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 전력과 기기의 정격 — 전력의 종류와 측정·계산
전력은 유효전력, 무효전력, 피상전력의 세 가지로 구분되며 각기 다른 단위와 물리적 의미를 가진다. 교류 회로에서는 전압과 전류의 위상차로 인해 이들 값이 삼각관계로 연결되며, 역률 개선이나 소비전력량 계산, 전력계 측정법 등이 이 기본 관계를 바탕으로 이루어진다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「전력과 기기의 정격」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전력 단위 구분 | 1 | 유효·무효·피상전력의 단위와 의미를 가름 |
| 무효전력 계산 | 1 | 주어진 전압·전류와 역률로 무효전력을 계산함 |
| 3상 전압 역산 | 1 | 3상 전력식으로 선전압을 역산하여 구함 |
뜻
피상전력(S)은 전압과 전류의 실효값의 곱으로 정의되며 단위는 VA 또는 큰 단위로 kVA를 사용한다. 피상전력은 회로에서 흐르는 전압과 전류의 전체적인 크기를 나타내며 유효전력(W)과 무효전력(var)을 벡터 합한 값으로 이해한다.
유효전력(P)은 실제로 일을 하는 전력으로 단위는 와트(W)이다. 무효전력(Q)은 계통의 전자기장 형성 등에 관여하는 전력으로 단위는 var를 사용한다. 피상전력, 유효전력, 무효전력은 직각삼각형 관계를 이루며 S=√(P²+Q²), 역률(cosθ)=P/S, 그리고 삼각함수 관계로 sinθ와 tanθ를 구할 수 있다.
3상 시스템에서의 유효전력은 평형 상태일 때 P = √3 × VL × IL × cosθ의 공식을 사용하여 계산한다. 이 공식은 선전압(VL)과 선전류(IL), 그리고 역률(cosθ)을 곱한 값에 √3을 곱한 형태로 표현된다. 주어진 값 중 하나를 알면 다른 값을 역산하여 구할 수 있다.
전력 측정에는 회로 구성에 따른 적절한 방법을 선택해야 한다. 단상 전력 측정에는 단상 전력계나 전압·전류를 이용한 계산법이 사용되며, 3상 부하의 총전력 측정에는 2전력계법(2와트미터법) 등이 사용된다. 또한 동작 중인 교류 전류를 측정할 때는 도선을 끊지 않고 측정 가능한 클램프 미터를 사용하면 안전하게 측정할 수 있다.
예제
예시 1 — 3상 평형 △부하에서 전압 구하기: 유효전력 P=28kW, 선전류 IL=50A, 역률 cosθ=0.85일 때 선전압 VL은 식 VL = P / (√3 × IL × cosθ)를 이용하여 VL ≈ 28000 / (1.732 × 50 × 0.85) ≈ 380V가 된다. 이 계산은 3상 전력 공식의 역산 적용 예이다.
예시 2 — 역률 0.8에서 무효전력 계산: 전압 100V, 전류 5A이면 피상전력 S=100×5=500VA이다. 역률 cosθ=0.8이면 sinθ=0.6이므로 무효전력 Q=S×sinθ=500×0.6=300Var이 된다.
예시 3 — 무효전력과 역률로 소비전력량 구하기: 역률 0.8이고 무효전력 Q=300Var을 소비하는 장치를 4시간 가동하면, tanθ=Q/P 이므로 유효전력 P은 400W가 되고 소비전력량은 P×t=0.4kW×4h=1.6kWh가 된다.
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
- kVA는 무엇의 단위인가?
- kVA는 전압과 전류의 곱인 피상전력의 단위이다.
- 역률이란 무엇을 뜻하나?
- 역률은 유효전력과 피상전력의 비로, cosθ=P/S로 정의되며 회로의 전력 이용 효율을 나타낸다.
- 3상 회로에서 전력 일부가 주어졌을 때 전압을 구하는 방법은?
- 평형 3상 회로의 유효전력 공식 P=√3×VL×IL×cosθ를 변형하여 VL=P/(√3×IL×cosθ)로 계산한다.
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