학문
송전탑의 고압 전류가 전력 손실을 줄이는 이유가 궁금합니다.
발전소에서 보낼 때 전압을 높여서 송전하는 이유가 도선의 저항에 의한 전력 손실을 줄이기 위함이라는데 수식적 원리가 궁금합니다.
6개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
송전 전력은 전압을 높이면 같은 전력을 보내는 데 필요한 전류를 줄일 수 있어요.
도선의 저항에서 발생하는 손실은 전류가 커질수록 훨씬 크게 증가해요. 그래서 전압을 높여 전류를 낮추면 도선에서 발생하는 열과 전력 손실도 크게 줄어들죠.
그래서 발전소에서 높은 전압으로 보내고, 변전소에서 다시 낮춰 가정이나 공장에 공급하는 방식을 활용하고 있어요.
높은 전압으로 전류를 줄이는 것이 장거리 송전에 있어서 손실을 줄이는 핵심이라고 보시면 되요.
감사합니다.
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채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
같은 전력을 보낼 때 전압을 높이면 전류가 줄고 손실은 전류의 제곱에 비례하니까 손실이 훨씬 크게 줄어듭니다.
그래서 발전소에서 수십만 볼트로 승압해서 보낸느 것이랍니다.
안녕하세요. 설효훈 전문가입니다. 핵심은 전력 공식과 전선의 손실 공식 두 개를 연결하면 바로 이해됩니다. 송전해야 하는 전력은 P = V × I 입니다. 따라서 같은 전력 P를 보내더라도 전압 V를 높이면 필요한 전류 I는 작아집니다.
예를 들어 100MW를 보낸다고 하면, 100kV → 전류 약 1,000A, 500kV → 전류 약 200A가 됩니다. 그런데 전선 자체의 저항 때문에 발생하는 손실은 P손실 = I²R 입니다. 즉 전류가 줄어들면 손실은 전류의 제곱으로 크게 줄어듭니다. 실제로 같은 전력을 같은 전선으로 보낼 때 전압을 2배로 높이면 전류는 절반이 되고, 전선 손실은 약 1/4로 줄어듭니다.
그래서 발전소에서 발전 → 변압기로 전압을 크게 높임 → 작은 전류로 장거리 송전 → 지역 변전소에서 전압을 낮춤 → 가정·공장에 공급하는 것입니다.
결국 전압을 높이는 가장 중요한 이유는 전기를 더 많이 만들어내기 위해서가 아니라, 같은 전력을 보내면서 전류를 줄여 전선에서 열로 사라지는 에너지를 최소화하기 위해서라고 이해하시면 됩니다.
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
송전 전압을 높이는 이유는 전류를 줄여서 발열 손실을 줄이기 위함입니다. 전선에서 사라지는 전력은 전류의 영향이 훨씬 더 크기 때문이죠. 그래서 전압을 크게 올리면 흘려보내는 전류의 양이 대폭 줄어들게 됩니다. 거기다가 줄어든 전류 덕분에 전선에서 발생하는 열이랑 손실이 극적으로 감소하게 되죠. 그래서 전압을 올려서 보내야 전력 손실을 막을 수가 있습니다.
예시를 들어보겠습니다. 전압을 10배 올리면 전류가 1/10로 줄어들어서 손실은 1/100로 극감하게 되죠. 이게 왜냐하면 손실은 전류가 줄어드는 정도보다 훨씬 더 크게 감소하기 때문입니다. 그래서 발전소에서 만든 전기를 멀리까지 효율적으로 전달할 수가 있는 거죠. 그리고 전선도 가늘어져서 송전탑을 짓는 비용도 절약이 되기 때문에 초고압 송전 방식이 사용되고 있습니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
발전소에서 보내는 송전 전력 P = VI가 일정할 때 전압 V를 n배로 높이면 송전선에 흐르는 전류 I는 1/n배로 줄어듭니다. 이때 송전선 도선의 저항 R에 의해 열로 사라지는 전력 손실은 P= I^2 R 수식에 따라 전류의 제곱에 비례하게 됩니다. 따라서 전압을 n배 높여 전류를 1/n로 감소시키면 결과적으로 전력 손실은 원래의 1/n^2로 현저하게 줄어들게 됩니다. 이처럼 높은 접압으로 송전하면 도선 두께를 무한정 늘리지 않고도 먼 거리까지 에너지 손실을 최소화하여 효율적으로 전력을 공급할 수 있습니다
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
보내야 할 전력 P가 정해져 있으면 P = VI에서 전류는 I = P/V가 돼요. 전압을 올릴수록 같은 전력을 더 적은 전류로 보낼 수 있어요.
송전선에서 열로 새는 손실은 P손실 = I²R이에요. 여기에 I = P/V를 넣으면 P손실 = P²R/V²가 되고, 손실이 전압의 제곱에 반비례해요. 전압을 2배 올리면 전류는 절반, 손실은 4분의 1로 줄어요.
저항이 10Ω인 선로로 100MW를 보낼 때, 154kV로 보내면 전류가 약 650A이고 손실은 약 4.2MW예요. 같은 전력을 345kV로 보내면 전류가 약 290A로 줄어 손실이 0.84MW, 765kV에서는 0.17MW까지 내려가요. 전압을 5배 올리니 손실은 25분의 1 정도가 됐어요.
P = V²/R 식으로 보면 전압이 높을수록 손실이 커질 것 같지만, 여기서 V는 송전 전압이 아니라 전선 양 끝에 걸리는 전압 강하 IR이라서 전류가 줄면 이 값도 같이 작아져요. 그런데 전압이 너무 높으면 절연 거리와 철탑이 커지고 코로나 방전 손실도 늘어서 무한정 올리지는 못해요 :)