전기의 종류-직류와 교류

140년 전에는 직류가 대세였다

전기를 다루는 데 있어서 기본을 알고 취급하자는 취지로 포스팅하고 있습니다. 이번엔 직류의 성격과 장단점, 140년 전 에디슨과 테슬라 이야기, 현재 교류를 표준 전기 공급 방식으로 사용하는 이유를 살펴보겠습니다.

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직류 (直流, Dirct Current)

직류를 사용하는 건전지

직류는 항상 전자가 일정한 방향으로만 흐르는 전류를 가리킵니다. 교류에 비해 안정적이고 효율적이라는 장점 때문에 컴퓨터 등 많은 전자제품이 직류 전기를 사용하도록 설계되고 있습니다.

 

송전 거리가 길어지면 여러 가지 요인으로 전압이 낮아집니다. 교류의 경우 변압기를 사용하여 전압을 유지해 줍니다. 그러나 직류는 변압이 간단하지 않아 장거리 송전에 어려움이 있습니다.

 

최근엔 반도체의 발달로 직류도 변압이 쉬워졌습니다. 그래서 초고압직류송전이 가능합니다. 그러나 아직 교류 송전에 비해 설비 비용이 높아 그 해결이 과제로 남아 있습니다.

 

교류 (交流, alternating Current)

변압에 유리한 교류 전기

교류는 시간의 흐름에 따라 전자의 방향과 전압이 변하는 전류입니다. 교류는 변압이 쉽기 때문에 장거리 송전에 유리합니다. 높은 전압으로 송전할수록 효율성이 좋습니다. 그렇기 때문에 발전소에서 송출되는 전기는 초고압입니다. 이것이 가정으로 들어갈 때는 변압되어 우리에게 220V로 공급됩니다.

 

 

 

 

 

직류 송전의 장점과 활용

2017년 11월 30일 전자신문에 “한전은 깔고, LG는 만들고...고효율 직류가전 생태계 만든다”라는 기사가 있습니다.  우리가 가정에서 쓰는 가전제품 중 많은 것들이 직류전기를 사용합니다. 세탁기, 에어콘, 냉장고와 같이 모터를 사용하는 것들이 직류 가전제품입니다. 가정에 공급되는 교류전기가 직류 가전제품을 가동하기 위하여 컨버터를 통해 변환됩니다. 여기서 많은 전력 손실이 발생합니다. 약 10% 정도 손실된다고 합니다. 만약 발전소에서 가정으로 직류전기가 공급된다면 10% 손실 없이 직류 가전제품을 사용할 수 있는 것입니다. 이것을 전체 전기 공급과 사용으로 확대하면 발전소를 10% 줄여도 된다는 단순 계산이 나옵니다.

 

이러한 효용성 때문에 가전 회사와 전기 회사가 협력하여 직류 가전사업, 직류 배전망 사업을 시범적으로 진행한다 내용의 기사입니다.

 

이렇듯 직류와 교류는 각각 뚜렷한 특성을 가지고 전체 전기 인프라에서 경쟁하고 있습니다.

 

에디슨과 테슬라의 전류 전쟁(War of Currents)

직류 송전의 챔피언 토마스 에디슨 (Thomas Edison)	교류 모터로 도전하는 니콜라 테슬라 (Nicola Tesla)

교류와 직류의 표준 경쟁은 전기를 상업적으로 이용하기 시작한 초기부터 심하게 발생하였습니다. 1880년대 후반 토머스 에디슨(Thomas Edison)과 니콜라 테슬라(Nicola Tesla)가 전기의 송전 방식(교류와 직류)을 두고 표준 경쟁을 벌였습니다. 이 경쟁은 “전류 전쟁”이라고 명명할 정도로 치열하였던 같습니다.

 

최초의 전력 공급은 에디슨이 1882년부터 시작하였습니다. 110V 직류였습니다. 그러나 이 낮은 전압으로는 먼 거리까지 전기를 공급하기 어렵습니다. 전압을 초고압으로 송전해야 하는데 직류의 성격상 변압이 어렵습니다. 그래서 곳곳에 발전소를 방식을 사용하였습니다. 이렇게 불편한 직류 방식을 지킬 수밖에 없는 이유는 교류를 사용하는 전동기가 없었기 때문입니다.

 

에디슨과 반대 입장을 견지했던 니콜라 테슬라는 교류 모터 개발에 총력을 기울였고 마침내 성과를 내게 됩니다. 백만장자 웨스팅하우스(George Westinghouse)가 테슬라로부터 특허권을 사들여 교류 방식을 내세운 전력 산업에 박차를 가합니다.

 

"전류 전쟁"은 그야말로 전쟁이었습니다. 기득권과 주도권을 쥐고 있던 에디슨은 실망스럽게도 이 과정에서 직류의 입지를 지키기 위해 갖가지 반칙을 사용하였습니다. 초고압 전기를 송전에 사용하는 교류는 위험한 것이라는 인식을 심기 위하여 충격적인 퍼포먼스를 단행합니다. 일반 시민 1,500명 앞에서 6,600V 전기로 코끼리를 감전사시킨 사건은 매우 유명합니다. “웨스팅하우스됐다”(westing-housed)라는 신조어를 만들어 코끼리의 감전사를 사람들의 뇌리에 부정적으로 각인시키려고 할 정도로 악랄하였습니다.

초고압 송전탑

그러나 역전의 계기가 있었습니다. 웨스팅하우스는 가격 경쟁력을 앞세워 제너럴 일렉트릭을 제치고 1839년 시카고 만국박람회 전기사업권 획득합니다. 박람회는 훌륭하게 잘 치러졌고, 이 행사를 통해 사람들은 교류는 안전하고 경제적인 방식이라는 것을 알게 됩니다. 비로소 교류가 전쟁에서 고지를 선점해 나가기 시작한 것입니다. 이후 전기를 사용하는 장비의 80% 이상이 교류를 사용하게 되었고, 현재 가정에서 사용하는 거의 모든 콘센트는 교류전기를 이용합니다.