전기를 공부함에 있어 제일 먼저 다루어지는 주제로 전원의 개수에 따른 단상과 3상이 있습니다.
전력계통과 일상생활에서 주로 사용되는 전원의 특징 대해 알아보겠습니다.
발전 및 송배전계통, 전기설비에서 3상을 사용하는 이유에 대해서도 살펴보도록 하겠습니다.
핵심요약입니다.
1. 상(Phase) : 전력을 만들어내는 전원
2. 전력계통 : 3상 사용, 경제적 및 안정적
3. 일반 가정집 : 단상 사용, 220V로도 충분히 공급 가능
1. 전기에서의 상(Phase)
전기에서의 상(Phase)이라는 것은 전력을 만들어내는 전원을 의미합니다.
여기서 전력은 정확하게는 기전력을 뜻합니다.
단상은 전원이 하나라는 뜻이고, 3상은 말 그대로 전원이 3개라는 뜻입니다.
전기업무를 하다 보면 3상 표현을 RST, ABC 또는 uvw 등으로 하는 걸 볼 수 있습니다.
어떤 게 맞는 표현일까요? 정답은 모두 맞는 표현입니다.
| 구분 | 표시 |
|---|---|
| 한국 | A, B, C + N |
| 독일, 일본 | R, S, T + N |
| 시퀀스 | u, v, w |
2. 전력계통과 3상
발전, 송배전 및 일반 전기설비에 이르는 것을 전력계통이라고 합니다.
전원 하나, 즉 단상만으로도 전력공급이 이루어지는데 우리나라 전력계통은 3상을 사용하고 있습니다.
- 전력계통 : 3상 사용, 경제적 및 안정적
2-1. 경제적인 3상
동일한 전력을 생산하고 소비하는 데는 3상이 단상보다 훨씬 경제적입니다.
동일전력일 경우 3상이 단상보다 약 1/3 정도 적은 적류를 사용합니다.
동일한 전선굵기로 3상이 3배의 전력을 더 공급할 수 있다는 이야기입니다.
3kW의 에어컨을 사용할 경우, 단상과 3상의 소비전류를 계산해 보겠습니다.
| 단상 | 3상 |
|---|---|
| 3000W = 220V × I, I = 13.6A | 3000W = √3 × 380V × I, I = 4.6A |
3상의 전류(4.6A)가 단상전류의 약 1/3 임을 확인할 수 있습니다.
- 전선 개수 : 단상 2선, 3상 4선
- 전력 : 3상이 3배 더 공급
결론적으로 3상이 더 경제적입니다.
2-2. 안정적인 3상
단상은 1초에 +와 -를 60회 반복합니다.
3상의 3개의 상이 1초에 60회씩 번갈아가며 반복하므로, 훨씬 더 일정할 출력을 냅니다.
최근 휴대폰들의 주사율은 120㎐을 지원하여 60㎐보다 더 부드럽게 보입니다.
또한 24 프레임 만화보다 60 프레임 애니메이션이 훨씬 더 자연스럽습니다.
이와 같은 원리로 3상이 단상보다 출력이 일정합니다.
여기서 의문이 생길 겁니다. 상이 많을수록 효율적인데, 왜 5상과 7상 등은 사용하지 않는 걸까요?
답은 의외로 간단합니다.
- 5상과 7상 사용 : 전력설비 투자 대폭 증가
- 설비투자 및 경제성 비교 : 3상이 가장 효율적인 방법
2-3. 단상 2선식 220V와 3상 4선식 380V
3상은 3선만 있어야 될 거 같은데 왜 4선이 필요한 것일까요?
3상은 선간전압(A와 B, B와 C, C와 A)으로 만들 수 있습니다.
가정에서 필요한 220V를 만들기 위해서는 중성선을 연결한 상전압이 필요합니다.
따라서, 중선선까지 포함해서 3상 4선식이 되는 것입니다.
3. 일반가정집과 단상
일반 가정집에서는 일반적으로 220V, 즉 단상을 사용하고 있습니다.
앞서 설명드린 대로 3상이 단상에 비해 훨씬 경제적이고 효율적입니다.
그럼 왜 일반 가정집에서는 단상 전기를 사용하는 것일까요?
- 조명, 가전제품의 전력 : 단상 220V로 충분히 공급
단상은 일반 소형자동차, 3상은 대형 SUV라고 생각할 수 있습니다.
근거리 출퇴근 및 장보기 등을 할 때, 소형자동차가 훨씬 경제적이라는 것은 공감하실 겁니다.
가정집의 조명, 가전제품 등도 3상으로 공급할 수 있지만, 단상으로도 충분히 감당할 수 있습니다.
| 구분 | 단상 | 3상 |
|---|---|---|
| 사용범위 | 주택, 소규모 상가 | 대형상가, 공장 |
| 전원 | 조명, 열(Heat) | 동력(Motor) |
| 모터 | 별도 스타트가 필요 (커패시터 또는 인버터 필요) |
별도 스타트가 필요없음 |
지금까지 단상과 3상의 차이점에 대해서 간략하게 알아보았습니다.
3상이 여러 면에서 효율적인 것이 사실이지만, 사용장소에 따라 단상이 유리할 수도 있습니다.
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