단상 3선식

[thumb|right|upright|3선식 [중간탭|센터탭 "분할상" 2차측을 갖춘 전주 장착형 단상 변압기. 3개의 2차측 단자 중 중간탭은 짧은 스트랩을 통해 변압기 케이스와 함께 접지되어 있다.]]

**단상 3선식**(, 또는 )은 단상 전력 배전의 한 형태이다. 이는 에디슨 머신 워크스가 개발한 원래의 3선식 직류 시스템에 대응하는 교류 방식이다. 단상 3선식 배전의 주요 장점은 주어진 전력 용량에 대해 2선식 단상 시스템보다 도체 재료가 적게 든다는 것이다.

단상 3선식 배전은 북미에서 주거용 및 경공업용 서비스로 널리 사용된다. 일반적인 설치 방식은 중성선과 함께 서로 180도 위상 차이가 나는(중성선 기준) 두 개의  교류 라인을 공급한다. 중성선은 변압기의 중간탭에서 접지에 연결된다.

북미에서 조명 및 소형 가전을 위한 표준 가정용 회로는 한 라인과 중성선 사이에 연결되어 를 제공한다. 오븐, 건조기 또는 온수기와 같이 수요가 높은 가전제품은 두 개의  라인 사이에 연결된  회로로 구동된다. 이러한  부하는 직접 배선되거나  콘센트와 호환되지 않도록 설계된 전용 콘센트를 사용한다.

단상 3선식 시스템은 전기 충격의 위험을 줄이거나 전자기 노이즈를 최소화하기 위해 일부 특수 용도에서도 사용된다.

## 연결
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3선식 배전 시스템에 전력을 공급하는 변압기는 단상 입력(1차) 권선을 갖는다. 출력(2차) 권선은 접지된 중성선에 연결된 중간탭을 갖는다. 에 나타난 것처럼, 양 끝단에서 중앙까지의 전압은 양 끝단 사이 전압의 절반이다. 는 단상 3선식 변압기의 출력 전압에 대한 페이저 도면을 보여준다. 두 페이저가 회전 자기장을 위한 고유한 회전 방향을 정의하지 않기 때문에, 분할된 단상은 2상전력 시스템이 아니다.

미국과 캐나다에서 이 관행은 토머스 에디슨이 개발한 직류 배전 시스템에서 기원했다. 동일한 회로에 전구 쌍이나 전구 그룹을 직렬로 연결하고 공급 전압을 두 배로 늘림으로써 도체의 크기를 실질적으로 줄였다. 서로 다른 부하를 가진 두 개의 회로가 있을 때, 각 회로의 공통선을 공급 전압의 중간탭으로 귀환하는 단일 도체로 교체할 수 있으며, 이는 부하가 켜지고 꺼질 때 발생하는 변화로부터 분기 회로 전압을 안정화한다. 중성선에 흐르는 전류는 한 부하 그룹에서 다른 부하 그룹으로 흐르는 전류의 불균형분뿐이다. 이 배치는 도체의 수를 4개에서 3개로 줄여 노동력과 재료비를 크게 절감한다.

선간-중성선 전압은 선간-선간 전압의 절반이다. 조명 및 소형 가전은 선로와 중성선 사이에 연결될 수 있다. 조리 기구, 공간 가열, 온수기, 빨래 건조기, 에어컨 및 전기차 충전 장비와 같은 고출력 가전제품은 두 개의 선로 도체에 연결된다. 이는 동일한 양의 전력을 공급할 때 전류가 절반으로 줄어듦을 의미한다. 가전제품이 더 낮은 전압으로 공급되도록 설계되었을 때 필요한 것보다 더 작은 도체를 사용할 수 있다.

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부하가 평형을 이룬다고 보장되면(각 선로에서 동일한 전류가 인출됨), 중성선에는 전류가 흐르지 않으며 시스템은 선로 전선이 절반의 전류를 취하는 두 배 전압의 단일 종단 시스템과 동일해진다. 이 경우 중성선이 전혀 필요하지 않겠지만, 변동하는 부하에 대해서는 비실용적이다. 단순히 그룹을 직렬로 연결하면 전구가 켜지고 꺼짐에 따라 과도한 전압 및 밝기 변화가 발생하기 때문이다.

