전기기사 실기에서 전력계통에서의 단위법(per unit system)은 왜 사용하는지 알고 싶습니다

Question

전력공학이나 실기 문제에서 단위법이라는 개념이 나오는데, 실제로 왜 사용하는지 이해가 잘 되지 않습니다. 전압, 전류, 임피던스를 실제 값으로 계산하면 될 것 같은데, 굳이 기준값을 정해서 퍼센트나 pu 값으로 표현하는 이유가 무엇인지 궁금합니다. 특히 변압기나 여러 전압 레벨이 섞인 계통에서는 계산이 복잡해진다고 하는데, 단위법이 이를 어떻게 단순화하는지도 알고 싶습니다. 또한 단위법을 사용할 때 기준 전압과 기준 용량을 설정하는데, 이 기준이 결과에 어떤 영향을 주는지도 궁금합니다. 실무에서는 단위법을 얼마나 사용하는지도 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

결론부터 말씀드리면 단위법은 서로 다른 전압과 용량을 가진 설비들이 연결된 전력계통을 동일한 기준으로 비교하고 계산하기 위해 사용하는 방법으로, 계산을 단순화하고 오류를 줄이는 데 매우 유용한 도구입니다. 전력계통은 발전기, 변압기, 송전선, 부하 등 다양한 설비가 서로 다른 전압과 용량으로 구성되어 있습니다. 이를 모두 실제 단위로 계산하려면 전압 변환과 임피던스 환산이 반복되어 매우 복잡해집니다. 단위법은 이러한 복잡성을 줄이기 위해 기준 전압과 기준 용량을 설정하고, 모든 값을 이 기준에 대한 비율로 표현합니다. 이렇게 하면 변압기를 거쳐도 값이 크게 변하지 않고, 동일한 스케일에서 비교가 가능합니다. 특히 임피던스는 단위법으로 표현하면 변압기 전압 변화에 영향을 받지 않기 때문에 계산이 매우 간단해집니다. 기준값은 보통 시스템에서 대표가 되는 전압과 용량을 선택하며, 결과는 기준값에 따라 달라질 수 있지만 물리적인 의미는 동일합니다. 실무에서는 대규모 전력계통 해석이나 단락전류 계산, 안정도 분석 등에서 단위법이 널리 사용됩니다. 단위법은 단순한 계산 편의성을 넘어서 전력계통 해석의 기본 도구라고 할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요.

변압기를 지날 때마다 권수비(\(a\))에 따라 임피던스를 1차측이나 2차측으로 환산(\(a^{2}\)배)해야 합니다. 계통에 변압기가 수십 개 있다면 매번 이 계산을 하다가 실수가 날 확률이 매우 높습니다. 그래서 단위법을 사용하면 변압기의 권수비(전압비)가 무시됩니다. 즉, 변압기를 그냥 하나의 임피던스 소자로 취급할 수 있어, 복잡한 계통이 하나의 직렬/병렬 회로로 단순화 가능한거죠.

감사합니다.

Answer 3

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

단위법을 쓰면 변압기 전압비에 상관없이 임피던스를 하나로 통합할 수 있어요. 그랴서 계산이 훨씬 쉬워져서 실무에서도 필수적으로 활용하죠. 기준값을 어떻게 잡든 최종 실제값은 같게 나오니 안심해도 되고 계통 해석할 때 가독성이 아주 좋습니댜. 복잡한 수치 대신 비율로 보니까 전력 계통의 흐름을 한눈에 파악하기 정말 편하다고 이해해 주시면 되겟습니다.