삼상교류(three-phase current)에 대한 이해

삼상교류(three-phase current)는 전류 또는 전압의 위상을 서로 어긋나게 한 3개의 단상을 조합한 교류이다. 다상시스템의 일종으로 전력계통에 있어서 세계에서 가장 대중적인 송전방법이다. 그뿐만 아니라 대형 전동기 및 기타 대형 부하에서도 사용된다. 전동기에서의 응용에는 독일의 전기메이커 AEG가 가장 이바지했다.

삼상교류의 파형 https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:3phase_AC_wave.gif#mw-jump-to-license

삼상시스템은 단상교류 및 듀플렉스 교류보다 같은 전압으로 송전하는 경우에는 도체의 사용량이 적어 경제적이다. 삼상시스템은 Galileo Ferraris, Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, Jonas Wenström, 니콜라 테슬라 등에 의해 1880년대 말에 발명되었다.

원리

120도(2pi/3[rad])씩 위상을 어긋나게 하여 각각의 위상의 어긋남이 같은 삼상교류를 대칭삼상교류라고 부르는데, 일반적으로 대칭삼상교류를 단순히 삼상교류라고 부른다.

삼상교류전원은 주로 교류전동기의 구동에 사용된다는 점에서, 전력회사 등은 동력이라고 부른다.

삼상교류의 파형 https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:3_phase_AC_waveform.svg#mw-jump-to-license

결선

◆ Y결선
Y결선(와이결선, 성형결선, 스타결선)은 삼상 각 상을 그 일단의 중성점에 연결하는 결선.

Y결선도. https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E4%BA%A4%E6%B5%81#/media/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB%3A3-Phase_AC_Star_Conection_01.svg

 
각 상간의 전위차를 선간전압이라고 하며, 각상과 대지 간의 전위차를 상전압이라 한다. 결선 외부의 각상의 전류를 선전류라고 하며 결선의 각상의 전류를 상전류라 한다.

Y결선에서 선간전압은 상전압의 루트 3배와 같다. 또한 선전류는 상전류와 같다.

◆ Δ결선
Δ결선(델타결선, 삼각결선)은 삼상 각상을 상전압이 가해지는 방향으로 연결하여 폐회로로 한 결선.

Δ결선도. https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E4%BA%A4%E6%B5%81#/media/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB%3A3-Phase_AC_Delta_Conection_01.svg

Δ결선에서 선간전압은 상전압과 같다. 또한 선전류는 상전류의 루트 3배와 같다.

Y결선과 Δ결선의 상전압과 상전류의 차이를 이용하여 농형삼상 유도전동기를 Y결선에서 시작하고 도중에 Δ결선으로 전환하여 기동전류를 3분의 1로 억제하는 스타델타 시동법이 존재한다.

◆ V결선
V결선은 Δ결선의 삼상 중 일상을 제외한 결선.

V결선도. https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E4%BA%A4%E6%B5%81#/media/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB%3A3-Phase_AC_V_Conection_01.svg

V결선에서 선간전압은 상전압과 같다. 또한 선전류는 상전류와 동일하다. 단상변압기 2대로 V결선을 구성할 수 있지만, 이 경우 변압기의 최대용량은 단상변압기 1대의 정격용량의 루트 3배가 되어 단상변압기 3대가 필요하지만, 단상변압기 1대분의 3배의 최대용량을 얻을 수 있는 Y결선과 Δ결선에 비해 효율이 나쁘다. 또한 V결선은 V자 형태로 되어 있다.

삼상교류전력

Y결선, Δ결선의 삼상교류전력 P는 선간전압을 V, 선전류를 I, 역률을 cos θ로 하면 P = 루트3 VIcosθ로 정리된다.

삼상교류송전

삼상교류에 의한 송전은 단상교류에 의한 것과 비교해 다음과 같은 이점이 있다.

• 전선 한 개당의 송전전력이 크다.
• 같은 송전전력이라면 전선의 중량을 저감할 수 있다.
• 삼상교류로 단상교류를 출력할 수 있다.
• 삼상교류로 회전자기장을 쉽게 얻을 수 있다.

구체적인 송전방식으로는 다음과 같은 방법이 있다.

삼상 3선식
• 저압 삼상 3선식
• 고압 삼상 3선식
• 20kV/30kV급 삼상 3선식

삼상 4선식
• 저압 삼상 4선식
• 11.4kV Y결선

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 三相交流
https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E4%BA%A4%E6%B5%81