고전압으로 송전하는 이유와 발전기

1. 고전압으로 송전하는 이유

 

우리들이 가정에서 사용하는 전기는 110 [V]와 220 [V]이지만, 전주의 배저넌에는 22,900 [V]라는 높은 전압으로 보내지고 있다. 더 거슬러 올라가 발전소와 변전소를 잇는 고압송전선이 되면 15만 4천 [V]에서 34만 5천 [V]라는 높은 전압으로 송전되고 있다. 전압이 높으면 그만큼 위험성도 많기 때문에 송전선도 지상에서 높이 가설해야 하고, 철탑도 키가 높은 튼튼한 것을 사용해야 한다. 왜 고전압으로 송전하는 것일까? 에디슨은 저전압의 직류송전을 지지하였다. 그래서 미국에서 처음 발전소가 건설되었을 때, 에디슨은 110 [V]의 직류전기를 송전하도록 지도했던 것이다. 그리고 발전소에서 가까울수록 굵은 전선을 사용하고 멀어질수록 가는 전선으로 가정에 배전했다. 그러자, 발전소에 가까울수록 전구가 밝아지는 불공평이 발생했다. 교류전 기일 경우, 이러한 일은 일어나지 않는다. 교류는 변압기로 전압을 자유로이 올리고 낮출 수 있기 때문이다. 그렇지만 직류로는 이러한 변압을 간단히 할 수가 없다. 변압기로 교류 전기의 전압을 높여서 송전하면 전선을 굵게 하지 않아도 멀리까지 송전할 수 있는 것이다. 물론 에디슨은 변압기에 대해서도 알고 있었다. 그러나 고압의 교류 전기의 위험성에 대해서 우려한 나머지 그런 고안을 했던 것이 아닌가 여겨진다. 그러나 에디슨의 의도와는 달리 점점 교류 송전선망이 확대되어, 더욱 높은 전압으로 송전하였다가, 공장이나 집 근처에 와서 다시 전압을 낮추어 쓰고 있다. 물론 이다음부터는 여전히 에디슨이 발명한 전등에 불을 켜고 있다. 그렇다면 전압을 높게 하면 어떤 이점이 있을까? 송전선은 거리가 길어질수록 전선에 의한 저항도 상당히 커진다. 그 때문에 전기저항이 큰 송전선에 전류가 흐르면 큰 주울 열이 발생하고 이것이 손실로 되어 없어져 버린다. 이 손실은 전류의 제곱에 비례하므로 전류가 클수록 손실은 더욱 많아진다는 것을 알 수 있다. 그래서 송전전압을 높여서 송전하면 그만큼 전류를 적게 할 수 있는 것이다. 또는 같은 손실이라면 전선을 가늘게, 시설비를 적게 들여도 될 것이다. 즉, 같은 전력이라면 전압을 크게 하면 전류를 적게 해도 된다. 전류를 적게 함으로써 열 손실을 적게 하는 것이 이상적이긴 하지만, 그렇다고 전압을 무한정 높일 수는 없다. 송전선의 전압을 높게 하면 전선의 둘레에 코로나 방전이라는 방전현상이 일어나 도리어 전력 손실이 오기 때문이다. 또 애자도 큰 것을 사용하지 않으면 안 되어 시설비가 늘어난다. 결국 전체의 조건을 고려해서 전압을 정하는 것이다. 

 

 

2. 발전기 

 

발전기란 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기이다. 대부분의 회전기 또는 직선운동에 의한 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 각종 전기장치에 전력을 공급하는 전원인 동시에 자동차의 경우에는 축전지의 충전전류를 공급하는 장치이다. 충전 장치는 기관에 의하여 구동되는 발전기, 충전회로를 적정한 상태로 조정하기 위한 조정기, 충전상태를 알려 주는 전류계 또는 충전 경고 등으로 구성되어 있다. 자동차에는 기관의 기동 장치나 점화 장치의 전장품을 비롯하여 램프류, 에어컨 장치 등 많은 전기장치가 있으며, 이러한 전기장치에 전력을 공급하는 전원으로 축전지와 발전기가 있다. 발전기는 벨트로 기관과 연결되어 구동된다. 발전기와 함께 사용하는 전압 조정기는 발전기의 계자 코일에 흐르는 전류를 제어하여 출력 전압을 조절한다. 발전기에서 발생하는 교류 전기를 직류로 바꾸는 정류 방식에 따라 직류 발전기와 교류 발전기로 분류된다. 교류 발전기는 3상 교류의 출력을 실리콘 다이오드에 의해 전파 정류하여 직류로 바꾸는 방식이며, 현재는 직류 발전기보다 교류 발전기를 많이 사용한다. 충전 장치가 갖추어야 할 조건으로 소형 경량이면서 출력이 커야 한다. 속도 범위가 넓고 저속에서도 충전이 가능하여야 한다. 출력 전압은 안정되고 다른 전기회로에 영향을 주지 않아야 한다. 전파장애의 원인이 되는 불꽃의 발생이나 전압의 맥동이 없어야 한다. 점검 / 장비가 쉽고 내구성이 좋아야 한다.