두 전구 그룹을 두 활선 사이의 전위 중간에 있는 중성선에 연결함으로써, 부하의 불평형은 중성선의 전류에 의해 공급되어 두 그룹 모두에 실질적으로 일정한 전압을 제공한다. 세 전선(중성선 포함) 모두에 흐르는 총 전류는 항상 가장 부하가 많이 걸린 쪽 공급 전류의 두 배가 된다.

도체 전류 용량에 의해 제한되는 짧은 배선 구간의 경우, 이는 두 개의 전체 크기 도체를 세 개의 절반 크기 도체로 대체할 수 있게 하여, 동일한 단상 시스템의 구리 사용량의 75%를 사용한다.

긴 배선 구간은 도체의 허용 전압 강하 제한에 의해 제한된다. 공급 전압이 두 배가 되기 때문에, 평형 부하는 두 배의 전압 강하를 견딜 수 있어 1/4 크기의 도체를 사용할 수 있다. 이는 동일한 단상 시스템 구리 사용량의 3/8을 사용한다.

실제로는 일부 중간값이 선택된다. 예를 들어, 불평형이 절대적인 최악의 경우인 50%가 아니라 전체 부하의 25%(한쪽 절반의 절반)로 제한된다면, 단상 크기의 3/8인 도체는 동일한 최대 전압 강하를 보장하며, 이는 단상 도체 하나의 9/8, 즉 두 개의 단상 도체 구리 사용량의 56%에 해당한다.

## 평형 전원
이른바 평형 전원 시스템(때때로 "기술 전원"이라고 함)에서는 중간탭이 있는 절연 변압기를 사용하여 접지에 대해 평형 전압을 가진 도체로 별도의 공급 장치를 만든다. 평형 전원 시스템의 목적은 전원 공급 장치에서 민감한 장비로 결합되는 노이즈를 최소화하는 것이다.

3선식 배전 시스템과 달리 접지된 중성선은 부하로 배전되지 않으며, 의 선간 연결만 사용된다. 평형 전원 시스템은 오디오 및 비디오 제작 스튜디오, 음향 및 텔레비전 방송, 민감한 과학 장비 설치를 위한 특수 배전에만 사용된다.

미국 미국 전기 공사 규정(또는 국가 전기 규정)은 기술 전원 설치에 관한 규칙을 제공한다. 이 시스템은 일반 용도의 조명이나 기타 장비에 사용되어서는 안 되며, 승인된 장비만 시스템에 연결되도록 특수 소켓을 사용할 수 있다. 또한 기술 전원 시스템은 배전 시스템의 접지 방식에 특별한 주의를 기울인다.

같은 방에 "일반" 전원도 사용하는 설치 환경에서 평형 전원 시스템을 사용할 때의 위험은, 사용자가 오디오 또는 비디오 장비의 중간 시스템을 통해 실수로 전원 시스템들을 서로 연결할 수 있다는 점이다. 이 장비의 요소들은 서로 다른 전원 시스템에 연결될 수 있다. 이러한 일이 발생할 가능성은 평형 전원 콘센트에 적절한 라벨을 부착하고, 일반 전원 시스템과 물리적으로 다른 유형의 전원 콘센트 소켓을 사용하여 더 차별화함으로써 줄일 수 있다.

## 응용
### 유럽
유럽에서는 3상전력 230/400&nbsp;V가 가장 흔히 사용된다. 그러나 B1이라 불리는 중단된 130/225&nbsp;V, 3선식, 2상전력 시스템은 3상전력 고전압 도체 중 두 개만 사용될 때 작은 주택 그룹의 오래된 설비를 가동하는 데 사용된다. 유럽의 위상차는 3상 전류와 마찬가지로 120°이다. 그래서 로 계산한다. 그 후 3상 최종 강압 변압기가 사용된다. 한 집은 A상과 B상을 받고, 다음 집은 B상과 C상을 받으며, 세 번째 집은 A상과 C상을 받는다. 농장과 같은 일부 설비(특히 이후에 3상으로 업그레이드되지 않은 곳)는 동일한 소비자에게 두 상이 모두 공급될 수 있다. 대개 일반적인 3상 계량기의 선택된 두 상을 통해 계량되지만, 이 두 상은 미국에서와 같이 더 높은 전압을 제공하기 위해서가 아니라 항상 개별적으로만 사용된다. 그럼에도 불구하고 단일 공급 장치가 설비에 충분한 전력을 제공할 수 없는 상황에서 도움이 된다.

