전압불평형(Voltage Unbalance)
전압불평형은 보통 삼상 전압 또는 전류의 평균치에 대한 최대편차로 정의되며, 그 최대편차를 삼상 전압 또는 전류의 평균치로 나눈 비율(%)로 나타낸다. 또한, 이 전압불평형은 대칭분요소를 사용하여 정의할 수 있는데, 정상분요소에 대한 역상분요소 또는 영상분요소의 비율에 의해 불평형율을 나타낼 수도 있다.
3상 전력계통에서 발전기, 변압기, 송전선과 배전선의 전기적 특성은 평형을 이루고 있어 평형부하전류가 흐르게 되면 계통상태는 평형을 이룬다. 부분적으로 송전선이나 배전선의 선로정수가 불평형을 이루고 있는 경우가 있으나, 불평형 정도가 매우 작아 실제적으로 평형을 이루고 있다고 가정하고 있다. 한편 전력계통에서 발전, 송전 및 배전계통은 평형을 취하고 있으나 전기를 사용하는 말단에서는 3상 유도전동기나 3상 전기로를 제외하고는 거의 단상부하을 사용한다. 따라서 각 상에 걸려 있는 이러한 단상부하들이 크기가 같고 역률이 같지 아니하면 부하불평형을 발생시키게 된다. 부하불평형의 영향은 크게 전기기기의 불평형 loading과 전압 불평형으로 대별할 수 있다.
전기기기의 불평형 loading은 설비의 이용율을 저하시키는 원인이 되므로 전기사업자는 불평형 loading을 극력 억제하고 있다. 또한 불평형 loading은 평형 3상전력회로에 역상 및 영상전류를 흐르게 함으로써 전압의 찌그러짐을 발생시켜 전력의 품질을 떨어지게 한다.
상용 3상 계통은 평형 3상 전압을 공급하도록 구성되어 있으나, 계통에 불평형 부하가 걸리는 경우 이로 인해 전압불평형이 발생하게 된다. 전압 불평형은 영상전압 불평형과 역상전압 불평형으로 대별되나 후자에 의한 악영향이 크다. 전력계통에 역상전류가 흐르면 역상전류에 의한 전압강하가 발생하여 계통 전압삼각형이 찌그러지게 된다. 역상전류에 의한 전압강하는 계통의 역상임피던스에 비례하게 된다. 발전기의 역상임피던스는 과도 직축리액턴스와 근사적으로 같고 선로와 변압기 등 정지기기의 역상임피던스는 정상임피던스와 거의 동일하므로 전압불평형은 불평형부하의 크기에 비례하고 계통단락 용량에 반비례하게 된다. 대칭좌표법을 이용하면 전압불평형은 다음 식으로 표현된다.
불평형율 = 역상분전압 ÷ 정상분전압 ×100(%)
= 등가단상부하의 크기÷계통삼상단락용량 ×100 (%)
전압불평형에 의한 피해는 주로 삼상 유도전동기의 과부하, 역상 토오크, 역상전류에 의한 권선 가열로 나타나는데 IEC 에서는 저압계통의 전압불평형율의 한계치를 2 %로 보고 있다. 3.5 %의 전압불평형율에 대하여서 중형유도전동기의 출력은 약 15 % 감소하며 온도상승은 10 도 이상 상승한다. 또한 손실은 4 %증가한다.