🟢 [전력공학] 전력공학 기초 — 송전·배전·변전 시스템 개요와 기본 개념

전력공학 기초 — 송전·배전·변전 시스템 개요와 기본 개념

전기기사 합격연구소 · 2026년 05월 28일

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김대영

전력회사 근무 · 전기기사 · 전력계통 실무 담당

전력회사에서 송배전 계통 운영 5년, 전력공학 실무 경험

전력회사에서 송전·배전 계통을 운영하고 있습니다. 전력공학은 현장 경험이 있으면 이해가 훨씬 쉬운 과목입니다. 실제 계통에서 일어나는 현상을 곁들여 설명합니다. 학습 참고용이며, 최신 출제경향은 Q-net 공지를 확인하세요.

본 콘텐츠는 학습 참고용이며, 실제 시험 출제와 다를 수 있습니다.

전력공학은 전기기사·전기산업기사 시험 모두에서 전체 출제 비중의 약 20~25%를 차지합니다. 특히 송전·배전·변전 시스템의 기본 개념과 관련 계산 문제는 1회 시험당 평균 8~10문항이 출제될 만큼 비중이 높습니다. 이 파트를 제대로 잡으면 과락 걱정 없이 합격 점수대에 진입할 수 있습니다.

핵심 개념 정리 — 이 주제의 기초부터

전력 시스템은 크게 세 단계로 나뉩니다. 발전 → 송전 → 변전 → 배전 → 수용가. 단순하게 보이지만 각 단계마다 전압 레벨, 손실, 안정도 개념이 얽혀 있어 기초를 흔들리지 않게 다지는 게 먼저입니다.

핵심은 이겁니다: 왜 전압을 높여서 보낼까요? 건물관리 실무자인 태호 씨가 처음 이 질문을 받았을 때 "그냥 전기 그대로 보내면 안 되냐"고 했습니다. 정답은 선로 손실(전력 손실) 때문입니다. 전력 손실 공식은 이렇습니다.

P_loss = I² × R

전력 P = V × I이므로, 같은 전력을 보낼 때 전압 V를 2배 높이면 전류 I는 절반으로 줄고, 손실은 I²에 비례하므로 1/4로 감소합니다. 실제로 345kV, 765kV 초고압 송전을 사용하는 이유가 바로 이것입니다. 우리나라 초고압 송전 기준과 계통 운영 현황은 산업통상자원부 전기설비 기술기준에서 확인할 수 있습니다.

송전 시스템은 발전소에서 생산된 전력을 변전소까지 고압으로 수송하는 역할을 합니다. 국내 기준으로 154kV, 345kV, 765kV 전압 레벨이 주로 사용됩니다. 선로의 주요 파라미터는 저항(R), 인덕턴스(L), 정전용량(C), 컨덕턴스(G) 네 가지입니다. 시험에서는 이 네 가지를 분산정수로 이해하고, 단거리·중거리·장거리 선로 모델을 구분하는 문제가 자주 나옵니다.

변전 시스템은 전압 레벨을 변환하고 계통을 보호·제어하는 곳입니다. 변압기, 차단기, 단로기, 피뢰기가 핵심 기기입니다. 태호 씨가 근무하는 건물 지하에 있는 수전설비도 변전 시스템의 말단에 해당합니다.

배전 시스템은 변전소에서 수용가까지 전력을 분배합니다. 국내 배전 표준 전압은 22.9kV(3상 4선식)이며, 수용가에는 220V 또는 380V로 최종 공급됩니다. 배전 방식에는 수지식(방사상), 루프식, 망상식이 있으며, 각각의 특성을 비교하는 문제가 자주 출제됩니다. 전기설비 설치 기준은 한국전기설비규정(KEC)에 상세히 규정되어 있으므로 병행 참고하면 실무와 시험 양쪽에서 도움이 됩니다.

태호 씨처럼 이론 기초가 부족한 분은 일단 이 흐름만 머릿속에 박아두세요. 발전(수만 V) → 승압변압기(154kV 이상) → 송전선로 → 1차 변전소(강압) → 배전선로(22.9kV) → 주상변압기(강압) → 수용가(220/380V). 이 흐름이 모든 계산 문제의 출발점입니다.

