김종길님의 글
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전기에 대한 기초 지식이 없어 문의드립니다.
교류의 전압에 대해 알고 싶습니다.

교류는 전압과 전류가 변하는걸로 알고 있습니다.
가정용은 단상 2선식, 산업용(동력용)은 3상 4선식이라 하셨는데
만약 가정용 220v라면 두선사이의 전압차가 220v인가요? 아니면 각 선의 차인가요?
또 산업용 380v일 경우 3상교류모터를 구동할때 3개의 선이 오는걸로 아는데 나머지 한선은? 그리고 각 선의 전압차는 어떻게 되나요?
결선 방식(스타, 델타)과 각각에서의 전류와 전압관계를 결선과 모터나 기타 요소와 연결되었을때를 쉬운 예를 들어 설명해주세요.(회로도)
그리고 전기적 short와 ground에 대해서도 설명해 주세요.

가능한한 자세한 설명부탁드립니다.

----------------- [답 변] -------------------
안녕하십니까?

전력을 수송하는 방식에는 교류 송전방식과 직류 송전방식이 있습니다. 교류 방식은 변압기에 의해 전압 상승이 용이하므로 가장 많이 사용되고 있습니다. 특히 교류 전송방식은 이미 설명드린 바와 같이 단상과 삼상으로 나뉘고 이는 저압 전력수송(단상)과 고압 전력수송(삼상)으로 쉽게 생각할 수 있습니다.

질문하신 단상에는 2선식과 3선식이 있으며 2선식은 선이 2개, 삼선식은 선이 3개로 구성됩니다.

교류전압을 검토하기 위해서 다음과 같은 정의를 알아야합니다. 교류전압은 일반적으로 상전압(phase voltage)와 선간전압(line voltage)으로 나뉘고 여기에 대지전압의 개념의 필요합니다. 상전압은 주로 다상(주로 3상) 교류회로에서 "부하에 걸리는 각상의 전압"을 의미하며 선간전압은 "전선로간의 전압"을 의미합니다. 특히 대지전압은 "접지(ground)전선과 비교되는 다른 전선간의 선간전압"을 의미합니다.

단상 2선식 상이 하나이고 선이 2선이므로 상전압이 그대로 두 선간의 전압이 됩니다. 그러므로 사용전압은 110V혹은 220V로 규격화됩니다. 반면 단상 3선식은 3선중 한선을 접지시키게 되는데 이선을 기준으로 다른 두선의 대상전압을 110V로 설정하면 나머지 두선간의 선간전압은 220V가 됩니다. 그러므로 상전압은 110V로 설정하고 선간전압을 220V로 설정할 수 있으므로 110V/220V의 선택이 가능하게 되는 것입니다.

삼상에는 3선식과 4선식이 있으며 3선식은 선간전압(상용전압)을 사용한 고압 배전방식에 4선식은 선간전압과 상전압을 모두사용하는 저압배전에 주로 사용됩니다. 이중 3상 4선식은 주로 Y결선을 사용하는데 Y배선의 중간의 중성점(neutral point: 전기적 중성점)을 접지시킴으로써 한선은 바로 중성 접지선이 되어 이 선으로부터 선간전압을 설정할 수 있는 것입니다. 즉 상전압은 220V이나 선간전압은 380V로 사용할수 있으므로 220V와 380V 모두를 사용하는 방식입니다.

예를 들면 가정용 전기제품(TV,라디오,에어컨,조명,전기밥솥 등)은 단상 110V 혹은 220V를 사용하며 공장에서 사용하는 대용량 모터 또는 변압기에서 각 변전소로 전력을 수송하는 배전선로에는 삼상의 6,600V 22,900V 154,000V 345,000V등를 사용합니다. 또한 발전기,전동기,변압기 등의 전력기기는 이미 설명드린 바와 같이 출력이 같으면 삼상이 단상보다 효율이 좋고 경제적이다.

또한 질문하신 삼상 결선방식(델타결선, Y결선=스타결선)의 차이점은 삼상 결선방식은 주로 변압기, 전동기 기동회로등에 사용되며 변압기 델타 결선 방식에서는 상전압과 선간전압이 같으며 Y결선에서는 선간전압이 상전압 보다 루트3배 크게 됩니다. 반면 Y결선에서는 선전류와 상전류의 크기가 같으나 델타결선에서는 선전류의 크기가 상전류 보다 루트3배크게 됩니다. 이러한 원리를 이용하면 변압기 및 전동기 결선에 활용되는데 그 예는 다음과 같습니다.

1. 변압기 결선방법
델타-델타 결선: 저압 대전류용에 적합하며, 주로 배전용으로 사용됩니다.
Y-Y 결선: 제3고조파가 함유되므로 사용치 않습니다.
델타-Y결선: 2차측의 선간전압을 높게 할 수 있으므로 송전선로의 송전측(발전소)에 사용됩니다.
Y-델타결선: 2차측의 선간전압을 낮출 수 있으므로 송전선로의 수전측(1차 변전소)에 사용됩니다.

2. 전동기 결선방법
주로 저압 전동기는 델타 결선으로 사용는데 고압 전동기에서는 기동시 정격전압의 루트3분의 1즉, 적은 전압으로 기동할 수 있는 Y결선을 사용하고 기동후 델타 결선으로 전환하는 Y-델타 결선을 사용합니다.


전기적인 short는 두 전선이 서로 접촉하여 전위차가 없는 경우를 이르며 ground는 전위가 0이 되는 기준 전압면을 의미합니다(위의 질문과는 조금 상관이 없는 것 같습니다).

참고로 전력공학 자료를 업로드합니다. 기본공식과 내용을 참조하시기 바랍니다.

도움이 되었으면 합니다.

감사합니다.


전력공학.hwp