태양광 인버터에서 나오는 전기는 보통 수백 볼트입니다. 그런데 발전소 울타리 밖 한전 배전선로는 22,900볼트(22.9kV)입니다. 발전소는 왜 굳이 전압을 수십 배로 올려서 보낼까요? 답은 전선에서 새어 나가는 전기를 줄이기 위해서입니다.
전류가 많을수록 전선이 달아오른다
전선에도 아주 작은 저항이 있습니다. 전류가 흐르면 이 저항 때문에 전기의 일부가 열로 바뀌어 사라지는데, 이것을 선로 손실이라고 합니다. 선로 손실은 다음과 같이 전류의 제곱에 비례합니다.
선로 손실 = 전류² × 선로 저항
전류가 2배면 손실은 4배, 전류가 10배면 손실은 100배가 됩니다. 그래서 손실을 줄이려면 무엇보다 전류를 줄여야 합니다.
같은 전력이면, 전압을 올리면 전류가 준다
전력은 전압과 전류의 곱입니다. 보내야 할 전력이 정해져 있다면, 전압을 높일수록 필요한 전류는 줄어듭니다. 아래 그림에서 송전 전압을 바꿔 보세요. 전류를 나타내는 점의 개수, 선로가 달아오르는 정도, 끝까지 도착하는 전기의 비율이 함께 달라집니다.
같은 전력이라도 전압이 10배 높으면 전류는 1/10, 전선에서 열로 사라지는 손실(I²R)은 1/100이 됩니다. 발전소가 변압기로 전압을 올려 보내는 까닭입니다.
- 보내는 전력
- 1,000 kW
- 선로 전류
- 1,519.3 A
- 선로 손실
- 692.52 kW
- 손실률
- 69.252 %
예를 들어 1,000kW를 보낼 때 380V를 22,900V로 올리면 전류는 약 60분의 1로 줄고, 선로 손실은 그 제곱인 약 3,600분의 1로 줄어듭니다.
이 일을 하는 장치가 변압기
전압을 원하는 만큼 올리거나 내리는 장치가 변압기입니다. 태양광 발전소에는 인버터의 낮은 전압을 한전 계통 전압까지 올리는 승압변압기가 있고, 반대로 발전소 안의 조명·감시 설비에 쓸 낮은 전압을 만드는 변압기도 있습니다.
변압기는 움직이는 부품 없이 철심과 코일만으로 전압을 바꿉니다. 어떻게 그럴 수 있는지는 다음 장에서 살펴봅니다.
핵심 정리
- 선로 손실은 전류의 제곱에 비례한다
- 같은 전력이면 전압을 올릴수록 전류가 줄어 손실이 크게 줄어든다
- 그래서 발전소는 승압변압기로 전압을 올려 한전 계통(22.9kV 등)으로 보낸다