3상 교류 전력 계산 1강 - 3상 전원의 구조와 결선 방식 완전 이해

지금까지 우리는 단상 교류 전력 계산을 정리했다. 이제부터는 실제 산업 현장에서 가장 널리 사용되는 3상 교류 전력으로 확장한다. 3상 전력은 단상보다 전력 전달 효율이 높고, 전동기 운전에 유리하며, 송전 손실이 적다는 장점이 있다.

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3상 전원의 가장 큰 특징은 크기가 같고 위상이 서로 120도 차이 나는 세 개의 전압이 존재한다는 점이다. 이 세 전압은 시간적으로 균등하게 분포되어 있어 전력이 끊기지 않고 연속적으로 공급된다. 이것이 단상과의 가장 큰 차이점이다.

3상 회로에서는 전압과 전류를 구분할 때 반드시 선과 상을 구분해야 한다. 선전압은 두 상 사이의 전압이고, 상전압은 한 상과 중성점 사이의 전압이다. 선전류는 외부 선로를 흐르는 전류이고, 상전류는 각 부하를 흐르는 전류이다.

3상 결선 방식은 크게 두 가지가 있다. 하나는 Y결선이고, 다른 하나는 Δ결선이다.

 

Y결선은 세 상의 한쪽 끝을 공통점으로 연결하는 방식이다. 이 공통점을 중성점이라고 한다. Y결선의 가장 중요한 특징은 선전압이 상전압의 √3배라는 점이다. 반면 전류는 선전류와 상전류가 동일하다. 즉, Y결선에서는 전압이 √3배로 증가하는 구조이다.

Δ결선은 세 상을 삼각형 형태로 연결하는 방식이다. 중성점이 존재하지 않는다. Δ결선의 특징은 선전압과 상전압이 같고, 선전류가 상전류의 √3배가 된다는 점이다. 즉, Δ결선에서는 전류가 √3배로 증가한다.

 

3상 문제를 풀 때 가장 많이 하는 실수는 이 관계를 혼동하는 것이다. Y결선에서는 전압이 √3배, Δ결선에서는 전류가 √3배라는 기본 구조를 정확히 기억해야 한다. 대부분의 계산 문제는 이 관계에서 출발한다.

 

또 하나 중요한 점은 3상은 단상과 달리 √3이라는 상수가 항상 등장한다는 것이다. 이는 120도 위상차를 가지는 벡터 합의 결과이며, 3상 계산의 핵심 상수라고 볼 수 있다.

 

정리하면 3상 전력의 출발점은 다음 세 가지이다. 첫째, 세 전압은 120도 위상차를 가진다. 둘째, Y결선과 Δ결선의 전압·전류 관계를 정확히 구분한다. 셋째, 대부분의 계산에는 √3이 포함된다. 이 세 가지만 확실히 이해하면 이후 전력 공식도 자연스럽게 정리된다.