답안 중 3번째 저항과 리액턴스의 비가 다르면 각 변압기에 흐르는 전류의 위상이 다른건 이해가 가는데 이 경우 왜 동손이 발생하는지 이해가 안갑니다. 답안 내용중 1,2번째와 같이 극성이 다르거나 정격전압이 달라 순환전류가 흘러 소손이나 과열이되는것과 어떤 점이 다른건지요..
회로이론적인 접근이 필요한 건지요.. 기사 시험에 이런내용까지 시험에 나오는거 같진 않지만 궁금해서 질문드립니다. 필기의 전기기기 중 동기발전기 병렬운전에서 나오는 동기화전류나 무효전류와 같은 개념인지요...
김대호 ｜(2026.06.22 22:54)
반갑습니다. 김대호교수 입니다.
극성/전압이 다를 때와 저항/리액턴스 비(R/X)가 다를 때의 물리적 현상의 차이점과, 왜 위상차가 동손(저항손)을 증가시키는지 회로이론적(벡터적) 관점에서 명확히 설명해 드리겠습니다.
1. 극성/정격전압이 다를 때 vs R/X 비가 다를 때의 근본적 차이
극성이나 정격전압(권수비)이 다를 때: 두 변압기 사이에 **전압의 크기 차이(ΔV)**가 발생합니다. 이 전압차 때문에 부하를 전혀 연결하지 않은 무부하 상태에서도 두 변압기의 폐회로를 뱅글뱅글 도는 **'순환 전류(Circulating Current)'**가 직접적으로 흐르게 됩니다. 이 전류는 부하 공급과 무관하게 권선을 가열하므로 즉각적인 과열 및 소손을 유발합니다.
저항과 리액턴스의 비(R/X)가 다를 때: 전압의 크기 자체는 같으므로 무부하 상태에서는 순환 전류가 흐르지 않습니다. 하지만 부하를 연결하여 전류가 흐르기 시작할 때 문제가 발생합니다. R/X 비가 다르다는 것은 각 변압기 내부 임피던스의 '각도(위상각)'가 서로 다르다는 뜻이므로, 각 변압기를 통과하는 전류의 위상(방향)이 서로 어긋나게 됩니다.
2. 전류의 위상이 다르면 왜 '동손(Copper Loss)'이 증가하는가?
이 부분이 바로 회원님이 질문하신 회로이론적(벡터) 핵심입니다.동손은 전류 크기의 제곱에 비례(Pc=I2R)하여 열로 소비되는 전력입니다. 부하에 총 10[A]의 전류를 공급해야 하는 상황을 가정해 보겠습니다.
위상이 같을 때 (이상적): 변압기 A와 B의 전류 방향이 완전히 똑같다면, A에서 5[A], B에서 5[A]를 스칼라로 더해 총 10[A]의 부하 전류를 효율적으로 공급할 수 있습니다.
위상이 다를 때 (R/X비가 다름): 두 전류의 방향(각도)이 어긋나 있기 때문에, 부하 측에서 벡터합으로 10[A]를 만들려면 각 변압기는 5[A]보다 더 큰 전류(예: 6[A]와 6[A])를 무리해서 흘려보내야만 합니다.
결과: 부하에 유효하게 전달되는 합성 전류는 10[A]로 똑같지만, 위상차를 극복하기 위해 각 변압기 권선에 실제로 흐르는 전류의 절댓값(크기) 자체가 커지게 되므로, 동손 공식(I2R)에 의해 불필요한 열 손실(동손)이 증가하게 되는 것입니다.
3. 동기발전기의 무효 순환 전류와의 관계
회원님께서 유추하신 내용이 정확하게 맞습니다!
동기발전기 병렬운전 시 기전력의 위상이나 크기가 다르면 유효/무효 횡류가 흐르면서 **"전기자 권선의 저항손(동손)이 증가하여 과열의 원인이 된다"**고 규정되어 있습니다.
변압기의 R/X 비가 달라 전류의 위상이 어긋나는 것 역시, 두 기기가 힘을 합쳐 부하를 끌어야 하는데 서로의 '보폭(위상)'이 맞지 않아 쓸데없는 에너지를 내부적으로 낭비(동손 증가)하는 것과 완벽히 동일한 물리적 현상입니다.
💡 요약하자면:권수비/극성 다름은 **"전압차에 의한 물리적 순환 전류 발생(직접적 소손 위험)"**이며, R/X 비 다름은 **"전류의 위상차(방향 어긋남)로 인해 동일한 부하를 감당하기 위해 더 큰 스칼라 전류를 뿜어내야 해서 낭비되는 열(동손)이 증가하는 현상"**으로 완벽히 구분하시면 됩니다!
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