변압기 효율은 왜 부하 상태에 따라 달라지나요?

Question

• 전기기기를 공부하다 보면 변압기 효율은 일정하지 않고 부하 상태에 따라 변한다고 배우는데 왜 그런지 궁금합니다. 특히 철손은 거의 일정하고 동손은 부하에 따라 변한다고 하는데 이것이 효율과 어떤 관계인지 잘 이해되지 않습니다. 또한 변압기는 일정 부하 근처에서 가장 효율이 좋다고 하는데 왜 최대 효율점이 존재하는지도 알고 싶습니다. 실제 현장에서는 변압기 운전 시 효율을 어떻게 고려하는지도 자세히 설명 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.

• 결론부터 말씀드리면 변압기 효율은 출력 대비 손실 비율에 의해 결정되며, 철손과 동손 특성이 서로 다르기 때문에 부하 상태에 따라 효율이 달라집니다. 변압기 손실은 크게 철손과 동손으로 나뉩니다.

철손은 철심에서 발생하는 히스테리시스손과 와류손이며, 전압만 걸려 있으면 거의 일정하게 발생합니다. 즉 무부하 상태에서도 계속 존재합니다.

반면 동손은 권선 저항 때문에 발생하는 손실로, 전류 제곱에 비례합니다. 따라서 부하전류가 증가할수록 크게 증가합니다.

부하가 너무 작으면 출력은 적은데 철손은 계속 존재하기 때문에 효율이 낮아집니다. 반대로 부하가 너무 크면 동손이 급격히 증가해 효율이 다시 떨어질 수 있습니다.

그래서 철손과 동손이 같아지는 지점에서 변압기 효율이 최대가 됩니다. 이것을 최대효율 조건이라고 합니다.

실무에서는 변압기 용량을 너무 과하게 선정하면 평소 부하율이 낮아져 효율이 떨어질 수 있기 때문에 적절한 용량 선정이 중요합니다. 결국 변압기 효율은 단순 정격값이 아니라 실제 운전 부하 상태와 밀접하게 연결된 특성입니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

변압기 효율이 부하에 따라 달라지는 이유는 손실의 특성 때문인데 철손은 전압만 있으면 발생하는 고정비용 같은 놈이고 동손은 전류의 제곱에 비례해서 늘어나는 가변비용이라 보시면 돼요. 결국 이 두 손실의 비중이 계속 바뀌다 보니 효율도 요동치는 건데 철손과 동손이 딱 같아지는 지점에서 변압기는 에너지를 가 장 알뜰하게 쓰며 최대 효율을 낸답니다. 실제 현장에서도 무조건 풀 부하로 돌리기보다 보통 이 최대 효율 점인 50~70% 부하율을 유지하도록 뱅킹이나 대수 제어를 적절히 섞어서 운영하고 있어요.