유효전력·무효전력·피상전력은 어떤 관계인가요?

핵심 답변

유효전력(kW)은 열·빛·회전력처럼 실제로 일을 하는 전력이고, 무효전력(kvar)은 모터의 자기장이나 콘덴서의 전기장을 만들었다가 전원으로 되돌아가는 전력입니다. 피상전력(kVA)은 전압과 전류를 곱한 값으로, 전선·변압기가 실제로 감당해야 하는 크기입니다. 파형이 사인파일 때 세 값은 '피상전력² = 유효전력² + 무효전력²'의 직각삼각형 관계이고, 유효전력을 피상전력으로 나눈 값이 역률입니다. 그래서 변압기와 발전기는 kVA로, 전력량 요금은 kWh로, 역률 요금은 무효전력 계량값으로 따집니다.

원리 이해

국제 전기 용어집(IEC 60050)은 유효전력을 주기적 조건에서 순간 전력의 한 주기 평균으로, 피상전력을 단자 사이 실효 전압과 실효 전류의 곱으로 정의합니다^[1·2]. 무효전력은 사인파 조건에서 전압과, 전류를 90° 앞당긴 값의 곱을 평균한 양이고^[3], 역률은 유효전력의 절댓값을 피상전력으로 나눈 비율입니다^[4].

무효전력은 쓸모없는 전력이 아니라 유도전동기와 변압기가 자기장을 만드는 데 꼭 필요합니다. 다만 이 몫을 멀리 있는 전원에서 받으면 그만큼 선로 전류가 커지므로, 부하 가까이 콘덴서를 두어 현장에서 공급하는 것이 역률 개선입니다.

세 전력 비교

현장에서 헷갈리는 점

• 변압기 용량과 부하 kW: 500 kVA 변압기라도 역률 0.8 부하라면 담을 수 있는 유효전력은 400 kW 정도입니다. kVA와 kW를 같은 값으로 보면 용량 판단이 틀어집니다.
• 발전기·UPS 명판: 용량이 kVA와 정격 역률로 함께 적혀 있으면 공급할 수 있는 유효전력은 'kVA × 정격 역률'입니다. kW로만 비교하면 역률이 낮은 부하에서 용량이 모자랄 수 있습니다.
• 고지서의 역률: 한전은 무효전력을 계량할 수 있는 고객의 역률을 30분 단위 누적값(저압·원격검침 불가 고객은 1개월 누적값)으로 계산합니다^[5]. 순간 계측값과 다를 수 있습니다.
• 고조파가 있을 때: 위 직각삼각형 관계는 사인파 조건에서 성립합니다^[2·3]. 전자식 부하가 많아 파형이 일그러지면 같은 유효전력에도 피상전력이 더 커지므로, 콘덴서만으로 역률이 기대만큼 오르지 않을 수 있습니다.

확인 순서

1. 누구나 기기 명판에서 kW(출력)와 kVA(용량), 역률 표시를 구분해 봅니다.
2. 관리자 계측기나 전력 분석기로 P·Q·S와 역률을 같은 시각에 확인합니다.
3. 관리자 변압기 용량(kVA)과 실제 최대 피상전력을 비교해 여유를 봅니다.
4. 자격자 역률이 낮으면 콘덴서 용량을 검토하기 전에 고조파를 함께 측정합니다.

하지 말아야 할 것

• kW와 kVA를 같은 값으로 놓고 변압기·발전기 용량을 판단하지 마세요.
• 무효전력을 없애겠다고 콘덴서를 과하게 달지 마세요. 부하가 줄어드는 밤에 진상역률이 됩니다.
• 명판의 출력(kW)을 입력 전력으로 착각하지 마세요. 모터 출력은 축 출력이라 효율만큼 입력이 더 큽니다.

관련 기준과 근거

• IEC 60050-131 유효전력(131-11-42)·피상전력(131-11-41)·무효전력(131-11-44)·역률(131-11-46) 정의[출처 1~4]
• 한전 기본공급약관 제42조 역률의 계산^[5]

계산이 필요하면

S = P ÷ 역률, Q = P × tan(arccos 역률). kW·kVA·전류 환산은 계산기로 바로 할 수 있습니다.

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