전기 기초 이론

[NangSan]

전기 기초

 일반인을 위한 쉬운 설명위주

전기란, 발전소에서 물리적인 힘을 전기적인 힘으로 변화시켜서 즉 물의 힘이나 증기의 힘 바람의힘 등으로 발전기를 회전시켜 얻은 전기를 변압기를 통해서 높은 전압으로 바꾸고 차단기를 통해서 전기를 보내거나 중지시키거나 하여 송전탑을 통하여 도시로 이동시킨다. 이것을 다시 변전소 에서 필요한 전압으로 낮추어서 공장이나 가정으로 전봇대를 통해서 전달하여 필요한 전기제품을 동작시킨다.

이때 각 단계별로 필요에 따라 전압이 높거나 낮은데

765KV (765킬로볼트 = 765,000볼트) 345KV,154KV 등의 특고압전기는 송전선로에 주로 사용되고  154KV,22KV,6.6KV,3.3KV 등은 규모가 큰 공장 등에 사용된다.

440V,380V,220V 는 소규모공장이나 사무실,가정에 사용된다.

결국 전기소비가 클수록 전력(W,와트)이 큰데, 전력은 전압 과 전류가 비례하므로 전압을 높이면 사람이 위험하거나 전기제품의 값이 높아지고 전류를 높이면 즉, 큰 전류를 손실 없이 멀리 보내려면 전선이 굵어야(저항이 작아짐) 하므로 경제성이 떨어진다.

이 문제를 적절하게 잘 반영하여 사람의 접근이 적은 단계(발전송전,배전)에서는 전압을 높이고 전류를 낮추어 경제적인 면을 반영하고  사람이 접촉할 가능성이 높은 공장이나 사무실 가정에서는 전압을 낮추어 안전하게 사용을 하는데 중점을 둔다. 전압을 낮추면 전류가 높아지지만 이미 사용자측에 전기가 왔을 때는 전기제품이 실생활에 필요한 작은 용량(Watt) 이 대부분이므로 각 기기별 전류는 상당히 낮아도 되는 제품이 많다.   

( 교류 1000V 이하를 저압이라하고 1000V 초과는 고압이라 분류한다.

직류는 1500V 이하를 저압이라하고 1500V 초과를 고압이라 분류한다. 

직류.교류관계없이 7KV 초과하면 이상을 특고압이라한다. 아래도표참조  ) 

* 이렇게 변경된 이유는 반도체 산업의 발전에 따라 인버터 등이 개발되면서 이전의 기술기준이 불합리한 점이 반영되어 전압규정을 바꾸게 되었다. 또한 국제기준과 혼동되는 점 을 고려하여 상별 극성 식별 색상도 바뀌게 되었다.

전기소비가 비교적 적은제품에는 단상(전선 2가닥(또는 접지선 포함 3가닥)을 이용하고 220V 가 대표적이다.

전기소비가 비교적 큰 제품은 전류가 높아지므로 큰 굵기의 전선이 필요해지므로 전압을 높히고 변압기 2차에서 3상으로 공급하면 전류는 줄일 수 있고 전력은 높게 공급할 수 있어서 3상 전원을 사용한다.

3상은 L1 L2 L3 (최근 2021년 개정된 KEC 기준에 따르면 예전에 사용하던 R S T 나 U V W 등은 사용하지 않는것으로 되어있다. 하지만 예전에 공급된 전기기기에는 그대로 남아 있으므로 알아둘 필요가 있다) 로 표시되는 전원용 3선과 중성점 N 로 구성 4가닥 을 사용하고 L1 L2 L3 중 한선과 N 에서 단상처럼 220V 를 뽑아 사용하기도한다. 3상은 최소한 380V 의 전압이 나온다고 봐야 하기에 220V 단상회로 보다 전기적 위험이 높다고 봐야한다. 

