PW-C3 · 송배전·단위법

전압강하·전력손실: 전압을 높이면 손실이 준다

전류가 선로 임피던스를 흐르면 수전단 전압이 낮아지고, 선로 저항은 전력을 열로 빨아들인다. 그런데 같은 전력을 보낼 때 전압을 높이면 전류가 반비례로 줄어, 전압강하는 1/V, 손실은 1/V²로 급감한다. 전압을 직접 끌어, 손실이 왜 그렇게 가파르게 떨어지는지 본다.

송전 전압을 끌어 손실을 보라

같은 전력을 같은 선로로 보낸다. 손잡이를 끌어 송전 전압을 높여라. 전류 막대는 1/V로 줄지만, 손실 막대는 1/V²이라 훨씬 가파르게 쪼그라든다. 전압을 2배로 올리면 전류는 절반, 손실은 4분의 1이다.

손잡이를 좌우로 끌어 송전 전압을 조절.

전류와 손실 (기준 전압 = 1 대비)

P_loss ≈ 10.0%   η ≈ 90.9%

V × 1.0   I × 1.00   (P_loss × 1/V²)

전류가 흐르면 전압이 떨어진다

전류가 선로 Z = R + jX를 흐르면 송전단보다 수전단 전압이 낮아진다. 근사 전압강하는 e ≈ I(R cosφ + X sinφ)로, 전류뿐 아니라 부하의 역률에도 달려 있다. 고압선은 X가 크므로 뒤처진 역률에서는 X sinφ 항이 강하를 키운다. 수전단 전압이 너무 떨어지면 기기가 제대로 돌지 않으니, 전압강하는 송전에서 늘 감시하는 양이다.

손실은 전류의 제곱

선로 저항이 빨아들이는 전력 손실은 3상에서 P_loss = 3 I²R이다. 핵심은 전류의 제곱이라는 점이다. 전류가 조금만 줄어도 손실은 그 제곱으로 크게 줄고, 전류가 늘면 손실이 가파르게 치솟는다. 그러니 전력을 멀리 보낼 때 손실을 잡는 길은 무엇보다 전류 자체를 줄이는 것이다.

관찰P_loss = 3 I² R

3상 선로 손실은 전류 제곱에 저항.

고르기P_loss → 1 / ?

같은 전력에서 손실은 전압 제곱에 반비례.

빈칸e ≈ I(R cosφ + X ?)

전압강하의 무효 항은 X에 sinφ.

스스로V × 2 → P_loss × ?

전압 2배면 손실은 4분의 1.

전압을 높이면 전류가 준다

같은 전력 P = √3 V_L I_L cosφ를 보낼 때 전류는 I = P/(√3 V cosφ)이라 전압에 반비례한다. 그래서 전압을 높이면 전압강하는 1/V로, 손실은 전류의 제곱이니 1/V²로 줄어든다. 전압을 2배로 올리면 손실은 4분의 1이다. 발전소에서 멀리 보낼수록 초고압으로 승압하는 까닭이 바로 이것이다. 역률 개선(B2)도 같은 전력에서 전류를 줄이므로 손실을 함께 낮춘다.

첫 화면으로 돌아가서

전압을 끌어 올릴 때 전류 막대는 1/V로 줄었지만, 손실 막대는 1/V²이라 훨씬 가파르게 무너졌다. 같은 전력을 보내면서 전류만 줄이면 손실은 그 제곱으로 따라 줄기 때문이다. 전압강하도 전류에 비례해 함께 작아졌다. 송전을 수십만 볼트의 초고압으로 끌어올리는 것도, 역률을 개선해 무효 전류를 덜어 내는 것도, 결국은 같은 한 가지: 선로에 흐르는 전류를 줄여 손실을 잡는 일이다.

전압강하·전력손실: 전류가 선로 Z = R + jX를 흐르면 수전단 전압이 낮아진다. 근사 전압강하 e ≈ I(R cosφ + X sinφ), 선로 손실 P_loss = 3 I²R. 같은 전력에서 전류 I = P/(√3 V cosφ)이므로 전압을 높이면 전압강하는 1/V, 손실은 1/V²로 급감한다(전압 2배 → 손실 1/4). 초고압 송전과 역률 개선이 모두 전류를 줄여 손실을 잡는 길이다.

다음 한 걸음

전압강하는 부하가 변하면 함께 출렁인다. 한밤중 가벼운 부하에서는 수전단 전압이 높고, 한낮 무거운 부하에서는 뚝 떨어진다. 다음 유닛(PW-C4)은 전압조정을 본다. 변압기 탭을 바꾸거나 콘덴서·리액터 같은 조상설비로 무효를 조절해, 부하가 어떻게 변해도 수전단 전압을 규정 범위 안에 붙들어 두는 방법을 따라간다.