개념 한 쪽
소방설비산업기사(전기) 전기저항 — 온도 특성과 회로 계산
저항은 물질과 온도에 따라 달라지고, 회로에서는 연결 방식에 따라 합성값이 달라진다. 금속과 비금속의 온도 특성, 삼상 결선과 리액턴스 계산, 전력량과 역률, 파장과 대전을 정리한다.
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뜻
금속의 저항은 온도가 오르면 커진다. 열운동이 활발해져 자유전자가 충돌할 기회가 늘기 때문이다. 이런 성질을 정특성이라고 한다. 반대로 전해용액이나 기체, 반도체, 탄소는 온도가 오르면 저항이 줄어드는 부특성을 보인다. 두 방향을 뒤집으면 온도 특성 문제가 틀린다.
삼상 회로에서 성형 결선의 상전압은 선간전압을 √3으로 나눈 값이다. 선간전압 200V이면 상전압은 약 115.47V다. 200V를 그대로 쓰거나 √3을 곱하면 결선의 전압 관계를 거꾸로 적용한 것이다.
같은 저항으로 만든 삼각 결선을 성형 결선으로 바꾸면 한 변의 저항은 삼분의 일이 된다. 30Ω 세 개로 만든 삼각 결선은 성형으로 바꿀 때 10Ω이 된다. 두 결선의 저항 관계를 외우면 계산 없이도 크기를 가늠할 수 있다.
리액턴스는 주파수와 소자값으로 정해진다. 콘덴서의 용량 리액턴스는 1을 2π×주파수×정전용량으로 나눈 값이고, 60Hz의 50㎌ 콘덴서는 약 53Ω이다. 코일의 유도 리액턴스는 2π×주파수×인덕턴스이며, 0.5H 코일에서 리액턴스가 753.6Ω이면 주파수는 240Hz다. 마이크로나 밀리 단위를 기본 단위로 바꾸는 것을 먼저 한다.
전동기의 소비전력량은 출력과 효율, 사용시간을 함께 따진다. 효율은 들어간 전력 가운데 실제로 출력으로 나온 비율이므로, 효율을 계산에서 빠뜨리고 출력과 시간만 곱하면 소비전력량을 잘못 잡는다.
역률은 피상전력 가운데 실제로 일한 비율이다. 피상전력 10kVA에 유효전력 7.07kW이면 7.07÷10으로 0.707이다. 역률은 1을 넘을 수 없으므로 1보다 큰 선지는 먼저 걸러진다.
전파의 파장은 위상이 한 바퀴 도는 거리다. 위상정수가 단위 길이당 위상 변화를 뜻하므로 파장은 2π를 위상정수로 나눈 값이 된다. 위상정수를 곱하는 식으로 세우면 단위부터 어긋난다.
물질이 전자를 잃거나 얻어 전기를 띠는 현상은 대전이다. 전자가 많으면 음전기, 적으면 양전기를 띤다. 전하가 빠져나가 중화되는 방전과는 반대 방향의 현상이다.
예제
선지 판단은 금속의 저항이 온도 상승에 따라 커진다고 보는지, 전해질과 기체를 부특성으로 읽는지, 성형 결선의 상전압을 선간전압÷√3으로 구하는지, 삼각에서 성형으로 바꿀 때 저항이 삼분의 일이 된다고 아는지, 용량 리액턴스를 1/(2πfC)로 계산하는지, 전동기 소비전력량에서 효율을 함께 따지는지, 역률을 유효전력÷피상전력으로 잡는지, 파장을 2π÷위상정수로 구하는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 금속과 전해질은 온도에 따라 저항이 어떻게 변하나요?
- 금속은 온도가 오르면 저항이 커지는 정특성이고, 전해질과 기체, 반도체는 저항이 줄어드는 부특성입니다.
- 삼각 결선 30Ω을 성형으로 바꾸면 얼마인가요?
- 한 변이 10Ω이 됩니다. 같은 저항으로 만든 삼각 결선은 성형으로 바꿀 때 삼분의 일이 됩니다.
- 60Hz에서 50㎌ 콘덴서의 용량 리액턴스는 얼마인가요?
- 1/(2π×60×50×10⁻⁶)로 계산하여 약 53Ω입니다.
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