송전선에서의 손실전력
발전소에서 생산된 전력을 전력을 소비하는 곳으로 전달하는 과정을 송전이라고 합니다. 이를 좀 더 좁게 구분할 수 있는데, 발전소에서 생산된 전기에너지를 변전소까지 보내는 것을 송전(power transmission), 변전소에서 사용자에게 전력을 분배하는 과정을 배전(power distribution)이라고 하기도 하고요. 이러한 송전 과정에서는 송전선의 저항에 의해서 열이 발생하고 전력의 일부가 손실되는데요, 전기에너지의 일부가 열에너지로 전환되는 것으로 이해를 하면 됩니다.
손실 전력 계산 방법
저항이 R인 송전선에 전류 I가 흐를 때 손실되는 전력 P(손실)은 송전선의 전류의 제곱에 비례하고, 또한 저항에 비례하게 됩니다. 이를 식으로 표현하면 아래와 같습니다.
손실전력 = 전류^2 x 저항
P(손실) = I^2 x R
여기서 전압을 이용하여 위의 수식을 VI 또는 V^2 / R로 표현을 하려면 발전소와 전력이 소비되는 곳의 전기저항을 고려한 다음에 송전선에 걸리는 전압을 산출하여야 하는데 이는 사실 간단한 과정이 아니기 때문에 손실전력은 위의 전류와 저항으로 이루어진 식만 사용을 하면 됩니다. 그리고, 위의 식을 보았을 때 전류의 세기가 셀수록 많은 양의 전력이 열로 손실이 되는 것을 알 수가 있습니다.
손실전력을 줄이는 방법
손실전력은 전류의 제곱에 비례하고 또한 저항에 비례하기 때문에 손실전력을 줄이기 위해서는 전류의 세기를 작게 하거나 송전선의 저항을 작게 하면 됩니다. 따라서 손실전력을 줄이는 방법은 아래와 같이 정리할 수 있습니다.
송전전류의 세기를 작게 하는 방법
송전 전력이 일정할 때 송전전류의 세기를 낮추기 위해 송전 전압을 높이는 방법입니다. 일정한 전력 P를 송전한다고 할 때 송전 전압을 n배 높여서 송전을 한다면 송전선에 흐르는 전류의 세기는 1/n배가 됩니다. 전력은 단위 시간당 전기에너지이고 이는 다시 전압과 전류의 곱으로 나타낼 수 있다는 것을 아래 포스팅을 참고하면 되겠습니다. 이렇게 하면 전류의 세기가 1/n배가 되므로 송전선에서 손실되는 전력은 1/(n^2)으로 감소하게 됩니다.
2023.11.22 - [과학] - 소비전력과 전력량 (Power consumption and wattage)
소비전력과 전력량 (Power consumption and wattage)
소비전력(Power consumption) 아래와 같이 가전제품에 붙어 있는 라벨을 한 번쯤은 본 적이 있을 것입니다. 보면 정격전압과 정격표시 소비전력이라는 항목이 보이죠. 정격전압이라는 것은 전기 기구
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송전선의 저항을 작게 하는 방법
송전선의 저항을 낮추기 위해서 전기 저항이 작은 재질의 송전선을 이용하는 방법과 송전선의 굵기를 키우는 방법이 있습니다. 이는 저항의 기초 개념을 이해하면 쉽게 생각해 낼 수 있는 방법입니다. 저항은 도선의 길이에 비례하고, 도선의 단면적에 반비례하기 때문이죠.
전기 저항 ∝ 도선의 길이 / 도선의 단면적
다만 전기 저항이 가장 낮은 금속인 은(Ag)을 적용하기에는 가격이 아주 비싸고, 송전선 굵기를 키우게 되면 송전선 제작 비용이 늘어날뿐더러 송전탑 역시 전선의 무게를 감당할 수 있도록 구조적인 강도를 보다 튼튼하게 건설하여야 하므로 어떤 방향이든 경제적 측면에서 비용 문제가 있습니다. 따라서 손실전력을 줄이기 위해서는 송전선의 저항을 낮추는 방법보다 송전전압을 높이는 것이 아무래도 효과적인 방법이 됩니다. 그렇기 때문에 일반적으로 고전압 송전이 전력 수송에 이용되고 있습니다.
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