 우리가 사용하는 가전제품 또한 대부분은 단상으로 이뤄져 있습니다.

 

3상 전원

 

: 그럼 단상과 더불어 3상은 어떤 것일까요 라는 의문을 가실 수 있습니다. 

 단상은 상이 하나라면 3상은 상이 3개입니다. 사전적으로 풀이하자면 “전기적 위치 에너지를 위상차가 다른 3 가닥(또는 4 가닥)의 전선으로 전기 에너지를 공급하는 방식”이라고 합니다. 

 각 상은 120도의 위상차를 가지고 있으며 위상차로 3상은 단상보다 전력 효율이 높아 대 전력을 필요로 하는 공장 또는 대형 상업 시설 등에 사용을 하게 됩니다. 

 

 위에 그림을 보면 시간에 따라 전압이 변화하는 것을 볼 수 있습니다. 가로축은 시간의 흐름이며 세로축은 전압의 흐름입니다. 

 적, 청, 흑색의 전압이 상에 따라 움직이고 있는 그림입니다.

 해당 그림을 조금 풀어서 설명을 해보면 3개 뭉치의 코일을 어떤 축을 중심으로 동일한 간격(120도 간격)으로 배치를 한 상태에서 그 축의 중심에 막대자석을 놓고 돌리게 되면 각 상에 전압이 유기가 되면 해당 현상이 나오게 됩니다. 

– 3상 파형 풀이 해석 
(N극을 +, S극을 – 라고 가정을 하고 설명 드리도록 하겠습니다.)

 

 이렇게 전압 증가와 감소가 반복되면서 전압의 변화는 Sine 곡선을 그리게 됩니다.

각 코일에 발생되는 최고 전압은 각기 120도의 시간차가 있고 자석의 회전 방향에 따라 전압이 최고치가 되는 순서가 있으며 과거에는 R, S, T or U, V, W라고 했지만 KEC 개정으로 인해 L1, L2, L3로 칭합니다. 

 

 모든 코일에서 발생하는 전압을 다 더하게 되면 항상 일정하게 됩니다.  

 3상의 전원의 경우에는 나라마다 차이는 있겠지만, 우리나라에서는 380V 이상의 전원으로 사용을 하고 있습니다.

 단상 전원은 전등이나 가전제품에 사용이 된다면 3상 전원의 경우에는 공장, 상업용이나 아파트 주전원단에 사용이 된다라고 이해하시면 됩니다. 

3상 교류 전기는 주로 발전소에서 만들어지는데 요즘 전기 효율을 높이기 위해서 Power Factor에 대한 사항도 개선을 하려고 노력하는 추세입니다. 

 

 

단상 3상 전원 차이점

 

: 전기 단상 3상 차이점 대해서 설명 드리도록 하겠습니다. 

 

1) 공급에 필요한 전선 가닥 수

: 일단 가장 먼저 말씀 드릴 수 있는 부분은 바로 전력 효율입니다. 접지 전선을 제외하고 단상과 3상 전원을 공급할 때 사용하는 전선 가닥수는 다음과 같습니다. 

 

 

단상은 전선 가닥 수가 2개이고, 3상은 기본적으로 세 가닥의 전선으로 공급됩니다.

 

2) 전력 효율

: 그럼 전력 효율면에서 단상과 3상 전원의 차이점에 대해서 설명드리도록 하겠습니다.

 위에서 설명 드린 대로 단상 전선 가닥 수에 비하면 3상 전원 전선 가닥수는 50% 정도 늘어난 상태입니다.

그런데 3상은 전력면에서 보면 단상에 비해 73% 더 많이 공급을 할 수 있습니다.

 

해당 공식을 보면 다른 것은 동일하지만 3상 전력 공식 맨 앞에 있는 √3으로 인해 해당 전력은 1.73배가 되는 것을 확인하실 수 있습니다.

 단상 전력에 비해 단상과 3상 전력은 1.73배가 되는 것입니다.

 단상과 3상 회로가 동일한 전압, 전류의 경우 삼상은 50%의 전선 할증으로 1.73배 즉 73%의 전력이 증가하였으므로 전선 수의 증가 분 50%으로 인해 73% 정도의 전력을 추가로 증가시킬 수 있습니다.

이것이 바로 단상과 3상의 전력 공급 효율의 차이입니다. 다시 말해 3상은 단상보다 전력 효율이 높습니다.

이런 이유로 공장이나 상업용으로 3상을 더 많이 이용합니다. 

 

 

 

 

 여기까지 작성하도록 하겠습니다.

지금까지 전기 단상 3상 차이점 정리 내용 대해서 포스팅을 작성하였습니다. 

그냥 넘어갈 수 있는 이론이지만 막상 설명하면 얘기한 이론이기에 꼭 숙지하시는 걸 추천 드립니다. 감사합니다.