전원 변압기란?
전원 변압기는 교류전원의 전압을 변화시키기 위한 장치입니다.
전압을 변화시키기 때문에 일본어 명칭은 ‘변압기(変圧器)’라고 합니다. 전자기 유도 작용을 이용해 전압을 승압, 승강시킵니다.
발전소에서 만들어진 전기는 송전선을 타고 공장이나 각 가정에 분배되는데, 이때 만들어지는 전기는 수만 볼트의 초고전압입니다. 이대로 일반 가정에서 사용하기에는 위험하기 때문에 전력 변압기에서 강압하여 분배합니다. 일본에서는 100볼트까지 강압하여 일반 가정에서 사용하고 있습니다.
전력 변압기의 사용 용도
전력 변압기는 산업용부터 일반 가정까지 다양한 곳에서 사용됩니다. 구체적인 사용 용도는 다음과 같습니다.
- 발전소 및 변전소 전원 변환용
- 공장 및 상업시설의 전원 공급용
- 일반 주택으로의 송전용
- 전원 설비의 내뢰용
- 구형 AC 어댑터 내부
전력 변압기는 전기 사용에 있어 없어서는 안 될 장비라고 할 수 있습니다.
전력 변압기의 원리
전원 변압기의 구성은 간단합니다: 두 개의 코일(구리선을 스프링처럼 감은 것)과 철심, 두 개의 코일 중 1차 코일은 전원에 연결하고 2차 코일은 수요 기기에 연결합니다.
1차 코일에 전기가 흐르면 철심 내부에 자력이 발생해 2차 코일에 도달합니다. 자력을 받은 2차 코일은 양단에 전압이 발생합니다. 이 현상이 바로 전자기 유도 작용입니다. 전력 변압기는 전자기 유도 작용을 교묘하게 이용하여 전압을 승압하고 승압합니다.
그리고 1차 코일과 2차 코일은 보빈이라는 권선으로 완전히 분리, 절연되어 있습니다. 즉, 전력 변압기에서는 1차 코일과 2차 코일을 전기적으로 절연하면서 전자기 유도 작용으로 전기 에너지를 전달합니다. 이 절연 작용을 통해 전원 측에서 발생한 이상이 수요기기 측으로 전달되는 것을 방지할 수 있습니다.
전력 변압기의 종류
전력 변압기는 크게 ‘오일 주입 변압기’와 ‘몰드 변압기’의 두 가지 종류로 나뉩니다.
1. 유침변압기
권선과 철심을 절연유에 담근 변압기입니다. 변압기는 사용 시 열이 발생하지만, 절연유를 냉매로 사용할 수 있기 때문에 밀폐가 가능한 것이 특징입니다. 권선과 철심을 밀폐하기 때문에 옥외 설치도 가능합니다.
단, 절연유가 광유인 경우 토양 오염의 원인이 되므로 누출에 주의해야 한다. 최근에는 친환경을 위해 식물성 기름을 사용한 오일 투입 변압기도 판매되고 있습니다.
2. 몰드 변압기
권선과 철심을 에폭시 수지로 덮은 변압기입니다. 절연유를 사용하지 않기 때문에 유지보수성이 우수합니다. 그러나 방열 수단이 제한적이기 때문에 실내 설치가 기본입니다. 또한, 유상 변압기보다 가격이 비싸다는 단점도 있습니다.
전력 변압기의 기타 정보
1. 전력 변압기의 역할
전력 변압기는 ‘변압’과 ‘절연’이라는 두 가지 역할을 합니다.
변압
발전된 전력을 사용하기에 적합한 전압으로 승압하는 역할이 변압입니다. 일반 가정에서는 100볼트로 강압하여 사용한다. 산업용에서는 200볼트나 400볼트에서 사용하는 것이 일반적입니다.
송배전 용도에서는 송전 손실 감소를 위해 66,000볼트와 같은 초고전압이 사용됩니다. 또한, 전압 강하를 방지하기 위해 변압하는 경우도 있습니다. 송전 거리가 길어지면 사용 장소에서 저전압이 되는 전압 강하 현상이 발생한다. 이 전압 강하 현상은 전원 변압기로 미세하게 승압하여 대책할 수 있습니다.
절연
일반적인 전력 변압기의 경우 입력측 전선과 출력측 전선이 연결되어 있지 않습니다. 입력 측 전기는 전자기 유도에 의해 출력 측으로 전달됩니다. 이처럼 입력과 출력이 분리된 변압기를 ‘절연 변압기’라고 부르며, 입력 측의 이상이 출력 측으로 전달되는 것을 방지합니다.
2. 전원 변압기의 전압
전원 변압기에는 일본 국내에서 많이 사용되는 전압이 존재합니다.
저전압의 경우
저전압에서 자주 사용되는 전압은 100볼트, 200볼트, 400볼트이며, 100볼트는 가정용 전원 등에 사용됩니다. 반면 400볼트는 공장의 대형 장비 등에 사용됩니다.
고전압의 경우
고전압에서 자주 사용되는 전압은 3,300볼트, 6,600볼트입니다. 전력회사의 사용 전압은 대부분 6,600볼트입니다.
특고압의 경우
특고압은 변전소 간이나 거대한 공장에 사용되는 초고압이다. 송배전용으로 주로 66,000볼트나 154,000볼트가 사용됩니다.