VA와 W의 차이: 피상전력·유효전력과 UPS 사양 읽는 법

일본에서 제어반이 들어오는 중입니다. 공급자의 사양서에는 "3φ AC200V, 10kVA"라고 적혀 있고, 내장 UPS는 "1kVA / 0.6kW"로 표시되어 있는데, 우리 공장 전원은 3상 380 V 60 Hz입니다. 급전선, 차단기, 교체용 UPS를 선정하기 전에 이 숫자들이 각각 무엇을 뜻하고 어떤 가정을 깔고 있는지부터 알아야 합니다.

결론부터 말하면, VA(볼트암페어)는 전압과 전류의 곱으로 구하는 피상전력의 단위이고, W(와트)는 부하가 실제로 소비하는 유효전력의 단위입니다. 두 값을 잇는 것이 역률입니다. 역률 0.8인 1,000 VA 부하는 800 W를 소비하지만, 800 W짜리 기기가 800 VA 전원으로 충분하다는 보장은 없으므로 두 값을 모두 확인해야 합니다.

이 글에서는 일본 사양서에 나오는 용어, 단상·3상 계산(같은 부하를 200 V, 220 V, 380 V, 400 V, 480 V에서 전류로 환산하는 방법 포함), UPS의 두 가지 출력 상한, 전동기 명판, 역률 개선을 다룹니다. 마지막에는 확인 체크리스트, 일본 공급자에게 보낼 질문 목록, 문의 메일 예문을 붙였습니다.

목차

1. 일본 사양서에 나오는 전력 용어
2. VA(피상전력)란?
3. W(유효전력)란?
4. 3상: kVA에서 kW와 전류로
5. UPS 사양 읽는 법: 두 가지 출력 상한
6. 케이블과 차단기: 전류(A)로 환산한다
7. 전력량: W에 운전 시간을 곱한다
8. 역률 개선: 같은 kW를 더 작은 전류로 보낸다
9. 빠른 참조: 어느 값을 볼 것인가
10. 체크리스트: UPS, 차단기, 전원을 선정하기 전에
11. 일본 공급자에게 할 질문
12. 이 글의 한계
13. 자주 묻는 질문(FAQ)
14. 출처

일본 사양서에 나오는 전력 용어

일본의 데이터시트와 단선결선도(單線結線圖)에는 전력을 나타내는 용어가 정해져 있습니다. 한국어 용어와 거의 그대로 대응하지만, 숫자를 읽기 전에 어느 것이 어느 것인지 먼저 확인해 두어야 합니다.

일본어 표기	읽기	한국어	단위
皮相電力	hiso denryoku	피상전력(S)	VA, kVA
有効電力	yuko denryoku	유효전력(P)	W, kW
無効電力	muko denryoku	무효전력(Q)	var, kvar
力率	rikiritsu	역률(PF)	비율(0~1)
効率	koritsu	효율	% 또는 비율
電力量	denryokuryo	전력량	kWh
線間電圧	senkan den'atsu	선간전압	V
線電流	sen denryu	선전류	A
単相 / 三相	tanso / sanso	단상 / 3상(일본 도면에서는 1φ / 3φ로도 표기)	—
定格出力	teikaku shutsuryoku	정격출력(전동기는 축출력)	kW
電源容量	dengen yoryo	전원 용량(수전 용량)	kVA 또는 kW
進相コンデンサ	shinso kondensa	진상 콘덴서(역률 개선용 콘덴서)	kvar

VA(피상전력)란?

VA는 볼트암페어(volt-ampere)의 약어로, 피상전력 S의 단위입니다. 단상 교류에서는 전압 실효값과 전류 실효값의 곱이 S이며, 100 V에서 10 A이면 1,000 VA입니다.

실효값(RMS)은 같은 저항을 같은 만큼 발열시키는 직류 값에 대응시킨 값입니다. 교류는 주기마다 크기와 방향이 바뀌지만, 케이블이나 기기가 얼마만큼의 전류를 감당해야 하는지 따질 때는 이 실효값이 기준이 됩니다. 정현파에서는 최대값이 실효값보다 큽니다.

전력 공식에 넣는 100 V나 200 V는 실효값입니다. 최대값끼리 곱하면 의도한 피상전력과는 다른 값이 나옵니다.

VA는 흐르는 전류의 크기를 알려 준다

같은 전압에서는 피상전력이 클수록 전류도 커집니다. 전원, 변압기, 전선은 모두 그 전류를 감당해야 하므로, 유효전력만으로는 이들에 걸리는 부담을 알 수 없습니다.

단상 100 V에서 1,000 VA 부하는 10 A, 1,500 VA 부하는 15 A가 흐릅니다. 유효전력이 같아도 역률이 다르면 전류가 달라지고, 필요한 전원 용량과 배선 조건도 달라집니다.

변압기 용량을 kVA로 표시하는 것도 이 때문입니다. 변압기가 보낼 수 있는 유효전력은 부하의 역률에 따라 달라지므로, "10 kVA"를 역률 확인 없이 "10 kW"로 읽으면 안 됩니다.

