꼬꼬전- 꼬리에 꼬리를 무는 전기 공부 방법- 역률

꼬꼬영이라는 교재가 있었다. 지금도 있는지 모르겠지만...

번아웃 비슷한 힘든 시간을 보내면서 전기 공부를 잠깐 내려놓은 뒤에 다시 책을 보니 예전기억이 마치 리셋되어 버린 것 같은 느낌이 들었다. 그만큼 아득히 먼 어딘가의 공간으로 가라앉아 있을 기억을 더듬어 찾기보다는 기억의 끈을 점점 길게해서 그 공간속으로 밀어 넣고 싶어졌다. 그 공간 어딘가에서 반갑게 만나서 다시 달려갈 수 있을 것이라는 기대로....

그래서 선택한 방법이 꼬꼬전이다. 

먼저 분절한 부분 중에서 만만한? 전기회로 부분을 집어들었다.

그리고 마치 소설을 읽듯이 아니 만화책을 읽듯이 책장을 넘기다가 '역류개선' 이라는 제목이 눈에 들어왔고 그 용어를 보니 이러했다.

[유도성 무효전력에 의한 역률 저하를 용량성 무효전력을 공급하여 유도성 무효전력을 상쇄시킴으로써 전체 무료전력을 감소시켜 역률을 향상시키는 것을 역률개선이라고 한다.]

말이 어렵다. 

유도성 무효전력, 용량성 무효전력, 역률, ...

유도성이라는 것은 코일을 의미하는 것 같고, 용량성이라는 것은 콘덴서를 의미하는 것 같다. 

무효전력은 느낌만 있고 정확한 의미가 기억나지 않는다. 

역률은 역시 뭔지 잘 모르지만 개선시키려는 것으로 보아 우리가 전기를 보다 효율적으로 사용하게 하는 지표? 같은 것이라고 생각된다. 

그럼 하나씩 살펴 보자.

먼저 역률개선 공식을 보자

일단은 위 공식을 통해 유효전력과 개전전 역률, 그리고 개선 후 역률을 주어진 문제에서 콘덴서 용량을 구하는 식으로 문제를 풀 수는 있을 것 같다. 물론 역률은 저 쎄타 즉 각이 아니다. 그럼 역률은 무엇인가?

역률을 찾아 보았다. 역률의 정의는 다음과 같다.

역률 : Power of factor (p.f) 

 이게 뭔가?

역률을 검색했더니 더 많은 개념들이 딸려 나온다. 

일단 R과 X의 값을 기초로 삼각형을 그렸을 때 나오는 각을 기초로 코사인 값을 취한 것이 역률이라는 것은 알것 같다. 

사실 이말도 어려운 말이지만 그래도 위 그림을 그렸을 때 나오는 각도를 코사인에 넣어 나온 값으로 이해할 수 있겠다. 

그러면 R은 무엇인가? 회로에서 저항에 해당하는 값을 말한다. 

그리고 X는 저항이 아닌 값 즉, 인덕터와 캐패시터 다른 말로 코일과 콘덴서의 값에 해당하는 값을 말한다. 

그럼 문제에는 어떻게 나올까?

예를 들어 R, L 직렬 회로에서 R=3옴, X=4옴일 때 복소 임피던스 즉 저 위 삼각형의  Z 값은 다음과 같이 된다. 

위 문제에서 역률을 구하라고 하면 코사인에 Z분의 R이 되므로 값은 3/5가 된다. 

그리고 이 회로에 우리가 사용하는 220V의 부하가 걸린다고 하면

회로의 전류는 V/Z = 220/5 가 되고 그 값은 44A가 된다. 

그렇게 되면 유효전력, 무효전력, 피상전력을 구할 수 있다고 한다. 

순서대로 유효전력 P = VI x 역률(코사인쎄타) = 220 x 44 x 3/5 = 5,808 [W]

무효전럭 Q = VI x (사인쎄타) = 220 x 44 x 4/5 = 7,744 [Var]

피상전력 Pa = VI = 220 x 44 = 9,680[VA]

으로 구할 수 있게 된다. 

역률을 알아보고 있는데 유효전력, 무효전력, 피상전력이라는 새로운 개념이 또 나왔다. 

일단 피상 전력은 우리가 교류회로가 아닌 직류 회로에서 전력을 구할 때의 기본 개념이 전압과 전류의 곱을 말하는데,

교류에서는 실제로 그렇게 되지 않는다. 그 이유는 바로 인덕터와 캐패시터 때문인데, 이 두 가지 요소가 실제로 저항에서 전력을 전부 소모하지 못하게 하는 요소가 되는데, 그 자신도 전력을 소모하기 때문이다. 

그렇기 때문에 우리가 사용하고자 하는 실제 사용 전력 외의 누수되는 부분이 발생하는데 이것이 일종의 무효전력이라는 부분으로 반영되고 따라서 피상전력이 유효전력과 무효전력으로 나누어져 사용되게 되는 것이다. 

그런데 재미있는 것은 유효전력 + 무효전력 = 피상전력이라는 공식이 성립하는 것이 아니라

위의 삼각형과 같이 일정한 각을 이루면서 유효전력과 무효전력이 사용되고 

그 빗변에 해당하는 부분이 피상전력으로 표현된다는 것이다. 

오늘은 일단 여기까지...