변압기의 최대 효율이 나타나는 조건은?

철손(무부하손)과 부하손(동손)이 같아지는 부하율입니다. 부하율 = √(철손/전부하 동손)로 구합니다.

철손 1kW·전부하 동손 4kW인 150kVA 변압기의 최대효율 시 부하는?

부하율 √(1/4) = 0.5이므로 75kVA입니다. 이때 효율은 75/(75+2) ≈ 97.4%입니다.

발전기와 원동기가 이어진 계통의 효율은 어떻게 계산하나요?

발전기 출력(kVA × 역률)을 발전기 효율로 나눠 원동기 출력을 구하고, 다시 원동기 입력으로 나눕니다. 382.5/0.9 = 425kW, 425/500 = 0.85처럼 거꾸로 올라갑니다.

개념 한 쪽

전기산업기사 효율(동기기·변압기) — 최대효율 부하율 √(철손/동손)·열효율·카프법

효율 문항은 계산이 전부다 — 변압기는 철손과 동손이 같아지는 부하율 √(Pi/Pc)에서 최대효율, 발전소는 발전전력량을 연료 열량으로 나눈 열효율, 직류기는 반환부하시험(카프법)으로 손실을 잰다.

2026-10-20 기준 · 전기산업기사 대시보드

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시험에 이렇게 나온다

출제기준 단원 「효율」의 공개 문제 6개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.

묻는 꼴	문제 수	무엇을 묻나
변압기 최대효율	2	부하율 √(Pi/Pc)로 최대효율 시 부하(kVA)와 효율(%) 계산
효율 연쇄 계산	1	발전기 출력→입력 역산으로 원동기 효율 산출
발전소 열효율	1	발전전력량(kWh×860kcal) 대 연료 열량 비교
시험법·2차 효율	2	카프법 총손실 배분과 유도전동기 η₂=1−s 계산

뜻

변압기의 최대 효율은 철손(무부하손)과 부하손(동손)이 같아지는 부하율에서 나타난다 — 부하율 x = √(Pi/Pc)를 정격 용량에 곱해 최대효율 시 부하를 구한다. 철손 1kW·전부하 동손 4kW·150kVA면 x = √(1/4) = 0.5라 부하 75kVA, 그 지점의 손실은 철손 1 + 동손 1 = 2kW이므로 효율 = 75/(75+2) ≈ 97.4%다. 철손 1kW·전부하 동손 2kW·50kVA면 x = √(1/2) ≈ 0.707이라 부하 약 35kVA가 된다.

효율의 연쇄 계산도 자주 나온다 — 원동기와 발전기가 이어진 계통에서는 출력을 거꾸로 올라간다. 450kVA·역률 0.85·효율 0.9인 발전기의 출력은 382.5kW, 발전기 입력(=원동기 출력)은 382.5/0.9 = 425kW이고, 원동기 입력 500kW를 나누면 원동기 효율 0.85다.

발전소 열효율은 발전전력량을 소비 연료 열량과 비교한다 — 350MW·평균 부하율 80%의 10일간 발전전력량은 280,000kW × 240h = 6.72×10⁷ kWh, 이를 860kcal/kWh로 환산한 열량과 중유 소비 1.6×10⁷ L × 10,000kcal/L를 비교하면 36.1%가 된다.

기기 시험에서의 효율도 묻는다. 카프법(반환부하시험)은 같은 정격 두 대를 묶어 전원이 전체 손실분만 부담하게 하는 시험으로 — 전원 입력 100V × 22A = 2200W에 계자저항손 2대분 400W를 더한 2600W가 총손실, 1대당 1300W 손실로 효율을 잰다. 유도전동기의 2차 효율은 η₂ = 1 − s로, 축출력 7.5kW에 기계손 130W를 더한 기계적 출력 7630W를 2차 입력 7950W로 나누면 약 96%다.

공식 교재로 짚기

학습목표: 무부하손과 부하손이 같아지는 부하율에서 변압기 손실이 최소가 되는 원리를 설명할 수 있다.

그러므로 가급적 부하손과 무부하손이 같도록 운전하는 것이 유리하며 변압기마다 틀리지만 대략 75% 정도에서 가장 효율이 좋다.
NCS 학습모듈 1901050103 변압기 설계 · 2-2. 설계 요소 분석 및 부하 조건 검토

예제

① 최대효율 부하 — x = √(Pi/Pc) = √(1/4) = 0.5 → 150kVA × 0.5 = 75kVA, 효율 = 75/(75+2) ≈ 97.4%. ② 연쇄 효율 — 발전기 출력 450kVA×0.85 = 382.5kW → 입력 425kW → 원동기 효율 425/500 = 0.85.

