초보가 설명하는 삼상전력과 그 장점 2) 크기와 방향을 가진 삼상전력

 

공지 : 이 글은 e-book "왕초보지침서 - 전기쟁이"의 내용입니다.

e-book을 판매중지하고 블로그에 그 내용을 순차적으로 공개할 예정입니다.

 

 

전기는 크기와 방향을 가지고 있다.

쉽게 그 의미가 무었인지 와닿지 않겠지만, 

 

분명히 방향과 물리적인 크기를 가진 힘이다.

 

권투 경기를 생각해 보자.

한 선수가 100kg의 힘으로 다른 선수의 얼굴을 가격하고 있다.

정통으로 주먹이 들어 갔다면, 100kg의 충격을 이 선수는 받을 것이다.

 

허나 방향이 살짝틀려 빗겨 맞았다면 어떨까?

100kg 보다 작은 충격을 받을 것이다.

 

이렇듯 우리생활속에는 크기와 방향을 가진 많은 에너지들이 있으며

그것을 수학적으로 표현하기 위해 복소수를 사용한다.

 

 

삼상전력에서는 삼상이 전기적으로 120도의 위상차를 두고 흐르기 때문에 

 

실제 계산시 편의를 볼수 있는 점이 많다.

 

그럼 먼저 한가지 의문에서 이번장을 시작해 보자

 

전기는 어떻게 흐를까?


우선 우리가 흔히 쓰는 단상 220V에서 전기는 어떻게 흐를까?

우리가 사용하는 후크메타를 가지고 측정해 보면 간단히 알 수 있다. 

우선 후크메타는 선에 흐르는 전류에 비례해서 

발생되는 자기력선의 크기를 계측기 머리에 위치한 후크를 이용해 모아 

그 양을 측정하여 그때의 전류량을 알려주는 계측기이다.

그림의 전류방향 화살표처럼 전류가 흐를 때 

 

오른손을 들어 엄지를 전류방향을 가리키면 

 

나머지 손가락이 감기는 방향으로 자기력선이 생성되는데 

 

그것을 오른나사법칙이라 부른다.

 

 

후크메타는 이 자기력선의 양을 측정, 그때의 전류량을 알려 주는 것이다.

후크메타로 전류의 값을 측정해 보면 

 

핫상(R,S,T중 임의의 한상을 현장에서 핫상이라 부름) 과 N선을 따로 측정해 보면

 

누전이 없는 회로에선

정확히 정확한 전류값이 측정된다.

 

이때 핫상과 N상 두선을 함께 후크메타에 걸어 보자. 

 

그럼 두배의 전류량이 측정될까? 

 

실제로 측정해 보면 그 값은 ‘0’ 이다.

 

그림처럼 크기가 같으나 방향이 다른 두 자기력선이 

 

서로 상쇄 되기 때문이다. 

 

 

이러한 특징을 이용하여 활선상태에서 후크메타로 누전을 측정하기도 한다.

 

우린 여기서 단상에서는 한선으로 흘러나온 전류가 반대선으로 돌아나온다는 사실을 알았다.

 

그럼 삼상에서는 어떻게 될까? 

 

삼상 세선이 연결된 삼상모터가 있다면 어디로 전류가 흘러가 어디로 돌아올까?

 

 

교외를 드라이브를 하며 유심히 보신 전기인이라면

 

송전탑의 전선들은 3쌍식 설치되 있는데 보내기만 하고 돌아오는 길이 없다면 

 

그 많은 전기들은 다 어디로 갔을까?

 

이것이 삼상의 두 번째 장점이다.

 

그림의 삼상 전압을 보자

크기와 방향을 가진 삼상전압이다. 

 

크기와 방향을 가진 물리적인 값을 벡터로 표현하므로 

 

앞으로 삼상전압 벡터도라 하겠다.

 

기계적 120도의 각도를 두고 도체를 배치한 

 

발전기에 의해 발전된 3상 전압이다. 

 

여기서 Va와 Vb를 더하면 어떻게 될까?

 

그림과 같이 나타난다.

 

예를들어 꼭지점에 위치한 큰 바위를 끌기위해 줄을 묶어

 

A방향과 B방향으로 저 만큼의 각도를 두고 

 

너와 내가 끌 때 바위는 

 

어떤 방향으로 어떤 힘이 가해지냐는 것이 벡터 합의 의미인 것이다.

 

여기에 Vc를 더해 보자

 

이렇게 된다. 즉 삼상전압의 합은 ‘0’인 것이다.

 

전류도 마찬가지이다.

실제 현장의 전력분석 이미지 참조

 

위상각 세타만큼 전압과 차이를 두며 발생할뿐 

 

삼상평형을 이루게 된다.

(수용가는 3상전용부하가 아니기에 상 불균형이 부하분배에 따라 나타나고,

상 불균형은 N선에 전류로 나타나 L1+L2+L3+N 의 벡터합이 " 0 " 이 된다)

 

허나 단상부하를 각 R,S,T 상에 불균형하게 배치하여 

 

세타값의 차이와 각 상전류의 차이가 크다면 중성점에 전류가 나타나 

 

중성점이 이동하게 되는데 이를 부하불평형률이라 하며 

 

N선의 2종 접지가 중성점의 이동을 막고 중심을 잡는 역할을 한다.

 

 

크게 차이가 날시는 OCGR이 오작동 하기도 하니 

 

전기기사라면 각 부하의 부하계산표를 항시 참조하여 

 

전기시설의 신설 및 철거를 하여야한다.

 

그러나 삼상모터같은 삼상만 들어가는 부하라면 불평형이 일어나지 않기 때문에 

 

모터를 보호하는 EOCR 등의 부착 CT가 두 개만으로도 삼상 모두의 값을 측정 가능한 것이다.

삼상차단기에 계량기 설치위해 CT를 두개단 모습이다. 

 

N선이 없이 삼상부하만을 사용함으로 CT 두 개만 쓰고도 삼상의 측정이 가능하다.

 

 

 

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