개념 한 쪽
전력계통의 운용에서는 부하의 성격을 수치로 나타내는 지표를 쓴다. 부등률·수용률·부하율이 대표적이고, 이들을 조합하면 합성 최대전력이나 역률을 계산할 수 있다. 계통 쪽에서는 승압 효과, 중성점 접지의 목적, 경제급전 같은 운용 개념도 함께 다룬다.
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출제기준 단원 「주파수제어」의 공개 문제 1개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 부등률 계산 | 1 | 개별 최대수용전력의 합과 합성 최대전력으로 부등률 구하기 |
가장 자주 묻는 것은 부등률 계산입니다.
부등률은 각 수용가가 각자 기록한 최대전력의 합이, 전체를 합쳤을 때 실제 기록한 합성 최대전력보다 얼마나 큰가를 나타낸다. 모든 수용가가 동시에 최대를 쓰는 일은 거의 없으므로 부등률은 보통 1보다 크고 1 이상이다(모두가 동시에 최대를 쓰면 1). 공식은 부등률 = 각 수용가 연간 최대수용전력의 합 / 합성 연간 최대수용전력이다. 분모와 분자를 바꾸면 1보다 작은 값이 나오므로, 「부등률은 1 이상」이라는 성질만 기억해도 방향을 잡을 수 있다.
수용률은 설비용량 중에서 실제로 최대로 사용된 전력의 비율이다. 수용률(%) = 최대수요전력 / 설비용량 × 100이고, 최대수요전력이 설비용량을 넘을 수 없으므로 항상 100% 이하가 된다. 부하율은 일정 기간의 평균 전력을 최대 전력으로 나눈 값으로, 하루 기준이면 전력량을 (최대전력 × 24)로 나눠 구한다.
합성 최대전력은 합성 최대전력 = 설비용량 × 수용률 / 부등률로 구한다. 여러 부하가 저마다 최대가 되는 시각이 달라 전체 최대전력은 개별 합보다 작아지므로 부등률로 나눈다. 즉 「수용률은 곱하고, 부등률은 나눈다」가 핵심이다. 부등률은 1 이상이므로 합성 최대전력은 개별 최대전력의 합보다 작다.
3상 교류 계산에서는 P = √3 × V × I × cosθ를 쓴다. 여기서 V는 선간전압, I는 선전류이고 cosθ는 역률이다. 전류는 I = P/(√3 × V × cosθ), 역률은 cosθ = P/(√3 × V × I)로 식을 바꿔 대입한다. kW를 W로 바꾸는 환산을 잊지 말아야 하고, √3과 역률 중 하나를 빠뜨리면 값이 달라져 오답이 된다.
배전·송전 운용에서는 부하밀도에 따라 방침이 달라진다. 부하밀도가 큰 도심에서는 배전거리가 길어질수록 선로 저항 때문에 전압강하와 전력손실이 커지므로, 변전소 수를 늘리고 배전거리를 줄인다. 같은 전선으로 손실 조건을 같게 유지하며 전압을 k배 올리면 공급할 수 있는 전력은 k²배가 된다. 한편 송전계통의 중성점 접지는 대지 전위 상승 억제에 따른 절연 경감, 소호리액터에 의한 지락 아크 소멸, 지락 계전기의 확실한 동작이 목적이며, 직접 접지 방식에서는 지락전류가 커져 차단기의 차단용량도 커져야 한다. ELD(경제부하배분)는 발전기별 연료비 특성에 근거해 출력 배분을 최적화해 총 발전 연료비를 최소화하는 운전 방식이고, 주파수 유지는 AFC가 맡는다.
부등률 계산 — 네 수용가가 1년 동안 각각 최고 70kW와 75kW, 그리고 85kW와 100kW를 기록했고, 이들을 묶었을 때의 연간 합성값이 250kW라면: 부등률 = (70 + 75 + 85 + 100) / 250 = 330 / 250 = 1.32
합성 최대전력 계산 — 총 용량 600kW인 설비에서 수용률 60%, 부등률 1.2가 주어진 경우: 합성 최대전력 = 설비용량 × 수용률 / 부등률 = 600 × 0.6 / 1.2 = 300kW (수용률은 곱하고, 부등률은 나눈다. 부등률을 곱한 432kW는 함정이다.)
3상 역률 계산 — 200V(선간전압), 10kVA 3상 유도전동기에서 1일 최대전력 9kW, 최대부하 전류 35A일 때: cosθ = P / (√3 × V × I) = 9000 / (1.732 × 200 × 35) = 9000 / 12124 ≈ 0.742, 즉 약 74.2% 1일 부하율 = 전력량 / (최대전력 × 24) = 72 / (9 × 24) ≈ 33.3%
연간 최대수용전력이 70kW, 75kW, 85kW, 100kW인 4개의 수용가를 합성한 연간 최대수용전력이 250kW이다.이 수용가의 부등률은 얼마인가?
정답 ② · 문제는 개별 최대수용전력 합과 합성 최대수용전력으로 부등률을 계산하는 문제이다. 부등률은 개별 최대수용전력 합을 합성 최대수용전력으로 나눈 값이므로 (70+75+85+100)÷250 = 330÷250 = 1.32가 된다.
부등률=개별 최대수용전력의 합÷합성 최대수용전력=330÷250=1.32다.
설비 용량의 합계가 3kW인 주택에서 최대 수요 전력이 1.8kW일 때의 수용률은 몇 %인가?
정답 ③ · 문제는 설비 용량 합계와 최대 수요전력이 주어졌을 때 수용률을 계산하는 문제이다. 수용률은 최대수요전력 ÷ 설비용량 × 100%로 정의되므로 1.8kW ÷ 3kW × 100 = 60%가 된다.
수용률(%) = 최대수요전력 ÷ 설비용량 × 100이므로 1.8 ÷ 3 × 100 = 60%이다.
변전소로부터 특별고압 3상 3선식의 가공전선로로 수전하고 있는 공장이 있다. 이 공장의 부하전력은 40000[kW]이고 뒤진 역률 90%, 수전전압은 70000V라 한다. 부하전류는 약 몇 [A]인가?
정답 ② · 3상 교류 회로의 부하 전력 공식인 P = √3 × V × I × cosθ를 이용하여 전류 I를 역산합니다. 부하전력 P는 40000kW, 선간전압 V는 70000V(70kV), 역률 cosθ는 0.9입니다.
3상 전력 P=√3VIcosθ → I=40,000,000/(1.732×70,000×0.9)≈366.6, 약 367A.
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