변압기 두 코일은 안 닿는다
1안 닿는데 전기는 건너간다
최대 400톤 변압기 안에서 들어온 전선과 나가는 전선은 서로 닿지 않아요. 그런데도 전기는 건너가요. 비밀은 철심에 있어요.
2통을 열면 철심과 코일
탱크를 열면 기름에 잠긴 철심과 구리 코일이 나와요. 이 철심이 자기가 지나는 길이에요.
3코일 두 개, 서로 떨어져 있다
철심 기둥에 코일 두 개를 겹쳐 감았어요. 하지만 둘은 맞닿지 않고 떨어져 있어요.
4자기가 전기를 옮긴다
교류가 돌면 철심 속 자기가 1초에 60번 오가요. 그 자기가 옆 코일에 전기를 일으킵니다.
5감은 횟수가 전압을 정한다
전압은 코일을 감은 횟수에 비례해요. 덜 감은 쪽에서 낮은 전압이 나옵니다.
6철심을 확대하면 얇은 강판
철심을 확대하면 0.23mm 규소강판이 켜켜이 쌓여 있어요. 표면에는 절연 코팅이 있어요.
7소용돌이 전류의 길을 끊는다
통쇠라면 소용돌이 전류가 돌며 열로 새어 나가요. 얇게 나눠 쌓아서 그 길을 끊었어요.
8기름이 식히고 전기도 막는다
남는 열은 기름이 방열판으로 날라 식혀요. 기름은 높은 전압이 걸린 부품 사이의 전기도 막아 줘요.
9AI 데이터센터와 대기 시간
AI 데이터센터 전기가 느는 사이, 변압기를 받기까지 기다리는 시간은 두 배 가까이 늘었어요.
넓은 욕조의 물을 휘저으면 큰 소용돌이가 생겨 힘이 낭비돼요. 칸막이를 촘촘히 세우면 소용돌이가 작아져서 거의 돌지 못해요.
얇은 강판을 겹친 철심이 그 칸막이예요. 강판 사이는 절연막이 막아서 소용돌이 전류가 크게 돌 수 없어요.
그 덕분에 열로 새는 에너지가 줄고, 자기는 철심 속을 길 따라 잘 지나갑니다.
- 발전소의 높은 전압을 우리가 쓰는 곳에 맞게 낮추려면 변전소마다 이런 변압기가 필요해요. 큰 변압기는 효율이 99%를 넘기도 합니다.
- AI 데이터센터가 쓰는 전기는 2024년 약 415TWh에서 2030년 약 945TWh로 두 배 넘게 늘 것으로 전망돼요. 변압기를 받기까지의 대기 시간도 두 배 가까이 늘어, 전력망을 이루는 부품이 병목이 되고 있어요.
해외 회사는 업계에 널리 알려진 대표 업체를 골랐고, 순위나 점유율은 다루지 않았습니다. 회사 소개일 뿐 투자 추천이 아닙니다.
더 깊이 — 원문 요약·용어 정리·출처
최대 400톤짜리 초고압 변압기 안에서, 들어온 전선과 나가는 전선은 서로 닿지 않습니다. 그런데도 전기가 건너가는 이유를, 탱크를 잘라 철심과 코일 속까지 3D로 열어 봤습니다.
- 최대 400톤 변압기, 들어온 전선과 나가는 전선은 안에서 닿지 않습니다
- 그런데 전기는 건너갑니다 — 비밀은 쇳덩이(철심) 속에 있습니다
- 발전소에서 온 수십만 볼트를 도시에 맞게 낮추는 변전소 변압기입니다
- 통을 열면 기름에 잠긴 철심과 구리 코일이 나옵니다
- 철심 기둥에 코일 두 개를 겹쳐 감았지만, 둘은 떨어져 있습니다
- 교류가 돌면 철심 속 자기가 1초에 60번 오가며, 옆 코일에 전기를 일으킵니다
- 전압은 감은 횟수에 비례해, 덜 감은 쪽으로 낮게 나옵니다
- 철심을 확대하면 0.23mm 규소강판이 켜켜이 쌓여 있습니다
- 통쇠라면 소용돌이 전류가 돌며 열로 새는데, 얇게 나눠 그 길을 끊었습니다
- 남는 열은 기름이 방열판으로 날라 식히고, 기름은 전기도 막습니다
- 데이터센터 전기가 느는 사이, 변압기를 받기까지 기다리는 시간은 두 배 가까이 늘었습니다
변압기는 철심 하나에 감긴 두 코일로 전압을 바꿉니다. 두 코일은 전선으로 이어지지 않고, 철심 속을 오가는 자기가 한쪽의 교류를 다른 쪽 전기로 옮깁니다.
전압의 비율은 두 코일을 감은 횟수의 비율과 같아서, 덜 감은 쪽에서 낮은 전압이 나옵니다.
철심은 얇은 규소강판을 겹쳐 맴돌이 전류에 따른 열 손실을 줄이고, 절연유는 열을 식히면서 전기도 막습니다.
- 변압기
- 교류 전압을 높이거나 낮추는 기계. 발전소 쪽에서는 높여서 멀리 보내고, 쓰는 곳 가까이에서는 낮춥니다. 큰 변압기의 효율은 99%를 넘기도 합니다.
- 철심(코어)
- 코일이 감긴 쇠 뼈대. 자기가 지나는 길이며, 대형 변압기는 다리 셋과 위아래 요크로 된 틀 모양입니다.
- 1차·2차 코일
- 전기가 들어오는 쪽과 나가는 쪽 코일. 같은 철심 다리에 안쪽(저압)과 바깥쪽(고압)으로 겹쳐 감지만 서로 떨어져 있습니다. 이 영상 속 변압기처럼 두 코일이 따로인 기본형 기준입니다(일부 변압기는 코일 일부를 같이 씁니다).
- 규소강판(방향성 전기강판)
- 규소를 약 3% 넣은 얇은 강판. 두께는 0.23·0.27·0.30·0.35mm 등이 있고, 대형 변압기에는 보통 0.23mm급 이상의 고급 강판을 씁니다. 표면에 절연 코팅이 있습니다.
- 맴돌이(소용돌이) 전류
- 자기가 바뀔 때 쇠 안에서 저절로 도는 전류. 열이 되어 에너지를 잃게 하므로, 철심을 얇은 판으로 나누고 판 사이를 절연해 전류 고리를 작게 만듭니다.
- 절연유
- 탱크를 채운 광유. 코일과 철심의 열을 방열판으로 옮겨 식히고, 높은 전압이 걸린 부품 사이를 절연합니다.
철심을 얇게 쪼개는 건 맴돌이 손실이 강판 두께의 제곱에 비례해서입니다.
두께를 절반으로 하면 그 손실은 4분의 1이 됩니다.
300~500MVA급 한 대에 철심 강판만 80~120톤이 들어갑니다.
이 강판이 변압기 원가의 약 20%이고, 변압기는 보통 30년을 씁니다.
변압기가 웅 하고 우는 소리도 이 강판에서 납니다. 자기가 오갈 때마다 강판이 늘었다 줄어, 60Hz 전기에선 1초에 120번 떨린다고 알려져 있습니다.
▶ 영상
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