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전기기사 표피작용 및 근접효과 — 선로정수 계산

전력공학 선로정수 단원에서는 송전선로의 대표값 계산과 수력발전 출력 계산이 반복된다. 도체 배치에 따른 등가선간거리, 유효낙차와 효율을 반영한 발전기 출력, 유체의 연속방정식이 대표 계산 대상이다.

2026-10-30 기준 · 전기기사 대시보드

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뜻

3상 선로에서 도체 사이 거리가 세 방향 모두 같지 않으면, 대표값 하나로 계산하는데 이것이 등가선간거리 Deq다. 공식은 Deq = ³√(D12 × D23 × D13), 즉 세 거리의 곱에 3제곱근(기하평균)을 취한다. 수평 배치에서 이웃한 도체 사이가 각각 4m이면 양 끝 도체 사이 거리는 4 + 4 = 8m가 된다.

수평 배치는 거리가 (d, d, 2d) 구조이므로 Deq = d׳√2 = 1.26d로 즉시 계산할 수 있다. 이 패턴은 '수평 배치 → 세 거리의 기하평균'으로 정리된다.

수력발전 출력은 물이 가진 위치에너지가 효율만큼 전기로 바뀐 크기다. 공식은 P = 9.8 × Q × H × η [kW]이고, Q는 유량(m³/s), H는 유효낙차(m), η는 종합효율이다. 수차에 실제로 작용하는 유효낙차는 총수두에서 수로·수압관의 손실수두를 뺀 값이다. 문제가 '발전기 단자에서 발생하는 출력'을 물으면 반드시 효율을 곱한다. 효율은 수차와 발전기의 효율을 연속으로 곱해 구한다.

비압축성 유체는 눌러도 부피가 줄지 않는 유체라서, 관을 흐를 때 어느 단면에서나 유량이 같다. 유량 Q = 단면적(A) × 유속(V)이므로 A₁V₁ = A₂V₂라는 연속방정식이 성립한다. 관이 좁아지면 유속이 빨라지고, 단면적이 절반이면 유속은 2배가 된다.

교류 3상 3선식과 직류 2선식의 비교에서는 절연 조건·전력 조건·도체량 조건이 정리 인자가 된다. 절연재료가 같으면 직류는 교류 선간전압 실효치의 √2배 전압을 쓸 수 있고, 총 도체량이 같으면 직류 2선의 한 가닥 저항은 교류 3선의 2/3배가 된다.

예제

수평 배치 등가선간거리 계산: 이도가 각각 4[m]일 때 양 끝 도체 사이 거리는 8[m]이므로, Deq = ³√(4×4×8) = ³√128이다. 128 = 64×2이므로 ³√128 = 4׳√2 = 4×1.26 = 5.04[m]다. 거리를 8×8×4처럼 잘못 대입하면 6.35라는 함정 값이 나온다.

수력발전 출력 계산: 총수두 100[m], 손실수두 10[m], 유량 2[m³/s]일 때 유효수두 H = 100 − 10 = 90[m]이고, P = 9.8 × 2 × 90 = 1764[kW]다. 손실수두를 빼지 않고 9.8×2×100을 계산하면 1960이라는 대표 함정 값이 된다.

효율이 포함된 계산: 유효낙차 100[m], 유량 50[m³/s], 총효율 90[%]이면 P = 9.8 × 50 × 100 × 0.9 = 44,100[kW]다. 효율을 곱하지 않은 49,000[kW]는 손실이 없다고 가정한 이론 수력일 뿐이다.

연속방정식 계산: 단면적 2[m²]·유속 3[m/s]인 수압관이 좁아져 단면적이 1[m²]이 되면, 2×3 = 1×V₂에서 V₂ = 6[m/s]다.

자주 묻는 물음

등가선간거리 Deq는 어떻게 구하나요?
세 선간거리의 곱에 3제곱근을 취한다. Deq = ³√(D12 × D23 × D13)이며, 수평 배치에서는 거리가 (d, d, 2d)이므로 Deq = 1.26d로 즉시 계산한다.
수력발전 출력 계산에서 가장 흔한 함정은 무엇인가요?
손실수두를 빼지 않은 총수두를 그대로 쓰는 것과, '발전기 단자 출력'인데도 효율 η를 곱하지 않는 것이다. 유효낙차를 먼저 구하고 효율을 마지막에 곱한다.
비압축성 유체의 연속방정식은 무엇인가요?
어느 단면에서나 유량이 같으므로 A₁V₁ = A₂V₂가 성립한다. 단면적이 절반이 되면 유속은 2배가 되는 반비례 관계다.
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