전기 송전하기 – 직류냐 교류냐？

에디슨이 고안한 직류와 테슬라가 고안한 교류는 미국에서 사업화를 각기 시작한다.

에디슨은 테슬라와 교류를 모함하는데, 그 과정에서 유명한 일화가 있을 정도다.

반면 테슬라는 자신이 발명한 특허들을 인류발전을 위해 포기한다.

현재는 테슬라를 기리기 위해 자기장의 단위를 테슬라로 쓰고 있다. (반면 에디슨은 뛰어난 여러 장치들을 개발했지만 그를 그리기 위한 활동을 찾아보기 힘들다. 잘 알려지지는 않았지만 에디슨이 갖고 있던 몰염치함이 그 이유일 것이다.) 이 글에서는 테슬라가 개발한 교류가 많이 사용되는 이유에 대해서 언급하고자 한다.

1. 송전에 유리함
전기 역사의 시작은 에디슨의 (직류에 대한 많은) 발명품이 차지하고 있음에도 불구하고, 현재의 전기가 대부분 교류로 사용되는 이유는 송전의 유리함 때문이다.

직류는 도선의 전체에 걸쳐서 전기장이 형성되고, 전자가 도선 전체에 걸쳐 이동한다. 직접 전자가 이동해야 하는 것이다. 반면 교류는 도선의 도체 표면에 전류 이동량이 집중된다. 그리고 전기장이 주기적으로 반대방향으로 역전하기 때문에 전자가 직접 이동하지 않아도 된다. 교류가 흐르는 부분이 도체의 표면에 국한되니 교류에 대한 저항을 줄이기 위한 방법으로 얇은 전선 수십~수백 가닥을 꼬아 큰 전선(연선)을 만들어 사용하기도 했다.[footnote]고주파 교류를 전송할 때는 삼각형 또는 사각형 전선이 사용되는데, 그 전선들 내부에는 금속이 없고 비어있다. 그 빈 공간으로 전기장이 거의 저항 없이 전달된다.[/footnote]

2. 전압 변환의 자유로움
교류를 사용하게 된 두 번째 이유는 전압을 쉽게 바꿀 수 있기 때문이다.

교류는 전류(전기장)가 계속 바뀌기 때문에 끊임없이 주변의 자기장이 변하게 된다. 따라서 교류를 코일에 걸어주고, 같은 공심(코일의 중심)을 갖도록 두 번째 코일을 감아주면 첫 번째 코일의 자기장과 전기장이 두 번째 코일의 자기장과 전기장, 즉 두 번째 코일의 교류를 만든다. 이 두 코일이 감긴 비율을 조절하여 자유로이 전압을 변경할 수 있다. 그리고 교류는 diode와 capacitor를 이용해 쉽게 직류로도 변환된다.

3. 안전성
그리고 직류보다 교류를 주로 사용하는 또 다른 이유는 직류가 교류보다 인체에 더 치명적이기 때문이다. 전기는 우리 인체의 신경세포를 도선으로 쉽게 흐르는데 직류는 전자가 한쪽으로만 흘러서 쉽게 신경세포를 마비시킨다. 교류도 마비시키는 것은 같지만 비교적 훨씬 더 높은 전압에서야 인체에 치명적인 피해를 입힌다.

에디슨이 직류로 사업을 하면서 테슬라가 고안한 교류의 위험성을 알리기 위해 사형수의 사형에 교류를 사용하려고 했다. 하지만 그 결과 사형수는 엄청난 고통을 겪었을 뿐 죽지 않았다. 처형 방법이 틀린 면[footnote]사람은 머리에서 발쪽, 혹은 그 반대쪽으로 전기가 흐를 때 큰 피해를 입는다. 전기가 놔와 척추를 통해서 대량으로
흐르면 뇌와 척수가 마비되면서 쉽게 생명을 잃는 것이다. 반대로 에디슨이 사용한 방법인 오른손과 왼손 사이에 전기를 흘리면 비교적 더 안전한
편으로, 팔에 있는 신경세포들이 파괴될지라도 척추는 전기가 적게 흘러 신경이 피해를 덜 입기 때문이다.[/footnote]도 있었지만, 비교적 교류가 직류보다 안전하기 때문이었다.

ps. 초전도체의 상용화나 무선 전송방법이 개발되면 더 좋은 방법들이 나올지도 모른다. ^^ 기대해 보자.

글 쓴 날 : 2005.01.30