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전기기사 전력공학 · 배전방식

Distribution Method

배전 방식은 변전소에서 가정 · 공장까지 전력을 나눠 보내는 마지막 단계의 결선 방법이다. 선로를 잇는 모양(방사상 · 루프 · 망상)에 따라 신뢰도와 비용이 갈리고, 공급 방식(단상 2선 · 단상 3선 · 3상 3선 · 3상 4선)에 따라 같은 전력을 보내는 데 드는 전선량이 달라진다. 수용률 · 부등률 · 부하율로 변압기 용량을 정하는 계산이 시험에 자주 나와요. 방식 버튼을 누르면 세 가지 배전 방식의 공급 경로와 고장 때 정전 범위를 견줘 볼 수 있어요.

수요지까지 전기를 나누는 방법

🏙️ 배전은 마지막 배달
①송전: 발전소 → 변전소(높은 전압, 먼 거리)
②배전: 변전소 → 가정 · 공장(중저압, 짧은 거리)
③배전 방식에 따라 신뢰도 · 비용 · 손실이 크게 달라져요

세 가지 배전 방식

🔌 방식별 특징
①방사상(수지상)식: 구조가 단순하고 값싸며, 농어촌에 많이 쓴다
②루프(환상)식: 양쪽에서 공급할 수 있어 신뢰도가 중간이며, 도시 간선에 쓴다
③망상(네트워크)식: 경로가 여럿이라 신뢰도가 가장 높고, 도심 밀집 지역에 써요
⚠️ 저압 뱅킹과 네트워크
①저압 뱅킹: 여러 변압기의 2차를 병렬로 묶는다. 변압기 하나가 고장 나면 차례로 끊기는 캐스케이딩이 생길 수 있어, 구분 퓨즈로 막는다
②네트워크(망상)식: 정전 없이 공급하기 쉽지만, 단락 사고 때 고장 전류가 커지니 주의해야 한다
③스폿 네트워크: 특정 빌딩 전용 방식으로, 역전류를 끊는 네트워크 프로텍터를 단다

공급 방식 네 가지와 전력 · 손실 공식

단상 2선식
P = VI, 전선 2 가닥
작은 부하에 쓰는 가장 단순한 방식이다.
단상 3선식
P = 2VI, 전선 3 가닥
중성선을 두어 220 V 와 110 V 를 함께 공급하며, 전선량은 단상 2선식의 37.5% 다.
3상 3선식 (Δ결선)
P = √3 VI (V 선간 전압), 전선 3 가닥
동력 부하용이며 중성선이 없다.
3상 4선식(Y 결선): 가장 경제적
P = 3 Vp I (Vp 상전압), 전선 4 가닥
우리나라 22.9 kV 배전의 표준이고, 전선량이 단상 2선식의 33.3% 로 가장 적어요.
전력 손실 공식
Pl = P²RV²cos²θ, 손실률 K = PlP × 100
전압이나 역률이 높을수록 손실이 줄어든다.
전선 단면적(손실률 기준)
A = ρlPKV²cos²θ [mm²]
K 는 허용 손실률[%], ρ 는 저항률, l 은 선로 길이[m]이다.

부하 특성: 수용률 · 부등률 · 부하율

수용률
수용률 = 최대 수용 전력설비 용량 합계 × 100 [%]
설비가 한꺼번에 다 쓰이지는 않아 보통 100% 보다 작다.
부등률
부등률 = 각 부하 최대 전력의 합합성 최대 전력 ≥ 1
늘 1 이상이며, 부하마다 최대가 되는 시간이 엇갈릴수록 커져요.
부하율
부하율 = 평균 전력최대 전력 × 100 [%]
부하율이 높을수록 설비를 고르게 잘 쓰고 있다는 뜻이다.
변압기 용량 정하기
변압기 용량 = 설비 용량 × 수용률부등률 × 효율
부등률이 클수록 필요한 변압기 용량이 줄어든다(최대 시각이 엇갈리는 효과).
💡 균등 분포 부하의 특성
①전압 강하는 말단에 부하가 몰린 경우의 1/2 이다
②전력 손실은 말단 집중 부하의 1/3 이다
③이 두 비율(1/2, 1/3)이 계산 문제에 자주 나와요

시험 총정리

수용률
최대 수용 전력설비 합계
< 100%
부등률
각 최대의 합합성 최대
≥ 1
균등 부하 전압 강하
말단 집중의 1/2
전력 손실은 1/3
가장 경제적인 공급
3상 4선식(Y 결선)
전선량 33.3%
🎯 시험 포인트
①배전 방식은 방사상 < 루프 < 망상 순으로 신뢰도가 높아지고 비용도 늘어난다
②저압 뱅킹의 캐스케이딩은 구분 퓨즈로 막는다
③공급 방식 가운데 3상 4선식(Y)이 전선량 33.3% 로 가장 경제적이다
④수용률 · 부등률 · 부하율과 변압기 용량 산정이 한 세트로 나온다
⑤균등 분포 부하는 전압 강하 1/2, 전력 손실 1/3 이에요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 세 부하의 개별 최대 전력이 100, 80, 120 kW 이고 합성 최대 전력이 250 kW 일 때 부등률은? (답: (100 + 80 + 120)/250 = 1.2)
②[기출유형] 설비 용량 500 kW, 수용률 0.7, 부등률 1.1, 효율 0.95 일 때 필요한 변압기 용량은? (답: 500 × 0.7/(1.1 × 0.95) ≒ 335 kVA)
③[기출유형] 단상 2선식에 대한 3상 4선식의 전선량 비율은? (답: 33.3%)
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