접두어도 주의하십시오. 1 kVA는 1,000 VA이고 1 kW는 1,000 W입니다. kVA와 VA를 혼동하는 것도 실수이고, 피상전력과 유효전력을 혼동하는 것도 별개의 실수입니다.

단상 회로에서 전압과 전류를 알면 피상전력은 계산할 수 있습니다. 그러나 같은 방법으로 유효전력을 구할 수는 없습니다.

유효전력을 알려면 역률이나 전력계 측정값이 필요합니다. 전류계 값에 전압을 곱한 값이 곧 소비한 유효전력이라고 단정할 수 없습니다.

그림 1: 전압과 전류에서 VA를 구하고, 역률로 W에 연결한다

예: 단상 100 V, 10 A, 참 역률 0.8로 가정한 부하. 전압은 부하 양단, 전류는 선전류입니다.

전류 화살표는 실효값의 기준 방향일 뿐이며, 교류가 한 방향으로 흐른다는 뜻이 아닙니다. 실제 측정에는 회로와 정격에 맞는 계측기와 접속 방법을 사용하십시오.

정격 VA와 실측 VA는 구분한다

사양서에 적힌 정격 용량은 그 기기가 대응하는 범위를 나타냅니다. 경부하에서는 실제 전류와 전력이 더 작으므로, 정격 수치가 항상 소비되고 있는 것은 아닙니다.

반대로 전류를 한 번 쟀더니 작았다는 이유만으로 전원 용량을 정할 수도 없습니다. 최대 운전 상태, 기동, 동시 사용, 장래 부하를 각각 파악하고 사양과 대조하십시오.

명판에 전압이나 주파수가 여러 개 적혀 있으면 같은 행의 전압과 전류를 짝지어 읽어야 합니다. 다른 전원 조건의 전압과 전류를 곱하면 실제 정격과 맞지 않는 피상전력이 만들어집니다. 그 수치가 어디까지를 포함하는지도 확인하십시오.

장치 전체의 입력 사양과 내부 부품의 사양은 대상 범위가 다릅니다. 단선결선도와 사양서의 항목 이름을 보고, VA 값이 제어 전원만의 값인지, 전동기와 부속 기기까지 포함한 전체 입력인지 확인하십시오.

W(유효전력)란?

와트는 전력의 단위이며, 교류 회로에서는 유효전력 P에 쓰입니다. 유효전력은 전원에서 부하로 실제로 전달되어 열, 빛, 기계적 출력 등으로 바뀌는 전력입니다. 1 W는 초당 1 J의 에너지에 해당하며, 전력은 에너지를 쓰는 속도이고 긴 시간의 합계는 전력량입니다.

유효전력에는 목적한 일이 된 부분뿐 아니라 기기 내부에서 열로 변하는 손실도 포함됩니다. 전동기에 들어가는 800 W가 모두 축 출력이 되는 것은 아니며, 이 배분을 나타내는 값이 효율입니다.

순시 전압과 전류를 곱해 시간 평균을 낸다

교류 유효전력의 기본 정의는 같은 시각의 전압과 전류를 곱한 순시전력의 평균입니다. 순시전력 p는 한 주기 동안 변하며, 그 평균이 P입니다. 전압과 전류가 모두 정현파이고 위상차가 θ이면 평균은 V I cos θ가 됩니다. 이때 V와 I는 실효값이고, cos θ가 역률입니다.

이상적인 저항 부하에서는 전압과 전류가 같은 타이밍으로 변하므로 θ = 0, cos θ = 1입니다. 이 경우 교류에서도 P = VI가 성립하므로, "전압과 전류의 곱으로 유효전력을 구할 수 있는 것은 직류뿐"이라고 외우는 것은 적절하지 않습니다.

일정한 직류에서도 P = VI를 쓸 수 있지만, 교류에서는 파형과 역률을 함께 확인해야 합니다. 공식의 모양을 외우기보다 "순시값을 곱해 평균한다"는 원리로 돌아가면 어떤 조건에서 쓸 수 있는지 구분하기 쉽습니다.

무효전력은 손실과 같지 않다

코일과 콘덴서는 자기장이나 전기장에 에너지를 저장했다가 전원 쪽으로 돌려보내는 작용을 합니다. 이상적인 소자에서는 이 저장과 반환이 매 주기 반복되며, 한 주기 전체에서 정미로 소비되는 에너지는 0입니다.

정현파에서 이 주고받음에 대응하는 양이 무효전력 Q이며, 단위는 var입니다. 지상(유도성) 부하와 진상(용량성) 부하는 방향이나 부호로 구분합니다.

무효전력은 단순히 버려지는 유효전력이 아닙니다. 전동기의 자기장을 만드는 작용 등과 관련되어 있습니다. 다만 그 전류가 흐르는 배선에서는 실제 저항 손실이 늘어나므로 설비 전체의 부담이 됩니다.

