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변전소에서는 어떤 일이?

아래 사진에 보이는 시설이 무엇인지 혹시 알고 계시나요? 바로 우리나라에서 전기를 만들어 공급하는 발전소 중의 하나인 보령 화력 발전소입니다. 그런데 어떻게 발전소에서 만들어진 큰 전압을 가지고 있는 전기를 우리가 사용할 수 있는 것일까요? 그를 위해서 전기의 전송 과정에서 반드시 필요한 시설이 바로 변전소인데요. 이번에는 변전소의 역할과 그를 구성하는 주된 전기기기인 변압기에 대해서 알아보겠습니다.

 

보령 화력 발전소  ⓒ한국중부발전

 

변전소를 통한 전기 송배전 과정

변전소를 설명하기 위해서는 전체 전기의 송배전 과정을 알아야 할 필요가 있습니다. 전기는 발전소로부터 처음 생산이 되어 송전용 변전소로 보내집니다. 그곳에서는 초고압인 154kV 또는 345kV 또는 765kV 정도로 전압을 크게 하여 송전을 시작합니다. 다음으로 수요처에 가까이 있는 배전용 변전소로 도달하는데 배전용 변전소에서는 22.9kV 정도로 전압을 낮추어 수요처로 전송을 합니다. 그리고 가정에는 주상 변압기나 패드 변압기를 거쳐 사용할 수 있는 전압인 110V 혹은 220V로 감소시켜 배전을 하게 됩니다.

 

전기의 송배전 과정  ⓒ한국전력공사

 

변전소란?

전기 송배전 과정을 보면 변전소라는 단어가 많이 등장하는데요. 변전소는 발전소에서 생산된 전기를 선로를 통해 전달받아 사용처에 맞게 변환하여 전송하는 시설입니다. 전기사업법 시행규칙 제2조에서는 "변전소"를 밖으로부터 전압 50,000V 이상의 전기를 전송받아 이를 변성(전압을 올리거나 내리는 것 또는 전기의 성질을 변경시키는 것)하여 변전소 밖의 장소로 전송할 목적으로 설치하는 변압기와 그 밖의 전기 설비 전체라고 정의하고 있는데요. 전압을 집중시키거나 배분하는 기능도 가지고 있습니다. 또한, 전력조류의 제어, 선로 보호 그리고 기기 보호 등 다양한 역할을 수행하고 있습니다.

 

변전소  ⓒpixabay

 

변압기란?

그렇다면 어떻게 전기의 전압이나 성질을 조절하는 것일까요? 사실 전기사업법 시행규칙에서의 정의에서 이미 정답이 나와 있는데요. 바로 변압기입니다. 변압기는 교류 전압을 높이거나 낮추는 장치를 말하고 규소강판으로 이루어진 철심을 권선으로 감은 구조로 되어 있습니다. 변압기를 통해 전기의 전압 크기를 크게 하거나 낮게 조절할 수 있는데 변전소는 이러한 변압기가 주를 이루고 있습니다.

 

변압기  ⓒpixabay

 

변압기는 왜 필요할까요?

변압기의 주요한 기능이 전압의 크기 조절이라는 것은 알았는데 왜 변압기가 필요한 것일까요? 바로 전선의 저항에 의해 발생하는 전력 손실 때문입니다. 이 전력 손실은 전압 크기의 제곱에 반비례하는데요. 그러므로 효율적인 전기 전송을 위해 변압기로 전압을 크게 하여 전기를 공급하는 것입니다. 또한, 수용가에 가까워지게 되면 사용이 가능하도록 다시 전압을 낮춰 주어야겠죠? 이는 배전용 변전소, 그리고 길을 지나다니면서 쉽게 볼 수 있는 전주의 주상 변압기와 지상에 있는 패드 변압기가 담당하고 있습니다.

 

주상 변압기  ⓒ임인섭

 

변압기의 원리

변압기는 어떻게 전압을 조절하는 것일까요? 변압기는 기본적으로 1차, 2차 두 개의 코일이 연철심 주위에 감겨 있습니다. 그리고 그 코일에서 전자 유도 작용에 의해 기전력이 발생하는데요. 1차 코일에 교류 전압이 걸리면 교류 전류에 의하여 자속의 변화가 나타나고, 이것은 다시 2차 코일에 어떠한 관계를 가지고 유도 기전력을 만들게 됩니다. 그 관계를 결정짓는 것이 바로 권수비입니다. 권수비란, 변압기 철심의 2차 측의 권선 수에 대한 1차 측 권선 수의 비율을 의미합니다. 전압의 크기는 이 권수비에 따라서 변화하게 되는데요. 전압의 크기가 변하게 되면서 자연스럽게 전류의 크기도 영향을 받게 됩니다. 간단하게 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

 

변압기 권수비 ,  전압 ,  전류 사이의 관계  ⓒ임인섭

 

변압기의 종류?

변압기는 여러 가지 기준에 의해 다양한 종류로 분류할 수 있는데요. 절연 방식, 권선의 형태, 철심의 구조 등이 그 기준에 해당합니다. 대표적으로 절연 방식에 의해 크게 건식 변압기와 절연으로 기름을 사용하는 유입식 변압기로 나눕니다. 그리고 건식 변압기는 코일 주위를 에폭시수지로 몰딩하는 몰드 변압기와 철심 소재로 규소강판 대신 아몰퍼스 금속을 사용하는 아몰퍼스 변압기로 구분할 수 있습니다. 여기서 권선의 형태를 기준으로 하면 1개의 권선으로만 이루어진 단권변압기와 2개 또는 2개 이상의 권선 수로 구성된 복권 변압기로 나누어집니다. 또한, 철심의 구조에 따라서 내철형, 외철형, 권철심형으로 구분할 수 있습니다.

 

변압기의 종류  ⓒ임인섭

 

마무리

이번에는 변전소의 기능과 그를 통한 송배전 과정, 그리고 변압기에 대해서 알아보는 시간을 가졌습니다. 변전소와 변압기는 전력손실을 최소화하고 수용가에 알맞은 전기를 공급하기 위해 필수적이라는 것을 알 수 있었는데요. 안정적이고 효율적인 전기 공급을 위한 한국전력의 기술과 노력이 엿보이는 것 같죠?

 

 

 


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  • 아몬드 2020.08.07 18:06
    이해하기 쉽게 잘 쓰셨네요~
    좋은 글 감사합니다
  • rosaria4 2020.08.07 18:12
    전기랑 사람이랑 떼야뗄수없는 관계 ㅋ 항시붙어살지만 전기에대해 궁금해하지않고 살다 인섭군의 자세한 설명을 읽고 전기에대해 다시한번 고마움을 느낍니다
  • 민간인 2020.09.23 19:17
    글이 너무 유익하고 도움이됩니다 너무잘하시는군요 잘보고갑니다
  • 취린이 2020.10.07 11:44
    유익한 글 잘 봤습니다. 혹시 가스변압기도 건식 변압기에 속하나요??
  • BlogIcon 임인섭 2020.10.20 05:52
    안녕하세요 임인섭 기자입니다. 물론 가스 변압기도 존재합니다. 하지만 SF6 가스의 높은 절연 특성 때문에 개폐기나 차단기로 많이 활용되고 변압기 종류는 대표적으로 저렇게 분류할 수 있습니다. 가스 변압기를 포함한다고 하면 따로 분류하는 것이 맞겠습니다.

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