전기는 세상 여기저기에 존재하는 전자 라는 물질이 이동하면서 힘을 발생하는것을 말하며 전기의 높이.크기를 전압(V, Voltage, Volt)이라 하고  전류(A, Ampare,암페어,Current)는 연속적으로 발휘할 수 있는 세기를 의미하고 전압 x 전류 = 전력(Power, Watt)은 전기의 순간 능력.힘을 말한다. 전력량WH,Watt Hour.KWh(Kilo Watt Hour)은 한시간당 소비하는 전기의 량을 말하며 수도계량기 처럼 소비량을 기준으로 요금을 매기는 기준으로 사용된다.  예 ; 전열기 에 표시가 220V 60Hz 2KW 10A 로 표시된 제품이 있다면,  220볼트 전기에 연결하면 2,000와트의 순간 전력이 소비되고 전류는 최대 10암페어가 흐른다는 의미이다. 이것을 1시간 사용하면 2 Kwh (킬로와트아워)의 전기소비가 발생한다는 의미이다. 따라서 화재없이,즉 전선에 열이나지 않도록 전선을 연결하려면 저압(600V 이하)용 전선중에서 최소한 10A 이상에서 견딜 수 있는 굵기의 전선을 사용해야 한다. 그 이하의 작은전선을 사용하면 전류를 감당할 수 없어 열이나거나 심하면 전선이 녹아서 화재가 난다.  또한 전기 요금은 1Kwh 당 얼마씩 정해지므로 사용시간이 길수록 킬로와트아워가 늘어난 만큼 전기요금을 내게된다.

전기는 가정용의 경우 대부분 단상전기로2개의 전선에 전기제품을 연결하면 전기가 통해서 작동하게 되며, 업무용이나 공장용 등에서 전류가 크거나 전력용량이 크거나 전압이 큰 경우 3상전기를 공급받아 사용한다. 그 이유는 결과적으로 가능하면 전선단면적을 작은크기(용량)으로 사용할 수 있도록 하기위함이다.

·       도체 는 전선내부의 금속 처럼 전기를 잘 통하게하는물질을 말한다. 반대로 전기를 잘 통하지못하도록하는 물질은 부도체 라고 하고 마른나무 플라스틱 비닐 아크릴등이다. 한쪽으로는 흐르고 한쪽으로는 못 흐르도록 방해하는 물질은 반도체라 한다.

·        

·       절연은 도체 사이에 부도체를 넣어서 전류나 열이 통하지 못하게 하는 일. ≒ 전기 절연.

·       전선 ; 도체를 속에 품고 절연체로 둘러쌓아 만든것이 전선이며 용도와 전압.전류에 따라 크고 작은 여러가지 전선(케이블,Cable, 동부스바(Cuper Busbar)이 만들어진다.

·       전선은 대부분 저항이 작은편인 구리를 도체로 사용하지만 필요에 따라 알루미늄이나 합금선이 사용되기도한다.

누전 (漏電),
전기제품이나 전선에서 절연(絕緣)이 불완전하거나 시설이 손상되어 전기가 전깃줄 밖으로 새어 흐르는 현상이나. 또는 그 전류. ≒리크(leak). 를 말한다.
연관 표현 사례 ;¶ 누전으로 화재가 발생하다/누전을 막는 차단기를 설치하다/오래된 건물은 누전으로 인한 화재 발생의 위험이 크다.

·     접지 란 어떠한 문제로 누전이 되었을 때 화재가 나거나 사람이 다치지 않도록 전선이나 전기제품의 한 부분을 땅에 흐르도록 만든 것을 말한다.

전기가 누전이 된다는 말은 전기가 밖으로 샌다는 말이다. 즉 전기제품이나 전선피복 안에서 정상적으로 전기가 흐르지 않고 외부로 전기가 샌다는 의미입니다

·       일반적으로 전기 배선중에 하나가 껍질이 까졌거나 해서 접지가 되는 부분에 닿거나 하면 누전이 된다

·       이런 경우는 누전되는부분에 열이 발생하여 화재가 나거나,불필요한 전기 노출로 전기세가 생각지도 않게 많이 나올 수 있다. 또는 땅으로 바로 흘러야 하는 전기(전류)가 사람의 몸을 통해서 흐르면서 충격으로 다치거나 심장쪽으로 30~50mA(밀리암페어)이상 흐르면 생명을 잃을 수 도 있다.

누전(전기의 비정상적 손실)을 어떻게 확인 할 수 있는가.

• 전기가 눈에 보이는 것은 아니기에 테스터기 없이 확인하는 것은 어렵다.

누전차단기 작동을 확인해 보거나 문제가 있을법한 부분을 눈으로 확인할 수 밖에 없는데. 우리주변에서 누전의 원인은 대략 다음과 같다.

1. 전기제품에서의 누전

 - 세탁기, 냉장고, 가스오븐, 어항등... 기기 내에 분진과 습기로 인한 누전

2. 결빙현상에 의한 누전

 - 겨울철 외기온도와의 차에 의해 발생하는 습기로 인한 누전.

