변압기 2차측에 부하를 많이 연결하면 전압이 떨어지는 이유는 무엇인가요?

Question

변압기 무부하 상태에서는 2차측 전압이 정상적으로 측정되는데 여러 설비를 동시에 가동하면 2차측 전압이 조금씩 떨어지는 경우가 있습니다. 변압기는 일정한 전압을 공급하는 장치라고 생각했는데 부하가 증가하면 전압이 변하는 이유가 궁금합니다. 변압기 자체의 용량과 내부 임피던스가 이런 현상과 어떤 관계가 있는지도 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.

변압기에도 권선저항과 누설리액턴스가 존재하기 때문에 부하전류가 증가하면 내부에서 전압강하가 발생합니다. 따라서 무부하 전압과 정격부하에서의 2차 전압에는 차이가 생길 수 있습니다. 특히 변압기 용량에 비해 부하가 크거나 역률이 낮은 부하가 많으면 전압변동이 더 커질 수 있습니다. 현장에서는 변압기 용량뿐 아니라 부하율과 역률, 2차측 배선의 전압강하까지 함께 확인해야 합니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

변압기에 2차 측 전압이 떨어지는 가장 큰 이유는 변압기 내부의 인피던스에서 발생하는 전압 강하 때문이에요. 왜냐하면은 변압기 내부 권선에는 미세하게 전기 저항과 리액턴스 성분이 반드시 존재하게 되죠. 그래서 부하 설비를 많이 켜서 전류가 많이 흐르게 될수록 내부에 있는 인피던스에 걸리는 전압 손실이 커지게 되는 겁니다. 그래서 입력 전압이 일정해도 2차 측의 출력 단자에 도달하는 전압은 줄어들 수밖에 없는 원리가 되겠습니다.

그리고 변압기의 용량 한계와 부하의 역률도 전압 강하에 큰 영향을 주게 됩니다. 왜냐하면은 변압기 용량에 비해서 부하 전류가 너무 크게 되면은 내부의 손실이 급격하게 증가하게 되는 거죠. 거기다가 모터 같은 유도성 부하가 늘어나서 지상 역률이 나빠지면 전압이 훨씬 더 많이 떨어지게 됩니다. 그래도 용량이 넉넉한 변압기일수록 내부의 인피던스가 상대적으로 작습니다. 그래서 전압 변동이 적은 편이죠. 결론은 부하 관리와 적정한 용량 산정이 안정적인 전압 유지의 핵심이 된다고 이해해 주시면 좋을 것 같습니다.

Answer 3

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

네, 변압기 2차측에 부하를 많이 연결했을 때 전압이 떨어지는 이유는 변압기 내부에도 저항과 리액턴스 같은 임피던스가 있기 때문입니다.

무부하 상태에서는 2차측 전류가 거의 흐르지 않으므로 내부 임피던스에서 발생하는 전압강하도 거의 없습니다. 하지만 부하가 증가하면 2차측 전류가 커지고, 그만큼 변압기 내부 권선과 누설리액턴스에서 전압강하가 발생해서 단자전압이 조금 낮아질 수 있습니다.

변압기 용량이 작을수록 같은 부하를 연결했을 때 정격에 가까운 전류가 흐르기 쉬우므로 전압강하가 더 크게 나타날 수 있습니다. 또 변압기의 %임피던스가 클수록 부하전류 증가에 따른 전압강하도 커지는 경향이 있습니다.

현장에서는 보통 무부하 전압과 부하 시 전압 비교, 부하전류, 변압기 정격용량, %임피던스, 케이블 전압강하, 역률을 함께 확인합니다. 특히 부하가 켜질 때만 전압이 크게 떨어진다면 변압기 용량 부족이나 배선 전압강하도 같이 의심할 수 있습니다.

즉, 변압기는 완전히 고정된 전압을 만드는 장치라기보다 내부 임피던스를 가진 전원이라서, 부하전류가 커질수록 내부 전압강하가 증가해 2차측 전압이 낮아질 수 있다고 이해하면 됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 김경환 전기기사입니다.

변압기의 2차 측에 부하를 연결하면 부하전류가 흐르기 시작하는데 이때 변압기 권선 자체에도 저항과 누설리액턴스가 있기 때문에 전류가 흐르면서 내부에서 전압강하가 발생하게 됩니다. 무부하 상태에서는 2차 측에 거의 전류가 흐르지 않기 때문에 권선에서 발생하는 전압강하도 매우 작지만 여러 설비를 동시에 가동하게 되면 2차측 전류가 증가하고 변압기 내부 임피던스에 의한 전압강하도 커지게 됩니다. 결국 변압기 내부에서 일부 전압이 떨어지고 부하 단자에서 측정되는 전압이 낮아지게 되는 것입니다.