안녕하세요, 텍이 입니다!
전기 #1
오늘은 전기의 종류
직류(DC), 교류(AC)에 대해서
간략히 알아보겠습니다.
세기의 발명인가? 희대의 전쟁인가?
쇼맨십의 천재 '에디슨'과 상상력의 천재 '테슬라'
토마스 에디슨(Thomas Edison) 1847-1931
니콜라 테슬라(Nikola Tesla) 1856-1943
100여년 전 두 천재 발명가들의 이야기 입니다.
이 이야기는 전기사에서 보았을때
아주 흥미로운 사건 중 하나입니다.
워낙 유명한 사건이며, 최근 영화로도 제작되었죠.
바로 전류 전쟁입니다. 커런트 워 (The Current War)라고 하죠.
전기 송전 방식을 두고 싸웠던 내용인데
간략하게 설명하자면
미국 나이아가라 폭포 수력발전 방식의 채택을 두고
에디슨은 직류를 테슬라는 교류를 선택하여
각자 다른 방식의 전기 상용화에 몰두했습니다.
결국 1893년 국제 나이아가라 폭포위원회가 교류방식을 채택하며
테슬라는 에디슨과의 전류전쟁에서 승리했습니다.
하지만 최종 승자는 두 발명가가 아닌
초기 투자자 J.P 모건 이었습니다.
이런 내용입니다 ㅎㅎ
오늘은 직류와 교류의 특징과 장단점에 대해 알아볼건데요.
일단 기본적으로 전기가 만들어져서 수용가로 이동하는 경로를 보겠습니다.
전기를 만드는 곳은 발전소입니다.
발전소에서는 전압(V)과 전류(A)
즉, 전력(W)을 만들어 내는데
만들어진 전기를 수용가로 보내기 위해서는 압력이 필요하겠죠.
예를 들어 물을 멀리 보내기 위해서는 펌프를 이용하여 수압을 이용합니다.
전기도 마찬가지로 전압을 이용하여 전기를 멀리 보낼 수 있습니다.
그런데 전기를 방해하는 성분들(R, L, C) 때문에 전압강하가 필히 생기게 됩니다.
즉, 전기를 송전할때 전력손실은 완전히 배제할 수 없습니다.
저항이 '0'이 되는 초전도체를 제외하고는 말이죠.
만약 발전소에서 직류로 전기를 만들어서
DC 100V로 보내는데 전압강하가 생겨
수용가에서 DC 90V로 받게된다고 가정을 해볼게요.
내가 원하는 전압이 100V라면 90V의 전압을 올려야 하겠죠.
전압을 올리는걸 승압이라고 합니다. 반대로 내리는건 강압
그런데 직류는 승압을 하는게 기술적으로 상당히 어렵습니다.
그 당시에는 더 어렵고 복잡했겠죠.
반대로 발전소에서 교류로 전기를 만들어서
AC 100V로 보내 수용가에서 AC 90V로 받았다 해도
승압하는게 크게 어려움이 없습니다.
바로 트랜스(Trance)를 이용하는 것인데요.
우리가 알고 있는 변압기이며, 연배 있으신 분들께서는 도란스라고도 부르죠.
권선비라고 해서 코일의 비율을 적절하게 만들어서 AC 100V를 만들 수 있는 것이죠.
이 변압기를 이용하여 교류는 쉽게 탈바꿈을 할 수 있습니다.
따라서 거리가 가깝던 멀던 전기를 보내는데 어려움이 없습니다.
그렇다면 왜 직류는 안될까 하실 수 있는데요.
변압기의 기본적인 역할은 1차측에서의 자속의 변화가 2차측에서 유도기전력으로 만들어지는건데
쉽게 말하면 1차 코일과 2차 코일의 감은 수 비에 의해 2차 코일에 전류가 유도되는것입니다.
퍼러데이 법칙 e = N x d∅(자속) / dt(시간)이라고 해서
시간에 따른 자속의 변화가 있어야합니다.
그런데 직류는 전압이 계속 일정한 크기입니다.
시간에 따라 변화되지 않으니까 자속의 변화로 유도기전력을 만들 수 없는것입니다.
반면에 교류는 파형을 그리는 전압의 변화때문에 가능한 것이죠.
직류가 가지는 단점을 완벽하게 보완하는 교류의 장점은 바로 전력변환이 가능하다는 것입니다.
전동기를 쉽게 구동할 수 있고, 발전소부터 수용가까지 계통을 일관되게 할 수 있는 등 여러가지 장점이 있지만
가장 각광받는 이유 중 하나는 승압, 강압이 아주 쉽기 때문이죠.
그러면 교류는 완벽한 전력이냐? 그렇진 않겠죠?
직류가 가진 장점도 아주 많은데요.
최근에는 직류가 다시 각광받고 있는데요
HVDC, 소형전자회로, 반도체소자등 많은 곳에 직류가 사용되고 있습니다.
직류는 주파수가 없기 때문에 중장거리 송전 선로에서
인덕턴스와 커패시턴스에 의해 방해를 받지 않아요.
저항에 의한 방해만 고려하면 되는데 장거리에서 저항에 의한 손실은 굉장히 적은 편이라
장거리 송전 선로로 갔을때는 직류로 송출하는게 더 좋습니다.
다만 발전소에서 수용가까지 계통을 변환해야하는 어려움이 있기도 합니다.
실제로 우리나라 제주도에서 해남, 제주도에서 진도로 보내는 구간에는
HVDC(High Voltage, Direct Current)라고 불리는 고압직류송전 방식을 사용하고 있습니다.
또, 주파수가 상호 다른 국가라던지
전력계통이 서로 다른 곳끼리 연계가 가능합니다.
그리고 무엇보다 직류로 전기를 보내게 되면 전압손실이 줄어듭니다.
100년전에는 테슬라의 교류 송전방식이 이겼지만,
지금은 에디슨의 직류 송전방식이 어쩌면 더 유리하다고 볼 수 있겠죠.
하지만 전력의 전체적인 운영계통을 본다면
테슬라의 교류 송전방식이 유리하다고 볼 수도 있습니다.
이 두 천재의 이야기는 시대에 따른 변화가 필요합니다.
당시 기술의 수준과 함께 경제적, 정치적 상황들도 고려되어야 합니다.
만약 에디슨이 이겼다면 현재 많은 부분이 바뀌었을 거에요.
당장 회로이론 공부도 많이 쉬웠을겁니다 ㅎㅎ...
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