변압기 동손이란? 부하전류와 권선손실

2026년 9월 5일 읽는 시간 약 5분

변압기 동손이란 1차·2차 권선에 부하전류가 흐르면서 권선저항 때문에 발생하는 전력손실입니다. 변압기 동손의 I²R 원리와 부하율의 관계, 철손과의 차이 및 발열·효율에 미치는 영향을 알아봅니다.

변압기 동손이란 무엇이며 어디에서 발생할까?

변압기 동손(Copper Loss)은 변압기의 1차 권선과 2차 권선에 전류가 흐를 때 권선의 전기저항 때문에 발생하는 전력손실입니다. 변압기 권선에는 주로 구리(Copper) 또는 용도에 따라 알루미늄(Aluminum) 도체가 사용되며 실제 도체의 저항은 0이 아니기 때문에 전류가 흐르면 전기에너지 일부가 열로 변환됩니다. 이러한 저항성 권선손실을 일반적으로 동손이라고 부릅니다. 이상적인 변압기에서는 권선저항이 0이라고 가정하지만 실제 변압기에서는 1차측과 2차측 모두 권선저항을 가지고 있습니다. 따라서 부하가 연결되어 2차전류가 증가하면 이에 대응하여 1차전류도 증가하고 양쪽 권선에서 손실과 발열이 발생합니다. 철심에서 발생하는 철손(Core Loss)이 무부하에서도 존재하는 것과 달리 동손은 주로 부하전류의 크기에 따라 변화하는 부하손실입니다. 실제 변압기의 총손실과 온도상승을 이해하려면 철손뿐 아니라 이러한 권선의 저항성 손실을 함께 고려해야 합니다.

동손은 왜 전류의 제곱에 비례하여 증가할까?

도체의 저항에 의해 소비되는 전력은 Joule의 법칙에 따라 P = I²R로 표현할 수 있습니다. 따라서 변압기의 기본적인 권선 동손은 1차와 2차를 각각 고려하면 Pcu = I1²R1 + I2²R2의 형태로 이해할 수 있습니다. 여기서 I1·I2는 각 권선의 전류이고 R1·R2는 해당 권선의 저항입니다. 중요한 점은 동손이 전류에 단순 비례하는 것이 아니라 전류의 제곱에 비례한다는 것입니다. 예를 들어 다른 조건이 동일하고 권선전류가 정격의 50%라면 기본적인 I²R 손실은 정격전류에서 발생하는 값의 약 25%가 됩니다. 반대로 전류가 정격보다 크게 증가하면 동손은 훨씬 빠른 속도로 증가합니다. 실제 변압기의 부하손에는 기본적인 DC 저항손실 외에도 누설자속에 의해 권선과 구조물 등에 발생하는 Stray Loss가 포함될 수 있으므로 모든 부하손실을 단순한 I²R만으로 완전히 표현할 수 있는 것은 아닙니다. 하지만 동손과 부하전류의 기본적인 관계를 이해하는 데는 I²R이 가장 중요한 출발점입니다.

권선 온도가 올라가면 동손은 어떻게 달라질까?

변압기가 부하를 공급하면 동손으로 인해 권선온도가 상승하고 도체의 저항 역시 온도의 영향을 받습니다. 구리와 알루미늄 같은 금속도체는 일반적인 운전범위에서 온도가 높아질수록 전기저항이 증가하는 특성을 가집니다. 따라서 동일한 전류가 흐르더라도 권선온도가 높아지면 저항이 커져 I²R 손실도 증가할 수 있습니다. 이러한 발열은 다시 권선온도를 높이는 방향으로 작용하기 때문에 변압기의 냉각과 허용 온도상승이 중요합니다. 변압기의 정격용량은 단순히 철심이 전달할 수 있는 전력만으로 결정되는 것이 아니라 권선과 절연재료가 허용 가능한 온도범위 안에서 운전될 수 있는지도 고려하여 정해집니다. 지속적인 과부하로 권선온도가 지나치게 높아지면 절연재료의 열적 열화가 빨라지고 장기적인 변압기 수명에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 실제 설비에서는 주변온도와 부하율, 냉각조건 등을 고려해야 하며 명판에 표시된 정격용량과 제조사의 운전조건을 기준으로 사용하는 것이 중요합니다.

동손과 철손은 변압기 효율에 어떤 영향을 줄까?

변압기의 대표적인 손실은 철손과 동손으로 구분할 수 있습니다. 철손은 인가전압과 주파수가 일정한 조건에서 부하 변화와 관계없이 비교적 일정한 손실로 취급되는 반면 동손은 부하전류가 증가하면서 대략 전류의 제곱에 따라 증가합니다. 따라서 가벼운 부하에서는 철손의 비중이 상대적으로 크고 높은 부하에서는 동손의 비중이 커집니다. 변압기의 효율은 출력전력과 입력전력의 관계로 결정되므로 두 손실을 모두 줄이는 것이 중요합니다. 기본적인 변압기 이론에서는 일정한 전압·주파수 조건에서 동손과 철손이 같아지는 부하 부근에서 효율이 최대가 되는 조건을 설명하기도 합니다. 다만 실제 운전의 경제성을 평가할 때는 순간적인 최대효율뿐 아니라 하루 또는 연간 부하 Pattern과 무부하 운전시간도 고려해야 합니다. 배전용 변압기는 장시간 전원이 인가되어 철손이 계속 발생하기 때문에 저손실 Core가 중요하고 부하율이 높은 설비에서는 권선 동손 관리 역시 중요합니다. 결국 변압기의 효율적인 운전을 위해서는 부하전류와 I²R 손실, 발열 및 철손을 함께 이해해야 합니다.