핵심 공식 총정리 — 암기 필수

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StudyBot — 핵심 요약

출제빈도: ★★☆ · 2026년 05월 28일

📋 핵심 공식

• 송전효율 η = (수전전력 / 송전전력) × 100 = P_R / P_S × 100 [%]
• 전압강하율 e = (V_S - V_R) / V_R × 100 = (√3 · I(R·cosθ + X·sinθ)) / V_R × 100 [%]
• 3상 전력손실 P_L = 3I²R [W], 전력손실률 = P_L / P_S × 100 [%]

⚠️ 자주 틀리는 포인트

• 송전전압이 높을수록 전력손실이 감소하는 이유를 'P_L = 3I²R'에서 전압↑ → 전류↓ → 손실↓ 로 연결하지 못하고, 단순히 '전압이 높으면 좋다'고만 암기하여 계산 문제에서 틀림
• 전압강하와 전압강하율을 혼동하여, 전압강하(V_S - V_R, 단위 V)를 전압강하율(%, V_R 대비 비율)로 잘못 대입하는 오류가 빈번함

💡 암기 팁

'송·변·배'는 전압의 흐름 — 발전소→승압(송전)→강압(변전)→배전→수용가. 전압강하율 공식은 "분

공식명	공식	적용 조건	주의사항
선로 전력 손실	P_loss = I² × R (W) 또는 P_loss = (P² + Q²) / V² × R	단거리·중거리 선로, 전류 또는 유효·무효전력 값이 주어질 때	R은 1선의 저항. 3상 회로면 3을 곱하지 않아도 됨 (I² 자체가 상전류). 문제 조건 확인 필수.
전압 강하 (단상)	e = I × (R·cosθ + X·sinθ) × 2 (V)	단상 2선식 선로	2를 곱하는 이유: 왕복 선로이기 때문. 3상 3선식이면 √3 곱함.
전압 강하 (3상)	e = √3 × I × (R·cosθ + X·sinθ) (V)	3상 3선식 송전선로	여기서 e는 선간 전압 강하. 상전압 강하는 e/√3.
전압 강하율	ε = (Vs - Vr) / Vr × 100 (%)	수전단 전압(Vr) 대비 송전단 전압(Vs) 차이 비율	분모를 Vs로 잘못 쓰는 실수 많음. 반드시 수전단(Vr) 기준.
전력 전송 용량	P = (Vs × Vr / X) × sinδ (W)	장거리 선로, 저항 무시 조건	δ는 송수전단 전압의 위상각 차. P가 최대일 때 δ = 90°.
변압기 권수비	a = N1 / N2 = V1 / V2 = I2 / I1	이상 변압기 조건	전류는 권수비의 역수. I1 / I2 = N2 / N1 (반비례).
%임피던스 (%Z)	%Z = (Z × In) / Vn × 100 = (Z × Pn) / Vn² × 100 (%)	변압기·발전기 단락 계산	단락 전류 계산 시 Is = In × (100 / %Z). 기준 용량 통일 필수.
배전선 전압 강하 근사식	e ≈ P × R / V + Q × X / V (V)	부하 집중 배전선, 간이 계산	V는 수전단 전압 기준. 소수점 처리에 주의.

암기 포인트: 전압 강하 공식에서 단상은 ×2, 3상은 ×√3. 이 두 개를 구분 못 하면 문제를 통째로 틀립니다. 태호 씨도 처음에 단상과 3상을 헷갈려서 모의고사에서 4문제를 날린 경험이 있습니다. 조건을 먼저 읽는 습관을 들이세요.

기출유형 분석 — 이렇게 출제됩니다

지난 5개년 기출을 보면 전력공학 파트의 출제 패턴은 크게 세 가지로 정리됩니다.

패턴 1 — 전압 강하·전압 강하율 계산: "3상 3선식 송전선로에서 저항 R Ω, 리액턴스 X Ω, 수전단 전압 Vr kV, 역률 cosθ일 때 전압 강하는 몇 V인가?" 형태가 가장 많습니다. 계산 순서: ① 선로 조건(단상/3상) 확인 → ② 전류 I 계산(P = √3 × V × I × cosθ) → ③ 전압 강하 공식 대입 → ④ 단위 환산(kV ↔ V).

패턴 2 — 전력 손실 감소율 계산: "전압을 n배 승압하면 전력 손실은 몇 배가 되는가?" 유형입니다. P_loss = I² × R에서 P = V × I이므로 I = P/V. 전압을 n배 높이면 I는 1/n배, I²는 1/n²배. 따라서 손실도 1/n²배로 줄어듭니다. 예: 전압을 3배 승압 시 손실은 1/9배.

