전력 변압기는 손실을 줄이기 위해 전압을 높이고(예: 11kV → 400kV) 배전을 위해 전압을 낮추어(예: 220kV → 33kV) 먼 거리에 걸쳐 효율적인 전기 전송을 가능하게 하는 전기 인프라의 숨은 영웅입니다. 최종 사용자에게 서비스를 제공하는 배전 변압기와 달리 전력 변압기는 발전소, 변전소 및 산업용 그리드에서 대량 전력 전송을 처리합니다.
1. 전력용 변압기의 역사
초기 혁신(19세기 후반)
1885년: William Stanley(Westinghouse와 협력)는 최초의 실용적인 AC 변압기를 개발하여 고전압 전력 전송의 타당성을 입증했습니다.
1890년대: 초기 전력 변압기는 철심과 오일 절연을 사용하여 더 높은 전압 처리를 가능하게 했습니다.
산업화 및 표준화(20세기 초~중반)
오일 냉각식 설계: 대형 변압기의 표준이 되어 방열 및 절연 성능이 향상되었습니다.
실리콘 강철 코어(1930년대): 히스테리시스 손실 감소, 효율성 향상.
그리드 확장: 고전압 전송 네트워크(132kV 이상)에는 더 크고 견고한 전력 변압기가 필요했습니다.
현대의 발전(1960년대~현재)
고효율 설계: 비정질 금속 코어(1980년대) 및 고급 냉각 시스템(OFAF, OFWF) 도입.
스마트 변압기: 예측 유지 관리를 위한 IoT 지원 모니터링(온도, 용존 가스 분석)
친환경 솔루션: 민감한 환경을 위해 PCB 기반 오일에서 생분해성 에스테르 및 건식 설계로 전환합니다.
2. 전력 변압기의 작동 방식
기본 전자기 원리
패러데이의 유도 법칙에 따라 작동합니다. 1차 권선과 2차 권선 사이의 자기 결합을 통한 전압 변환.
권선비(N₁/N²)가 전압 승압/강압을 결정합니다. V₁/V₂=N₁/N²
중요 구성 요소
부품
기능
재료 혁신
핵심
저저항 자기 경로 제공
비정질 금속(Metglas®), 레이저 스크라이빙 Si-강
권선
전도 전류(HV/LV 코일)
전치된 도체(와상 손실 감소)
격리
단락을 방지합니다.
크라프트지, Nomex®, 에스테르 기반 오일
냉각 시스템
열 방출(효율성에 중요)
OFAF(유압 공냉식), ODWF(수냉식)
효율성 문제
무부하 손실(코어 손실): 히스테리시스 및 와전류(정격 전력의 ~0.2~0.5%).
부하 손실(구리 손실): I²R 가열(~0.5~2.5%).
완화: 고급 코어, 초전도 권선(실험적).
3. 전력용 변압기의 종류
기능별
적용
주요 기능
발전기 승압(GSU)
발전소를 그리드에 연결(예: 24kV → 400kV)
높은 단락 내성 성능
전송 변압기
HV 네트워크 상호 연결(예: 400kV → 220kV)
강제 냉각(OFAF/ODWF)
위상 편이 변압기
혼잡한 전력망의 전력 흐름 제어
부하 균형을 맞추기 위해 위상 각도를 조정합니다.
HVDC 변환기 변압기
AC 그리드와 DC 라인(예: ±800kV)을 인터페이스합니다.
고조파 필터링용으로 설계됨
냉각 방식별
ONAN(Oil-Natural Air-Natural): 중소형 장치(<100 MVA).
OFAF(Oil-Forced Air-Forced): 강제 팬으로 냉각 성능을 높입니다(예: 500MVA 장치).