대표 기출 3문항

정격 150kVA, 철손 1kW, 전부하 동손이 4kW인 단상 변압기의 최대 효율(%)과 최대효율 시의 부하(kVA)는? (단, 부하 역률은 1이다.)

96.8%, 125kVA
97%, 50kVA
97.2%, 100kVA
97.4%, 75kVA

정답과 해설 보기

정답 ④ · 최대효율은 철손( $P_i$ )과 부하손(동손, $P_c$ )이 같아지는 부하율에서 발생하며, 부하율 $\dfrac{1}{m}=\sqrt{\dfrac{P_i}{P_{c,\text{전부하}}}}=\sqrt{\dfrac{1}{4}}=0.5$ 이다. 이때 부하는 $150 \times 0.5=75\text{kVA}$ 이고, 손실은 $1+1=2\text{kW}$ (철손과 동손 각 1kW), 출력은 $75\text{kW}$ (역률 1)이므로 최대효율은 $\dfrac{75}{75+2} \times 100 ≈ 97.4\%$ 이다.

최대효율은 철손=동손일 때이며, 부하율 n=√(Pi/Pc)=0.5 → 75kVA, 효율 97.4%이다.

450kVA, 역률 0.85, 효율 0.9인 동기 발전기의 운전용 원동기의 입력은 500kW이다. 이 원동기의 효율은?

0.75
0.80
0.85
0.90

정답과 해설 보기

정답 ③ · 발전기 출력 $=450\text{kVA}\times0.85=382.5\text{kW}$ 이고, 발전기 효율이 0.9이므로 발전기 입력(=원동기 출력) $=\dfrac{382.5}{0.9}=425\text{kW}$ 입니다. 원동기 입력이 500kW이므로 원동기 효율 $=\dfrac{425}{500}=0.85$ 입니다.

원동기 효율 = (450kVA×0.85÷0.9)÷500kW = 425÷500 = 0.85.

최대 출력 350[MW], 평균 부하율 80[%]로 운전되고 있는 화력발전소의 10일간 중유 소비량이 1.6×10⁷[리터] 라고 하면 발전단에서의 열효율은 몇 [%] 인가? (단, 중유의 열량은 10,000kcal/l] 이다.)

35.3
36.1
37.8
39.2

정답과 해설 보기

정답 ② · 평균출력 $=350\times0.8=280\,MW$ 이고, 10일간 발전전력량 $=280,000\,kW\times240\,h=67,200,000\,kWh$ 입니다. 이를 열량으로 환산( $1kWh=860kcal$ )하면 $67,200,000\times860\approx5.779\times10^{10}\,kcal$ 이고, 소비 연료의 열량은 $1.6\times10^{7}\,L\times10,000\,kcal/L=1.6\times10^{11}\,kcal$ 이므로, 열효율 $\eta=\dfrac{5.779\times10^{10}}{1.6\times10^{11}}\times100\approx36.1\%$ 입니다.

열효율은 발전전력량(kWh×860kcal)을 연료 총열량으로 나눈 값이고, 평균출력=정격×부하율.

자주 묻는 물음

변압기의 최대 효율이 나타나는 조건은?: 철손(무부하손)과 부하손(동손)이 같아지는 부하율입니다. 부하율 = √(철손/전부하 동손)로 구합니다.
철손 1kW·전부하 동손 4kW인 150kVA 변압기의 최대효율 시 부하는?: 부하율 √(1/4) = 0.5이므로 75kVA입니다. 이때 효율은 75/(75+2) ≈ 97.4%입니다.
발전기와 원동기가 이어진 계통의 효율은 어떻게 계산하나요?: 발전기 출력(kVA × 역률)을 발전기 효율로 나눠 원동기 출력을 구하고, 다시 원동기 입력으로 나눕니다. 382.5/0.9 = 425kW, 425/500 = 0.85처럼 거꾸로 올라갑니다.

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전기산업기사 효율(동기기·변압기) — 최대효율 부하율 √(철손/동손)·열효율·카프법

시험에 이렇게 나온다

뜻

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예제

대표 기출 3문항

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자주 묻는 물음