결선

3상 결선의 핵심은 '코일 3개를 어떻게 묶느냐'다. Y(스타)결선은 세 코일의 한쪽 끝을 한 점(중성점)에 모으고 반대쪽 3단자에 R·S·T를 넣는 방식이다. 델타(△)결선은 세 코일을 머리-꼬리로 이어 삼각형 폐회로를 만들고 각 꼭짓점에 R·S·T를 넣는다.

Y결선에서는 각 코일(상)에 걸리는 전압(상전압 Vph)이 선간전압(VL)의 1/√3로 낮고, 선전류는 상전류와 같다. 즉 VL = √3 · Vph, IL = Iph 이다. 예를 들어 선간 380V Y결선이면 코일 한 개에는 380÷√3 ≈ 220V만 걸린다.

델타결선에서는 각 코일에 선간전압이 그대로 걸리고(Vph = VL), 선전류는 상전류의 √3배다. 즉 VL = Vph, IL = √3 · Iph 이다. 따라서 '동일한 선간전압을 인가한다'는 전제 아래에서는 델타로 묶을 때 코일에 걸리는 전압이 Y의 √3배가 되어, 같은 코일이라도 자속·토크가 커진다. 이 '델타가 토크가 크다'는 비교는 반드시 '같은 선간전압을 걸 때'에만 성립하는 것이며, 결선만 바꾼다고 무조건 토크가 커지는 것은 아님에 유의해야 한다.

명판에 220/380, △/Y 로 표기된 6선 모터는 '낮은 쪽 전압(220V) 계통에는 델타, 높은 쪽 전압(380V) 계통에는 Y'로 묶도록 설계돼 있다. 이때 핵심은 토크를 키우려는 것이 아니라, 어느 계통에서든 코일(상)에 항상 동일한 정격 상전압(여기서는 220V)이 걸리게 하는 것이다.

220V 계통에 델타로 묶으면 코일에 선간전압 220V가 그대로 걸리고, 380V 계통에 Y로 묶으면 코일에 380÷√3 ≈ 220V가 걸린다. 결국 두 경우 모두 코일 상전압은 220V로 같으므로, 자속·토크 등 운전 특성은 동일해진다. 즉 명판 모터에서 Y와 델타는 '계통전압에 맞춰 코일 정격전압을 맞추는 선택'이지, 토크를 다르게 하려는 선택이 아니다.

앞 절의 '델타가 토크가 크다'는 비교(동일 선간전압 전제)와 이 명판 설명은 전제가 서로 다르므로 혼동하면 안 된다. 공급전압과 결선을 잘못 맞추면(예: 220V용 델타 결선 상태로 380V를 직접 인가) 코일에 정격의 √3배 전압이 걸려 과여자·소손되므로, 반드시 명판 표기 전압과 실제 공급전압을 확인해 결선을 선택해야 한다.

Y결선이라고 해서 모두 중성점에서 단상 220V를 뽑을 수 있는 것은 아니다. 단상 220V를 인출하는 주체는 '변압기 2차측 Y결선(3상4선식)의 중성선'이지, 전동기 Y결선의 중성점이 아니다.

우리나라 일반 동력에 쓰이는 380V 3상4선식은 변압기 2차를 Y로 묶고, 그 중성점에서 중성선(N)을 끌어내 R·S·T 3선과 함께 4선으로 배전하는 구조다. 이 변압기 2차 중성선과 한 상 사이에서 상전압 220V(380÷√3)를 단상으로 뽑아 일반 부하에 쓴다.

반면 전동기의 Y결선 중성점은 외부로 인출하지 않는다. 인출하면 중성선 누설전류·결상 시 불평형 등 문제가 생기고, 전동기는 어디까지나 3상 평형 부하로 R·S·T 3선만 받아 운전하기 때문이다. 따라서 '모터 중성점에서 단상 220V를 뽑는다'고 이해해서는 안 되며, 단상 적출은 변압기 2차 중성선의 몫임을 분명히 구분해야 한다.

단자 6개짜리 3상 모터는 내부에 코일(권선)이 3개 들어 있고, 각 코일의 양끝이 6개 단자로 나온 것이다. 번호가 다 지워졌다면 다음 순서로 찾는다.

① 도통(저항)시험: 멀티미터 저항(Ω) 레인지로 6개 단자를 둘씩 짚어 서로 통하는(저항값이 잡히는) 두 가닥씩 3쌍을 가려낸다. 이 한 쌍이 곧 코일 하나다. 임의로 1-4, 2-5, 3-6으로 번호를 매긴다. 코일 짝만 정확하면 공장 출고번호와 달라도 동작한다.

② 코일 저항 측정: 세 코일의 저항이 거의 같은지(보통 수 Ω~수십 Ω, 용량 클수록 작음) 확인한다. 한 코일만 값이 크게 다르면 단선·층간단락을 의심한다.

③ 절연(메가)측정: 절연저항계로 코일-대지(프레임) 간, 코일-코일 간 절연을 잰다. 저압 전동기는 KEC 기준 사용전압 구분에 따라 절연저항을 확인하며, 운전 전 최소 1MΩ 이상을 현장 관리 기준으로 본다(절연저항 기준은 사용전압대별로 다름). 값이 낮으면 결선 전에 권선 절연불량부터 잡아야 한다.

결선은 Y이면 4·5·6을 한 점에 묶고 1·2·3에 R·S·T를, 델타이면 코일을 직렬 폐회로로 이어(예: 1-6, 2-4, 3-5 식) 각 접점에 R·S·T를 넣는다. 어느 가닥이 코일의 '시작/끝'인지는 도통만으로 100% 단정하기 어려우므로, 경우의 수를 노트에 적어가며 무부하로 짧게만 돌려 전류·소리·회전방향으로 확정한다.

