진상 전류, 지상 전류란? 개념, 공식, 활용, 둘의 관계

전류와 전압의 위상 차이 (출처: 비케임하이 네이버 블로그)

이번 글에서는 전기기사의 전력 공학을 공부하면 자주 볼 수 있는 용어인 진상 전류와 지상 전류에 대해서 함께 알아보겠습니다. 전기기사를 공부하면 전문 용어 때문에 개념 이해 또는 문제 풀이 시 어려움을 많이 겪습니다. 저도 공부하면서 헷갈리고 몰랐던 용어들에 대해서 공부하는 차원으로 글을 작성해보았습니다. 위 전류의 개념, 공식에 대해서 이해하신 뒤, 예제 문제를 풀어보면서 잘 이해하셨는지 검증해 보는 시간을 가지시는 걸 추천드립니다. 그럼 함께 알아볼까요?

---

진상전류와 지상전류 (Leading & Lagging Current)

진상전류와 지상전류는 교류(AC) 회로에서 전압과 전류의 위상차(Phase Difference)를 설명하는 개념입니다. 특히, 교류 회로에서 리액턴스(Inductive, Capacitive)에 의해 전류와 전압 사이의 위상차가 발생하게 됩니다.

여기서 리액턴스란, 교류 회로에서 전류를 방해하는 저항 성분 (저항 이외에)

---

1. 위상과 진상(Lagging vs. Leading)

• 교류(AC) 회로에서는 전압과 전류가 항상 같은 위상이 아닐 수 있다.
• 전압을 기준으로 전류가 앞서면 "진상(Leading), 뒤처지면 지상(Lagging)"이라고 한다.

진상전류와 지상전류

---

2. 지상전류(Lagging Current)

• 전압이 전류보다 먼저 변화하는 경우(전류가 뒤처짐).
• 주로 인덕터(코일, L)가 포함된 회로에서 발생.
• 유도성(Inductive) 회로에서는 전류가 전압보다 90° 늦게 변화함.
• 즉, 유도성 리액턴스(XL=ωL)에 의해 발생.

지상전류 위상 (출처: 소소한 전공 지식 네이버 블로그)

 

유도성 회로에서의 위상관계

유도성 회로의 위상 관계

 

즉, 전압이 전류보다 90° 앞선다.
하지만 저항(R)이 있는 경우, 위상각은 0도 < θ < 90도 사이가 됨.

---

3. 진상전류(Leading Current)

• 전류가 전압보다 먼저 변화하는 경우(전압이 뒤처짐).
• 주로 캐패시터(콘덴서, C)가 포함된 회로에서 발생.
• 용량성(Capacitive) 회로에서는 전류가 전압보다 90° 앞서 변화함.
• 즉, 용량성 리액턴스(XC=1/ωC)에 의해 발생.

진상전류 위상 (출처: 소소한 전공 지식 네이버 블로그)

 

용량성 회로에서의 위상관계

용량성 회로의 위상관계

 

즉, 전류가 전압보다 90° 앞선다.
저항(R)이 있는 경우, 위상각은 −90도 < θ < 0도 사이가 됨.

 

---

 

4. 진상전류와 지상전류의 활용

(1) 역률(Power Factor)과 보상

• 전력 시스템에서는 전압과 전류의 위상차 즉, 역률 (PF=cos⁡θ)이 클수록 손실이 커진다.
• 지상전류가 많으면 캐패시터를 추가해 진상전류를 유도(역률 보상)할 수 있음.
• 진상전류가 많으면 인덕터를 추가해 지상전류를 유도할 수 있음.

여기서 역률이란, 유효전력을 피상전력으로 나눈 값

전기 요금을 계산할 때 전력 사용량만이 아닌, 전력 사용량 + 역률을 감안하여 전기 요금을 부과합니다.

(2) 전력회사의 지상전류 문제

• 대부분의 산업용 부하는 모터(유도성 부하)로 인해 지상전류가 많음.
• 전력회사는 진상전류(캐패시터 뱅크)를 사용하여 역률을 개선함.

(3) 전력 손실 감소

• 역률이 1에 가까울수록(위상차 0°) 전력 손실이 최소화됨.
• 역률이 낮으면 피상전력이 커지고, 실제 유효전력은 감소하여 전력 손실이 증가함.

---

5. 정리

지상전류 진상전류 정리

---

6. 예제 문제

문제 1: RL 직렬회로에서 지상전류 (인덕터 L 포함 회로)

저항 R = 10 ohm, 인덕터 L = 50mH, 주파수 f = 60Hz 일 때, 유도성 리액턴스와 임피던스를 계산하라.

 

문제 2: RC 직렬회로에서 진상전류 (캐패시터 C 포함 회로)

저항 R = 10 ohm, 캐패시터 C  = 100 μF, 주파수 f = 60 Hz 일 때, 용량성 리액턴스와 임피던스를 계산하라.

 

---

7. 문제 정답

정답 1:

유도성 리액턴스 계산

임피던스 계산

위상각 추가 계산

 

전류가 전압보다 약 62.3도 늦다 -> 지상전류 발생

 

정답 2:

용량성 리액턴스 계산

임피던스 계산

위상각 추가 계산

 

전류가 전압보다 약 69.5도 빠름 -> 진상전류 발생

---

 

이렇게 위상과 진상, 그리고 지상전류와 진상전류의 개념과 유도성 회로와 용량성 회로에서 각 전류의 위상 관계에 대해 알아보았습니다. 더불어 전력회사에서의 활용 측면과 역률에 대해 배워보며 간단한 문제 풀이를 진행했습니다. 전기기사 공부를 하면서 잘 몰랐던 진상전류, 지상전류를 이해하시는 데에 도움이 되었길 바랍니다. 모두 좋은 결과 있으시길 바랍니다 😊

 

 

함께 보면 좋은 글 🔽 🔽 🔽

임피던스와 어드미턴스란? 개념, 공식, 관계, 예제 문제

임피던스와 어드미턴스란? 개념, 공식, 관계, 예제 문제

전기기사에 자주 나오는 전문 용어 간단 정리본

전기기사에 자주 나오는 전문 용어 간단 정리본