3. 스위치, 콘센트 불량에 의한 누전

 - 노후로 인한 절연불량(분진, 이물질)

 - 습기로 인한 콘센트 절연불량

 - 나사못 조일 때 전선손상

 - 기구 부착시 전선 눌림

 - 조립상태 불량으로 인한 접불성 누전

 - 자가조립설치한 멀티콘센트 전선 눌림에 의한 누전.

4. 제품의 녹발생이니 방수가 되지 않아서 발생하는, 누수로 인한 전기제품이나 등기구등의 침수

5. 전선 손상으로 인한 누전(눈에 보이지 않는 손상이 대부분)

위와 같은 경우가 있으니 확인할 수 있는 부분을 점검해야한다.

측정하는 기구는 테스터 나 메가테스터 등으로 전기가 통하는 부분과 외함이나 대지(땅, 또는 땅과 접촉되는 부분 수도꼭지 쇠기둥 습기가 통하는 바닥등 에 측정하여 기준치 이상의 저항값을 유지하는지 를 확인하면된다.

누전 차단기 ;

누전을 간편하게 테스트 할 수 있기도 하고 만약에 누전이 발생하면 화재나 사람이 다치지 않도록 전기를 끊어주는 장치가 누전 차단기(ELCB,ELB) 이다.   일반적으로 정상적인 회로로 흐르는 전류만 을 제한 차단하는 회로차단기(NFB,MCB,MCCB,)에 누설전류 를 검출하여 일정치 이상이 되면 전기를 끊어주는 장치를 추가하여 만든 제품이다. 가정용 분전반에 회로차단기 중에서 빨간색 버튼이 있는 것이 바로 누전차단기 이고. 이 빨간 버튼을 누르면 일부러 누전된 것처럼 이상전류를 흘려서 스위치가 끊어지는지를 바로 볼 수 있도록 만든 것이다.

기초전기 복습 (자동차 에 사용되는 전기)

자동차를 잘 이해하기 위해서는 전기의 기초를 알고 있어야 한다. 전기의 기초중에 기초를 간단하게 설명한다.

자동차에서의 전기는 엔진이 돌아 가면서 발생하는 회전력을 발전기를 돌려 전기를 만든다. 이때 발생한전기는 직류(DC)이므로 바로 사용하거나 축전지(Battery)에 저장하여 두고 엔진이 꺼져도 사용하도록 되어있다. 대부분의 자동차는 12Volt 이지만 24Volt 인 경우도 있다.

1.전류

도선을 통해 전자가 흐르는 량 을 전류라고 한다.

 ⑴전류의 단위

-전류의 단위는 암페어, 기호로는 A

1A: 도체 단면에 임의의 한 점을 매초 1쿨롱(C)의 전하가 이동할 때의 전류

⑵전류의 3대 작용

발열 작용: 예열 플러그,전열기,전구 등등

화학 작용: 축전지 등등

자기 작용: 전동기,발전기 등등

2.전압

도체에 전류를 흐르게 하는 전기적인 압력을 전압이라 합니다.

⑴전압의 단위

-전압의 단위는 볼트, 기호로는 V

1V: 1옴(Ω)의 도체에 1A의 전류를 흐르게 할 수 있는 전기적인 압력

3.저항

전류가 물질 속을 흐를때 그 흐름을 방해하는 것이 저항입니다.

 ⑴저항의 단위

-저항의 단위는 옴,기호로는 Ω

1Ω: 도체에 1A의 전류를 흐르게 할 때 1V의 전압을 필요로 하는 도체의 저항

 ⑵저항의 종류

·절연 저항: 절연체의 저항

·접촉 저항: 접촉면에서 발생하는 저항

축전지

 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 장치

축전지: (Storage Battery)

쉽게 말하면 충전&방전이 반복되는 것을 축전지=2차전지 라고 하면서 흔히들 배터리 라고들 한다.

⑴축전지의 역할

1.기동 장치의 전기적 부하를 부담

2.발전기 출력과 부하와의 불균형을 조정

3.발전기가 고장날 시 주행을 확보하기 위한 전원작동

⑵축전지의 구비조건

1.축전지의 용량이 클 것

2.소형이고 운반이 편리할 것

3.축전지는 가벼울 것

4.진동에 견딜 수 있을 것

5.축전지의 충전, 검사에 편리한 구조일 것

6.전해액의 누설 방지가 완전할 것

7.전기적 절역이 완전할 것

⑶축전지의 종류

1.납산 축전지: 전해액을 묽은황산으로 사용

(셀당 기전력이 2.1V)

2.알칼리 축전지: 전해액을 알칼리로 사용

(셀당 기전력이 1.2V)

전기 기초 이론

목차

1.  1. 전류

2.  2. 전류의 세기

3.  3. 전류계

4.  4. 전기 기호

5.  5. 전하량(Q)

스탠드의 스위치를 누르면 불이 켜지고, 텔레비전이나 컴퓨터의 전원을 누르면 작동한다. 이것은 스탠드나 텔레비전, 컴퓨터에 연결된 전선을 따라 전류가 흐르기 때문이다.

