알기 쉽게 전하는 전기 이야기

효성 블로그 가족 여러분은 해외 여행을 떠날 때, ‘그 나라 전압은 몇 볼트지? 돼지코를 가져가야 하나?’ 하고 고민한적이 있으신가요? 혹은 해외 직구를 할 때 전압이 맞지 않아서 가전 제품을 구매하려다 포기한적은요? 왜 나라마다, 때로는 지역마다 전압이 다른 걸까요? 더 나아가서 도대체 전기는 어떻게 만들어져 우리 집까지 오게 되는 걸까요? 

오늘은 전력 계통도와 그 안에서 효성의 역할에 대해 이야기하려 합니다. 제목부터 어려운 기운이 술술 풍겨져 나오는 듯 하지만, 결코 그렇지 않다는 거! 전기 계통 종사자가 아니더라도 쉽게 이해할 수 있도록 알기 쉽게 전기 이야기, 지금 시작합니다!

전기의 흐름

 

크게 발전-송전/변전-배전의 과정을 거쳐 전기가 우리 가정에 도착하게 된다는 것은 초등학생 때 배우는 것인데요. 이 과정을 좀 더 자세히 알아볼까요?

(1) 발전

  

역학에너지나 열에너지, 화학에너지 등 다른 에너지를 전기에너지로 변환하는 것을 발전이라고 합니다. 전기를 생산하는 곳은 발전소라고 부르며, 원자력•화력•수력•풍력•조력•태양광 발전소 등이 있습니다. 2010년 기준으로 우리나라에서는 화력 발전의 비율이 65.6%(석탄 41.7%, LNG 19.2%, 석유 4.7%)로 가장 높은데요. 그 뒤를 원자력(31.1%), 수력(1.4%) 등이 뒤따르고 있습니다. 

가장 흔하게 쓰이는 화력 발전의 경우 불을 때서 물을 끓이고, 이때 발생하는 수증기의 힘으로 터빈을 돌려 터빈의 회전운동에너지를 발전기가 전기에너지로 변환시키는 원리입니다. 

발전기 내부에서 전기를 생산하는데 쓰이는 발전기, 보일러, 터빈 등을 주기자재라고 부르고, 보조기자재로는 변압기, 차단기, 전선, 철판, 판넬류 등이 쓰입니다. 

(2) 송전

전기가 생산되었으면 이 전기를 멀리 보내야 하겠죠? 이 수송 과정을 ‘송전’이라고 하는데요. 배전과 구별하여 발전소에서 변전소까지의 범위만을 말하기도 합니다. 전선과 철탑이 필요한 과정입니다. 

(3) 변전

 

전력을 송전/변전하기에 적당한 전압으로 승압하거나 강압하는 것을 ‘변전’이라고 합니다. 이 과정에서는 변압기와 차단기가 필요한데요. 변압기는 전압을 변경하는 장치로 변전뿐만 아니라 전기 에너지 흐름의 모든 단계에서 꼭 필요한 장치입니다. 차단기는 반대로 전류를 차단하는 장치로, 변압기 앞•뒤에 설치하여 사고가 발생했을 때 전류를 끊어주는 역할을 합니다. 따라서 변압기와 차단기는 1:2의 비율(변압기 앞 뒤로 하나씩)로 세트를 이루는 경우가 많답니다. 

차단기는 특히 전력사고 발생시에 쓰이는 경우가 많은데요. 특히 선진국일수록 사고에 대비하여 많은 수의 차단기를 설치하여 어느 한쪽이 고장 나더라도 고장난 쪽을 재빨리 차단하고 다른 쪽으로 전류를 보내어 전체적인 전력 흐름에 문제가 생기지 않도록 하는 경우가 많습니다. 

판넬은 일종의 제어부 및 표시부라고 할 수 있는데, 변압기와 차단기 등을 올바르게 작동시키기 위한 여러 가지 제어기기, 상태 표시기기, 조작 스위치 및 레버 등이 있습니다. 쉽게 말하면 리모콘과 같은 역할을 하는 것이죠!

(4) 배전

 

이제 전력을 일반 가정에 공급하는 ‘배전’의 단계가 남았습니다. 전봇대를 통해 공급 받은 전류를 배전변압기를 통해 일반 가정으로 공급하게 되는데요. 번화한 도심지역의 공급은 땅 속으로 전류를 공급하는 방식이 점차 증가하는 추세입니다. 우리가 흔히 ‘도란스’라고 부르는 트랜스포머가 변압기이고, 퓨즈는 과부하 시 전기 설비가 모두 타버리는 경우를 막기 위해 설치하는 차단기의 한 종류입니다. 

