높은 전압으로 전기 보내기 (송전과 전력 손실)
High-voltage power transmission
발전소는 왜 아주 높은 전압으로 바꿔서 전기를 멀리 보낼까요?
무슨 일이 일어났나
전선에도 작은 저항이 있어서, 전류가 흐르면 전선이 데워지며 전기 에너지 일부가 열로 사라집니다. 사라지는 전력은 전류² × 전선 저항입니다.
보내는 전력은 전압 × 전류라서, 전압을 높이면 같은 전력을 더 작은 전류로 보낼 수 있고 손실은 전류의 제곱으로 줄어듭니다.
시뮬레이터에서 저항 1(전선 2 Ω)에 1.00 A 가 흐르면 2.00 W 를 잃고, 전류가 500 mA 가 되면 500 mW 로 4 분의 1 이 됩니다.
그래서 변전소의 변압기가 전압을 올려(승압) 멀리 보내고, 쓰는 곳 가까이에서 다시 내립니다(강압). 미국 에너지정보청(EIA)에 따르면 그래도 2018~2022 년 송전 · 배전에서 평균 약 5 % 가 사라졌습니다.
📸 진짜 모습
불러오는 중…📸 사진미국 캘리포니아 카혼 고개에서 산안드레아스 단층과 로스트 호수 위를 지나는 높은 전압의 송전선입니다.
출처: USGS · 퍼블릭 도메인 · USGS 원본 ↗
💡 생활 속 예시
- 들판의 큰 철탑 송전선과 골목 전봇대 전선은 전압이 다릅니다. 동네 가까운 변압기가 높은 전압을 집에서 쓰는 전압으로 낮춥니다.
- 가늘고 긴 충전 케이블로 폰을 오래 충전하면 케이블이 미지근해지는 것도 전선 저항에서 열이 나기 때문입니다.
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누가 왜 찾았나
1891 년 프랑크푸르트 국제 전기 박람회에서 오스카 폰 밀러, 미하일 돌리보-도브로볼스키(AEG), 찰스 브라운(외리콘 기계 공장)은 라우펜에서 프랑크푸르트까지 175 km 를 15 kV 3 상 교류로 보내 75 % 효율을 보였습니다. 높은 전압의 교류로 먼 곳까지 전기를 보낼 수 있음을 보인 이 시연은, 3 상 교류 송전이 세계에 퍼지는 데 바로 영향을 주었습니다(IEEE 기록).
확인된 값
- 미국 송전 · 배전에서 사라지는 전기 몫(2018~2022 평균 약 5 %)
- 5 % 출처
- 변전소 변압기는 전압을 올리거나(승압) 내린다(강압)
- step up / step down 출처
- 1891 라우펜–프랑크푸르트 3 상 교류 송전 거리(175 km)
- 175000 m 출처
- 1891 라우펜–프랑크푸르트 송전 전압(15 kV)
- 15000 V 출처
- 1891 라우펜–프랑크푸르트 송전 효율
- 75 % 출처
- 1891 송전 시연을 한 사람 — 오스카 폰 밀러(독일 · 바이에른의 기술 고문)
- Oskar von Miller 출처
- 1891 송전 시연을 한 사람 — 미하일 돌리보-도브로볼스키(AEG)
- Michael Dolivo-Dobrowolsky 출처
- 1891 송전 시연을 한 사람 — 찰스 브라운(외리콘 기계 공장, 스위스)
- Charles Eugene Lancelot Brown 출처
- 이 시연이 3 상 교류 송전이 세계에 퍼지는 데 바로 영향을 주었다
- directly influenced 출처
교육과정에서는
- 한국 2022 · 통합과학2 · 환경과 에너지 [10통과2-02-05]
- 잉글랜드 · KS4 Physics: Magnetism and electromagnetism
- 일본 · 高等学校 物理基礎 (2) 様々な物理現象とエネルギーの利用
출처
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