1. 전류

전하의 흐름을 전류라고 한다. 전류가 흐르는 이유는 전기 회로에서는 전자들이 이동하면서 전하를 운반하기 때문이다.

1) 전류의 방향
전자의 이동 방향과 서로 반대이다.

전류의 방향

• 전자의 이동 방향: 전지의 (-)극 → 전지의 (+)극
• 전류의 방향: 전지의 (+)극 → 전지의 (-)극

※ 전자의 이동 방향과 전류의 방향이 반대인 이유
과학자들은 전자의 존재를 알기 전에 전류의 방향을 (+)극 → (-)극으로 정하였다. 그 후 전류는 전자의 흐름이고, 전자는 (-)극 → (+)극 방향으로 이동한다는 사실이 밝혀졌지만 전류의 방향을 그대로 사용하기로 하였다. 이에 따라 전류의 방향과 전자의 이동 방향이 반대가 된 것이다.

2) 전류의 흐름에 따른 전자의 운동

① 전류가 흐르지 않을 때 전자의 운동
도선 내부에서 전자들이 여러 방향으로 불규칙하게 움직인다.

② 전류가 흐를 때 전자의 운동
도선 내부에서 전자들이 전지의 (-)극에서 (+)극 쪽으로 일제히 이동한다.

2. 전류의 세기

1초 동안 도선의 한 단면을 통과하는 전하의 양

전류의 세기

• 단위: A(암페어), mA(밀리암페어) → 1A=1,000mA
• 1A: 1초 동안 도선의 한 단면을 6.25x10개의 전자가 통과할 때 전류의 세기

3. 전류계

전류의 세기를 측정하는 기구

전류계의 사용법과 눈금 읽기

① 영점 조절: 회로에 연결하기 전 영점 조절 나사로 바늘이 0을 가리키도록 조절한다.
② 회로 연결
• 전기 회로에 직렬로 연결한다.
• 저항이나 전구 없이 전지에 직접 연결하지 않는다.
• (+)단자는 전지의 (+)극 쪽에, (-)단자는 (-)극 쪽에 연결한다.
③ (-)단자 선택: 전류의 세기를 예상할 수 없을 때에는 (-)단자 중 최대 전류값이 가장 큰 단자부터 연결한다.
④ 전류계의 눈금 읽기: 전기 회로에 연결된 (-)단자에 해당하는 눈금을 읽는다.

(-)단자	측정값
① 50mA	25mA
② 500mA	250mA
③ 5A	2.5A

※ 전류계를 잘못 연결할 때 문제
• 회로에 병렬 연결하거나 전지에 직접 연결할 때: 전류계에 너무 센 전류가 흐르게 되어 전류계가 고장날 수 있다.
• (+)단자와 (-)단자를 반대로 연결할 때: 바늘이 0보다 왼쪽으로 회전하여 전류의 세기를 정확히 측정할 수 없다.

4. 전기 기호

전기 기구를 간단한 기호로 나타낸 것

• 전기 회로도
전기 회로를 전기 기호를 사용하여 나타낸 것

전기 회로도

5. 전하량(Q)

도선의 한 지점을 통과하는 전하의 양을 전하량이라고 하며, 단위는 C(쿨롬)을 사용한다.

1) 전하량의 크기
전하량은 전류의 세기가 셀수록, 전류가 흐른 시간이 길수록 크다.

2) 전하량 보존 법칙
전기 회로에 전류가 흐를 때 전하는 새로 생기거나 없어지지 않는다.

① 직렬 연결

직렬 연결의 전기 회로

• 전류의 세기: 전구로 흘러 들어가는 전류의 세기와 전구에서 흘러나오는 전류의 세기는 같다.
→ I=I=I
• 전하량: 전기 기구(전구)를 통과하더라도 전하량은 보존된다.

② 병렬 연결

병렬 연결의 전기 회로

• 전류의 세기: 나누어진 각 도선에 흐르는 전류의 세기의 합은 나누어지기 전 도선에 흐르는 전류의 세기와 같다.
→ I=I+I=I
• 전하량: 회로가 병렬로 나누어지더라도 전하량은 보존된다.

