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아는 만큼 보인다

전주 위에 달린 동그란 거? 변압기!







길거리를 걷다가 이렇게 전주에 달려있는 원통형 기기를 한 번쯤 보셨을 겁니다. 저 역시 오늘 몇 번이나 목격했는데요. 이 전력 기기의 이름을 알고 계시나요? 네 맞습니다. 바로 변압기인데요!! 변압기는 왜 필요할까요? 궁금증이 생긴 적 없으신가요?




 

변압기, 어디에? 왜 쓰는 걸까?


 



 

만약 1톤의 물이 조그마한 구멍으로 빠진다면? 구멍이 수압을 버티지 못하고 터져버리겠죠. 그렇다면 어떻게 해야 할까요? 수압을 줄여주면 되지 않을까요?


 



 

통상적으로 전압을 수압에 비유하고 전류를 흐르는 물의 양에 비유하곤 합니다. 위에서 말씀드렸던 것처럼 좁은 구멍을 수월하게 통과하기 위해선 수압, 즉 전압을 줄여주어야 하죠.

 

발전소에서 전선을 통해 흘려보내는 전압은 765KV의 특 고압인데요. 우리가 가정에서 사용하는 전압은 저압인 220V입니다. 단순히 숫자만 비교해도 3477.3배의 차이가 나죠. 그런데 이렇게 높은 전압을 줄여주지 않고 그대로 가정으로 공급한다면? 각종 전기기기, 차단기 등이 모두 고장 나고 심지어 사람까지 심하게 다치겠죠따라서 가정에 전기를 공급하기 전에 전압을 조정해주는 장치가 꼭 필요한데요. 그 역할을 바로 변압기가 해준답니다.




 

그렇다면 발전소에서부터 220V를 보내주면 되잖아?

 

여기까지 읽으신 분들 중에서는 이런 생각을 하시는 분이 계실 거예요. ‘아니, 그러면... 발전소에서부터 220V의 전압으로 전기를 흘려보내면 되잖아. 왜 귀찮게 변압기를 전주마다 설치해?’ 저 역시 이런 궁금증을 가졌는데요. 현재의 방식으로 전기를 공급하는 데는 다 이유가 있더라고요. 바로 전력손실 때문인데요.




 

전기는 발전소에서 10,000~15,000V의 전압으로 생산됩니다. 이후 765KV 혹은 345KV로의 승압(전압을 높임) 과정을 거치죠.


 



이렇게 만들어진 전기는 송전선로를 거치고


 


 

변전소의 변압기에서 154KV 혹은 22.9KV로 변환되어




 

최종적으로 우리가 흔히 볼 수 있는 이 변압기에서 220V로 변환된 뒤 가정에 공급됩니다.

 

 

이 과정에서 문제가 하나 발생합니다. 송전선로의 저항(전류가 흐르지 못하게 막음) 때문열이 발생하는데요. 이렇게 발생하는 열이 바로 손실되는 에너지이죠. 이런 현상을 전력손실이라고 부릅니다. 전력손실이 커진다는 건, 열심히 만든 전기가 허공으로 날아간다는 뜻입니다. 정말 아깝죠?

 

 



전력손실은 전압의 제곱에 반비례하는 성질을 가지고 있습니다. , 전압이 높을수록 손실되는 전력의 양이 줄어드는 거지요. 이런 전력손실을 줄이기 위해 발전소에서 높은 전압으로 전기를 공급하는 거랍니다!

 

만약 동해안에 있는 발전소에서 220V로 전기를 만들어 강원도를 지나 서울까지 공급한다면? 엄청난 전력손실로 인해 사용할 수 있는 전기의 양보다 낭비되는 전기의 양이 더 많아지겠죠. 서울까지의 송전 자체가 불가능할 수도 있습니다.


