누설 인덕턴스(leakage inductance)는 변압기, 전동기 등 자기 회로를 이용하는 전기 기기에서 발생하는 전기적 특성으로, 두 권선 사이의 결합이 불완전하여 발생하는 인덕턴스 성분을 말한다.
이상적인 변압기에서는 1차 권선에 흐르는 전류에 의해 생성된 자속이 모두 2차 권선과 쇄교(鎖交)하여 에너지가 완전히 전달된다. 그러나 실제 변압기에서는 권선의 기하학적 구조, 코어의 형상, 권선 간 이격 거리 등의 물리적 요인으로 인해 일부 자속이 반대쪽 권선과 쇄교하지 않고 누설된다. 이 누설 자속(leakage flux)에 의해 발생하는 인덕턴스가 바로 누설 인덕턴스이다.
누설 인덕턴스의 크기는 코어와 권선의 형상(geometry)에 따라 달라지며, 1차 누설 인덕턴스(LPσ)와 2차 누설 인덕턴스(LSσ)로 구분된다. 이들은 각 권선의 옴 저항과 직렬로 연결된 형태로 모델링되며, 상호 인덕턴스(mutual inductance)와 함께 변압기의 등가 회로를 구성한다. 누설 리액턴스(leakage reactance)는 누설 인덕턴스에 교류의 각주파수(ω)를 곱한 값(X = ωL)으로, 역률, 전압 강하, 무효 전력 소비 및 고장 전류 특성에 영향을 미치는 중요한 요소이다.
누설 인덕턴스는 일반적으로 바람직하지 않은 특성으로 간주되는 경우가 많다. 부하 변동에 따라 전압 강하가 발생하여 전압 변동률(load regulation)이 저하되기 때문이다. 상업용 배전 변압기(최대 약 2,500 kVA)는 일반적으로 3~6% 범위의 단락 임피던스(short-circuit impedance)를 갖도록 설계되어, 순저항 부하에서 무부하 대비 전부하 전압 변동률이 약 1~2% 수준으로 유지된다.
그러나 누설 인덕턴스가 유용하게 활용되는 경우도 있다. 대표적인 예는 다음과 같다.
- 네온 사인용 변압기: 높은 누설 리액턴스를 의도적으로 설계에 반영하여 전류를 제한하는 역할을 수행한다. 이를 통해 부하가 단락되더라도 변압기가 손상되지 않도록 보호할 수 있다.
- 아크 용접기: 가변 누설 인덕턴스를 이용하여 용접 전류의 크기를 제어한다.
- 전력 계통의 고장 전류 제한: 변압기의 누설 리액턴스는 계통의 고장 전류를 허용 가능한 최대값 이내로 제한하는 역할을 한다.
- 공진형 컨버터: 고주파 변압기의 누설 인덕턴스가 공진 회로의 직렬 인덕터 역할을 대체할 수 있어, 별도의 부품을 추가하지 않고도 원하는 회로 동작을 얻을 수 있다.
누설 인덕턴스는 변압기에만 국한된 개념이 아니라, 전동기를 포함한 모든 불완전 결합 자기 회로 장치에 적용된다. 또한 유도 결합 계수(inductive coupling factor, k)와 누설 계수(leakage factor, σ)를 통해 정량적으로 표현되며, 이들 계수는 0과 1 사이의 값을 가진다(k = 1에 가까울수록 결합이 이상적임).