유효전력 800 W와 무효전력 600 var에 대해 피상전력은 1,400이 아니라 1,000 VA입니다. 세 값은 직각삼각형을 이루며, P와 Q가 두 변, S가 빗변입니다. VA라는 그릇 안에 W와 var가 나란히 들어 있다고 비유하면 이를 단순히 더하게 되어 오해가 생깁니다.

그림 2: 800 W와 600 var가 직각을 이루어 1,000 VA가 된다

정현파에서 유도성 부하의 전력 삼각형. 변의 길이를 800 : 600 : 1,000 비율로 그렸습니다.

가로변과 세로변은 서로 다른 전력 성분입니다. 이 삼각형은 S² = P² + Q²를 나타낸 것이며, W와 var를 더해 VA를 얻는다는 뜻이 아닙니다.

역률과 효율은 비교 대상이 다르다

역률은 유효전력 P를 피상전력 S로 나눈 비 P/S이며, λ 등으로 표기하기도 합니다. 전력을 소비하는 부하에서는 0~1의 범위를 가지며, 일정한 유효전력을 보내는 데 필요한 전류와 관련됩니다.

효율은 이와 다른 비율로, 입력된 유효전력 중 목적한 출력으로 바뀐 비율입니다. 전동기라면 전기 입력과 기계 출력을 비교하며, 열이나 마찰 등으로 잃은 몫이 차이가 됩니다.

역률 0.8이라고 해서 입력 에너지의 20 %가 열로 손실된다는 뜻은 아닙니다. 효율 90 %인 전동기의 역률이 0.9가 된다는 관계도 없습니다.

두 비율이 같은 표에 나란히 있을 때는 각각의 분자와 분모를 확인하십시오.

전동기의 축 출력에서 전원 용량을 추산할 때는 두 단계로 거슬러 올라갑니다. 먼저 효율로 나누어 입력 유효전력을 구하고, 다음에 역률로 나누어 피상전력을 구합니다. 단계를 나누면 손실과 무효 성분을 혼동하지 않고 계산할 수 있습니다.

파형이 왜곡되면 종합(진) 역률로 확인한다

정류 회로를 입력단에 가진 장치 등에서는 전류가 정현파와 다른 모양이 될 수 있습니다. 그러면 하나의 위상차만으로 전류 전체를 나타낼 수 없고, 기본파의 cos θ가 전체 역률과 같다고 할 수 없습니다.

종합 역률(true power factor)은 유효전력을 실효값으로 구한 피상전력으로 나눈 P/S입니다. 변위 역률(displacement power factor)은 기본파 전압과 전류의 위상차에서 구하므로 기본파의 어긋남만을 반영합니다.

기본파가 잘 맞아도 왜곡 전류가 크면 전류 전체의 실효값은 커집니다. 전류 부담은 늘어도 유효전력이 같은 만큼 늘지는 않으므로 두 역률을 서로 바꿔 쓰지 마십시오. 전력계는 동시에 샘플링한 전압과 전류의 순시값에서 유효전력을 연산합니다.

계측기 사양을 볼 때는 "역률" 표시가 종합값인지 기본파 값인지, 어떤 연산 방식을 쓰는지 확인하십시오. 왜곡이 있는 3상 회로에서는 계측기마다 피상전력과 무효전력의 연산 방법이 다를 수도 있습니다. 서로 다른 계측기의 값을 비교할 때는 고장이라고 단정하지 말고 결선과 연산 정의부터 맞추십시오.

3상: kVA에서 kW와 전류로

평형 3상 정현파 교류에서는 선간전압과 선전류로 전체 전력을 구할 수 있습니다. 단상의 VI에 곱해지는 것은 3이 아니라 √3입니다. 선이 세 가닥이라는 이유로 3VI로 계산하면 안 됩니다.

여기서 V는 전선과 전선 사이의 선간전압, I는 전원에서 부하로 가는 한 가닥 선에 흐르는 선전류입니다. 부하 한 상에 걸리는 상전압이나 권선을 흐르는 상전류를 섞으면 √3의 위치가 어긋납니다. Y 결선에서 상전압은 선간전압의 1/√3입니다.

Δ 결선에서는 상전류가 선전류의 1/√3입니다.

각 상의 유효전력을 합산하는 원리는 어떤 회로에도 통하지만, 선간전압과 선전류만으로 하나의 식으로 줄이려면 조건이 필요합니다. 불평형이나 왜곡이 있는 회로에서는 그 회로에 맞게 결선한 전력계로 측정하고, 상별 값과 합계값의 연산 방법도 확인하십시오.

계산 예: 200 V, 30 A, 역률 0.85

평형 3상 200 V 정현파 전원에서 선전류 30 A, 역률 0.85로 운전하는 펌프 회로를 예로 듭니다. 200 V는 선간전압, 30 A는 선전류이며, 구하는 값은 측정한 전원 측의 전력입니다.

반올림하면 약 10.4 kVA, 8.8 kW, 5.5 kvar입니다. 계산 도중에 크게 반올림하면 최종 값이 달라지므로, 비교하는 자료의 자릿수와 반올림 단계를 맞추십시오.

