전압의 종류·단상 전원과 동력 전원이란?

전압의 종류·단상 전원과 동력 전원이란?

 

●전압이란?

전압은 기준점으로부터의 전위차이다. 전압의 높이는 전위의 위치 에너지와 동의로 송전시에 있어서는 P=IR로 나타나는 전류·전압의 관계식에 의해 동일한 전력을 보내는 경우는 전압이 높을수록 전류가 작아지기 때문에 발열에 의한 손실이 적어져 전력을 멀리까지 보내는 것이 가능하다.

전압을 이해하기 위해 수압과 비교하여 설명합니다. 수압이 높으면 멀리까지 물을 송출하는 것이 가능하지만 강도가 높은 배관이 아니면 수압에 져 파열한다.

마찬가지로 전원 케이블로 고전압을 송전하는 경우 내전압 성능이 높은 것을 선택하지 않으면 절연이 파괴된다. 수압과 전압은 매우 비슷한 성질을 가지고 있습니다.

 

●전압과 전류

전류는 전로에 흐르는 전자의 양이다. 큰 전류를 흘리면 모터가 고속으로 작동하고 백열 전구가 밝게 켜집니다. 그러나 전자가 전기 경로를 흐르면 전기 저항이 있으면 전류가 열이됩니다. 인체에 전류가 흐르면 감전이 되어 화상이나 쇼크 증상을 일으킨다.

단순히 "전압이 높을수록 위험"이라는 것은 아니고, 인축이 감전하여 위험을 수반하는 것은 주로 전류가 원인이 된다. 문 손잡이 등에서 발생하는 충격과 통증은 수만 볼트의 고전압이지만, 아무리 전압이 높아도 전기 용량이 작기 때문에 충분한 전류가 지속적으로 흐르지 않기 때문에 치명상이 되지 않는다.

일반적으로 30mA 이상의 전류가 흐르면 인체에 매우 위험하며, 50mA 이상의 전류에서는 감전에 의해 사망할 우려도 있다. 전력회사로부터 보내지는 전원은 물론 발전기나 축전지 등 충분한 전기용량이 있는 전원으로부터 40V 이상의 전압이 인체에 인가되면 인체에 큰 전류가 흘러 심각한 피해가 발생한다 .

전술한 바와 같이, 정전기는 10,000V~20,000V라는 높은 전압이지만, 도어 노브를 만져 치명적인 감전 사고는 되지 않는다. 정전기는 전압이 높지만 전류가 미약하기 때문에 작은 자극만을 받는다.

그 외, 라이터의 점화에 사용되고 있는 「압전 소자」도, 수천 볼트의 고전압을 발생시켜 가스에 점화하는 구조를 가지는 부재이지만, 발생하는 전류는 미약하기 때문에, 인체에 압전 소자 로부터의 전류를 흘려도, 작은 통증을 수반하는 정도로, 감전하는 일은 없다.

정전기 전압으로 큰 전류를 흐르지 않는 것은 이것을 수위에 비유하면 쉽게 이해할 수 있다. 전압을 수위 높이로 바꾸어 수위 높이 10,000~20,000m에서 물방울을 떨어뜨려도, 수량이 적기 때문에 위험은 없지만, 높이 100m에서 계속적으로 대량의 낙수가 있으면, 충격이 커진다.

 

●전압 종류

전기 설비에서 사용되는 전압으로는 직류와 교류가 있다. 전압이 높을수록 위험성이 증가하고 보안을 위한 조치 수준이 올라가기 때문에 저압, 고압, 특별고압이라는 3종류로 구분하여 관리된다.

저압·고압·특별 고압의 구별

「저압」 직류：750V 이하, 교류：600V 이하

「고압」 직류：750V를 초과 7,000V 이하, 교류：600V를 초과 7,000V 이하

「특별 고압」 7,000V를 넘는

저압 수전은 교류 전원이며, 3φ380V, 1φ220V 등의 구분의 전압을 필요에 따라 선택하여 수전한다. 업무용 수요가에서는 3φ6,600V의 고압 수전을 실시한다. 공장물건에서는 6,600V가 아니라 3,300V라는 전압으로 수전하는 경우도 있다.

또한 대규모 물건이라면 특별 고압 수전이다. 도시부에서는 3φ22,000V의 스팟 네트워크 방식이 보급되고 있지만, 지방도시에서는 3φ33,000V나 3φ66,000V 등특별 고압에 의한 송전선이나 배전선으로부터 수전을 실시한다.

 

●저압 전기 방식

일반 가정에서는 교류 220V의 전기 기기가 일반적이며 벽에 설치된 콘센트는 220V를 공급하는 제품이 일반적이다. 계약 암페어가 30A에 미치지 않는 소규모 주택에서는 단상 2선식에 의한 1φ220V만을 공급할 수도 있다.

