변압기란 무엇이고 실생활에 어떻게 사용될까?

 변압기란 무엇이고 실생활에 어떻게 사용될까?

변압기는 전기 설비 및 전력 공학 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 변압기는 전력을 변환하고 전기 에너지를 효과적으로 공급하기 위한 핵심적인 장치 중 하나로, 우리 일상생활과 산업 분야에서 무척 중요한 역할을 한다.

변압기의 기본 개념

변압기는 전압을 수요 측에 알맞게 높이고 낮추는 역할은 한다. 발전기에서 전기를 생성하게 되면 전기가 필요한 곳에 전달을 해줘야 한다. 전기를 먼 곳으로 전달하려면 전압을 가능한 크게 하여야 전력 손실이 적어진다. 수식으로 보면 [전력손실=I^2*R] 이기 때문에 전류를 최대한 작게 만들어야 한다. 그렇게 하려면 [P=VI]에서 P는 일정하기 때문에 전압을 높이게 되면 전류가 작아지게 된다. 그렇기 때문에 운반할 때는 전압을 높이고 전류를 낮춰줘야 효율적이다. 전기를 사용하는 수요 지점에서는 높은 전압을 다시 낮춰서 사용하여야 한다. 예를 들면 22.9kV의 전압으로 곳곳의 목적지까지 보낸 후 사용 지점에서 6.6kV, 380V, 220V 등의 전압으로 낮추게 된다.

변압기의 원리 

변압기는 1차 코일과 2차 코일로 이루어져 있다. 고압의 전류가 최초 1차 코일로 흐르게 되면 여기서 생기는 자기장에 의해 2차 코일에 변환된 전압의 전류가 흐르게 된다. 여기서 1차와 2차의 전압의 비율은 1차와 2차의 권선수 비에 의해 결정된다. 1차에 10바퀴의 선을 감고 2차에 5바퀴의 선을 감았다고 치자 그렇게 되면 2차 전압은 1차 전압의 반으로 줄어든다. 곧 전압은 코일의 감은 수에 비례한다.

변압기의 종류

변압기의 형태에 따라 크게 2가지 변압기 나눠진다. 첫째, 변압기 내부에 냉각을 위한 절연 오일을 사용하는 오일 냉각 변압기가 있다. 열을 효과적으로 방출하고 변압기를 냉각하는 데 사용된다. 주로 대용량 및 고전력 변압기에 사용된다. 둘째, 오일 대신에 공기 또는 다른 냉각 매체를 통해 변압기를 냉각하는 건식 변압기가 있다. 최근에는 냉방시설이 잘 되어 있기 때문에 비용이 비교적 저렴하고 간단한 구조를 가진 건식 변압기를 많이 사용한다. 또한 건식 변압기는 유지 보수가 용이하고 점검도 비교적 간단하다.

변압기 사용상 주의점

변압기는 고전압을 받는 경우 온도가 상당히 많이 올라간다. 그렇기 때문에 변압기 내부의 온도가 정해진 상한선보다 올라가지 않도록 해야 한다. 여기서 기준 온도는 변압기의 절연 계급에 따라 온도가 상이하다. 변압기 온도가 올라가지 않도록 하기 위해서는 변압기 설치 장소에 내부 온도가 너무 올라가지 않도록 냉방설비를 잘 갖춰야 한다. 또한 변압기의 용량보다 너무 많은 부하를 사용하게 되면 과부하로 인해 온도가 많이 올라갈 수 있다. 그리고 변압기 내부 케이블의 접속에 문제가 생기면 과열이 발생할 수 있다. 열화상 카메라를 통해 주기적인 점검을 해야 한다. 그리고 변압기를 병렬로 운용하여 변압기 1대가 문제가 생기면 다른 변압기로 운용할 수 있도록 설계해야 한다. 예를 들면 평상시에 여유분을 계산하여 3대의 변압기로 운용하고 1대의 변압기가 문제가 생기게 되면 2대의 변압기로 운용할 수 있도록 변압기 용량을 정해야 할 것이다.

실생활에서 변압기는 어디에 사용될까?

변압기는 실생활에서 다양한 곳에 사용된다. 핸드폰 충전기, 노트북 충전기, 전자기기 어댑터 등에서 사용된다. LED 조명등에서도 저전압으로 작동하도록 변압기를 통해 전력을 공급받는다. 그리고 전기 자동차 충전 시에도 자동차에서 사용할 수 있는 전압으로 낮출 수 있도록 변압기가 사용된다. 또한 지하철을 운행 시 변전소까지 전력을 고압으로 송전하고 변전소에서 열차나 역사에 전력을 공급할 수 있도록 변압기가 사용된다. 여기서 지하철에는 DC 1500V가 사용되는데 이는 6600V의 교류 전압을 다시 정류기를 통해서 DC 1500V로 바뀌게 된다.

결론

변압기는 우리가 전기를 사용할 수 있도록 하는데 아주 중요한 역할을 한다. 변압기 없이는 우리가 발전소에 전력을 받을 수도 없을 것이다. 이러한 변압기에 대해서 알아보는 것은 전력공학의 공부를 처음 시작하는데 아주 중요한 부분이다. 변압기에 문제가 생기면 전력 공급 전체에 문제가 생기기 때문에 중요한 설비에는 변압기를 여러 대를 운용하여야 하며 사고 및 고장이 나지 않도록 항상 주의를 기울여 점검하여야 한다.