√3VI로 3상 합계를 구했다면 거기에 상수 3을 다시 곱할 필요가 없습니다. 계산서에 변수의 정의를 적어 두면 확인하기 쉽습니다.

그림 3: 3상 공식에는 선간전압과 선전류를 넣는다

평형 Y 결선 부하의 예. 전압계는 두 선 사이에 연결하고, 전류는 전원선 한 가닥의 값입니다.

부하는 크기가 같은 임피던스로 이루어진 평형 부하입니다. 측정하는 양을 설명하는 개념도이며, 접속 절차를 나타낸 것이 아닙니다.

kW에서 필요한 kVA와 전류를 역산한다

부하가 전원 측에서 8 kW를 소비하고 역률이 0.8이면 필요한 피상전력은 8 ÷ 0.8 = 10 kVA입니다. kW와 kVA가 같은 숫자가 되는 것은 역률 1일 때뿐이며, 8 kVA 전원으로는 이 부하에 전력을 공급할 수 없습니다. 3상 200 V에서 10 kVA에 해당하는 선전류는 약 28.9 A입니다. 같은 8 kW라도 전압이나 역률이 다르면 전류가 달라지므로, 조건을 빼고 전류값만 다른 곳에 가져다 쓰지 마십시오.

발전기나 UPS를 선정할 때 계산으로 얻은 10 kVA는 정상 상태 조건의 출발점입니다. 실제 선정에서는 kW 상한, 기동 시 전압 변동, 부하 특성, 운전 조건까지 고려하여 제조사의 적용 조건과 대조하십시오.

같은 부하, 다른 전압: 한국 현장 전원과 일본 사양 비교

일본 공장 설비는 200 V급 또는 400 V급 3상 전원용으로 만들어진 경우가 많고, 일본의 상용 주파수는 동일본 50 Hz, 서일본 60 Hz로 나뉩니다. 한국 사업장은 일반적으로 60 Hz이고 저압 전원은 단상 220 V, 3상 380 V가 흔하지만, 실제 수전 전압은 사업장마다 확인하십시오. 수출입 설비에서는 400 V(IEC 60038의 50 Hz 계통 표준값)나 480 V(미국의 대표적인 계통 전압)가 섞이는 경우도 있습니다. 부하의 kVA는 전압이 바뀌어도 변하지 않지만 선전류는 달라지고, 케이블과 차단기를 정하는 것은 이 전류입니다.

선간전압	10 kVA당 선전류(평형 3상)
200 V	28.9 A
220 V	26.2 A
380 V	15.2 A
400 V	14.4 A
480 V	12.0 A

전류를 다시 계산하는 일은 쉽습니다. 어려운 것은 200 V급 설비를 우리 전원에 그대로 연결해도 되는지, 강압·승압 변압기가 필요한지, 380 V급 또는 400 V급 사양으로 발주해야 하는지를 정하는 일이며, 이는 공급자에게 확인할 사항입니다. 50 Hz·60 Hz 겸용 전동기는 주파수마다 정격 전류와 회전수가 따로 적혀 있는 경우가 많으므로, 우리 사업장의 주파수에 해당하는 행을 읽으십시오.

전동기 명판의 kW는 입력 전력이 아니다

전동기의 정격 kW는 보통 축에서 꺼내는 기계 출력을 뜻합니다. 입력 유효전력에는 손실분도 포함되므로, 7.5 kW 전동기가 항상 전원에서 7.5 kW를 가져오는 것은 아닙니다. 같은 운전점에서 축 출력 7.5 kW, 효율 0.90, 역률 0.80이 성립한다고 가정해 봅시다.

이때 입력 유효전력은 약 8.33 kW입니다. 이를 역률로 나누면 입력 피상전력은 약 10.42 kVA이고, 3상 200 V에서 선전류는 약 30.1 A입니다.

효율 0.90이라는 가정에서는 입력 8.33 kW 중 약 0.83 kW가 손실입니다. 8.33 kW와 10.42 kVA의 차이를 추가 열손실로 보지 마십시오. 그 차이는 손실이 아니라 역률에서 나옵니다.

전동기 종류를 비교할 때도 출력이 같다고 입력이 같은 것은 아닙니다. 효율, 부하율, 구동 방식이 달라지면 전원에서 보이는 조건도 달라집니다.

그림 4: 효율은 입력 전력으로, 역률은 입력 kVA로 거슬러 올라간다

효율 0.90, 역률 0.80으로 가정한 예. 굵은 화살표는 유효전력의 흐름이며, VA의 흐름이 아닙니다.

전동기는 단순화한 외형이며 내부 구조를 나타내지 않습니다. 화살표 폭은 정확한 비례가 아니고, 손실은 설명을 위해 하나로 묶어 표시했습니다. 계산에는 7.5 ÷ 0.9의 반올림 전 값을 사용했습니다.

가변주파수 드라이브(VFD)가 있으면 측정 위치를 정의한다

가변주파수 드라이브(VFD, 한국 현장에서는 보통 인버터라고 부릅니다)로 전동기를 운전하면 전동기 단자의 전력과 드라이브가 전원에서 가져가는 전력은 다릅니다. 전원 설비를 검토할 때는 드라이브의 손실과 입력 측 역률까지 포함해서 평가하십시오.

