변압기

1 개요

변신한다
한밤중에 터지면 소오~름이 돋아서 무섭다
교류의 전압(V)을 바꿔주는 장치. 도란스라고도 하며 당연히 전류도 바뀐다. 전송선 직류 종결자 콘센트가 하나밖에 없는 소형부터, 전신주 위에 원통의 물건처럼 달려있는 것까지 그 종류가 매우 다양하다. 아래 참고 항목에서도 볼 수 있지만, 이게 없으면 전기에너지를 이용한 현대 문명의 이기들이 대부분 먹통이 된다. 벅컨버터와 부스트회로를 사용한다면 어떨까?

2 가정용

한국전력공사가 에너지 효율 등을 이유로 2005년까지 약 32년 가량을 소모하면서 대대적으로 실시한 승압 정책에 의해 현재 거의 모든 전기 기구는 가정용으로 많이 사용하는 단상은 220V, 3상 전원은 380V를 사용한다.

하지만 구형이나 수입 전기 기구일 경우 110V로 강압을 시켜서 사용해야 한다. 당장 미국, 캐나다나 일본은 아직 110V 계열을 사용하며, 미국/캐나다는 단상 교류 120V 60Hz, 일본은 단상 교류 100V 50Hz/60Hz라서 세밀한 조정도 필요하다. 이런 이유로 인해 전압을 전문적으로 낮춰주는 "강압기"를 사용해야 한다. 일본어의 영향 때문에 나이 드신 분들은 "트랜스"의 발음 변형인 도란스라고 많이 부른다.

120V용, 일본 전원(100V)용은 세운상가를 돌던가 인터넷에서 주문하는 것이 좋다. 조금 비싸도 전압탭 달린 변압기를 사면 용량도 크고 다양한 100V계통 전압이 제공되기 때문에 게임기부터 오디오 기기까지 폭넓게 쓰려면 100V~120V까지 모두 지원되는 변압기를 사는 것이 좋다. 오디오는 미니 컴포넌트까진 겸용주파수가 많기 때문에 200~300W다 싶은 건 거의 주파수 변환까지 준비해야 한다. 소형 CRT나 미니 컴포넌트도 얌전히, 출력 적당히 할때나 2.2~3배이상만을 사용하기 때문에 미니컴포넌트라해도 출력많이 올릴거면 그에 따른 부하나 노이즈가 타니 더큰 변압기가 필요하고, 주파수는 AVR이 아니면 별도로 준비해줘야 한다.] 참고로 오디오 AVR등을 이용하기 위해 사용하는 유럽식 220 60Hz 출력 AVR 정도도 50만원 이상이고 매우 크며 무게도 의외로 4~5KG이다.[1] 결정적으로 같은 일제나 미제 제품이 할인마트에서 가끔씩 정발로, 국내전원으로 출시되서 변압기를 살 이유가 없어지기도 한다.(...)

물론 110V의 전압을 220V로 올려주는 "승압기"도 존재한다. 1990년대 중반까지도 시골 지역은 110V가 공급되어 도시에서 가지고 간 전기 기구를 쓰려면 승압기가 필요할 때가 있었다. 당시는 220V 승압 사업이 진행 중이어서 한국의 전기 규격이 110V에서 220V로 넘어가는 과도기였기 때문. 하지만 현재 한국에서는 이미 220V로 전기 규격 일원화가 완료되어 일부 군장비, 산업 현장이나 연구소 또는 정말정말 노후화된 건물이 아니고서야 거의 사용되지 않는다. 하지만 오래된 해군 함정은 조명용으로 대부분 110V 전기를 사용한다. 덕분에 이젠 국내에서 보기 힘든 110V 형광등 및 전구가 해군 함정에 쌓여 있다. 220V 전원은 모두 최근 설치한 변압기를 통해서 나오는 것이다. 군함은 5년에 한번씩 정비해서 발전기 갈면 된다고 할 수 있지만 예비부품으로 설계 시 제원으로 재생산만 해서 넣는 것이다. 물론 개보수도 안 하는 건 아니지만 그 변화로 엔진이 어떻게 될지 모른다.

실수로 110V용 기계에 220V 전압을 가진 전기를 집어넣으면 회로가 타버린다. 이미 이 시점에서 더 이상 수리가 불가능해지는 경우가 많다. 게다가 기계가 개발살나는건 둘째치고 집이나 건물에 불이 날 수도 있다. 이 때문에 요즘과 같은 정발 게임 시장이 활성화 되기 전인 옛날 훼밀리의 전원 어댑터를 태워 먹는다던가, 플레이스테이션의 전원부를 태워 먹는 등의 안습한 경험을 한 게이머들도 많다. 불운을 타고난 어느 분도 일본판 XBOX(360이 아님)를 변압기 없이 전원 연결을 했다가 콘덴서가 터지는 경험을 했다고 한다. 간혹 컨덴서만 교체해서 220V로 입력 전압을 바꾸는 위험한 개조도 하는 유저가 있다. 정식 AS에서는 전원부를 유상으로도 교체해 주지 않지만 일부 사설 업체에서는 220V 지원 개조가 가능하다.

구형 PC의 파워서플라이 중에는 110V/220V 전압 조절을 수동으로 해 주어야 하는 경우도 있다. 만약 실수로 110V로 설정되어 있는 상태로 코드를 꽂고 전원을 켜 버리면 잠시 후 "버버버버버벅" 하는 소음과 함께 컴퓨터 본체 뒷면에서 성대하게 불꽃이 튀고 매캐한 연기가 피어오르는 장면을 볼 수 있다. 운이 좋으면 PSU만 사망 하고 나머지 부품은 멀쩡한 경우도 있다.