전기 기초 상식(옴의 법칙)

전기라는 것은 양(+), 음(-)의 부호를 가진 두 종류의 전하가 나타내는 여러 가지 자연현상으로써 정전기나 전류 뿐만 아니라 모든 전기현상은 전하에 의해 일어난다. 음의 전하는 전자에 의해서 나타나는데. 그러니까 전자가 움직이면 전기가 발생하는 것이다.

전자는 "-" 에서 "+" 로 이동하지만 회로상에서 전류의 방향은 "+"에서 "-"로 흐른다고 약속하고 있다. 그 이유는 전자가 발견되기 전에 과학자들이 전기의 흐름을 +에서 -로 보았기 때문이다.

그런데 전자를 움직이게 하는 힘(기전력)은 '전위차'에 의해서 생긴다. 마치 물이 흐르려면 높이의 차이가 있어야 하거나 모터로 압력을 가해서 물을 돌리는 것처럼 전기적인 힘의 차이가 있어야 전기의 흐름이 생기게 된다는 것이다. 이러한 전위차를 우리는 전압이라고 부른다. 전압이 높으면 이동하는 전하가 많고 전압이 낮으면 이동하는 전하의 양이 적다.

이동하는 전하가 적으면 전류가 약하고 이동하는 전하가 많으면 전류가 세어진다. 1초 동안에 얼마만큼의 전하가 도선을 따라 이동하느냐에 따라서 전류의 세기를 정한다. 전류의 단위는 A(암페어)를 사용하는데, 1A는 1초 동안 1C(쿨롱)의 전하가 이동하는 양 이다.

전류가 흐르는 것을 방해하는 힘을 저항이라고 한다(옴의 법칙에서의 정의는 이와는 다른 의미가 있지만...) 저항은 도선의 길이와 굵기와 상관이 있으며, 흐르는 전류의 세기와 전압에도 관계 있다.

전류의 세기는 전압에 비례하고, 저항에 반비례의 관계에 있다. 이러한 전류, 전압, 저항의 상관관계를 나타내는 법칙이 '옴의 법칙' 이다.

물체의 비저항값

전기가 도선에 흐르는 것을 방해하는 힘을 저항이라고 하였는데, 저항은 도선의 길이와 굵기와도 상관이 있다.

이는 전자가 도선을 따라 이동할 때 원자핵이 전자의 흐름을 방해하는 장애물이 되어 전자가 만나는 원자핵이 많을수록 흐름에 방해를 더 받게 되어서 저항이 커지게 되는 것이다.

따라서 저항은 도선의 길이에 비례하고 단면적에 반비례하게 됩니다. 이것을 식으로 나타내면 아래와 같다.

이러한 물질의 고유한 전기 저항도를 '비저항'이라고 하며 저항값(R)을 알고 단면적과 길이를 알면 물체의 비저항을 계산할 수 있다.

이러한 비저항은 단위 단면적(1㎡)당 단위 길이(1m)를 기준으로 하여 측정한 저항으로 정의를 하고 있다.

중요한 물질의 비저항 값은 아래의 표와 같다.

도체는 이 비저항 값이 작아서 전기가 잘 통하고 부도체는 비저항값이 커서 전기가 잘 통하지 않는다고 말할 수 있다.

위의 표로 알 수 있듯이 금속 중에서 가장 전기가 잘 통하는 것은 '은' 이다.

그런데 전기선으로 은을 사용하지않고 구리를 주로 사용하는 이유는 무엇일까?

네~, 당연히 비싸니까!

반도체의 비저항 값은 도체와 부도체의 중간정도가 된다.

전기상식

단상(單相-single phase)인가 삼상(三相-three phase)인가?

일반인으로부터 문의 받는 것 중 가장 많은 것은 “전기를 새로 신청하려는데 단상으로 할까요? 기왕 하는 것 3상 동력으로 할까요?” 라거나 “새로 구입하는 장비를 단상용으로 살까요? 삼상용으로 살까요?”라는 물음이다.

이것에 대한 대답은 뒤로 미루고 우선 단상과 삼상을 구분해 보자.

이후의 글에서 단상은 220V를, 삼상은 380V(정확히는 3상4선식 380/220V이다)를 말하며 사용전압 대부분이 교류(Alternating Current - A.C)이므로 직류(Direct Current - D.C)에 관하여는 별도로 파악할필요가있다..