전동기의 역률을 드라이브 입력 측 역률에 그대로 적용할 수는 없습니다. 파형과 전원 측 조건이 다르므로, 드라이브의 입력 사양이나 적절한 측정값으로 확인하십시오.

팬이나 펌프를 회전수를 낮춰 사용하면 부하가 필요로 하는 유효전력이 달라집니다. 이는 역률 개선과는 다른 메커니즘입니다. 드라이브 출력은 상용 정현파가 아니므로 측정기도 그에 대응해야 합니다.

측정값이 입력 측인지 출력 측인지 명기하고, 같은 시간대와 같은 부하 조건에서 얻은 값끼리 비교하십시오.

UPS 사양 읽는 법: 두 가지 출력 상한

UPS에는 VA와 W 두 가지 출력 상한이 있고, 부하는 둘 모두를 넘지 않아야 합니다. 일본 UPS 사양서에는 "1kVA / 0.6kW"나 "1000VA / 600W"처럼 두 값을 한 줄에 병기하는 경우가 있습니다. 출력 상한이 1,000 VA, 600 W인 가상의 UPS를 생각해 봅시다.

• 부하 A, 900 VA·540 W: 두 상한 이내입니다.
• 부하 B, 700 VA·630 W: VA 상한 이내이지만 W 상한을 넘습니다.
• 부하 C, 1,100 VA·550 W: W 상한 이내이지만 VA 상한을 넘습니다.

한쪽 상한 이내라도 다른 쪽을 넘으면 적합하지 않습니다. 또한 이 UPS의 600 W ÷ 1,000 VA = 0.6은 연결한 기기의 역률이 아닙니다. 하나는 UPS 두 출력 상한의 비이고, 다른 하나는 부하에서 측정한 P/S입니다.

그림 5: 가상의 1,000 VA / 600 W UPS가 가진 두 상한

오른쪽으로 갈수록 VA가, 위로 갈수록 W가 커집니다. 색칠한 영역은 두 출력 상한과 P ≤ S를 만족하는 범위입니다.

축척: 가로 1 VA = 0.5 px, 세로 1 W = 0.4 px. 전력을 소비하는 부하의 P ≤ S를 포함한 그림이며, 실제 기종의 부하 허용 곡선이 아닙니다.

두 상한의 비율은 기종에 따라 다릅니다. APC(Schneider Electric)는 과거에는 W 정격이 VA 정격의 약 60 % 정도인 것이 업계의 일반적인 기준이었지만, 최근 UPS는 W 정격이 VA 정격에 가깝고 일부 현행 기종은 출력 역률 0.9 또는 1.0으로 표시된다고 설명합니다.

따라서 kVA만 적힌 일본 사양서만으로는 kW 상한을 알 수 없습니다. 두 값을 모두 요청하십시오.

여러 기기가 하나의 UPS를 공유할 때는 제조사의 선정 절차에 따라 최대 VA와 최대 W를 각각 합산합니다. 동시 동작, 돌입 전류, UPS 출력 파형과의 적합성도 확인하십시오. 명판 정격의 합계가 작다는 것만으로 결정해서는 안 됩니다.

대기 시간(백업 시간)은 용량과는 별개의 문제입니다. UPS 방식(토폴로지)도 함께 확인하고, 부하 W에 해당하는 제조사의 백업 시간표나 조건으로 평가하십시오.

케이블과 차단기: 전류(A)로 환산한다

케이블과 차단기를 검토할 때는 VA를 전류 정격과 직접 비교하지 말고, 회로의 전압과 상수에 맞게 전류로 환산합니다. 단상 100 V의 1,000 VA는 10 A이지만, 3상에서는 위의 √3 공식을 씁니다.

같은 kW라도 역률이 낮을수록 전류가 늘어나므로, kW만으로 전선의 부담을 비교하면 부족할 수 있습니다. 전압, 역률, 효율 등 필요한 조건을 맞추고 설계상의 최대 부하를 정리하십시오.

전류는 케이블과 차단기를 선정하는 입력값일 뿐이며, 최종 선정은 자격을 갖춘 전기 기술자의 몫입니다. 한국에서는 한국전기설비규정(KEC)과 관련 KS 규격 등 현행 규정에 따라 포설 조건, 주위 온도, 다조 포설, 전압 강하, 단락 보호를 따져야 합니다. 전동기처럼 기동 전류가 흐르는 부하에서는 운전 전류와 기동 조건을 구분해서 다루십시오.

운전 전류를 웃도는 정격의 차단기를 골랐다고 해서 기동 시 불필요하게 트립하지 않는지, 이상 시에 회로를 보호하는지가 판단되는 것은 아닙니다. 전류 용량과 알맞은 보호 기능이 모두 필요합니다. 이 단계에서 일본 도면에서 NFB라고 표기하는 배선용 차단기(MCCB)와, 필요하면 누전차단기(ELB)가 각각 무엇을 보호하는지도 확인하십시오.

