교류 전력 계산 문제 집중 정리 – 제4강

역률 개선 문제와 콘덴서 용량 계산의 핵심

교류 전력 계산 문제에서 수험생들이 가장 많이 막히는 부분 중 하나가 바로 역률 개선 문제다. 단순히 전력 공식만 외워서는 풀리지 않고, 전력의 관계를 그림처럼 머릿속에 그릴 수 있어야 안정적으로 해결할 수 있다. 이번 강에서는 역률의 개념을 다시 정리하고, 콘덴서를 이용한 역률 개선 문제를 계산 흐름 위주로 정리해본다.

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교류 회로에서 전력은 유효전력, 무효전력, 피상전력으로 나뉜다. 이 중 실제 일을 하는 전력은 유효전력이며, 역률이 낮다는 것은 같은 유효전력을 얻기 위해 더 큰 전류가 흐르고 있다는 뜻이다. 따라서 역률 개선이란 유효전력은 그대로 유지하면서 무효전력을 줄이는 과정이라고 이해하면 된다.

 

문제에서는 보통 “역률을 얼마에서 얼마로 개선하라”는 조건이 주어진다. 이때 가장 중요한 포인트는 유효전력 P는 변하지 않는다는 점이다. 즉, 개선 전과 개선 후 모두 동일한 유효전력을 기준으로 계산해야 한다. 여기서 실수하는 경우가 상당히 많다.

 

계산의 출발점은 항상 유효전력이다. 먼저 주어진 부하의 유효전력을 구하고, 그 유효전력을 기준으로 개선 전 역률에서의 무효전력을 계산한다. 이후 목표 역률에서의 무효전력을 다시 계산한 뒤, 두 값의 차이가 바로 콘덴서가 보상해야 할 무효전력이 된다.

 

이때 사용하는 공식은 다음 개념으로 정리하면 좋다.
무효전력 Q는 유효전력 P와 위상각의 탄젠트 값으로 표현할 수 있으며,
Q = P × tanθ 형태로 계산된다.

따라서 역률이 주어지면 cosθ → θ → tanθ의 순서로 접근하는 것이 안전하다.

콘덴서 용량을 구하는 문제에서는 보상해야 할 무효전력을 먼저 구한 뒤, 이를 콘덴서 전력 공식에 대입한다. 단상 회로에서는 Qc = V²ωC, 삼상 회로에서는 결선 방식에 따라 식이 달라진다는 점을 반드시 구분해야 한다. 특히 Y결선과 Δ결선은 시험에서 자주 함정을 파는 부분이므로, 결선 조건을 문제에서 다시 한 번 확인하는 습관이 중요하다.

정리하면, 역률 개선 문제는 공식 암기보다 계산 순서가 핵심이다.

유효전력 고정 → 개선 전 무효전력 계산 → 개선 후 무효전력 계산 → 차이로 콘덴서 용량 산출.
이 흐름만 흔들리지 않으면 계산 실수는 크게 줄어든다.

 

이 유형은 전기기사 필기에서 거의 빠지지 않고 출제되므로, 숫자를 바꿔가며 여러 번 손으로 직접 계산해보는 것이 가장 확실한 대비 방법이다. 다음 강의에서는 이 역률 개선 개념을 실제 계산 문제에 적용해, 시간 단축 풀이 전략까지 함께 정리해보자.