또한 단상은 “주택용 전기”, 삼상은 “일반용 전기”로 통일하여 설명할 것이나 드물게 주택용으로 삼상을 사용하고(절차가 까다롭다), 일반용으로 단상을 사용하는 경우도 있다.

1. 단상과 삼상

a. 단상의 파형 b. 삼상의 파형

fig 1-1 단상과 삼상의 파형

단상과 삼상의 차이를 그림으로 나타낸 것이다. 위 그림에서처럼 단상은 상이 하나이고 삼상은 상이 세 개이다.

그림에서 V로 표시된 y축은 전압을 나타내며 t로 표시된 x축은 시간을 나타낸다.

교류220V 60Hz는 그림처럼 +220V와 -220V를 1초간에 60번 반복하는 특성을 가진다. 이러한 특성 때문에 교류에서는 +,- 라는 설명은 무의미하며 "N"상과의 구별을 위해 ‘전원선’ , ‘중성선’ 정도의 용어를 사용하고 있다.

반면에 “직류”란 시간에 따른 전압의 변화가 없으므로 주파수라는 개념은 없다. 국내 공급되는 전기는 전압의 차이는 있지만 주파수는 공히 60Hz이며 D.C전압은 아직은 공급되지 않는다.

상(相 - phase)에 대한 개념이나 세세한 설명은 제외하고라도 눈에 보이지 않는 전기(교류)를 그림으로 그린다면 위와 같은 모양인 것이다.

약간 더 실제적인 모양을 보자.

fig 1-2 교류 3상4선식 380/220V의 결선(Y 결선)과 4극 차단기

위 그림은 일반적인 주택이나 상가, 빌딩 등에서 사용하는 3상4선식 380/220V전원의 실제 결선도이다. 상(相)이 3개라 함은 a와b, b와c 그리고 c와a 이렇게 세 개의 상을 말한다. 380V 단상이 3개인 것이다. 하지만 380V 단상을 하나만 사용할 일은 거의 없다.

그림에서 보이는 중앙점에서 시작되는 점선(중성선)을 유의해서 보자.

N이라고 표기된 이 선은 중성선(Neutral line)이다. 바로 이 선과 380V 의 3선 중 어느 한선과 같이 사용하면 단상(單相) 220V가 되는 것이다.

각 상 전원인 a,b,c 선은 바로 옆 그림인 4극 차단기의 좌측부터 세 번째 단자까지 순서 없이 접속하며 중성선인 N선은 차단기 우측의 “N"이라고 표시된 단자에 접속한다. 차단기 2차 배선시 a,b,c 세 선중 한선과 N선 단자에서 전원을 인출한다면 단상 220V를 사용할 수 있으며 a,b,c 세선만을 사용한다면 3상 380V를 사용할 수 있다.

2. 특징과 장,단점

2-1 단상(單相)의 특징

fig 2-1 단상전원과 2극 차단기

위 그림처럼 단상 220V는 하나의 상에서 한 종류의 전압만 사용할 수 있다. 이제는 110V 전압이 사라졌으니 우리나라의 단상전압은 220V로 한 종류만 있는 것이다. 차단기 또한 2극 차단기를 사용하며 순서 없이 단자에 접속하여 사용한다.

주변에서 늘 쓰이는 단상 220V도 특별한 경우가 아니라면 3상4선식 380/220V에서 220V만 인출하여 사용하는것이라 생각하면 된다.

단상 220V전압의 가장 큰 장점은 주변에서 쉽게 구할 수 있다는 것이다. 집이나 사무실뿐 아니라 공공장소, 학교 등 급하게 사용할 때 쉽게 찾을 수 있다. 또한 사용설비가 간단해서 삼상에 비해 적은 비용으로 전기에너지를 사용할 수 있다.

반면에 상(相)이 하나이므로 회전자계라는 것이 없고, 이로 인하여 전동기 운전시 콘덴서 등 별도의 기동장치가 필요하다. 이 콘덴서는 오직 단상 전동기의 기동만을 위해 필요하며 일단 기동이 되면 회전하는 전동기의 원심력에 의해서 콘덴서는 저절로 분리된다.

단상전원은 삼 상에 비하여 효율이 낮으므로 설비가 중,대형화로 갈수록 사용이 줄어들며 중,대형의 설비는 아예 단상전원을 사용할 수 없도록 제작된다.

2-2 삼상(三相)의 특징

fig 2-2 삼상전원의 위상차

fig 1-1의 b와 1-2외에 다른 방법으로 삼상전원을 그릴 수 있는데 그것은 위 그림과 같은 벡터도이다.