영국에서는 대규모 건설 및 철거 현장의 전기 도구와 휴대용 조명이 의 규제를 받으며, 가능한 경우 활선 도체와 대지 사이에 55&nbsp;V만 흐르는 중간탭 시스템(이른바 CTE 또는 centre-tap earth, 또는 55–0–55)에서 전원을 공급받도록 권장된다. 이 감소된 저전압 시스템은 110&nbsp;V 장비와 함께 사용된다. 중성선은 배전되지 않는다. 위험도가 높은 장소에서는 추가적인 2극 누전 차단기(RCD) 보호 기능이 사용될 수 있다. 이는 젖어 있거나 실외인 건설 현장에서 전기 장비를 사용할 때 발생할 수 있는 충격 위험을 줄이고, 고장 시 충격 방지를 위한 신속한 자동 차단 요구 사항을 제거하기 위함이다. 단상 240&nbsp;V를 이 110&nbsp;V 단상 3선식 시스템으로 변환하는 휴대용 변압기는 일반적인 건설 장비이다. 건설 현장에 사용되는 발전기 세트는 이를 직접 공급할 수 있도록 갖춰져 있다. 그러나 대규모 농장에는 230–0–230(공칭) 공급이 제공될 수 있다.

부수적인 이점은 이러한 시스템에 사용되는 110&nbsp;V 백열등의 필라멘트가 240&nbsp;V 램프보다 더 두껍고 기계적으로 더 튼튼하다는 것이다.

### 북미
이 3선식 단상 시스템은 북미의 주거용 및 경공업 응용 분야에서 흔하다. 회로 차단기 패널은 일반적으로 두 개의 활선과 하나의 중성선을 가지며, 지역 변압기의 접지된 중간탭에 한 지점에서 연결된다. 보통 활선 중 하나는 검은색이고 다른 하나는 빨간색이며, 중성선은 항상 흰색 또는 회색이다. 단극 회로 차단기는 패널 내의  버스 중 하나에서  회로에 전원을 공급하고, 2극 회로 차단기는 두 버스 모두에서  회로에 전원을 공급한다.  회로가 가장 일반적이며, (비접지) 및 (접지) 콘센트와 대부분의 주거용 및 경공업용 직접 배선 조명 회로에 전원을 공급하는 데 사용된다.  회로는 에어컨, 공간 히터, 전기레인지, 전기 빨래 건조기, 온수기 및 전기차 충전소와 같이 수요가 높은 응용 분야에 사용된다. 이들은  플러그를 수용하지 않는 (구식) 또는 (현대식) 콘센트를 사용한다.

배선 규정은 공유 중성선이 과전류로부터 보호될 수 있도록 단상 3선식 회로의 적용을 관리한다. 중성선은 공급 시스템의 반대편 라인에서 공급되는 두 회로에 의해서만 공유될 수 있으며, 두 회로가 동시에 차단되도록 바로 연결된 회로 차단기를 사용해야 한다( NEC 210.4). 이는 가  회로를 가로질러 공급되는 것을 방지한다.

## 철도
스웨덴의 철도 전력 공급 시스템에서는 일부 철도에서 단상 3선식 전력도 사용된다. 중간탭은 접지되고 한 극은 가공 전선 섹션에 공급되는 반면, 다른 전선은 다른 섹션에 사용된다.

단상 3선식 배전은 뉴욕과 보스턴 사이의 노스이스트 코리더에 있는 암트랙의  견인 전력 시스템에서 사용된다. 두 개의 별도 전선이 궤도를 따라 이어지는데, 하나는 기관차용 전차선이고 다른 하나는 전기적으로 분리된 급전선이다. 각 전선은 접지에 대해 25&nbsp;kV로 공급되며, 전선 사이에는 50&nbsp;kV가 걸린다. 궤도를 따라 설치된 단권변압기는 전차선과 급전선 사이의 부하를 조절하여 저항 손실을 줄인다.

## 같이 보기
* 공유 중성선

## 각주


분류:전동기
분류:배전
분류:교류 전력