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각종 전원 장치를 설계, 제작하고 나면 반드시 부하(Load) 테스트를 진행해야 한다. 부하 테스트란, 해당 전원 장치가 전력을 이상 없이 공급할 수 있는지를 확인하는 과정을 말한다.

이러한 부하 테스트를 위해서는 전자 부하라는 장비가 필요하다. 물론 전자 부하 없이도 각종 저항과 같은 수동 소자 등을 이용해 테스트 환경을 구축할 수는 있지만, 많은 제약과 어려움이 따른다.

🔋전기 에너지의 기본 이해 

전기는 우리 생활에 없어서는 안 될 중요한 에너지 중 하나로 전기 에너지의 기본 원리와 특성을 이해하는 것은 효율적인 에너지 관리를 위해 필수적이다.

1️⃣ 전기는 전자의 흐름으로 이루어져 있다. 전자는 원자핵 주변을 도는 입자로, 전기장이나 자기장에 의해 이동할 수 있고, 이러한 전자의 흐름이 전류를 형성하며 전류는 전기 에너지의 운반자 역할을 한다.

2️⃣ 전기는 에너지의 형태 중 하나로, 에너지는 일을 할 수 있는 능력을 의미하며 전기 에너지는 전기 장치나 시스템을 작동시키는 데 사용된다.

전기 에너지는 다른 형태의 에너지로 변환될 수도 있는데, 예를 들어 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 난방에 사용하거나, 빛 에너지로 변환하여 조명에 사용할 수 있다.

3️⃣ 전기 에너지의 전압, 전류, 저항의 개념을 이해해야 한다. 전압은 전기의 압력을 나타내며, 전류는 전자의 흐름을 나타낸다. 저항은 전류의 흐름을 방해하는 요소로, 전기 장치나 회로에서 발생하는 열이나 손실을 유발한다.

4️⃣ 마지막으로, 주파수와 파장의 개념도 알아두면 유용하다. 주파수는 전류의 주기적인 변화를 나타내는 단위이며 파장은 주파수에 따라 결정되는 전기 신호의 길이를 의미한다.

이러한 개념들은 전기공학 분야에서뿐만 아니라, 일상생활에서도 접할 수 있는 부분으로 상관관계를 이해하는 것이 중요하다.

🔋 전기에서 부하란 무엇인가

단순히 부하란 무엇인가에 대해 먼저 생각해 보자. 부하를 검색해 보면 다음과 같은 사전적 의미를 찾아볼 수 있다.

부하란? 회로에서 전력을 소비하는 부분으로, 전원의 반대말로 사용되는 용어

즉, 부하라고 하면 전기회로에서 전원으로부터 에너지를 공급받아 일을 하는 장치 또는 부품을 말한다.

회로 내에서 LED · 저항 · 캐패시터 · 팬 · 릴레이 등과 같이 전력을 소비하는 모든 부품과 소자를 지칭하며 부하는 전기 에너지를 소비하는 주체로서, 전원과 부하 사이의 연결을 통해 전기 에너지가 전달되고 소비된다.

각각의 부하는 고유한 특성과 요구사항을 가지고 있으며 이에 따라 적절한 전원 공급과 제어가 필요하다. 그 성질에 따라 종류를 나눠보면 저항성 · 유도성 · 용량성 부하로 나눌 수 있다.

부하의 종류는 전압과 전류 관계에 차이가 있다. 이는 위상(전압, 전류 관계에 차이가 있음)과 관련된 부분이다.

🔹저항성 부하 : 히터

🔹유도성 부하 : 모터 · 트랜스

🔹용량성 부하 : 램프 · FET(G)

저항성 · 유도성 · 용량성이라 하면 모두 수동 소자와 연관되어 있는 것을 알 수 있다. 이렇게 부하를 나누는 것은 이미 부하가 물리적으로 가지고 있는 특성으로, 부하에 따라 고정된 형태이다. 즉, 히터를 모터로 사용할 수는 없는 것이다.

여기서 전자 부하의 개념을 도출할 수 있다. 전자 부하란, 부하의 형태를 전자적으로 구현해 낸 것으로 전력원의 전력을 흡수하기 위해 사용되는 장비를 의미한다.

물론 전자 부하는 전자적으로 구현해 낸 것이기 때문에 각종 부하의 특성을 100% 구현해 내는 것은 불가능하다. 따라서 DC Load 혹은 AC Load 형태로 제품이 개발되고 있다.

부하의 중요성은 에너지 관리 측면에서 강조된다. 부하의 크기와 특성에 따라 에너지 소비가 결정되기 때문에 효율적인 부하 관리를 통해 에너지 낭비를 최소화하고 효율성을 높일 수 있다.

부하는 안전과도 밀접한 관련이 있다. 부적절한 부하 사용이나 과부하 상태에서는 화재나 감전 등의 위험이 있으므로 부하의 특성과 사용 방법을 충분히 숙지하고 안전한 사용을 위해 주의를 기울여야 한다.

🔋 전력 계산식과 부하 계산식

에너지 사용량을 파악하고 효율적인 에너지 관리를 위해서는 전력 계산과 부하 계산이 필요하다.

* 전력 계산 : 전력은 전기 에너지의 단위로, 1초 동안 공급되는 전기 에너지의 양을 나타낸다. 전력 계산 공식은 다음과 같다.

P = V x I (P: 전력, V: 전압, I: 전류)

예를 들어, AC 220V 전압에서 10A 전류가 흐르는 경우, 전력은 220 x 10 = 2,200W이다.

* 부하 계산 : 부하는 전기 기기가 소비하는 전력을 의미한다. 부하 계산을 통해 각 기기의 전력 사용량을 파악하고, 총부하를 계산하여 에너지 사용량을 예측할 수 있다.

부하 계산에서는 다음과 같은 요소를 고려해야 한다.

🔹기기의 소비 전력

🔹가동 시간

🔹동시 사용 여부

이를 통해 에너지 사용량을 파악하고, 에너지 절약을 위한 방안을 모색할 수 있다.

🔋 전력에 따른 차단기와 전선 굵기 계산

차단기 용량과 전선 굵기 선택은 부하 전력에 따라 결정된다. 일반적으로 다음과 같은 공식을 사용한다.

* 차단기 용량 계산

🔹단상 220V인 경우 : P / √3(근사값 1.732) x 220

🔹삼상 380V인 경우 : P / √3(근사값 1.732) x 380

여기서 P는 부하 전력(kW)이다.

* 전선 굵기 계산

전압과 전류에 따라 전선의 굵기를 결정하며, 다음과 같은 공식을 사용한다.

🔹단면적(mm2) = 35.6 x L / 1000 x I A

L=거리(m), I=전류(A)이며 전압과는 무관하다.

예를 들어, 10kW의 전열기기를 설치할 때, 차단기는 15A~20A 정도의 용량을 선택하고, 전선의 굵기는 KIV 2.5SQ 이상을 사용하는 것이 좋다.

🔋 부하 전력에 따른 차단기와 전선 굵기 간편 계산기