Lecture 교류 송전과 직류 송전

역사적으로 송전망은 초창기 발전기에 교류와 직류가 혼용되었으나, 당시 기술적 한계로 인해 직류 송전은 더이상 발전하지 못하고 현재의 교류 방식으로 발전하게 되었습니다.

그런데, 최근 기술의 발달로 직류 송전의 한계가 많이 극복되고 특정한 경우에는 교류에 비해 직류 송전이 가지는 장점이 뚜렷하여 직류 송전의 적용도 확대되고 있습니다.

따라서 교류 송전과 직류 송전 각각의 방식이 가지는 특징에 대하여 알아보겠습니다.

(1) 교류 방식의 특징

교류 방식의 장점

교류 방식은 오랜 기간 동안 안정적으로 전기를 공급하여 왔으며, 현재의 대부분의 전력망을 구성하고 있습니다. 다음과 같은 교류 송전망의 장점으로 부터 교류 공급 방식이 채택되게 되었습니다.

1. 교류의 전압을 자유롭게 변환할 수 있게 해주는 변압기가 발명됨으로 해서 발전소의 전압을 고전압으로 수월하게 승압시킬 수 있고 수요지에서 쉽게 강압할 수 있음으로 해서, 전력의 대규모 장거리 송전이 가능하여 교류 송전망이 성립하는데 결정적인 역할을 하였음.

2. 다상 교류 방식은 회전 자계를 수월하게 만들어 주므로 이를 이용한 회전기가 발명되어 산업 동력에 널리 이용됨. 이에 비해 직류를 이용한 회전기는 정류자를 통하여 회전 자계를 형성하며, 정류자의 기계적 문제등으로 인하여 대용량 회전기의 개발에 어려움이 있음.

3. 앞에서 언급한 변압기 등의 기기가 개발됨에 따라 발전으로 부터 승압, 송배전등이 수월하며, 발전기 및 부하등의 상호 연결에 있어서 일관된 운용을 가능하게 되었음.

교류 방식의 단점

1. 교류 전압과 전류는 매 순간 정현적으로 변화하므로 이를 측정, 관리하는 데 있어서 많은 기술적 제약이 따르며, 이를 해결하기 위한 비용이 높은 편임.
2. 장거리 송전에 있어서 선로의 리액턴스 성분으로 인해 안정도 문제가 발생하는 한계가 있음.
3. 정현파의 최고치에 비하여 실효치가 낮음으로 해서 직류 대비 높은 전압이 기기에 부과되어 더 높은 절연 능력이 요구됨.

(2) 직류 방식의 특징

직류 송전 방식은 교류 송전 방식이 가지는 단점을 보완해 주는 특징을 가지고 있으므로 최근 그 적용이 늘어나고 있는 추세이며, 기술적 어려움으로 인한 단점은 서서히 개선되어 가고 있습니다. 아래에 교류와 비교한 직류 송전 방식의 장단점에 대하여 알아보겠습니다.

직류 방식의 장점

1. 교류 송전 방식과 동일한 전력을 송전하는 경우 좀더 낮은 전압으로 송전할 수 있으므로 기기의 절연 수준이 낮고, 코로나 손실이 적음.
2. 선로의 리액턴스가 직류 송전의 안정도에 영향을 미치지 않으므로 안정도가 높고 장거리 송전에 유리함.
3. 교류 송전 방식은 무효 전력을 동시에 공급하여야 하나 직류 송전 방식은 무효 전력이 필요 없으며, 이로 인한 손실도 없고 운용하기도 수월함.
4. 교류 송전에서 발생하는 표피 효과에 의한 손실이 없으므로 실효 저항이 감소하는 효과가 있음.
5. 주파수가 서로 다른 두 시스템을 연결할 수 있는 연계 역할을 할 수 있음.
6. 선로의 커패시턴스에 의한 충전 전류가 발생하지 않으므로 손실이 감소됨.

직류 방식의 단점

1. 발전소와 부하는 교류 송전망에 연결되어 있으며, 교류 송전망의 일부분에 적용되기 때문에 직류와 교류의 변환 장치가 필요함.
2. 직류와 교류의 변환에서 발생하는 고조파가 교류 송전망에 침투하므로 이의 억제 대책이 필요함.
3. 교류와 달리 전류의 영점이 발생하지 않으므로 대전류 차단이 어려움.