전압(kV: 수압에 비유)과 전류(kA: 수량에 비유)

 

전기는 흐르는 물에 비유하면 이해하기 더욱 쉽습니다. 전기에너지는 중간에 저장하는 것이 아니고 물 흐르듯이 일반 가정까지 쭉 흐르는 방식으로 전달 되기 때문이죠. 우리가 고무호스 입구 부분을 손으로 누르면 물줄기가 힘차고 멀리 나아가듯이 전기도 전압이 높을수록 전류가 멀리 나가게 됩니다. 또한 높은 전압으로 전기를 멀리 보낼수록 중간에 손실되는 전류량이 적어져서 효율이 높아지게 됩니다. 

발전기에서 처음 나오는 전기의 전압은 20kV 전후인데, 변압기를 사용해 압력을 높여주는 것(승압)도 이러한 이유입니다. 765kV급 변압기로 승압을 시켜준 뒤 송전과 변전, 배전 등의 단계를 거치면서 점차 압력을 떨어트리면 일반 가정이나 사무실에서 사용하는 220v의 전기가 되는 것입니다. 

송전 손실이란? 

발전소에서 생산된 전기가 일반 가정에 도달하기까지 송전선을 통해 흐르면서 손실되는 전기를 말합니다. 우리나라의 송전 손실률은 2% 수준으로, 전세계적으로도 굉장히 낮은 수치입니다. 

효성의 전기 이야기

 

효성은 중공업PG에서 변압기와 차단기를 생산하고 있습니다. 1969년 국내 최초로 154kV급 초고압 변압기를 개발하여 세계의 주목을 받은 이후로 345kV급, 765kV급 변압기를 차례로 개발하며 변압기의 선두업체로 명성을 쌓아왔는데요. 1992년 개발한 765kV급 초고압 변압기는 국내 최초이자 세계에서 6번째로 개발하여 세계적 수준의 기술력을 인정받은 바 있습니다. 

또한 저압 중소형 전동기(모터)에서부터 초고압 대형 전동기까지 전 기종의 전동기를 생산 중이며, 월 4만 대 이상의 전동기를 생산함으로써 국내는 물론 전세계 기간산업의 중추적인 역할을 담당하고 있습니다. 

전기, 그것이 알고 싶다! 

 

Q. 우리 주변의 변압기에는 어떤 것들이 있나요?

A. 작게는 해외 여행 시 들고 다니는 어댑터부터 길가의 한국전력 글씨가 표기되어 있는 회색 철제박스까지, 우리 생활 곳곳에서 의외로 쉽게 발견할 수 는 것이 변압기입니다. 

Q. 왜 200v, 100v가 아니라 220v, 110v인가요?

A. 수학적으로 전기적 효율이 좋은 황금수가 존재합니다. 그 중 220과 110등이 황금수라서 위의 단위를 사용하게 되었다고 합니다.

Q. 만화를 보면 발전소 장면에는 굉장히 굵은 케이블과 거대한 플러그가 등장하던데요. 실제로도 그러한가요?

A. 네, 사실입니다. 전력=전압x전류로 발전소에서의 전류가 가장 크고, 변압기의 전압도 가장 큽니다. 전력이 커질수록 전선의 굵기와 플러그의 크기가 커지는 것도 당연한 일이죠. 

Q. 왜 나라마다 정격전압이 다른가요?

A. 우리나라 가전제품의 정격전압은 220v, 미국은 120v, 일본은 100v, 호주는 240v 등으로 나라마다 다양한데요. 각 나라의 식민지 역사에 따라 어느 나라의 전력시스템을 받아들였냐의 차이로 인해 정격전압의 차이가 발생한다고 합니다. 저전압이 더 안전하지만, 먼 곳까지 효율적으로 전류를 보내려면 높은 전압이 유리합니다. 우리나라도 110v를 사용하다가 이러한 이유로 220v로 승압하게 된 것입니다. 

Q. 초고압 변압기와 일반 변압기는 몇 kV를 기준으로 나뉘어지나요?  

A. 70kV가 변압기의 기준으로, 이를 초과하면 초고압 변압기라고 부릅니다. 전압이 높을수록 멀리 보낼 수 있으므로 보통 국토 면적이 넓은 나라들에서 고전압의 변압기를 쓰게 됩니다. 브라질, 러시아, 중국 일부의 경우 1,000kV의 변압기를 쓰는 경우가 간혹 존재하지만 대부분의 국가에서는 765kV,를 최대 전압의 변압기로 사용합니다. 한국의 경우 345kV면 충분히 전국을 커버할 수 있지만, 통일을 대비하여 765kV 변압기 시스템을 구축했다고 합니다.

Q. 프리볼티지(Free Voltage)제품은 무엇인가요?

A. 전원의 전압 사양에 관계없이 연결하여 쓸 수 있는 제품을 말합니다. 가정용으로는 100v~240v 등에서 사용 가능한 전압의 범위를 갖추고 있습니다.