3 산업용

우리가 흔히 볼 수 있는 전신주의 주상 변압기가 대표적이다.

한국전력공사에서 일반 가정에 공급하는 것은 220볼트인 것은 맞지만, 최초 발전소에서 22kV로 공급되어 승압변전소에서 765kV/345kV[2]로 올려서 송전한 뒤 1, 2차 변전소를 거치고 흔히 도로에서 쉽게 볼 수 있는 전봇대에는 22900V의 교류 전기가 들어오게 된다. 전봇대에서 가정이나 소규모 공장에 단상 220V/3상 380V 전압을 공급하기 위해 전봇대에 변압기를 설치한다. 대규모 공장 등에서는 전봇대에서 22900V 전압을 받던가, 용량이 정말 큰 경우에는 154kV, 345kV를 한국전력공사 변전소에서 철탑으로 직접 받아 수용가 내에서 자가 소유의 변압기를 운영하게 된다. 철탑 설치는 수용가 부담이라 대규모 공장에서만 볼 수 있다.

또는 학교나 건물 등에는 주상 변압기 말고도 더욱더 큰 변압기도 존재하며, 지중화가 이루어진 곳은 한국전력공사에서 길가에 변압기를 설치하기도 한다.

한편 엄청난 용량을 자랑하다 보니 저런 변압기 안에는 절연유(변압기유)라는 일종의 기름트랜스지방이 들어가서 누전을 막아 준다. 이러한 종류의 변압기를 유입변압기(油入變壓器, Oil Immersed Transformer)라 하며 일반적인 사무용 건물 등에는 절연유가 필요 없는 몰드변압기(Molded Transformer)가 널리 설치된다. 유입변압기 내에 있는 기름은 시간이 흐르면 빗물이나 먼지에 의해 산패되고, 기름 내부에 습기가 차면 폭발까지 이르기도 한다. 이를 어느 정도 억제하기 위해 콘서베이터라는 장치를 설치한다. 구형 변압기의 절연유 안에는 인체에 유해한 PCB라는 물질이 들어가 있어서 절연유를 사용한 변압기는 꼬박꼬박 시군구청 환경과에 설비 현황을 보고해야 한다.

여름철에 종종 변압기 폭발로 일부 지역이 단전되는 이유 중 하나가 절연유 불량이다.

4 변압기의 간단한 원리

모든 변압기에는 원형에 구리선을 몇백 번 감아 놓은 듯한 코일이 기본적으로 들어간다. 전기공학에 대해 관심이 많은 사람들이라면 자기장 유도에 대해 잘 아는 사람들이 많은데 패러데이의 법칙을 이해한다면 쉽다. 실제 사용되는 변압기에는 절연체(절연유, 진공, SF6 등)와 변압기 1차측과 2차측 전압의 혼촉을 막기 위한 혼촉방지판 등도 포함된다. 절연체로 사용하는 육불화황은 절연 효과는 뛰어나나 온실 효과가 대단히 크기 때문에 도쿄의정서에 의한 감축 대상이다.

이런 공대 용어를 이해하기 힘들다면 쉽게 말해서 두 개의 코일을 두고 한쪽 코일에 전압을 걸면 자기장이 생기면서 반대편 코일로 전류가 전달되는데, 코일을 감은 수에 비례해서 전압을 조정할 수 있다. (기본적으로) 전력(에너지)은 보존되고 전류는 전압에 반비례하므로 전압 조정이 가능하다. 물론 현실 세계에서는 손실이라는 게 존재하기 때문에 100%가 나올 수는 없으므로 약간의 손실은 존재한다.

이해하기 힘든 사람들을 위해 비유하자면 많은 양의 물이 흐를 수 있는 파이프에 물이 느리게 흘러갈 때 시간당 물의 양과 적은 양의 물이 흐를 수 있는 파이프 여러 개에 물이 빠르게 흘러갈 때 시간당 물의 총량이 같은 것과 같다. 이때 파이프의 양이 코일을 감은 수, 전류가 파이프 하나에 흐르는 물의 양, 전압이 흐르는 물의 빠르기, 전력이 시간당 물의 총량과 같다. 그리고 교류는 변압기를 이용해 전압을 쉽게 조절할 수 있기 때문에 직류 전송에 대해 우위를 가지게 되었다. 그래서 교류로 전기를 전송하는 것이 주력이 된다.

전압은 변압기로 조절할 수 있지만 주파수는 일반 가정에서 바꾸기 어렵다. 미국, 일본 제품은 60Hz를 지원하기에 한국에서는 강압만 하면 쓸 수 있지만, 유럽 제품은 50Hz 전용이 상당수 있어서 온도, 회전수, 압력이 제대로 나오지 않는 경우가 있다. 이 때문에 유럽산 커피 머신은 안을 뜯어서 60Hz 모터로 교체하기도 한다. 일본은 관동 지역은 50Hz, 관서 지역은 60Hz로 서로 주파수가 다르다.

5 관련 항목

  1. ↑ 이정도면 단상 3선이 남아있는 아파트가 유리할까 싶은데, 절연도 건축시기에 맞는 약간 작은용량이고 이때 부실공사가 많아서도 있겠지만 전위불안정이나 콘센트 불꽃현상이 많고 승압해도 그자리는 매번 터진다. 그리고 민감한 기기가 아니라 해도 허용범위는 5~7V이내가 안전하고 열화정도가 좀더 커진다.
  2. ↑ 전압이 높을수록 전력손실이 줄어들기 때문에 장거리 송전설비에서는 대부분 765Kv로 송전한다.
  3. ↑ 영어 트랜스포머는 트랜스와 함께 변압기를 지칭하는 단어다. 그래서 국내에선 Transformers 시리즈를 변압기들이라고 직역 장난으로 부르기도 한다.