[전기 이론] 상

 전기에서는 일반적으로 교류를 단상(單相, Single-Phase)과 3상(三相, Three-Phase)으로 나눌 수 있다. 말그대로, 단상을 상이 하나인 것이고 3상은 상이 3개인 것을 의미한다. 보통 단상은 가정집에서 사용하는 경우가 많으며, 3상은 공장과 같은 산업현장에 주로 사용한다.

 

 이 원리를 살펴보자면 전기는 발전기의 터빈이 회전운동을 통하여 전자기유도현상을 발생시키고 이를 통해 우리는 전기를 얻게 된다. 이 발전기의 터빈이 회전운동을 할 때 단상의 경우에는 코일이 1개라고 생각하면 되고 여기서 발생한 전기가 2개의 선을 통하여 전력으로 공급되는 것이다. 3상의 경우 120° 간격을 가지고 코일 3개를 배치하여 회전운동을 통해 발생하는 전기를 합성하여 전력으로 공급되며 아래와 같은 파형이 발생하게 된다.

3상 교류 원리

 

 또한 3상에서 필수적으로 알아야 하는 것은 바로 상전압선(相電壓線, Phase Line)과 중성선(中性線, Neutral Line)이다. 상전압선은 각 상의 전압선을 말하고 중성선은 3개의 상을 합성하여 전압과 전류가 0인 선을 말한다. 여기서 주의해야할 점은 각 상의 부하가 불평형을 이루게 되면 전류가 흐르기 때문에 중성선에 전류가 흐르지 않는다고 생각하면 안된다.

가정 3상 전력 공급 체계

 

 현재 우리나라는 3상 3선식과 3상 4선식을 사용하는데 이 둘의 차이는 중성선의 유무이다. 3상 3선식은 송전선로에서 사용이 되며, 3상 4선식은 배전선로에서 사용된다.

 

 각 상은 상마다 이름이 있는데 국제규격(IEC)로는 상의 순서대로 L1, L2, L3로 표시하고 중성선은 N이라 표시한다. 과거에는 R, S, T상으로 구분했으며 한전과 코레일에서는 A, B, C상으로 표시했었다. 각 상에는 고유의 색상도 있는데 L1은 갈색, L2는 흑색, L3는 회색, 중성선은 청색으로 한다. 추가로 접지선의 경우에는 녹색 바탕에 황색줄을 기준으로 한다.

전선 색상 규정 / 출처 : midas CAD

 

 이렇게 3상 전력을 사용하는 이유는 220V, 380V를 사용할 수 있고 발전기의 회전자기장이 그대로 들어오기 때문에 안정적이고 효율적이라는 장점이 있다. 또한 아래의 공식에 의하여 전류의 크기가 줄어들기 때문에 전선을 더 가는 것을 사용할 수 있다. 그렇다면 상이 높을수록 안정적이고 효율적이라는 얘기가 되는데 상이 높을수록 전기설비 및 공사비가 증가하게 되기 때문에 3상 전력을 사용하는 것이다.

 

 반대로, 3상 전력에는 여러 단점이 있는데 콘센트와 플러그와 다르게 분전함에서 내려오는 전선을 직접 연결하는 구조로 되어있거나 전용 커넥터를 사용해야 한다. 또한 접지가 확실해야 전력을 원활하게 사용할 수 있고 습기가 많은 장소에 특히 취약하다. 3상 전력은 부하의 불평형을 고려해야 하고 초기 비용이 많이 들어가며 각 상에 적절하게 접속하지 않으면 전동기 고장이 발생할 수 있다.

 

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