에어컨이나 IH 쿠킹 히터 등, 비교적 대용량의 전기 기기를 설치하고 있는 주택의 경우, 220V에서는 기기를 동작할 수 없기 때문에, 단상 2선식보다 효율이 좋은, 단상 3선식의 수전을 실시한다 . 업무용 회전기계나 엘리베이터를 설치하고 싶다면 3상 3선식에 의한 3φ220V 전원의 수전도 생각할 수 있다.

 

●건물에서 사용하는 전압의 종류와 특징

▲단상 2선식 1φ220V

2개의 전선으로 단상 220V를 공급하는 배선 방식이다. 건물 내에 들어가는 전선은 2개 밖에 없고, 전력회사가 공급하는 변전소로부터의 전원은 3선식이므로, 부하 용량이 치우치는 「불평형」이 발생하게 된다. 전력회사에서는 배전선의 불평형을 방지하기 위해 소규모 주택 등 한정된 규모의 수요가에 대해서만 공급하고 있는 배전 방식이다.

조명이나 콘센트 외에 소형 가전만 설치된 원룸 아파트 등에 채용되는 경우가 많다. 부하의 불평형은, 본래 단상 3선식이 완전히 평형하고 있으면 중성선(백선)에 전류가 발생하지 않지만, 불평형 상태에서는 중성선에도 전류가 흐르게 되어, 전력 손실 에 연결되어 버린다.

또한, 브레이커는 3선을 각각 단독으로 보호하고 있기 때문에, 적선 또는 흑선 중 어느 하나에 큰 전류가 흐른 경우, 아직 전류를 흘릴 수 있는 전로라도 차단된다는 상황이 태어난다. 불평형에 의해 적상측, 흑상측의 전압도 동시에 변동하여 기기의 정상 운전에도 지장을 초래할 수 있다.

이와 같이 불평형 상태에서는 전로의 사용 효율이 현저하게 저하되기 때문에, 최대한의 효율을 얻기 위해서는 불평형을 방지해야 한다.

▲3상 3선식 3φ220V Y

3개의 전선으로 3상 220V를 공급하는 배선 방식이다. 흑·백·적의 모든 전선간에 220V를 확보할 수 있다. 3상 전원은 「동력 전원」이라고도 불리며, 회전 기계에 대하여 효율적으로 회전력을 부여되기 때문에, 모터류에의 전원 공급에 적합하다.

단상 전원은 그 명칭대로, 위상이 1개이기 때문에 회전 방향으로의 힘을 만들어낼 수 없기 때문에, 모터를 돌리려면 특수한 시동 장치가 필요하다. 3상 전원은 120도씩 위상을 어긋난 3본선을 사용하고 있어 전원을 공급하면 자연과 회전 방향으로의 힘이 가해진다. 이것은 회전 자기장에 의한 특성이며 모터는 쉽게 회전 할 수 있습니다.

동력전원은 대부분 업무용이며 가정용 전기기기로 공급하는 경우는 거의 없다.

▲3상 3선식 3φ380V Y

3개의 전선으로 380V를 공급하는 배선 방식이다. 사고 방식은 3φ220V와 같고, 위상이 120도씩 어긋나 있기 때문에, 회전 자계에 의해 모터류의 회전 특성이 양호하다.

전압이 높고 토크가 높을 수 있으므로 대형 전동기에 전원을 공급하는 데 적합합니다. 50kW~100kW라고 하는 대형 전동기는 3φ200V의 동력 전원에서는 전류가 커져 버려, 시동시의 부담이 커지기 때문에, 전압을 올려 전류치를 낮게 누르는 것이 합리적이다.

380V의 전압을 사용할 수 있는 전기 기기는 대부분 특주 생산품이며, 고장 시의 부품 교환이나 설비 개수에 시간이 걸릴 수 있다. 220V 기기보다 유지보수성이 나빠지는 것도 생각할 수 있으므로, 계획시에는 충분한 주의가 필요하다.

▲3상 4선식3φ380V Y-Y(와이와이)

4개의 전선으로 3상 380V를 공급하는 배선 방식이다. 변압기의 공용에 의해 설비 스페이스의 축소를 도모할 수 있기 때문에, 업무용 시설이나 공장에서의 채용이 주류이지만, 특수 용도를 제외하고 신규 채용은 거의 없다.

 

●동력 전원이란?

일반적으로 동력전원으로 불리는 전원은 3상 3선식 전원을 나타낸다. 3개의 전선으로 각각 위상이 다른 전원을 공급하는 전원 방식으로 회전 기계에 편리한 전원이다.

일반 가정에서는 동력 전원을 끌어들이지 않는다. 대부분은 공장 등에서 사용하는 모터의 전동기나, 대형의 전열기, 업무용의 대형 공조기 등, 큰 전기 용량을 필요로 하는 전기 기기나, 회전 기계를 사용하는 경우에, 동력 전원이 필요하다 .