변압기 손실 설명

변압기 손실이란

변압기 손실은 입력 전력 중 변압기 내부에서 열로 소비되는 전력이다.

이 전력은 출력으로 전달되지 않고 버려진다. 운전비와 효율에 직접 영향을 준다.

손실은 크게 철손과 동손으로 나뉜다. 다음 장면에서 두 손실을 비교한다.

철손과 동손

철손은 부하와 상관없이 거의 일정하게 생기는 무부하손이다.

철심에서 생기며 히스테리시스손과 와전류손의 합이다.

동손은 권선 저항에서 생기는 부하손이며, 전류의 제곱에 비례한다.

그래서 부하율이 높을수록 동손의 비중이 커진다.

손실 종류 비교

철손과 동손은 발생 위치, 원인, 부하 의존성으로 구분해 정리한다.

철손은 철심에서 생기며, 전압과 주파수가 일정하면 부하와 무관하게 일정하다.

동손은 권선 저항에서 생기며, 부하 전류의 제곱에 비례한다.

표류부하손은 누설자속이 탱크와 도체에 만드는 와전류 손실이며, 설계로 줄인다.

이 차이를 알면 효율 계산 식을 세울 수 있다.

효율과 최대효율 조건

효율은 출력 전력을 입력 전력으로 나눈 값이며, 손실을 알면 계산할 수 있다.

철손을 P_i, 정격 동손을 P_Cu라 하면 부하율 x에서 동손은 x²·P_Cu가 된다.

효율을 부하율로 미분해 0으로 두면 P_i = x²·P_Cu 조건이 나온다.

즉 철손과 동손이 같을 때 효율이 최대가 되며, 그때 부하율은 루트(P_i/P_Cu)다.

계산 예제

정격 10 kVA, 역률 1.0인 변압기에 철손 100 W, 정격 동손 100 W가 주어졌다.

최대효율 부하율은 루트(100/100)으로 1.0이다. 즉 정격 부하에서 효율이 최대다.

이때 효율은 10,000 ÷ 10,200 × 100 이므로 약 98.04%다.

결과가 98% 전후이므로 일반 배전용 변압기 값과 상식 범위에 맞는다.

헷갈리는 점과 시험 포인트

헷갈리는 점은 철손과 동손의 성질을 뒤바꿔 쓰는 실수다.

철손은 부하와 무관하게 일정하고, 동손은 부하 전류의 제곱에 비례한다.

최대효율 조건은 철손과 동손이 같을 때이며, 역률과는 관계가 없다.

저감 대책은 원리와 함께 쓴다. 규소강판은 히스테리시스 면적을, 적층은 와전류를 줄인다.

정리

변압기 손실은 철손과 동손으로 나뉜다. 철손은 일정, 동손은 부하 제곱에 비례한다.

효율이 최대인 조건은 철손과 동손이 같을 때이며, 그때 부하율은 루트(P_i/P_Cu)다.

앞 문제의 답은 바뀌지 않는다. 최대효율 조건은 역률과 무관하기 때문이다.