반갑습니다. 김대호 교수입니다.

단위법(PU)의 개념과 그 필요성에 대해 혼란을 느끼고, 문제 풀이 과정에서 겪는 어려움으로 좌절감을 느끼시는 상황에 대해 질문 주셨군요.

단위법은 특별한 것이 아니라 %임피던스법과 같은 개념입니다. 단지 소수점으로 표현할 뿐입니다.

단위법(Per-Unit System)의 목적과 개념

단위법(Per-Unit, p.u.)은 전력계통을 해석할 때 각 부분의 전압, 전류, 임피던스, 전력 등의 값을 실제 단위 대신, 기준값(Base Value)에 대한 비율로 나타내는 방법입니다. 쉽게 말해, 100%를 1 p.u.로 보고 모든 값을 상대적인 크기로 표현하는 것입니다.

핵심은 **'비교의 기준을 통일'**하는 데 있습니다. 복잡한 전력계통에는 여러 단계의 전압(예: 발전기 15kV, 송전 345kV, 배전 22.9kV)과 다양한 용량의 기기(변압기, 발전기 등)가 혼재합니다. 각 지점의 실제 값(V, A, Ω)을 그대로 사용하면 계산이 매우 복잡해지고 직관적인 비교가 어렵습니다.

단위법을 사용하는 주된 목적은 다음과 같습니다.

1. 계산의 간편화 및 실수 방지

• 변압기 임피던스 변환 불필요: 전력계통에서 가장 번거로운 계산 중 하나가 변압기를 거칠 때마다 전압비의 제곱(a²)을 이용하여 임피던스 값을 1차측 또는 2차측으로 환산하는 것입니다. 단위법을 사용하면, 계통 전체에 동일한 기준전력(Base MVA)을 적용할 경우 변압기의 임피던스는 1, 2차측 어디에서 보든 동일한 p.u. 값으로 표현됩니다. 이로 인해 복잡한 환산 과정이 생략되어 계산이 매우 간단해지고 실수를 줄일 수 있습니다.
• 3상 계수 루트3의 간소화: 3상 교류 회로 계산 시 자주 등장하는 루트3과 같은 상계수가 p.u. 계산 과정에서는 대부분 사라져 회로 해석이 단순해집니다.

2. 기기 정격의 표준화 및 비교 용이

• 전기기기(발전기, 변압기 등)의 임피던스는 보통 자기 용량과 정격 전압을 기준으로 한 %임피던스 또는 p.u. 임피던스로 주어집니다. 이 값은 기기의 크기와 관계없이 일정한 범위(예: 변압기 5~10%)를 갖습니다.
• 예를 들어, 10MVA 변압기의 임피던스가 0.1 p.u.이고 100MVA 변압기의 임피던스가 0.1 p.u.라면, 두 변압기는 각자의 용량 대비 단락 전류를 제한하는 능력이 같다고 직관적으로 비교할 수 있습니다. 이처럼 단위법은 기기의 특성을 상대적인 크기로 파악하는 데 매우 유용합니다.

3. 전력계통 해석의 용이성

• 단위법으로 표현된 값들은 실제 크기와 무관하게 '1'에 가까운 값을 가집니다. 예를 들어, 정상 상태의 전압은 대부분 0.95 ~ 1.05 p.u. 범위에 있습니다. 만약 어떤 지점의 전압이 0.8 p.u. 라면, 기준 전압의 80% 수준으로 크게 저하되었다는 것을 즉시 알 수 있습니다.
• 이처럼 계통의 전반적인 상태를 직관적으로 파악하고 분석하는 데 매우 효과적입니다.

이해가 안되는 부분이 있다면, 수강후 그 부분을 질문하시기 바랍니다. 

그래야 어느 부분이 부족한지 파악하고 답변을 할 수 있습니다.