전기 설비 작업은 관련 법규(산업안전보건법, 전기안전관리법 등)에 따라 자격이 있는 인력이 수행해야 합니다. 이 글은 사양을 읽는 방법을 설명할 뿐 작업 절차가 아닙니다.

전력량: W에 운전 시간을 곱한다

유효전력이 일정할 때 전력량은 유효전력과 시간의 곱이며 단위는 kWh입니다. kW 수치만으로는 사용한 에너지의 합계를 알 수 없습니다.

평균 8.8 kW로 6시간 운전하면 52.8 kWh입니다. 같은 8.8 kW 설비라도 짧게 돌리는 경우와 하루 종일 돌리는 경우는 전력은 같아도 전력량이 크게 다릅니다.

명판의 정격 kW에 운전 시간을 곱한 값은 운전 조건에 따라 실제 전력량과 다를 수 있습니다. 에너지 절감 효과를 비교할 때는 운전 시간, 부하, 생산량을 맞추고 필요한 구간의 유효전력량을 확인하십시오. 전기 가열에서는 제품에 필요한 열량과 손실을 포함해 전원에서 가져오는 전력량을 구분해서 다루십시오.

전기요금에는 전력량에 비례하는 부분 외에 계약이나 최대 수요전력과 관련된 부분도 있습니다. kWh 절감 효과와 요금 조건의 변화는 따로 시산하십시오.

역률 개선: 같은 kW를 더 작은 전류로 보낸다

같은 전압에서 같은 유효전력을 쓰는 부하라면, 역률을 개선하면 필요한 피상전력이 작아집니다. 전류도 줄어 전원 설비의 여유가 늘고, 개선 지점보다 전원 쪽 배선의 저항 손실이 줄어듭니다.

평형 3상 200 V에서 10 kW를 보내는 부하를 가정합니다. 역률 0.8에서는 12.5 kVA, 선전류 약 36.1 A가 필요하지만, 역률 0.95에서는 약 10.53 kVA, 약 30.4 A가 됩니다.

이때 10 kW 자체가 줄어든 것은 아닙니다. 줄어드는 것은 같은 유효전력을 보내는 데 필요한 전류와, 보상한 구간의 무효 성분입니다.

같은 저항의 배선에서는 저항 손실이 전류의 제곱에 비례합니다. 이 예의 전류비로 계산하면 손실비는 약 0.71이 되지만, 이는 설비 전체의 소비전력이 약 29 % 줄어든다는 뜻이 아닙니다.

역률 개선용 진상 콘덴서는 유도성 부하의 지상 무효전력을 보상하는 대표적인 설비입니다. 용량과 설치 위치는 설비 상태를 보고 검토하십시오. 부하가 줄어든 시간대에도 과대한 콘덴서를 연결해 두면 진상이 지나치게 될 수 있으므로, 숫자만이 아니라 진상·지상의 방향과 운전 상태를 함께 읽으십시오.

고조파가 있는 계통에서는 콘덴서, 리액터, 계통 조건이 서로 영향을 줍니다. 용량을 늘리면 무조건 개선된다고 생각하지 말고, 고조파, 공진, 기존 설비와의 조합까지 포함하여 평가하십시오.

한국에서는 한국전력의 전기공급약관에 역률에 따라 기본요금을 감액하거나 할증하는 제도가 있는 것으로 알려져 있습니다. 기준 역률과 측정 시간대, 월 평균 역률로 산정하는 방식 등은 계약 종별과 개정 시점에 따라 다를 수 있으므로 현행 약관으로 확인하십시오. 현장에서 한 번 잰 역률과 요금 계산용 평균 역률을 혼동하지 마십시오.

빠른 참조: 어느 값을 볼 것인가

필요한 단위는 용량, 전류, 소비 에너지 중 무엇을 평가하느냐에 따라 달라집니다. 먼저 설비의 어느 부분을 평가할지 정하고, 그 지점의 V, A, W, VA, 역률을 짝지어 읽으면 정리가 쉽습니다.

그림 6: 보는 단위와 함께 확인할 조건

VA와 W 중 하나를 고르는 표가 아니라, 용도별로 주된 값과 보조 조건을 나타낸 표입니다.

상황	주로 보는 값	함께 확인할 것
변압기·발전기 용량	kVA, 정격 전압·전류	발전기의 kW 상한, 부하 역률, 기동, 온도·운전 조건
UPS 출력 용량	VA와 W의 두 상한	부하 최대값, 파형·돌입 전류와의 적합성, 필요 시간
케이블·차단기	A	포설 조건, 주위 온도, 전압 강하, 단락 보호, 기동 조건
소비전력·에너지 절감	kW, kWh	측정 경계, 평균과 최대, 운전 시간, 생산 조건
진상 콘덴서	kvar, 역률의 방향	부하 변동, 보상 위치, 기존 용량, 고조파·리액터
전동기 명판	축 출력 kW, V, A, 효율, 역률	입력과 출력의 구분, 주파수, 부하율, 구동 방식

이 표는 사양을 읽는 입구입니다. 전류값만으로 보호 기기의 최종 정격을 정하는 것처럼 선정 조건을 생략해서 쓰지 마십시오.

