나경수 전자정보인협회 회장
![[DT광장] 전력망 교류 전성시대 계속되나](http://contents.dt.co.kr/images/201605/2016052402102351607001[1].jpg "[DT광장] 전력망 교류 전성시대 계속되나")
전류(電流: electric current)는 전기가 도선(導線)을 따라 흐르는 현상을 말한다. 도체 내부의 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르며, 양전기가 흐르는 방향을 전류의 방향으로 한다. 단위는 암페어(A)이다. 미국의 전기공학자·발명가 테슬라(Nicola Tesla: 1856~1943)는 교류 유도 전동기·테슬라 변압기를 발명했다.
자기력 선속(磁氣力線束) 밀도를 나타내는 단위가 테슬라인데, 역시 미국의 전기공학자 테슬라(N. Tesla)의 이름에서 유래됐다. 1 테슬라는 1m2당 1웨버(Wb)의 자기력 선속이 통과할 때의 밀도를 말하며, 1만 가우스에 해당한다.
테슬라 코일(Tesla coil)도 역시 테슬라가 발명한 특수한 변압기이다. 불꽃 방전으로 생기는 고주파 진동 전류의 전압을 높여주는 비교적 간단한 장치다. 교류(交流)는 방향이 주기적으로 변하는 전류 또는 전압이다. 방향이 일정한 직류에 대응하는 용어다. 주기의 역수를 주파수라고 하며, 단위는 헤르트(Hz)이다. 전압이나 전류는 크기가 일정하지 않으므로 보통은 실효값으로 나타낸다.
교류는 변압기에 의해서 거의 손실 없이 전압을 바꿀 수 있어서 송전에 특히 편리하다. 교류는 파형(波形)에 따라 사인파 교류와 비사인파 교류, 변형파 교류가 있다. 또 상수(相數)에 따라 가정용 등의 2가닥의 도선으로 송전되는 단상교류와, 3가닥 이상의 도선을 사용하는 3상 이상의 교류로서 맥동(脈動) 없이 전력을 보내는 것이 가능한 다상교류(多相交流)가 있다.
다상교류의 대표적인 것은 보통의 송전선이나 동력용 전원 등에 쓰고 있는 3상 교류다. 여기에서 단상·6상·12상 등으로 변압기의 결선(結線)만으로 변환시킬 수 있다. 교류전원을 가지는 회로가 교류회로(交流回路)이다. 직류회로에서는 전압과 전류와의 관계를 결정하는 회로요소는 저항뿐이지만, 교류에서는 저항 외에 콘덴서·코일·변압기 등이 중요한 역할을 한다.
임피던스는 직류회로의 저항에 해당하는 것으로 저항과 리액턴스(reactance)가 있다. 콘덴서나 코일은 각각 주파수에 따라 변화하는 리액턴스의 값을 가지며, 서로 부호가 반대이므로 상쇄한다. 공진회로란 정확히 서로 상쇄하는 리액턴스를 직렬로 접속했을 때의 합성값이 제로(0)이고, 병렬에서 무한대가 되는 회로를 말한다. 특정한 주파수만으로 이 조건이 성립되기 때문에 라디오의 선국(選局) 등과 같은 주파수의 선별에 사용된다.
크기와 위상과 관련하여서는, 임피던스가 두 성분으로 이뤄지므로, 교류회로에서는 일반적으로 전압과 전류 사이에 위상차가 있다. 그래서 크기만으로 나타내는 것은 불충분하다. 교류브리지(交流 bridge)는 교류병렬회로의 중간에 브리지 모양으로 검류계 등의 검출기를 접속한 회로를 말한다. 검출기전류가 0이 되는 조건에서, 코일이나 콘덴서의 상수가 주파수를 결정하는데 응용한다.
교류전동기(電動機)는 교류 전원에 의해 회전하는 전동기를 말한다. 회전속도가 일정한 동기기(同期機) 곧 동기전동기가 있고, 부하(負荷)의 크기에 따라 변하는 유도전동기·교류정류자기·반동전동기 등과 같은 비동기기가 있다.
교류정류자기(整流子機)는 정류자를 갖춘 회전자를 가진 교류기다. 단상직권 전동기·반발전동기 등의 단상 정류자기, 삼상 직권 전동기·삼상분권정동기 등의 삼상정류자기 등 주로 전동기가 있는데 이를 테면 교류정류자가 전동기로 쓰이는 것이 많다. 하지만 교류정류자형 여자기와 같은 발전기로도 쓰인다. 브러시(brush) 위치의 이동에 의해 동기속도(同期速度)를 바꾸고, 광범위에 걸쳐 쉽게 속도제어가 가능하다.
이러한 테슬라의 교류 방식은 전극이 바뀌는 형태로 전기를 보낼 수 있도록 고안되어 있다. 변압기를 사용해서 용이하게 전압을 바꿔서 먼 거리까지도 전기를 보낼 수 있으나, 이 때 장거리 송전 시 전력손실이 크다는 결점이 있다. 그러나 1893년 시카고 만국박람회의 행사장을 밝히는 무려 25만개에 이르는 행사장의 전구를 교류방식의 전기기술로 채택하여 이용하게 됐다. 이리하여 19세기 후반 1890년대부터 지금까지 130여년 동안 니콜라 테슬라식의 교류전기가 20세기를 석권하고 지금까지 100년을 훨씬 넘게 교류의 전성시대를 맞아 전력망 표준으로 국제적으로 채택되어 왔다.
반면에 에디슨의 직류방식은 전력손실이 거의 없고 따라서 장거리 송전에 유리한 것은 사실이다. 또 송전 과정 중에 현대인의 관심이 큰 전자파가 발생하지 않는다는 장점이 있었지만 안전성이 떨어져 고장이 잦고 누전과 같은 사고가 생긴다는 약점을 가지고 있다. 그러나 ICT나 신재생에너지를 사용하고 전기차와 LED 등 효율 향상을 위한 적극적인 연구가 요즈음 계속되고 있다.
그러나 교류방식은 전압을 높여 장거리 송전이 가능하기 때문에 지금까지 100여년간 전력망 표준으로 채택되어 왔고 앞으로도 적어도 2050년까지는 전력망 표준으로 계속해서 전기의 표준으로 유지될 것으로 예측된다.
[ 저작권자 ⓒ디지털타임스, 무단 전재 및 재배포 금지 ]