전압(電壓)은 크기와 방향이 있는 벡터(vector)이다. 그림처럼 세 개의 벡터는 각각 같은 크기로 120˚씩 차이가 있다. 이것을 위상차(phase difference, 位相差)라 하며 이 위상차를 이용한 회전자계(回轉磁界)는 전동기의 회전을 가능하게 해주는 위대한 원리이다. 다소 어려운 내용이지만 ‘전동기의 회전원리’라고 가볍게 생각하자.

생소한 용어들은 제쳐두고 쉽게 말한다면

“3상전원은 3개의 전원이 있다는 말이고, 이 3개의 전원이 순차적으로 아주 빠르게 회전한다. 이 회전은 전동기 내부에서 초등학교때 배운 페러데이의 법칙과 플레밍의 왼손법칙등의 조합으로 축을 돌리는 것이다” 라고 설명 할 수 있다.

이로 인해 3상 전동기는 구조가 단순하며(기동용 콘덴서가 필요 없다) 내구성이 뛰어나고 소용량 에서부터 대용량까지 제작이 가능하다. 또한 3상전원은 단상에 비하여 효율이 높아서 농업용, 산업용이나 대형 시설물에서 많이 사용한다.

하지만 시설비가 많이 들고 상대적으로 높은 전압에 대한 위험요소 등은 단상전원에 비하여는 단점이라 할 수 있다.

2-3. 몇 가지 고려사항들

2-3-1 공급요건

전기를 공급받기 위해서는 한국전력공사(이하 한전)에 신청을 해야 한다. 이 과정에서 한전에서는 사용목적, 규모 그리고 그 지역의 배전선로 상황 등, 여러 가지의 조건을 검토한 뒤 한전의 ‘전기공급약관’에 의해 전기를 공급한다. 만약 산골 한적한 곳에 집을 지었으나 200M 내에 전주가 없다면 거리에 따라 많게는 수 백 만원이 넘는 시설비를 한전에 납부해야 하며 순수 주거용 주택에 살면서 3kW를 초과하거나 삼상전기를 사용하기는 어렵다.

유흥상가나 판매점에서 요금이 저렴한 산업용의 전기를 사용 할 수 없으며 농업용, 교육용, 산업용등 특수목적의 전기를 신청당시의 목적에 위배되게 사용 하는 것은 위법한 일이다.

전기를 새로 신청하거나 현재사용중인 전기의 용량증설 또는 계약종별(주택용, 일반용, 산업용등의)의 변경이 필요하다면 먼저 한전에 문의하는 것이 나은 방법이다.

여러 가지 경우의 수를 정확하게 문의하여 답변을 듣고 시행에 옮기자. 지금당장 국번없이 123번으로 전화한다면 한전담당자가 친절하게 상담해줄 것이다.

2-3-2 경제성

많은 사람들이 하는 오해 중 “삼상이 단상보다 경제적이다. 싸다..”는 말이 있다.

전기요금은 전기사용량에 따라 부과된다. 그래서 문 앞에는 잘 보이는 곳에 전기계량기가 있고(계량기는 한전의 재산이다. 훼손하면 위법이다.) 매 달 검침원이 다녀가서 요금을 계산하여 부과하는 것이다. 요즘은 유,무선통신으로 원격검침을 하는 곳이 많아졌지만 아직 주택이나 아파트에는 둥근 원판이 빙빙 도는 계량기도 가끔 남아 있다.

이 원판은 그유명한 "아라고의 원판"의원리로 제작된 것이며 전기의 사용량이 많아지면 그 속도가 빨라지고 사용량이 적어지면 느려진다.

전기의 사용량은 가전제품이나 장비의 용량이 결정한다. 정격이 3마력인 전동기는 220V용이라면 220V에서 3마력의 힘을 내며 380V용은 380V에서 3마력의 힘을 낸다. 같은 3마력의 일을 했으니 계량기는 같은 양만큼 적산을 한다. 단지 검침원이 기록해간 월간 사용량을 요금으로 환산하는 과정 중에 계약종별에 따라 각각 다른 요금을 적용하는 것이다.

o 효율

삼상380V는 단상220V보다 효율이 좋다. 하지만 전원전압에 의한 효율만을 요금과 결부시켜 계산한다면 수 kW 내외의 환경에서는 무시 할 수 있을 정도이다.

o 사용전선의 차이

삼상380V를 사용한다면 단상220V를 사용할 때보다 확실히 더 가는 전선의 사용이 가 능하다. 이것은 전압이 높으면 전류가 작아진다는 공식 (전력=전압x전류)과, 전선의 규 격은 통과하는 전류량에 의하여 결정된다는 원리에 의해서이다. 하지만 상대적으로 높 은 전압에 대한 위험의 감수가 동반되기도 한다.

