전기산업기사 · 전력공학 과목
전기산업기사 배전과 역률 개선 개념 정리
중요도 ★★★★☆ · 20% (추정)
AI가 새로 쓴 글 가운데, 작성과 분리된 AI 검증(다시 읽고 사실·수치 확인)을 통과한 단원만 싣습니다. 틀린 곳을 발견하면 알려 주세요.
개요
배전은 변전소에서 가정과 공장까지 전기를 나누어 보내는 단계입니다. 단상 2선식, 단상 3선식, 3상 3선식 같은 방식이 있으며, 같은 전압과 전류라면 전선 1가닥당 보낼 수 있는 전력은 방식마다 다릅니다. 단상 3선식은 중성선이 끊어지면 양쪽 전압이 불평형이 되므로 중성선에 퓨즈를 넣지 않습니다.
배전 선로를 나뭇가지처럼 뻗는 수지상식은 싸지만, 고리 모양으로 잇는 루프식은 고장 때 반대쪽으로 공급할 수 있어 신뢰도가 높습니다. 수용가의 전기 사용 특성은 수용률, 부하율, 부등률로 나타내는데, 부등률은 각 최대 수요의 합을 합성 최대 수요로 나눈 값이라 항상 1 이상입니다.
공장처럼 전동기가 많은 곳은 역률이 낮아 무효 전류가 많이 흐릅니다. 전력용 콘덴서를 달아 역률을 높이면 선로 전류가 줄어 손실과 전압 강하가 줄어듭니다. 필요한 콘덴서 용량은 유효 전력에 개선 전후 tanθ 의 차이를 곱해 구합니다.
핵심 개념
역률 개선 콘덴서 용량
Q = P(tanθ1 - tanθ2). tanθ = sinθ ÷ cosθ 입니다.
외우는 요령역률 차이가 아니라 tanθ 차이를 씁니다.
부등률
각 최대 수요 전력의 합 ÷ 합성 최대 수요 전력. 항상 1 이상입니다.
외우는 요령수용률·부하율은 1 이하입니다.
단상 3선식 중성선
중성선이 끊어지면 부하 전압이 불평형이 되어 한쪽에 과전압이 걸립니다.
외우는 요령중성선에는 퓨즈를 넣지 않습니다.
루프식 배전
배전선을 고리 모양으로 이은 방식으로 공급 신뢰도가 높습니다.
외우는 요령시설비가 싼 것은 수지상식입니다.
1가닥당 공급 전력
단상 2선식을 100% 로 보면 단상 3선식 약 133%, 3상 3선식 약 115% 입니다.
외우는 요령3상 3선식은 √3VI ÷ 3 으로 구합니다.
자주 나오는 포인트
- 콘덴서 용량은 tanθ 의 차이로 계산
- 부등률은 항상 1 이상
- 루프식은 신뢰도가 높고 수지상식은 시설비가 싸다
- 단상 3선식 중성선 단선은 전압 불평형을 부른다
대표 문제 3개
검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.
문제 1. 유효 전력 300kW, 역률 0.6(지상)인 부하의 역률을 0.8 로 개선하려면 필요한 전력용 콘덴서의 용량은 몇 kVA 인가?
- ① 175kVA
- ② 400kVA
- ③ 225kVA
- ④ 60kVA
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ① 175kVA
핵심: 콘덴서 용량 Q = P(tanθ1 - tanθ2)
- 역률 0.6 일 때 sinθ1 = 0.8, tanθ1 = 0.8 ÷ 0.6 ≈ 1.333
- 역률 0.8 일 때 sinθ2 = 0.6, tanθ2 = 0.6 ÷ 0.8 = 0.75
- Q = 300 × (1.333 - 0.75) = 300 × 0.583 ≈ 175kVA
검산: 개선 전 무효 전력 400kVar - 콘덴서 175kVA = 225kVar, 225 ÷ 300 = 0.75 = tanθ2 로 맞습니다.
틀린 선지
- 400kVA: 개선 전 무효 전력만 구한 값입니다. 개선 후 남는 무효 전력을 빼야 합니다.
- 225kVA: 개선 후 무효 전력만 구한 값입니다.
- 60kVA: 역률의 차이(0.8 - 0.6)를 곱한 값입니다. tanθ 의 차이를 써야 합니다.
문제 2. 여러 수용가의 '각 최대 수요 전력의 합 ÷ 합성 최대 수요 전력'으로 구하는 부등률의 값에 대한 설명으로 옳은 것은?
- ① 항상 1 이하이다
- ② 항상 1 이상이다
- ③ 항상 정확히 1 이다
- ④ 항상 0 과 0.5 사이이다
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ② 항상 1 이상이다
핵심: 부등률 = 각 최대 수요 전력의 합 ÷ 합성 최대 수요 전력 ≥ 1
수용가마다 전기를 가장 많이 쓰는 시각이 다르므로, 모두 합친 최대 수요는 각각의 최대 수요를 단순히 더한 값보다 작거나 같습니다. 그래서 부등률은 항상 1 이상입니다. 부등률이 클수록 설비를 더 효율적으로 쓴다는 뜻입니다.
틀린 선지
- 항상 1 이하이다: 수용률이나 부하율의 성질입니다. 부등률은 1 보다 작아질 수 없습니다.
- 항상 정확히 1 이다: 모든 수용가의 최대 수요가 같은 시각에 생길 때만 1 이 됩니다.
- 항상 0 과 0.5 사이이다: 부등률의 범위와 관계없는 값입니다.
문제 3. 단상 3선식 배전에서 중성선에 퓨즈(과전류 차단기)를 넣지 않는 이유로 옳은 것은?
- ① 중성선에는 항상 가장 큰 전류가 흐르기 때문
- ② 중성선이 끊어지면 양쪽 부하 전압이 불평형이 되어 한쪽에 과전압이 걸리기 때문
- ③ 중성선에는 전류가 전혀 흐르지 않기 때문
- ④ 퓨즈를 넣으면 전압이 두 배로 올라가기 때문
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ② 중성선이 끊어지면 양쪽 부하 전압이 불평형이 되어 한쪽에 과전압이 걸리기 때문
핵심: 단상 3선식 중성선 단선 → 전압 불평형
단상 3선식은 중성선을 가운데 두고 양쪽에 같은 전압(예: 110V)을 공급합니다. 중성선이 끊어지면 양쪽 부하가 직렬로 이어져 전체 전압(220V)을 나눠 갖게 되는데, 부하 크기가 다르면 작은 부하 쪽에 높은 전압이 걸려 기기가 망가질 수 있습니다. 그래서 중성선에는 퓨즈를 넣지 않고 단단히 연결합니다.
틀린 선지
- 중성선에는 항상 가장 큰 전류가 흐르기 때문: 중성선에는 양쪽 부하 전류의 차이만 흐르므로 오히려 작습니다.
- 중성선에는 전류가 전혀 흐르지 않기 때문: 부하가 불평형이면 중성선에도 전류가 흐릅니다.
- 퓨즈를 넣으면 전압이 두 배로 올라가기 때문: 퓨즈 자체가 전압을 올리지는 않습니다. 문제는 퓨즈가 끊어졌을 때입니다.