 


 

이런 현상 때문에 765KV 정도의 아주 높은 전압으로 발전소에서 전기를 보내는 거고요. 이 높은 전압의 전기를 가정에서 사용할 수 있는 220V로 다시 바꾸어 주는 게 바로 변압기의 역할입니다.




 

변압기, 누가 발명했을까?

 





변압기는 미국의 물리학자이자 전기 기술자인 윌리엄 스탠리 2(William Stanley, Jr. 1858~1916)가 발명했습니다. 현재 가장 널리 쓰이고 있는 교류 장거리 전송 시스템 또한 그의 발명품이고요. 앞서 말씀드린 것처럼 교류 장거리 송전을 하게 되면 많은 전력손실이 발생하고, 이때의 전력손실을 최소화하기 위해 높은 전압으로 송전해야 했는데요. 이 높은 전압의 전기를 가정에서 사용할 수 없는 문제를 해결하기 위해 변압기를 개발 거죠.


 


 


변압기, 어떻게 작동하나?

 



 


변압기는 원통 형태의 장치 3개로 이루어져 있습니다. 원통마다 사진과 같은 원리의 장치1개씩 들어있는데요. 이 장치를 변압기 코어라고 합니다. 이 원통의 내부에는 열의 발생을 줄여주고 변압 과정에서 전류가 변압기 밖으로 흐르지 않게끔 절연유(기름)가 채워져 있는데요. 이 때문에 유입(기름)변압기는 무겁다는 특징을 가집니다.

 



 

전압과 권수비는 비례하고 권수비와 전류는 반비례하는 특성을 이용하여

전압의 크기를 조정하게 됩니다.



 

권수비란?

 

변압기 코어에서 회색으로 보이는 부분이 철심입니다

이 철심은 양쪽이 감겨있는 모습인데요

감은 횟수의 비를 바로 권수비라고 합니다


즉 다른 한쪽보다 반대쪽에 구리선을 더 적게 감아 준다면 

낮은 전압이 유도되는데요. 

이 원리를 이용해서 전압을 낮추는 거죠.


 


, 전력(P=VI)의 크기는 양쪽 모두 같으므로 전압이 낮아지는 쪽은 전류의 크기가 증가하게 됩니다.


(=전력)

 

 



 

변압기에 기름이 들어간다고?

 

우리가 매일 보는 전주에 붙어있는 원통 3, 그 안은 기름으로 가득 차 있다고 말씀드렸는데요. 이 기름 때문에 원통의 무게는 매우 무겁고 유지·보수가 힘들다는 단점이 있습니다. 하지만 모든 변압기에 기름이 들어가는 건 아니라는군요.

 




 

변압기의 종류를 표로 정리해보았습니다. 기름의 유무에 따라 가장 흔하게 사용하는 유입변압기 또는 건식변압기로 나눌 수 있는데요. 건식변압기는 그 특징에 따라 몰드 변압기와 아몰 퍼스 변압기로 나누어집니다.

 



 

몰드 변압기는 기름 대신 합성수지(플라스틱)를 사용한 변압기를 말하며, 아몰 퍼스 변압기는 손실을 최대한 감소시킨 변압기를 의미합니다. 건식변압기는 기름을 넣지 않기 때문에 가볍고 유지·보수가 편리하다는 장점이 있습니다.

 



 

아는 만큼 보인다! 변압기

 

길거리를 거닐다 가장 흔하게 볼 수 있는 전기기기, 변압기. 만약 이 변압기가 없었다면? 발전소에서 아무리 많은 전기를 만들더라도 높은 전력손실로 인해 큰 비용을 지불하고 전기를 사용했을 수도 있었겠죠!

 

전력손실을 줄이기 위해 매우 높게 공급된 전압을 가정에서 사용할 수 있게 줄여주어 많은 사람이 값싸고 좋은 품질의 전기를 사용할 수 있게 도와주는 변압기! 제 글을 읽은 후 내일 아침에 보는 변압기가 새롭게 보였으면 좋겠습니다.





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