전압, 전류와 전력량 측정에 대한 내용

이번에 스마트 전력량계를 만들어 보려고 이것 저것 조사 하고 있는데 그것을 한번 정리해 보려고 한다.

직류에서 전력을 계산하는 공식은 아래와 같다.

P(전력) = E(전압) x I(전류)

P는 전력의 기호이고 W는 전력의 단위, E는 전압의 기호이고 V는 전압의 단위, I는 전류의 기호이고 A는 전류의 단위이다.

1W는 1V의 전압이 1A의 전류로 흐를 때의 전력의 크기이다.

하지만 교류에서는 기기의 특성에 따라 전압과 전류의 위상차이가 발생하게 되어 일률이 나빠 무효전력이 발생하게 된다.

그렇기 때문에 교류에서의 전력을 계산하는 공식은 아래와 같다.

P(전력) = E(전압) x I(전류) x cosΘ(역률)

즉 전압과 전류의 위상차에 대한 코사인 값을 곱해줘야 유효전력이 되는 것이다.

하지만.... 이번에 구현하는 스마트 전력량계는 하드웨어의 한계가 있어 정확한 위상차이를 측정 할 수 없을 것 같아 위상차이가 0이라고 가정하고 진행을 한것이다.

그러면 전력량 계산은 아래와 같다.

P = E x I x 1 = E x I = 전압 x 전류

보통 우리가 한전에서 받는 전기요금 명세서를 보면 kWh라는 단위가 있는 것을 알수 있다. 이것은 소비전력량으로 전력에 시간을 곱해서 구해지는 것입니다.

P = E x I x h

예를 들어 1000W 전자 기기를 두시간동안 사용을 하면 1000W x 2h = 2000Wh = 2kWh 가 되는 것이다.

그렇다면 내가 직접 전압과 전류를 측정해서 전력량을 계산하려면 어떻게 해야 할까?

소비 전력으로 소비 전력량을 구해야 한다. 소비 전력은 1초동안 소비되는 전기에너지를 말하는 것이다.

1kWh = 1kW x 1h = 1kW x 3600s(초) = 3600Ws = 3.6kWs  가 되는 것이다.

시간의 단위 자체가 달라진다.

이렇기 때문에 전압과 전류를 1초에 한번씩 측정해서 3600을 나누고 계속 값을 누적 한다면 전력 소모량을 구할수 있을 것이다. 어느정도의 오차는 존재 하겠지만....

정리를 하면

전력 소모량은 E x I x (1 / 36000) 를 1초한 한번씩 측정해서 이 값을 계속 누적(더하기) 시키면 구할 수 있을 것이다.

이 실시간 전력 소모량으로 전자 기기가 얼마나 많은 전력을 사용 했는지 알 수 있을 것이고 예상 전기 요금을 측정할수 있을 것이다.

결과를 보니 전력 소모량은 전력을 시간에 대해 적분한 것이네.....