패턴 3 — 배전 방식 비교 선택 문제: 수지식, 루프식, 망상식의 특성(신뢰성, 전압 강하, 건설 비용, 사고 영향 범위)을 비교하는 객관식 문제입니다. 단순 암기 문제처럼 보이지만 "어느 방식이 공급 신뢰도가 가장 높은가?" 같은 응용 질문도 자주 나옵니다. 계산 순서: ① 방식별 특성 표를 머릿속에 정렬 → ② 질문에서 요구하는 기준(신뢰도 / 경제성 / 전압 안정도) 파악 → ③ 해당 기준에서 가장 우위인 방식 선택.

한국산업인력공단 Q-net 시험정보에서 최근 3개년 기출문제를 무료로 내려받을 수 있습니다. 반드시 실제 기출 원문을 확인하면서 패턴을 체감해야 합니다.

실전 문제풀이 — STEP별 상세해설

【문제 1】 3상 3선식 송전선로에서 수전단 전압이 22,900V, 부하 전력 3,000kW, 역률 0.8(지상), 선로 저항 R = 5Ω, 선로 리액턴스 X = 8Ω일 때 전압 강하는 몇 V인가?

STEP 1 — 전류 I 계산
P = √3 × V × I × cosθ
3,000,000 = √3 × 22,900 × I × 0.8
I = 3,000,000 / (1.732 × 22,900 × 0.8)
I = 3,000,000 / 31,739 ≈ 94.5 A

STEP 2 — sinθ 계산
cosθ = 0.8이면 sinθ = √(1 - 0.8²) = √(1 - 0.64) = √0.36 = 0.6

STEP 3 — 전압 강하 e 계산
e = √3 × I × (R·cosθ + X·sinθ)
e = 1.732 × 94.5 × (5 × 0.8 + 8 × 0.6)
e = 1.732 × 94.5 × (4 + 4.8)
e = 1.732 × 94.5 × 8.8
e ≈ 1,441 V
→ 약 1,441V가 전압 강하됩니다. 왜 √3을 곱하냐? 3상 3선식에서 선간 전압 강하는 상전압 강하의 √3배이기 때문입니다.

【문제 2】 어느 송전선로에서 전압을 2배로 승압하고 동일 전력을 전송할 때, 전선 단면적을 그대로 유지한다면 전력 손실은 원래의 몇 배가 되는가?

STEP 1 — 전류 변화 파악
P = V × I × cosθ (단상 기준, cosθ 동일)에서 P가 일정하고 V가 2배이면
I_new = P / (2V × cosθ) = I_old / 2 → 전류는 1/2로 감소

STEP 2 — 손실 변화 계산
P_loss_new = (I_old/2)² × R = I_old² × R / 4
P_loss_old = I_old² × R
→ 손실은 1/4배로 줄어든다.

STEP 3 — 정리
전압을 n배 승압하면 손실은 1/n²배. 전압 2배 → 손실 1/4배. 이 공식 자체를 암기하면 유사 문제를 10초 내에 풀 수 있습니다.

【문제 3】 변압기의 %임피던스가 5%이고 정격 전류가 100A, 정격 전압이 6,600V일 때 3상 단락 전류는 몇 A인가?

STEP 1 — 단락 전류 공식 확인
Is = In × (100 / %Z)
Is = 100 × (100 / 5) = 100 × 20 = 2,000 A

STEP 2 — 의미 파악
%Z가 클수록 단락 전류는 작아집니다. %Z = 10%라면 Is = 1,000A로 절반. 이 관계를 직관적으로 이해하면 선택지 소거도 빨라집니다.

