높은 전압으로 송전하는 이유
- 전기 이야기
- 2023. 11. 11.
오늘은 고전압으로 송전하는 이유에 대해 포스팅하려고 합니다.
전기는 발전기를 이용하여 만드는데 수력발전기는 3.3kV ~ 18kV, 화력발전기는 12.6kV ~ 26kV, 원자력발전기는 20kV ~ 24kV의 고압의 전기를 생산합니다.
발전소에서 만들어진 전기는 변전소로 송전이 됩니다. 발전소에서 생산된 전기의 전압은 3.3kV에서 24kV 정도인데 변전소에서는 이전압을 154k, 345kV, 765kV의 초고압 전기로 승압을 하게 됩니다.
고전압으로 송전하는 이유
초고압 전기로 승압하는 이유는 전기를 멀리 보내고 송전 시 발생하는 전력손실을 줄이기 위해서입니다.
TV, 컴퓨터 등을 사용하다 보면 열이 발생하는데, 이것은 전기에너지가 열로 변환됐기 때문입니다. 열로 변환된 양만큼 전기 에너지가 손실됐다는 뜻이지요.
여기서 발생하는 발생하는 열량 H는 줄의 법칙 공식으로 계산할 수 있습니다. 줄의 법칙에 의하면 열은 전류, 저항, 시간에 비례하므로 전류와 저항이 커지면 커질수록 열이 많이 발생하고, 열이 발생한 만큼 전기에너지도 손실이 됩니다.
전기에너지가 손실이 됐다는 것은 전기기계에서 아무런 일을 하지 않고 그냥 열로 변환되어 손실이 된 것입니다.
발전소에서 만들어진 전기도 일반 가정에 도달하기까지 전선을 통해 흐르면서 열이 발생하여 전력손실이 발생하게 됩니다. 전력손실은 전선의 저항과 전선에 흐르는 전류량에 비례하여 발생합니다. 따라서 저항과 전류량을 줄이면 전력손실을 감소시킬 수 있습니다.
전선의 저항 줄이기
송전 중 전력손실을 줄이려면 전선의 저항을 줄여 발생하는 열을 줄이면 됩니다. 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례하므로 다음의 식으로 나타낼 수 있습니다.
위의 식을 보면 전선의 길이가 짧아지면 저항이 작아진다는 것을 알 수 있습니다. 발전소에서 가정집까지의 송전선의 길이를 짧게 하면 된다는 거지요. 송전선의 길이를 짧게 하려면 발전소를 가정집 근처에 건설하면 됩니다. 하지만 이것은 발전소에서 나오는 환경 오염물질과 여러 위험 요소로 인해 불가능합니다.
그리고 전선의 단면적이 커지면 저항이 작아집니다. 그런데 전선의 단면적이 커지면 전선의 무게가 무거워져 땅으로 처지게 돼 송전선을 설치하기가 힘들어집니다. 또한 굵은 전선은 가격도 높아 송전설비의 건설 비용을 증가시키는 요소가 되기 때문에 굵은 전선을 사용하여 저항을 감소시키는 것은 문제가 있습니다.
마지막으로 고유저항이 작은 물질을 사용하면 됩니다. 고유저항은 물질에 따라 다른데 대표적으로 은의 고유저항이 구리보다도 작습니다. 하지만 값이 비싸기 때문에 은을 사용하지는 않습니다.
이렇게 송전선의 저항을 줄여 전력손실을 줄이는 것은 현실적적으로 어려움이 많습니다.
전선에 흐르는 전류 줄이기
전선의 저항을 줄여 전력손실을 줄이는 것이 불가하다면 마지막 방법은 전류를 줄이는 것입니다. 전력은 전압에 전류를 곱하여 계산합니다.
전력 = 전압 X 전류
예를 들어 1,000kw의 전력을 두 가지 경우로 계산을 해보겠습니다.
상기 전력 계산에서도 알 수 있듯이 전압을 크게 하면 전류를 줄일 수 있습니다. 같은 1,000W의 전력이라도 20V의 전압일 경우 50A의 전류가 흐르지만 1,000V의 전압으로 송전하면 1A의 전류만 흐르게 됩니다.
따라서 높은 전압으로 송전하면 흐르는 전류를 줄여 열의 발생을 적게 하고 전력손실을 줄일 수 있는 이점이 있습니다.
대량의 전류가 흐르려면 전선의 굵기가 굵어야 합니다. 그리고 굵은 전선은 가격도 높습니다. 고압 송전으로 전류를 줄이면 굵은 전선을 사용하지 않아도 되어 송전설비의 건설 비용이 감소하게 됩니다. 건설 비용의 감소는 전력판매 원가 절감으로 이어져 전기 요금이 저렴하게 됩니다.
마지막으로 전압이 높으면 전기를 멀리 보낼 수 있습니다. 우리는 전기를 설명할 때 흐르는 물과 많이 비교합니다. 물의 압력을 수압이라고 부르는데 전기의 전압과 같습니다.
어렸을 때 가지고 놀던 고무 물총을 생각해 보세요. 고무 물총을 순간적으로 꽉 누르면 수압이 세져 물총의 물이 중간에 바닥으로 떨어지지 않고 멀리 나가지만 천천히 누르면 수압이 약해 물이 멀리 나가지 않습니다.
전기도 마찬가지로 전압이 높을 수로 전류를 멀리 보낼 수 있고, 중간에 손실되는 전류도 적어져 고전압으로 송전하는 것이 효율적이라 할 수 있습니다.
전선의 저항을 줄이는 것은 앞에서 언급한 바와 같이 현실적으로 어려움이 많기 때문에 전압을 높여 전류를 줄이는 방식을 적용하면 전력손실을 줄일 수 있습니다.
'전기 이야기' 카테고리의 다른 글
| 아파트 전기요금 계약방식 단일계약과 종합계약 비교 (0) | 2023.11.25 |
|---|---|
| 에너지 소비효율 등급과 라벨에 담긴 의미 (1) | 2023.11.22 |
| 단상과 3상의 중성선에 흐르는 전류 (0) | 2023.11.17 |
| 전기 단상과 3상의 차이와 활용 (0) | 2023.11.13 |
| 전기요금 누진제와 검침일자 변경방법 (0) | 2023.11.09 |
| 상전압과 선간전압 차이점 이해하기 (0) | 2023.11.04 |
| 전기설비 정기검사 온라인 신청 방법 (0) | 2023.11.02 |
| 전기공사시 CD 전선관 사용 금지와 사용 가능한 경우 (1) | 2023.10.31 |