단상 부하와 3상 부하의 관계에 대하여 혼동되는 분들이 많습니다. 실제로도 단상 부하의 전류를 계산하는데 혼동이 되기도 합니다. 그래서 이번 포스팅에서 우리가 혼동할 수 있는 단상 부하와 3상 부하의 관계에 대해서 이야기해 보겠습니다.
제가 Bing에 아래와 같이 질문을 했습니다.
단상 부하 12개 2kW를 3상 부하의 각 상에 균등하게 연결했다면 총 3상 부하는 24kW/R3이 됩니까?
if single phase 12x2kw loads are connected to 3 phase power equally at each phase, is the total power consumption becomes 24kW/r3?
그랬더니 아래와 같은 답변이 나왔습니다.
If you add a single phase load on each phase, they become a three phase load. For equal single phase loads, the load equals a three phase load, three times the rating of one single phase load. For example, three 10 kVA single phase loads equal one 30 kVA three phase load 1. So in your case, if you have 12x2kW loads connected to 3 phase power equally at each phase, the total power consumption would be 24kW.
당신이 말한 각 상에 단상 부하를 추가하면, 그것들은 3상 부하가 됩니다. 동일한 단상 부하의 경우, 부하는 3상 부하와 같으며, 하나의 단상 부하 등급의 3배입니다. 예를 들어, 세 개의 10 kVA 단상 부하는 하나의 30 kVA 3상 부하와 같습니다. 따라서 귀하의 경우, 각 단계에 동일하게 연결된 3상 전원에 12x2kW 부하가 연결되어 있다면, 전력 소비량은 총 24kW가 됩니다.
저는 총 3상 부하 용량이 24kW / R3 냐고 물었는데 Bing은 24kW라고 답했습니다. 즉 단상 부하용량 합계와 3상 용량이 같다는 말입니다.
위의 설명을 아래와 같이 그림으로 정리했습니다.
kW 값은 고정되어 있습니다. 히터라고 생각하면 24kW 히터는 24kW 만큼의 열을 내는 장치입니다. 이 히터가 단상용이냐 삼상용이냐는 중요하지 않습니다. 단상용이면 전류가 많이 흐를 것이고 삼상용이면 그만큼 전류가 작게 흐르겠죠. 어느 쪽이든 열이 나는 히터의 용량에는 변화가 없습니다.
위 그림에서 단상에도 12개의 2kW가 붙어있고 삼상회로에도 같은 부하가 붙어 있습니다. 용량이 달라질 이유가 없습니다. 3상에는 한 가지 문제가 있습니다. 만약 메인 차단기 정격을 계산하려고 한다면 각 상에 동일한 부하가 연결되어 있다는 가정을 해야 합니다. 만약 각 상에 같은 부하가 없고 부하 불평형이 발생하면 어떤 상은 24kW를 전압과 R3으로 나누어서 나오는 전류값보다 더 많은 전류가 흐르고 차단기는 트립이 되겠죠.
몇몇 질문에서 단상 부하의 수량과 개별 용량을 말하지 않으시고 3상으로 연결하면 어떻게 되는지를 물었는데 사실 답을 할 수가 없죠. 단상을 3상에 연결하려면 각 상에 부하를 어떻게 연결할 지도 함께 고민해야 합니다.
위의 Bing 답변에서 정확한 설명을 했습니다.
10KVA 단상 부하 3개 = 30kVA 삼상 부하 1개
Total kVA는 동일함
추가로 한가지 더 확인해 보겠습니다.
3상4선 차단기 100A면 각상 즉 RN, SN, TN에 각각 100A 를 걸 수 있을까요? 생각해 보겠습니다. 100A 차단기의 최대 부하는 R3 ×100A X 380V =65.8 KVA입니다.
각상에 100A 걸면 부하는 3×100A×220V =66KVA 입니다. 부하용량이 같습니다. 그래서 가능합니다.
그런데 3상3선 220V도 되나요? RS, ST,TR에 100A씩 걸 수 있나요? 이 경우는 안됩니다.
이때 부하용량은 3×100×220 = 66KVA, 차단기의 최대 용량은 R3×100×220 = 38.1KVA 입니다. (이 부분은 질문이 잘못되었습니다. RS, ST, TR 에 각각 100A라는 전제가 잘못입니다. 성립이 안됩니다.)
어느 분이 질문했습니다. 3상 10kW 히터의 결선이 아래 그림과 같은지를 물었습니다.
어떻게 생각하시나요? 정답은 아니라는 것입니다. 위의 히터 3상 용량은 1.74×10=17.4kW입니다. 만약 10kW 히터를 그리려면 각 상의 부하는 5.8kW가 되어야 합니다. 그러면 1.74x5.8=10kW가 되는 것이죠. 이해가 되었기를 바랍니다. (이 부분은 제가 잘못 생각했습니다. 각상이 10kW인 히터를 3상으로 연결하면 위에서 말한것 처럼 10 × 3 = 30kW가 되어야 합니다. 부하 kW는 단상이든 3상이든 와이 결선이든 델타 결선이든 관계없이 자기의 용량을 그대로 유지합니다.) 10kW 히터를 만들려면 3.33kW 히터 3개를 연결해야 합니다.
아래의 질문과 답에 대해서 예로 들어서 한번 더 설명하겠습니다.
Q: 3상 220V 회로에 14kW 단상 부하 3개를 R-S, S-T, T-R 상에 각각 연결했습니다. 14KW의 단상 전류가 64A인데 위 연결 시 각상에 흐르는 전류는 얼마인가요? 그리고 14KW 두 개만 R-S, R-T에 연결할 경우의 전류는 어떻게 되나요? (역률, 효율 무시)
A : 3상 평형 부하 연결 시 전체 용량은 42KW 가 되기 때문에 각상에 흐르는 전류는 42000 ÷ 1.732 ÷ 220 = 110A 가 됩니다. 두 개만 설치하면 R 상에 흐르는 전류는 2 × 64 × COS30 = 110A 가 되고 S, T 상에는 하나의 부하만 연결되어 있으므로 각각 64A 가 흐릅니다. 아래 그림은 질문자께서 스터디하여 올리신 것을 퍼 왔습니다. (사용승낙)
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