보통 소규모 작업장이나 공방이라면 전압에 따른 전선구매비용의 차이는 시설비에 비한다면 큰 차이가 없다.

o 계약종별의 차이

- 대부분 요금의 차이는 계약종별의 차이에서 나온다. 주택용은 누진요금제 때문에 잘 못 하다가는 큰 낭패를 볼 수 있으나 전기소비량이 많지 않다면 가장 경제적이다.

- 일반용전기는 3상380V를 공급 받을 수 있으나 전기소비량이 어느정도 많아져야 주택 용보다 경제적으로 운용될 수 있다.

- 보통 350~380kWh 쯤에서 주택용과 일반용전기의 경제성이 교차된다. 즉 월 350kWh 이하의 전기사용은 주택용이 싸고, 380kWh 이상은 일반용이 더 싸다.

- 소규모라도 제조업의 사업자등록증이 있다면 산업용전기를 쓸 수 있으며, 제조업 활성 화정책의 일환으로 산업용은 일반용이나 주택용보다 많이 저렴한 편이다.

- 결국 삼상380V가 더 경제적이다는 말은 계약종별과 사용량에 따른 차이이지 전압에 의한 차이는 아니라는 말이다. 또한 사용량이 적다면 오히려 비경제적이기까지 하다.

2-3-3 계약용량

계약용량이 몇 kW이다 라는 말은 동시에 사용할 수 있는 전력량을 말한다.

만약 계약용량이 5kW라면 동시에 기동시킬 수 있는 장비의 용량이 5kW를 초과하지 않는 것이 좋겠다. 전주에서 집까지 연결되어 있는 전선이나 집안의 차단기등은 5kW에 맞추어서 시설되어있기 때문이다.

계약용량에 비하여 전기의 사용량이 과다한 경우라면 한전에서 용량의 변경을 요구할 것이다.

o 주택용이라면 대부분이 가구당 3kW로 계약되어 있으며 더 이상의 증설은 어렵다.

o 계약용량 x 450시간 = 월간 사용할 수 있는 최대의 전기사용량이다.

o 450시간 초과 사용량에는 계약종별 요금단가의 2.5배가 적용되며 한전에서 계약전력증 설통보를 받게된다.

o 계약용량이 3kW이하인 경우에는 일반용 삼상380V라도 주택용 전기요금이 적용된다.

o 일반용에서 계약용량은 기본요금의 차이이다. 월평균 사용량을 확인해 보고 불필요한 용 량은 줄이는 것이 바람직하다.

3. 단상인가 삼상인가?

현재 자신이 작업하는 공간의 전기상황이 어떤지 살펴보자. 아파트 베란다나 주택의 창고등에서 작업한다면 틀림없는 단상220V일 것이다.

만약 상가의 지하나 농장 뒷 뜰 ,공장구석의 조그만 공간이라면 삼상380V(정확히는 3상4선식 380/220V)일 경우가 더 많을 것이다.

단상인가 삼상인가의 문제는 공구나 장비의 구입 시 선택의 폭에 직접 관계된다. 말 할 것도 없이 삼상 일 때 선택의 폭은 훨씬 넓어지며 만족도도 높다.

목공을 위한 작업장을 새로이 마련할 때, 전기까지 새로 신청하여야 한다면 삼상전기를 신청하라고 추천하고 싶다. 하지만 이미 사용 중인 전기라면 공급방식(단상, 삼상)의 변경은 새로운 비용의 발생을 불러오므로 별로 추천할 만 하지는 않다.

국내 공급되는 전기는 그 품질이 아주 우수한 편이라고 한다. 전압의 변동률, 정전시간, 정전횟수, 정전의 복구시간 등을 다 고려한 결과이다. 또한 전기요금도 외국에 비해서 아주 싼 편이라고 한다. 싸고 질 좋은 제품을 공급받는 것이다. 우리는 여기에 ‘안전하게’ 사용하기 위한 노력만 하면 된다.

첫째는 안전이고 그 후에 경제적으로 사용할 수 있는 방법을 찾아보는 것이 올바른 순서일 것 같다.

지금 주위를 둘러보아 작업환경이 안전한지 다시 한 번 점검하고 작업을 시작하자.