송전선이란?
왜 발전소는 그렇게 멀리 떨어져 있을까?
전기를 만드는 건 정말 엄청난 일이에요! 발전소를 짓고 운영하는 데 엄청난 비용이 들죠. 게다가 많은 발전소는 냉각을 위해 큰 연못이 필요하고, 솔직히 말해서 대부분의 사람들은 바로 옆에 거대한 산업 공장이 있는 걸 원하지 않아요! 그래서 발전소는 보통 땅값이 싸고 공간도 더 넓은 시골 지역에 짓는 경우가 많아요.
즉, 엄청난 양의 전기가 생산지에서 우리가 사용하는 곳까지 먼 거리를 이동해야 합니다. 전선이 확실한 해결책이지만, 효율성을 높이려면 전선을 엮는 것만으로는 충분하지 않습니다.
가장 큰 문제: 에너지 낭비!
구리나 알루미늄처럼 좋은 전선조차도 전류 흐름을 약간 방해합니다. 집에서도 이를 확인할 수 있습니다.
- 헤어드라이어를 콘센트에 직접 꽂으면 아주 잘 작동합니다.
- 정말 길고 얇은 연장 코드에 꽂으면 제대로 작동하지 않을 수도 있고, 코드가 따뜻해질 수도 있습니다!
그 따뜻함은 전선의 저항 때문에 에너지가 열로 낭비된다는 것을 의미합니다. 전력 회사는 계량기에 도달하는 전기량에 대해서만 비용을 지불받고, 도중에 손실되는 에너지에 대해서는 비용을 지불받지 않습니다. 그래서 그들은 전력 낭비를 정말 원합니다!
매우 스마트한 솔루션: 고전압!
똑똑한 비결이 있습니다. 열로 손실되는 전력량은 흐르는 전기량("전류"라고 합니다)과 전선의 저항에 따라 크게 달라집니다. 실제로 전류를 절반으로 줄이면 열로 손실되는 전력량이 4배나 줄어듭니다! 정말 큰 차이입니다!
그렇다면 전류는 줄이면서 같은 양의 전력을 어떻게 보낼 수 있을까요? 바로 전압을 높이는 것입니다! 전압은 전기의 "밀어내기" 또는 "압력"이라고 생각해 보세요. "밀어내기"가 많으면 같은 양의 일을 하는 데 필요한 "흐름"(전류)이 그만큼 많지 않습니다.
발전소에서는 변압기 라는 특수 장치가 전압을 엄청나게 높여서 때로는 수십만 볼트까지 올립니다! 이렇게 하면 전선의 전류가 낮아져 낭비되는 에너지가 크게 줄어들고, 최대한 많은 전기가 가정에 공급됩니다.
이걸 직접 시연해 볼 수도 있습니다! 아주 가는 전선으로 헤어드라이어에 전원을 공급하면 전류가 너무 많이 흐르면서 열이 발생하여 녹아내립니다. 하지만 가는 전선 앞에 변압기를 사용하여 전압을 높이고, 그 뒤에 변압기를 사용하여 전압을 낮추면 헤어드라이어가 완벽하게 작동합니다! 가는 전선은 전류가 훨씬 낮기 때문에 전력을 감당할 수 있습니다.
안전 유지: 고전압 길들이기
하지만 잠깐, 함정이 있어요! 고전압은 정말 위험해요. 전기는 정말 움직이고 싶어 하고, 공기처럼 전기가 통하지 않는다고 생각하는 물질도 뚫고 지나갈 수 있다는 뜻이에요!
엔지니어는 이러한 노선을 설계할 때 매우 조심해야 합니다.
- 높은 탑: 송전탑은 정말 높아서 지상에 있는 사람이 실수로 전선에 너무 가까이 다가가서 전기가 점프하는 일이 없습니다.
- 공극: 대부분의 장거리 전력선은 주변에 두꺼운 절연체가 없습니다. 대신, 모든 전선을 멀리 떨어뜨려 공기 자체를 단열재로 사용합니다.
- 절연체: 도체는 긴 세라믹 디스크를 사용하여 타워에 연결됩니다. 이 디스크는 전류가 흐르는 전선을 접지된 금속 타워에서 멀리 떨어뜨려 놓는 초강력 장벽과 같습니다. 디스크가 젖으면 전기가 빠져나가려면 훨씬 길고 구불구불한 경로를 따라야 하므로 더 어려워집니다. (재미있는 사실: 절연체에 있는 세라믹 디스크의 개수를 세면 전선의 전압을 대략적으로 알 수 있습니다! 디스크의 개수에 15를 곱하면 됩니다. 따라서 디스크가 9개라면 138킬로볼트(kV) 전선일 것입니다!)
- 차폐선: 타워 꼭대기에 작은 전선들이 쉴드되어 있는 것을 흔히 볼 수 있습니다. 이 전선들은 전력을 전달하는 것이 아니라, 주 전력선을 낙뢰로부터 보호하는 역할을 합니다!
단순한 전선 이상: 설계 과제
단순히 전기를 그곳에 공급하는 것만이 중요한 게 아닙니다 . 전선이 그곳에 놓여 있고 문제를 일으키지 않는지 확인하는 것도 중요합니다!
- 강도 대 저항성: 엔지니어는 수 마일 동안 늘어날 수 있을 만큼 강하면서도 전기를 매우 잘 전달하는 재료를 선택해야 합니다.
- 열과 처짐: 전기가 많이 흐르면 전선이 매우 뜨거워지고 더 심하게 늘어질 수 있습니다. 나무에 너무 가까이 붙으면 문제가 될 수 있습니다!
- 바람: 바람은 전선을 흔들고 떨게 만들 수 있으며, 시간이 지남에 따라 전선이 손상될 수 있습니다. 전선에 "스톡브리지 댐퍼"라고 하는 작은 추를 볼 수 있는데, 이는 흔들림을 방지하는 데 도움이 됩니다!
- 자기장: 고전압선은 눈에 보이지 않는 자기장을 생성하여 울타리와 같은 근처 금속 물체에 전류가 흐르게 하거나 심지어 전자 기기를 손상시킬 수도 있습니다. 엔지니어들은 사람들이 있을 수 있는 곳에서는 자기장이 낮게 유지되도록 타워를 설계합니다.
- 소음: 때로는 이러한 선이 윙윙거리는 소리를 낼 수도 있으므로 엔지니어는 이 부분도 고려해야 합니다!
권력의 미래
전기를 얻는 방식은 끊임없이 변화하고 있습니다. 점점 더 많은 사람들이 집에 태양광 패널을 설치하여 전기를 직접 생산하고, 남은 전기는 전력망으로 보내기도 합니다! 이는 길고 긴 송전선을 통해 전기를 송전해야 하는 필요성이 줄어든다는 것을 의미합니다.
반면에 전기는 이제 먼 거리에 걸쳐 사고팔기 때문에 "전기 고속도로"는 여전히 매우 중요합니다.
그러니 다음에 풍경을 가로지르는 거대한 송전탑을 보게 된다면, 그것들이 단순한 전선이 아니라는 것을 기억하세요. 그것들은 우리 모두에게 필요한 전력을 공급하는 영리한 공학의 매혹적인 사례입니다!