Y-델타 기동은 기동전류를 줄이려고 '처음엔 Y, 곧 델타'로 자동 전환하는 대표적 기동방식이다. 직입(전전압) 기동은 기동전류가 정격의 5~7배까지 치솟아 차단기 트립·전압강하·기계충격을 부른다. Y로 기동하면 코일 전압이 선간÷√3로 낮아져 기동전류와 기동토크가 직입의 약 1/3로 줄어든다.

구성은 마그네트(MC) 3개다. 메인 MC(전원 투입), Y용 MC(코일 끝단을 한 점에 묶음), 델타용 MC(코일을 폐회로로 연결). 동작 순서는 ① 메인+Y MC 투입 → 코일에 상전압만 걸려 부드럽게 기동 → ② 타이머 설정시간(통상 수 초, 부하가 정격속도에 근접할 시간) 경과 → ③ Y MC 차단 후 델타 MC 투입 → 정상 델타 운전.

가장 중요한 안전조치는 Y MC와 델타 MC의 인터록이다. 둘이 동시에 붙으면 코일을 거치지 않는 3상 단락 경로가 생겨 MC가 즉시 탄다. 그래서 b접점을 이용한 전기적 인터록을 필수로 걸고, 기계적 인터록을 병행하기도 한다. 또 Y→델타 전환 사이에 아주 짧은 무전압 구간(오픈 트랜지션)을 두어 두 MC가 겹치지 않게 한다.

Y에서 델타로 넘어가는 순간 모터가 반대로 도는 일이 흔한데, 이는 델타 결선 시 코일 연결 순서가 어긋나 상회전(R→S→T 순서)이 뒤집힌 것이다. 모터 권선 임의의 두 상을 서로 바꿔 결선하면(예: 1-5,2-6,3-4 → 1-6,2-4,3-5) 회전방향이 바로잡힌다. 원리상 전원 R·S·T 중 두 상을 바꾸는 것과 같은 효과지만, Y-델타 회로에서는 전원이 아니라 델타 결선 순서를 정리하는 것이 정석이다.

보호기기 측면에서 Y용 MC가 기동 즉시 타는 가장 흔한 원인은 Y·델타 동시투입(인터록 누락)이나 시퀀스 오결선에 의한 3상 단락이다. MC 코일 전압(AC220 등) 불일치는 코일을 '못 붙게' 할 뿐 주회로를 태우는 원인은 아니므로, '타는' 증상은 거의 주회로 단락 문제로 본다.

EOCR/THR(과부하·결상 보호)이 기동 때마다 트립되면 ① 먼저 Y기동 타이머 시간을 줄여 본다(기동전류 구간이 길어 보호기가 동작하는 경우가 많다). ② 그래도 떨어지면 기계부하 과다(베어링·임펠러 고착), MC 주접점 마모·접촉불량, EOCR LOAD 설정값을 점검한다. EOCR 설정은 반드시 모터 명판 정격전류를 기준으로 잡는다.

3상 변압기는 1차·2차 권선을 각각 Y 또는 D로 묶어 조합한다. 가장 널리 쓰이는 주상변압기·수전용은 D-Y(1차 델타, 2차 와이)다. 2차를 Y로 하면 선간 380V와 상 220V를 동시에 뽑고, 중성점을 접지해 안전(대지전압 억제·지락보호)을 확보할 수 있다. 1차를 델타로 하면 철심 비선형성에서 생기는 제3고조파(영상분)가 델타 폐회로 안에서 순환·소멸돼 계통으로 빠져나가지 않고, 수용가 1선 지락이 한전 쪽으로 파급되는 것도 막아준다.

주요 결선의 특징은 다음과 같다. D-D: 한 상 고장 시 V결선으로 임시 운전 가능, 제3고조파 자체 순환. Y-Y: 양쪽 중성점 접지·단상 적출이 쉽지만 제3고조파가 계통으로 흘러 통신유도장해 우려가 있어 단독 사용은 피한다. D-Y/Y-D: 1·2차 사이에 30도 위상차가 생긴다.

154kV급 대형 변전소 변압기에는 Y-Y에 3차 델타 권선(안정권선)을 더한 Y-Y-Δ를 쓴다. 1·2차가 모두 Y라 억제되지 못한 제3고조파를 부하가 걸리지 않는 3차 델타 안에서 순환시켜 잡아둔다. 부하 공급용이 아니라 '안정용'이라 권선비와 무관하게 동작한다.

흔히 '선이 3가닥이면 델타'라고 오해하지만 이는 틀렸다. 154/345/765kV 송전계통은 모두 Y(스타)결선의 유효접지방식이다. 중성점을 변전소에서 접지하고 건전상 R·S·T 3선만 철탑으로 가공하므로 3선처럼 보일 뿐이다. 유효접지(중성점 직접접지)는 1선 지락 시 건전상 대지전압 상승을 정격의 약 1.3배 이하로 억제해 절연을 낮추고 지락보호를 쉽게 한다.

22.9kV 배전계통은 Y결선 3상4선식 중성선 다중접지 방식이다. 중성선을 여러 곳에서 반복 접지해 지락전류 검출·인체보호를 강화한다. 저압 사용전압은 380V Y결선 3상4선식(상 220V 동시 적출, 일반 보급용 표준), 440V(220의 배수로 전압이 높아 같은 출력에서 전류가 작아짐 → 대동력·용접기 등 전선·손실 측면 유리), 220V 델타 등이 쓰인다. 사용전압을 고를 때는 변압기 결선·접지방식까지 함께 봐야 대지전압과 안전 여부를 정확히 판단할 수 있다.