kVA는 무엇의 단위인가?
- 유효전력
- 피상전력
- 효율
- 무효전력
정답과 해설 보기
정답 ② · 문항은 kVA가 어떤 전력의 단위인지 묻고 있다. kVA는 전압과 전류의 곱으로 정의되는 피상전력(S, apparent power)의 단위이며 실효전력(W)이나 무효전력(var)과는 구별된다.
kVA는 전압과 전류의 곱인 피상전력의 단위로, 유효전력(W)이나 무효전력(var)과 구별되는 전력의 총합 개념이다.
개념 한 쪽
승강기기사 직류 및 교류전력 측정 — 역률·유효무효·피상전력 측정
교류 회로에서는 전력이 유효전력, 무효전력, 피상전력으로 구분되며 각기 다른 단위를 사용한다. 역률은 유효전력과 피상전력의 비로 정의되며 전력 삼각형의 각종 관계식을 이용해 무효전력이나 유효전력을 구할 수 있다. 3상 회로의 전력 계산과 측정법, 그리고 절연이나 누설 진단에 쓰이는 계측기 선택도 중요한 측정 능력이다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「직류 및 교류전력 측정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전력 단위 구분 | 1 | kVA, W, var 등 전력 종류와 단위를 연결하기 |
| 무효전력 계산 | 1 | 역률과 전압/전류로 무효전력을 구하는 방법 |
| 3상 전력 역산 계산 | 1 | 3상 전력식에서 주어진 값으로 선전압을 구하는 계산 |
뜻
유효전력(P)은 실제로 일을 하는 전력으로 단위는 와트(W)를 사용한다. 피상전력(S)은 전압과 전류의 실효값을 곱한 값으로 VA(또는 kVA)가 단위이다. 무효전력(Q)은 에너지 전달에는 기여하지 않지만 계통의 전자기장을 만드는 전력으로 var가 단위이다. 이들 사이의 관계는 직각삼각형으로 표현할 수 있으며 피상전력은 유효전력과 무효전력의 벡터합, 즉 S=√(P²+Q²)로 구한다.
역률(cosθ)은 유효전력과 피상전력의 비율로 정의되며, 주어진 역률로부터 sinθ나 tanθ를 삼각함수 관계로 유도할 수 있다. 역률이 주어지면 sinθ와 tanθ를 이용하여 무효전력과 유효전력 간의 비를 구하는 것이 가능하다. 예컨대 역률 0.8이면 sinθ는 0.6, 무효:유효가 3:4의 비 관계가 성립한다.
3상 평형 회로의 유효전력 공식은 P = √3 × VL × IL × cosθ 이며, 이 식을 변형하여 알지 못하는 전기량을 역산할 수 있다. 또한 3상 전력 측정에서는 2전력계법이 사용되며, 이는 3상 3선식 회로에서 두 개의 전력계 지시값의 합으로 총 전력을 구하는 방법임을 기억해야 한다.
전기 계측 관점에서 누전 여부나 절연 상태 확인은 절연저항 측정 장비인 메거(Megger)를 사용하여 수행한다. 커패시터의 누설전류 유무는 충전 후 전압의 유지 정도를 전압계로 관찰하여 판단할 수 있다.
예제
예 1 — 3상 선전압 계산: 평형 3상 △부하에서 유효전력 P=28kW, 선전류 IL=50A, 역률 cosθ=0.85일 때 선전압 VL을 구하려면 VL = P / (√3 × IL × cosθ)를 쓴다. √3≈1.732를 이용하여 분모를 계산하면 약 73.61이 되고, VL ≈ 28000 / 73.61 ≈ 380V가 된다. 따라서 선전압은 약 380V로 판단한다.
예 2 — 무효전력과 소비전력량 계산: 전압 100V, 전류 5A, 역률 0.8인 부하의 피상전력은 S=100×5=500VA이고, 역률의 삼각함수 관계에서 sinθ=0.6이므로 무효전력 Q=S×sinθ=500×0.6=300Var가 된다. 이 부하를 4시간 사용하면 유효전력 P=S×cosθ=500×0.8=400W이므로 소비전력량은 400W×4h=1600Wh=1.6kWh가 된다.
예 3 — 콘덴서 용량 계산(요약): 유효전력 P=1000kW, 개선 전 역률 0.8, 개선 후 역률 0.95일 때 콘덴서 용량 Qc는 Qc = P × (tanθ1 - tanθ2)를 사용하여 계산한다. 주어진 tanθ 값들을 대입하면 Qc ≈ 1000 × (0.75 - 0.329) = 421kvar가 필요함을 판단한다.
대표 기출 3문항
역률이 80%인 부하에 전압과 전류의 실효값이 각각 100V, 5A라고 할 때 무효전력[Var]은?
- 100
- 200
- 300
- 400
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 역률 0.8인 부하에서 전압 100V, 전류 5A일 때 무효전력을 계산하라는 것이다. 우선 피상전력 S는 V×I = 100×5 = 500 VA이고, 역률 cosθ = 0.8 이므로 sinθ = √(1−0.8^2) = 0.6이다.
무효전력은 S×sinθ로 구하며, sinθ는 cosθ=0.8일 때 0.6이므로 100×5×0.6=300Var이다.
역률이 80%이고, 무효전력이 300Var인 부하를 4시간 사용할 때의 소비전력량은 몇 [kWh]인가?
- 1.2
- 1.6
- 1.8
- 2.0
정답과 해설 보기
정답 ② · 문항은 역률과 무효전력으로부터 소비전력량을 구하는 문제로, 전력 삼각형 관계를 이용해 유효전력을 구한 뒤 시간에 곱한다. 역률이 0.8이면 삼각형에서 무효:유효 = 3:4이므로 tanθ = Q/P = 3/4 = 0.75이고 주어진 무효전력 Q=300 Var에서 P = Q / tanθ = 300 / 0.75 = 400 W이다.
역률과 무효전력으로부터 유효전력을 구한 뒤 시간(4시간)을 곱하여 소비전력량(kWh)을 계산한다.
자주 묻는 물음
- 역률이 무엇을 의미하나?
- 역률은 유효전력과 피상전력의 비인 cosθ로 정의하며 회로의 전력 효율을 나타내는 지표로 사용한다.
- 무효전력은 어떻게 구하나?
- 피상전력 S=V×I를 먼저 구한 뒤, 역률 cosθ로부터 sinθ를 계산하여 무효전력 Q=S×sinθ로 구한다.
- 3상 회로의 전력을 측정할 때 2전력계법은 어떤 경우에 쓰이나?
- 2전력계법은 3상 3선식 회로에서 중성선이 없을 때 두 개의 전력계 지시값의 합으로 총 전력을 구하는 방법으로 사용한다.
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