상 불평형은 왜 생기고 어떻게 줄이나요?

핵심 답변

상 불평형은 대부분 조명·콘센트·에어컨 같은 단상 부하가 세 상에 고르게 나뉘지 않아서 생깁니다. 처음에는 고르게 나눴어도 부하를 늘리거나 운전 시간대가 달라지면서 특정 상만 무거워지고, 3상 기기의 고장이나 공급 전압 자체의 불평형도 원인이 됩니다. 줄이려면 같은 시간대에 상별 전류를 재서 무거운 상을 찾고, 그 상의 단상 부하를 가벼운 상으로 옮기는 것이 기본입니다. 부하를 옮기는 작업은 정전 상태에서 자격자가 합니다.

원리 이해 — 전류 불평형과 전압 불평형

전류 불평형은 상마다 흐르는 전류 크기가 다른 상태입니다. 단상 부하를 많이 쓰는 건물에서는 어느 정도 생기는 것이 정상이며 법정 한계가 따로 있지 않습니다. 다만 무거운 상의 차단기·전선·변압기 권선이 먼저 한계에 다가가고, 3상 4선식에서는 그 차이만큼 중성선 전류가 늘어납니다.

전압 불평형은 다상 계통에서 상전압의 크기나 상 사이의 위상차가 서로 같지 않은 상태를 말합니다^[3]. 3상 전동기에는 전압 불평형이 더 문제입니다. 전압 불평형이 몇 % 수준이어도 전동기 전류 불평형은 그 몇 배로 커지고 온도가 올라가며, 미국 전동기 규격(NEMA MG 1)은 불평형 계통에서 전동기 출력을 낮춰 쓰도록 권고하고 5%를 넘는 불평형에서의 운전은 권하지 않는다고 소개됩니다^[4].

왜 생기나

왜 줄여야 하나

• 중성선 과열: 불평형분이 중성선으로 돌아와 중성선과 단자가 뜨거워질 수 있습니다. KEC 232.5.4는 불평형으로 중성선에 전류가 흐르는 다심케이블의 중성선 굵기를 가장 큰 선전류에 맞추도록 합니다^[2].
• 무거운 상의 과부하: 전체 용량에는 여유가 있어도 한 상의 차단기가 먼저 떨어지거나 변압기 한 권선이 과열될 수 있습니다.
• 전동기 발열: 전압 불평형은 3상 전동기 온도를 올립니다^[4]. 3상 전동기처럼 한 상만 끊기면 위험한 기기는 그에 대한 보호 조치가 필요합니다(KEC 212.2.1)^[2].
• 공급 약관상 의무: 한전 기본공급약관 제39조는 각 상간 부하가 현저하게 평형을 잃어 다른 고객의 전기 사용을 방해하거나 한전 설비에 지장을 줄 우려가 있으면 고객 부담으로 한전이 인정하는 조정장치나 보호장치를 설치하도록 정하고 있습니다^[1].

줄이는 순서

1. 관리자 같은 시간대에 L1·L2·L3 전류를 기록합니다. 한 번이 아니라 부하가 많은 시간과 적은 시간을 나눠 봅니다. 패널 안 측정은 자격자가 합니다.
2. 관리자 불평형률을 계산하고 가장 무거운 상과 가벼운 상을 찾습니다.
3. 관리자 분전반 회로표로 무거운 상에 연결된 큰 단상 부하(에어컨·전열기·조명 간선 등)를 정리하고, 옮길 후보와 옮길 상을 정합니다.
4. 자격자 정전 후 회로의 상 연결을 바꾸고, 다시 같은 조건에서 상별 전류를 측정해 효과를 확인합니다.
5. 자격자 3상 기기의 세 상 전류가 서로 다르면 기기 단자·권선·접속부를 점검하고, 선간전압 자체가 불평형이면 변압기와 공급 측을 확인합니다.

대책

• 부하 재배분: 무거운 상의 단상 부하를 가벼운 상으로 옮깁니다.
• 증설 규칙: 새 단상 부하는 그 시점에 가장 가벼운 상에 연결하도록 회로표에 기록해 둡니다.
• 운전 시간 분산: 같은 상의 큰 부하가 동시에 켜지지 않도록 운전 일정을 조정합니다.
• 3상 기기 선택: 큰 단상 부하는 가능하면 3상 기기로 바꾸는 것을 검토합니다.

하지 말아야 할 것

• 통전 상태에서 회로의 상 연결을 바꾸지 마세요.
• 한 번의 측정값만 보고 부하를 옮기지 마세요. 시간대에 따라 무거운 상이 바뀔 수 있습니다.
• 불평형을 줄이겠다고 중성선을 접지선에 연결하지 마세요.

관련 기준과 근거

• 한전 기본공급약관 제39조 전기사용에 따른 보호장치 등의 시설^[1]
• KEC 212.2.1 선도체의 보호(단상 차단이 위험한 3상 전동기 등의 보호 조치), 232.5.4 통전도체의 수 제2항(불평형 시 중성선 굵기)^[2]

계산이 필요하면

불평형률(%) = 평균과의 최대 편차 ÷ 평균 × 100. 세 상 값만 넣으면 계산기가 바로 구합니다.

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