사양서와 실측이 맞지 않을 때의 확인 순서

1. 입력인가 출력인가? 각 수치가 입력값인지 출력값인지 확인합니다. 전동기 축 출력과 제어반 전체 입력, UPS의 출력 상한과 연결 기기의 소비전력은 서로 다른 것입니다.
2. 단위와 변수. 단상·3상, 선간·상, V·kV, VA·kVA를 맞춥니다. 1,000배나 √3배 차이가 나면 기기 이상을 의심하기 전에 단위와 변수 선택부터 점검하는 편이 원인을 찾기 쉽습니다.
3. 계측기 설정. 결선 방식, 전압과 전류의 대응, CT·VT 비, 전류 방향은 자격 있는 전기 기술자나 계측기 제조사와 함께 확인합니다. 설정한 비율이 실제와 다르면 계측기가 정상이어도 표시값이 어긋납니다.
4. 운전 조건. 부하율, 운전 시간대, 기동 포함 여부, 평균인지 최대인지를 비교합니다. 서로 다른 조건의 측정값을 억지로 맞추려고 역률이나 효율의 가정을 자의적으로 바꾸지 마십시오.

체크리스트: UPS, 차단기, 전원을 선정하기 전에

• 전압과 주파수: 각 부하의 정격 전압·주파수(200 V급인지 400 V급인지, 50 Hz인지 60 Hz인지)와 우리 사업장의 전압·주파수(예: 3상 380 V 60 Hz)
• 상수: 단상인지 3상인지. 3상이면 그 수치가 선간전압과 선전류인지 확인
• 수치의 범위: 장치 전체 입력인지, 제어 전원만인지, 부품 하나인지. 입력인지 출력인지
• kVA와 kW: 두 값 모두, 그리고 둘을 환산한 역률과 그것이 종합 역률인지 변위 역률인지
• 피크: 최대 수요, 기동 전류·돌입 전류, 동시에 운전하는 부하
• UPS: VA와 W 양쪽의 출력 상한, 출력 파형, 실제 부하 W에서의 백업 시간
• 드라이브: VFD가 있으면 전동기가 아니라 드라이브 입력 측의 전류와 역률
• 전동기: 우리 전압·주파수에서의 축 출력, 효율, 역률, 정격 전류
• 반올림: 변수 정의와 반올림한 위치를 적어 둔 계산서
• 규격과 규정: KS 규격이나 KEC에 대한 적합 여부는 일본 사양서의 JIS·IEC 표기와 같다고 가정하지 말고 공급자와 인증 자료로 확인

일본 공급자에게 할 질문

• "電源容量"(dengen yoryo, 전원 용량)은 kVA 값입니까, kW 값입니까? 전동기, 히터, 부속 기기를 포함한 장치 전체의 값입니까?
• kVA와 kW를 환산할 때 어떤 역률을 가정했습니까?
• 우리 전압에서 기동 전류와 돌입 전류를 포함한 선당 최대 전류는 얼마입니까?
• 이 설비는 200 V급입니까, 400 V급입니까? 우리 전압·주파수(예: 380 V 60 Hz)용 사양이 있습니까, 아니면 변압기가 필요합니까?
• UPS의 VA와 W 양쪽 출력 상한은 얼마이고, 우리 부하의 W에서 백업 시간은 얼마입니까?
• 전동기별로 우리 주파수에서의 축 출력, 효율, 역률, 정격 전류는 얼마입니까?
• 역률 개선용 콘덴서나 고조파 필터가 내장되어 있습니까?
• KS 규격이나 KC 인증 등 한국 규정이 요구하는 사항에 대한 대응 자료를 받을 수 있습니까?

문의 메일 예문

번호를 붙인 짧은 질문은 일본 측이 항목별로 답하기 쉽고 번역 도구에도 잘 들어갑니다. 아래 예문(영어)을 사정에 맞게 고쳐 쓰십시오.

Subject: Power supply data for [equipment name / order no.]

Dear [Name],

We are preparing the power supply for [equipment name]. Our site supply
is [380 V / 220 V], 3-phase, 60 Hz. Could you please confirm:

1. Rated input voltage and frequency of the equipment
2. Total input capacity in both kVA and kW, and the power factor used
3. Maximum line current at our supply voltage, including starting/inrush
4. UPS model, output rating in both VA and W, and runtime at our load
5. Shaft output (kW), efficiency, power factor, and rated current of each motor
6. Whether a transformer is required, or a version for our voltage is available

A table or the relevant pages of the specification would be fine.

