부하 불평형률과 중성선 단선 전압변동

정의와 원인

부하 불평형률은 3상 부하가 상별로 고르지 않은 정도를 백분율로 나타낸 값이다.

3상4선식 저압 배전에서 단상 부하가 한 상에 치우치면 중성선 전류가 커진다.

여기에 중성선 단선이 겹치면 상전압이 상별로 크게 달라진다.

3상4선식과 중성선 전류

3상4선식은 상선 3가닥과 중성선으로 이루어진다.

변압기 2차를 Y결선하고 중성점을 접지해 중성선을 뽑으면 상전압 220V가 얻어진다.

중성선 전류는 세 상 전류의 벡터합으로 정해진다. 키르히호프 전류 법칙이다.

부하가 균형을 이루면 중성선 전류는 0에 가깝고, 한 상에 치우치면 커진다.

설비 불평형률 계산

가상의 예로 A상 10kW, B상 20kW, C상 20kW의 단상 부하를 보자.

평균 부하는 16.67kW다. 최대 편차 20 − 16.67을 평균 부하로 나누면 20%다.

설비 불평형률 기준은 원칙적으로 30% 이하이므로, 이 예는 기준을 만족한다.

중성선 단선 시 중성점 이동

중성선이 끊기면 중성점 전위가 이동해 상전압이 상별로 달라진다.

중성점 전위 V_n은 상별 부하 어드미턴스 비에 따라 가중해 구한다.

부하 어드미턴스 비가 1 : 2 : 2인 이 예에서 V_n은 −44V다.

상전압은 V_i − V_n이다. 가벼운 A상은 264V로 +20%, B·C상은 201.6V로 −8.4%다.

두 가지 불평형 개념

불평형은 대상에 따라 부하 불평형률과 전압 불평형률로 나눠 본다.

부하 불평형률은 상별 부하 용량, 전압 불평형률은 상별 전압 크기를 본다.

부하 불평형률은 원인이고 전압 불평형률은 결과다. 두 기준을 혼동하면 감점된다.

전압 불평형률 계산과 과전압

전압 불평형률은 3상 전압의 평균에서 가장 크게 벗어난 편차로 구한다.

상전압이 240, 200, 200V이면 평균은 213.3V이고 최대 편차는 26.7V다.

따라서 전압 불평형률은 12.5%다. 가벼운 상에는 과전압이 걸려 기기가 손상될 수 있다.

직접 풀어 보자.

정리

정답은 상승이다. 부하가 가벼운 상은 전압이 오르고, 무거운 상은 떨어진다.

중성선은 불평형 전류의 귀로이며, 끊기면 상전압이 상별로 갈라진다.

설계 단계에서 상별 부하를 고르게 나누는 것이 기본 대책이다.