3상·단상
Three-Phase / Single-Phase Power
정의
위상이 120도씩 다른 3개 전원으로 공급하는 3상과 1개 파형의 단상 방식. 산업 동력은 3상 380V, 조명·소형기기는 단상 220V가 국내 표준이다.
자세한 설명
3상 교류는 120도씩 위상이 어긋난 세 전압을 함께 보내는 방식으로, 같은 전력을 단상보다 적은 전선량으로 보낼 수 있고 회전자계가 자연히 만들어져 모터 구동에 이상적이다. 순시 전력의 합이 일정해 토크 맥동이 없다는 점도 산업 동력의 표준이 된 이유다. 국내 공장은 3상 4선식 380/220V가 표준으로, 선간에서 380V(동력), 상과 중성선 사이에서 220V(전등·콘센트)를 얻는다.
3상 4선식 운용의 핵심은 상평형이다. 단상 부하를 R·S·T 각 상에 고르게 배분하지 않으면 중성선에 전류가 흐르고 상전압이 불평형해지며, 전압 불평형은 3상 모터에 역상 전류를 만들어 출력 저하와 과열을 일으킨다. 통상 전압 불평형률을 수 % 이내로 관리하는 것이 권장된다.
실무에서 자주 다루는 주제는 상회전(상순)이다. 3상 모터는 두 상을 바꾸면 역회전하므로, 펌프·팬 설치 후 상회전계로 상순을 확인하거나 순간 기동으로 회전 방향을 확인하는 절차가 필요하다. 또한 단상 대용량 부하(용접기 등)를 3상 계통에 접속할 때는 어느 선간에 물릴지 부하 배분을 검토해야 한다.
공식
3상 전력 P = √3 × V × I × cosθ (V: 선간전압, I: 선전류)
단상 전력 P = V × I × cosθ 실무 예시
380V 3상 22kW 모터의 부하전류는 역률 0.85, 효율 0.9 가정 시 I = 22,000/(√3×380×0.85×0.9) ≒ 44A로 산출된다. 이 값을 기준으로 케이블(허용전류 여유 포함)과 차단기 50AT, EOCR 설정 44A를 결정했다.
실무 포인트
- 3상 모터 교체·결선 후에는 반드시 회전 방향을 확인한다. 역회전 펌프는 양정이 나오지 않고 축 풀림 위험도 있다.
- 단상 부하는 각 상에 균등 배분해 전압 불평형을 수 % 이내로 관리한다. 불평형은 모터 과열의 숨은 원인이다.
- 결상(1상 소실) 상태의 3상 모터는 단시간에 소손되므로 결상 보호(EOCR)를 반드시 둔다.
- 선간전압과 상전압(380V와 220V)을 혼동한 기기 접속은 즉시 소손 사고로 이어진다. 명판 전압을 확인한다.