Best regards,
[Your name]

이 글의 한계

• cos θ와 sin θ를 쓰는 공식은 정현파를, √3를 쓰는 3상 공식은 평형 조건을 전제로 합니다. 왜곡이나 불평형이 있는 회로에는 알맞은 측정이 필요합니다.
• 1,000 VA / 600 W UPS와 7.5 kW 전동기를 포함해 모든 수치 예는 설명용 가상값입니다. 실제 설비에는 데이터시트의 값을 사용하십시오.
• 케이블, 차단기, 변압기의 선정은 현지 규정과 사업장 조건에 따라 달라지며, 이 글은 다루지 않습니다.
• 한국 사업장의 전압·주파수는 일반적인 값을 적었을 뿐이므로 실제 수전 조건을 확인하십시오. 200 V급 설비를 우리 전원에서 쓸 수 있는지, 기동이 발전기나 UPS에 미치는 영향은 설비마다 다르므로 공급자와 제조사에 확인하십시오.
• 역률 요금 제도는 국가와 전력회사마다 다릅니다. 한국전력의 제도도 약관 개정에 따라 바뀔 수 있으므로 현행 약관으로 확인하십시오.
• 이 글은 사양을 읽는 방법을 설명하며 배선·측정·설치 절차가 아닙니다. 전기 설비 작업은 자격을 갖춘 전기 기술자에게 맡기십시오.

자주 묻는 질문(FAQ)

1,000 VA는 몇 W입니까?

부하의 역률에 따라 달라집니다. W = VA × 역률이며, 역률 0.8이면 800 W, 역률 1이면 1,000 W입니다. VA 수치만으로는 W 값이 하나로 정해지지 않습니다.

3상에서 kVA를 kW로 환산하려면 어떻게 합니까?

단상과 같습니다. kW = kVA × 역률입니다. √3가 들어가는 것은 kVA에서 전류(A)로 갈 때뿐이며, I = kVA × 1,000 ÷ (√3 × 선간전압)입니다. 예를 들어 380 V에서 10 kVA는 약 15.2 A, 400 V에서는 약 14.4 A입니다.

역률을 모를 때 1로 가정해도 됩니까?

기본적으로는 그렇게 하지 않는 것이 좋습니다. 오차가 어느 쪽으로 나는지는 무엇을 구하느냐에 따라 다릅니다.

W에서 필요한 VA를 구할 때 실제 역률이 1보다 작으면 1로 가정한 계산은 작게 나옵니다. 사양서나 제조사 정보로 확인하십시오.

역률이 좋아지면 전동기 효율도 같은 비율로 오릅니까?

반드시 그렇지는 않습니다. 역률과 효율은 서로 다른 비율이어서 비례해서 움직이지 않습니다. 역률 개선으로 인한 전류와 배선 손실의 변화는, 전동기가 입력을 축 출력으로 바꾸는 효율과 따로 평가하십시오.

3상의 각 상 전류가 다르면 평균 전류를 넣어 계산해도 됩니까?

평형을 전제로 한 √3VI 공식에 평균 전류를 넣는 것만으로는 전체 유효전력이 정확히 나오지 않을 수 있습니다. 불평형에 맞는 측정 방법을 사용하고, 상별 값과 합계값의 연산 조건을 확인하십시오.

출처

• 실효값, 유효전력, 종합 역률: Tektronix, "Fundamentals of AC Power Measurements"(영어)
• 교류 전력과 전력 측정기의 원리: 요코가와 계측, 교류 전력과 측정기의 원리(일본어)
• 3상 전력과 전력량: 미쓰비시전기, 3상 교류 회로 e-러닝(일본어)
• 왜곡 3상 회로의 전력 연산 방법: HIOKI, PW4001 전력 연산식(일본어)
• 종합 역률과 변위 역률: Power Monitors, "PF vs DPF: What's the Difference?"(영어)
• 일본 사양서의 UPS VA·W 상한: OMRON, UPS 사양 항목(일본어)
• UPS 선정 조건: Schneider Electric FAQ(일본어)
• UPS의 W·VA 정격, 60 % 기준, 0.9/1.0 신형: Schneider Electric 블로그, "VA vs Watts: What's the Difference Anyway?"(영어), APC FAQ FA157485(영어)
• UPS 출력 역률과 kW·kVA의 관계: ATEN, UPS 백서(한국어)
• 전동기의 입력·출력·효율: 니덱, 모터 기초(일본어)
• 인버터(VFD)의 전원 설비 용량: 미쓰비시전기 FA FAQ(일본어)
• 역률 개선용 콘덴서의 취급: 일본전기공업회(JEMA)(일본어)
• 한국전력의 역률 요금제도(기준 역률 90 %, 측정 시간대 등): 한국전력공사, 전력계통 여건을 반영한 합리적인 역률요금제도 개선에 관한 연구(한국어, 2011년)
• 일본의 50 Hz / 60 Hz 구분: Wikipedia, "Electricity sector in Japan"(영어)
• 주파수별 200 V급·400 V급 전동기 정격: 미쓰비시전기, IE3 유도 전동기(영어)
• 230/400 V 공칭 전압: Wikipedia, "IEC 60038"(영어)
• 미국의 공칭 계통 전압(208Y/120 V, 480Y/277 V): EC&M, "Voltage Variations"(영어)