전력(Watt)과 전력량(kWh)의 개념 / 전기의 공급방법 개념도

전력(Watt)과 전력량(kWh)의 개념 / 전기의 공급방법 개념도

 

 

1. 전력과 전력량

1) 전력의 단위

전위차가 있는 곳에 전류가 흐르면 전기적 에너지가 발생하거나 소비가 이루어 진다. 즉 전지와 발전기는 전기적 에너지를 발생 시키는 것이고, 전열기, 전동기는 전기적 에너지를 소비하는 것이다.

이때 단위시간 동안의 일의 양을 전력이라 한다. 1[V]의 전압에 의해서 1[C]의 전하를 이동시킬 때의 일이 1[J]이므로  Q[C]의 전하를 1[V]의 전압에 의해서 이동시키면 QE[J]의 일을 한다. 따라서 1[sec]에 1[J]의 일을 하는 전기 에너지를 1[Watt]의 전력이라 한

다. 또는 1[V]의 전위차로 1[A]의 전류가 흐를 때의 전력을 1[W]라 할 수있다.

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단위 시간의 전기 에너지를 전력이라 하지만,  단위 시간의 기계 에너지를 동력 또는 공율이라고 한다. 동력의 단위로는 마력(horse power[HP])을 사용하고 있으며 [Watt]와의 사이에는 다음과 같은 관계가 있다.

어느 일정 시간 동안의 전기 에너지의 총량을 전력량이라 하며, 전력량은 그 전력이 계속되는 시간과의 곱으로 표시한다.  전력을 P[W],  시간을 t[sec], 전력량을 W[J]이라 하면 다음과 같이 된다.  

전력량 W의 단위에는 [J]보다는 [W.sec]를 사용하나 [Wh] 또는 [KWh]등의 단위를 사용한다. 이들 단위 사이의 관계는 다음과 같다.

 

※ 전력이란 전류가 단위 시간 동안에 하는일의 양을 말한다.

 

2) 줄의 법칙(Joule’s Law)

저항 R[Ω]에 I [A]의 전류를 t [sec]동안 흐르게 할 때 저항에서 소비되는

전력량, 즉 전기적 에너지의 총량은

로 표시할 수 있으므로, 소비되는 전기적 에너지가 모두 열로 바뀌는 것을 실험적으로 확인하고, 전류에 의해서 단위 시간에 발생하는 열량은 도체의 저항과 전류의 제곱에 비례하는 것을 발견 하였다. 이것을 줄의 법칙이라 하고, 발생한 열을 줄 열 또는 저항열이라고 한다. 줄의 실험에 따르면 1[cal]의 열량은 4.186[J]의 일에 해당되므로 위 식에 표시되는 에너지를 칼로리로 표시하면 다음과 같다.

3) 저항에서의 전력

교류에 의해서 공급되는 전기에너지는 시시각각 변화하므로 보통 1주기 동안에 공급되는 전전력(全電力)을 주기로 나눈 평균전력으로 표시하며, 전압전류의 실효값을 Ew ·Iw로 하고 전압과 전류의 위상차(位相差)를 φ로 하면 전력 P＝Ew ·Iw cosφ로 된다. 이 경우 cosφ는 전기기기(電氣機器)의 역률(力率)이라 불리며, 저항만의 회로에서는 1(φ＝0)이고 평균전력은 전압과 전류 실효값의 곱이 된다.

 

예) 어떤 전구가 220V전압을 공급하니 0.27 A의 전류가 흘렀다. 소비전력은 얼마인가?

또 이 전구를 5시간씩 30일간 사용하였다면 총사용 전력량은 얼마인가?

P(Watt) = E I cos φ 이므로 P = 220 x 0.27 x 1 라는 식으로

59.4 W(약 60W)가 된다.

총전력량(Wh) = P x 시간 이므로 Wh = 59.4 x 5 x 30 이므로

8910Wh(8.9KWh)이다.

 

2. 전기의 공급방법 및 구성도

1) 발전소

< Fig01. 원자력발전소의 구성도 >

 

원자력 발전소란?

위의 그림에서와 같이 증기의 압력으로 터빈이나 발전기를 돌려 발전한다는 점에서 화력 발전과 같다.

다만 화력발전의 보일러를 원자로로 바꿔 놓은 것인데, 증기는 원자로에서 우라늄등의 핵분열 반응에 의해 생기는 열로 인해 발생한다. 원자력 발전소는 우라늄 235라는 물질을 2~3% 함유한 것을 핵연료로 사용하기 때문에 거의 100% 우라늄 235로 되어 있는 원자폭탄처럼 폭발 할 염려는 없다.

 

2) 송전선로

< Fig02. 송전선로의 구성도 >

 

송전선로란?

전기를 발전하는 발전소와 그 전기의 전압을 바꾸는 변전소 혹은 변전소와 변전소 등을 연결하는 역할을 한다.

변전소에 의해 구분되어 위의 그림과 같이 1차, 2차, 3차 송전선으로 나뉘고 각각 적당한 전압을 유지한다.

 

송전선의 전압이 높은 이유?

Joule손실(J=I*Rt)방지를 위함이며, 전력은 전압과 전류의 곱이므로 전압을 높이면 송전선에 흐르는 전류는 적게되어 가는 전선으로 되어 전선비가 적어진다.

 

765kV가 가장 높은 송전전압이다.

송전선에는 공중을 통한 가공 송전선과 지하로 송전하는 지중 송전선이 있다.

 

3) 변전소

<Fig03. 변전소의 구성도 >

 

변전소란?

발전소에서 발전한 전기를 경제적으로 사용하는곳에 보내려면 송전 전압을 차례로 올릴 필요가 있다. 또 사용하는곳에서의 안전을 위해서는 낮은 전압으로 차례로 내릴 필요가 있다.이를 위해 송·배전 선로의 적당한 장소에 전압을 바꾸는 변전소가 설치된다. 변전소에서 전압을 바꾸려면 그림과 같이 변압기를 이용한다.

 

변전소의 전압을 구분하는 방법

발전소에서 발전된 전기(10~20kV)를 송전하기 위해 고전압(154kV, 345kV, 765kV)으로 하는 송전용 변전소와 사용하는곳 주변에서 전압을 내리는 1차 변전소(77kV), 전압을 더욱 낮추는 2차 변젅소(22kV, 33kV), 배전선에 보내기위한 배전용 변전소(22.9kV/3.3~6.6kV)등이 있다.

 

4) 인입선로

< Fig04. 인입선로의 구성도 >

 

인입선이란?

그림과 같이 전력회사의 저압 배전선 전주에서 가정으로 끌어들여진 최초의 설치용 철물까지의 배선을 말한다.(보통 여기까지는 전력회사가 시공한다.) 인입선의 부착용 철물 이후의 배선은 전기공사업체에 의뢰하여 배선공사를 시공한다. 그러나 인입선 설치 지점에서 옥내 분전반 까지의 배선 도중에 가정에서 사용한 전기의 양을 계량하는 전기 계량기는 전력회사가 장치한다.