자주 틀리는 실수 TOP 3

1. 단상과 3상 전압 강하 공식을 혼용하는 실수
   단상 2선식은 e = 2 × I × (R·cosθ + X·sinθ), 3상 3선식은 e = √3 × I × (R·cosθ + X·sinθ)입니다. 문제에서 선로 방식을 먼저 확인하지 않고 공식을 기계적으로 적용하면 전체 계산이 틀립니다. 여기서 자주 틀립니다: 특히 22.9kV 배전 문제에서 3상 조건을 단상으로 착각하는 경우가 많습니다. 문제 첫 줄을 반드시 다시 읽으세요.
2. 전압 강하율 분모를 송전단 전압(Vs)으로 쓰는 실수
   전압 강하율 ε = (Vs - Vr) / Vr × 100입니다. 분모는 수전단 전압(Vr)입니다. Vs로 나누는 건 전압 변동률 개념과 헷갈리는 것입니다. 태호 씨도 이 둘을 혼동해서 오답 선택지로 유도된 경험이 있습니다. 실전 팁: "강하율은 받는 쪽(수전단) 기준"으로 외우세요.
3. %임피던스 기준 용량을 통일하지 않는 실수
   변압기가 두 대 이상 병렬 운전하는 문제에서 각 변압기의 %Z를 그냥 합산하거나 직접 비교하면 틀립니다. 기준 용량(MVA base)을 하나로 통일한 후 %Z_new = %Z_old × (Pn_base / Pn_old)로 환산해야 합니다. 기준 용량 통일은 단락 계산의 기본 중 기본입니다. 한국전기기술인협회(KENIA) 기술자료에서 퍼센트 임피던스 환산 관련 실무 자료를 참고할 수 있습니다.

암기 꿀팁 + 시험장 체크리스트

• 전압 강하 공식 단상/3상 구분 암기법: "단(單)은 둘(2), 삼(三)은 뿌리(√3)". 단상은 ×2, 3상은 ×√3. 소리 내어 세 번 읽으면 시험장에서 자동 반응합니다.
• 전력 손실 감소 암기법: "전압 n배, 손실 n² 분의 1". 전압 2배 → 손실 1/4, 전압 3배 → 손실 1/9. 수치 예시와 함께 외우면 절대 안 까먹습니다.
• 배전 방식 신뢰도 순서: 망상식 > 루프식 > 수지식(방사상). 신뢰도가 높을수록 건설 비용도 높습니다. "망(網)이 제일 믿음직하다"고 외우세요.
• 시험장 실전 팁 ①: 전력공학 계산 문제는 단위 혼재(kV ↔ V, kW ↔ W, kΩ ↔ Ω)로 실수가 나옵니다. 공식에 값을 대입하기 전에 단위를 SI 단위로 통일하는 것을 습관화하세요.
• 시험장 실전 팁 ②: sinθ를 구할 때 계산기로 sin(arccos(역률))을 치는 대신 sinθ = √(1 - cos²θ) 공식을 직접 쓰는 게 더 빠릅니다. 역률 0.6, 0.8, 0.866은 sinθ 값을 세트로 외워두세요. 0.6→0.8, 0.8→0.6, 0.866→0.5.
• 암기 포인트 — 표준 전압 체계: 765kV(초초고압) → 345kV(초고압) → 154kV(고압 송전) → 22.9kV(배전) → 380/220V(저압). 이 숫자 다섯 개는 반드시 외우세요. 관련 전기설비 안전 기준은 한국전기안전공사(KESCO) 전기안전 정보에서도 확인 가능합니다.
• 시험 전날 체크리스트: ① 전압 강하 공식(단상/3상) 각각 손으로 써보기 → ② 전력 손실 공식 숫자 예시로 계산 한 번 → ③ 배전 방식 3가지 특성 표 복기 → ④ 변압기 권수비와 %Z 공식 확인 → ⑤ 기출문제 2~3문항 실제로 계산.

※ 이 글은 전기기사·전기산업기사 시험 학습을 돕기 위한 참고용 자료입니다. 공식 시험 정보 및 법령 기준은 반드시 한국산업인력공단 Q-net 및 관련 법령 원문을 통해 최신 내용을 직접 확인하시기 바랍니다. 시험 출제 기준은 개정될 수 있습니다.

자주 묻는 질문

Q. 단거리·중거리·장거리 선로 구분 기준이 정확히 어떻게 되나요? 시험에 자주 나오나요?

A. 단거리는 50km 미만(저항·인덕턴스만 고려), 중거리는 50~200km(집중정수 C 포함), 장거리는 200km 초과(분산정수 모델)입니다. 구분 기준과 등가회로 형태를 묻는 문제가 매 회 1~2문항 출제됩니다. 세 가지 모델의 등가회로 모양(T형, π형)을 함께 외워두면 확실합니다.

Q. 역

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📚 참고 자료

Q-netKEC전기안전공사한국전력

※ 학습 참고용 자료이며, 최신 출제경향은 Q-net 공지사항을 확인하세요.

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