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주파수의 모든 것

ⓒ픽사베이

 

해외여행을 가거나 해외직구로 전자제품을 구매할 때 전압과 플러그 모양은 꼼꼼히 알아보는 반면 주파수의 변화에 있어서는 특별히 신경을 쓰지 않습니다. 대부분 라디오 청취 시에만 주파수를 체크하곤 하죠. 그런데 전기에도 주파수가 있다는 것, 알고 계신가요? 게다가 나라에 따라 사용하는 주파수가 조금씩 다르기도 합니다. 그렇다면 주파수는 무엇이고, 전기와 주파수는 어떤 관계가 있는지 알아보도록 하겠습니다.

 

주파수는 무엇일까?

주파수(Frequency)는 일정한 크기의 전류나 전압, 진동 등이 1초 동안 반복되는 횟수를 뜻합니다. 주파수는 보통 Hz(헤르츠)를 단위로 사용하는데요. 이는 독일의 물리학자 ‘하인리히 헤르츠’가 공기 중에 전자기파(전자파)가 존재한다는 사실을 실험을 통해 최초로 입증하면서 그 이름을 따 주파수의 단위로 사용하게 되었습니다. 주파수는 시간이 지남에 따라 극성이 (+)와 (-)를 번갈아 변하는 교류전기(AC)에서 나타나는 것입니다. 따라서 아래 그림과 같이 파도를 치는 형태의 파형이 나타납니다.

 

ⓒ유유리 제작

 

이 파형에서 평형점 ‘0’을 기준으로 가장 높은 지점을 ‘마루’라고 하고, 가장 낮은 지점을 ‘골’이라고 부릅니다. 그리고 평형점에서 마루나 골까지의 높이를 ‘진폭’이라고 합니다. 여기서 하나의 파형 모양이 시작하여 다음 파형 모양이 반복되기 까지 걸리는 시간, 즉 같은 모양이 다시 나타날 때까지의 시간을 ‘주기(cycle)’라고 하는데요. 이러한 주기(cycle)가 1초에 몇 번 반복되는가에 따라 주파수가 결정되는 것입니다. 예를 들어 위 그림과 같이 1초 당 3번 같은 모양이 반복되면 주파수는 3Hz가 되는 것이죠. 그런데 이를 반대로 생각해보면 3Hz인 주파수에서 주기 한 개를 만드는 데 1/3초가 걸린다고 할 수 있습니다. 주파수와 주기는 반비례관계임을 알 수 있죠. 따라서 주파수와 주기의 관계는 ‘f(주파수)=1/T(주기)’로 표현할 수 있습니다.

 

국가별로 주파수가 다른 이유는?

상용 전기 주파수는 50Hz와 60Hz 이 두 종류를 사용합니다. 이 중 우리나라는 60Hz를 표준으로 사용하고 있죠. 그런데 어떤 나라는 50Hz를 사용합니다. 국가별로 사용 전압과 플러그 모양이 다른 것처럼 주파수도 다른 것이죠. 이 차이는 역사적 이유에 기인하고 있습니다. 처음 전기사업을 시작할 때 어느 방식의 발전기를 먼저 도입했느냐가 현재 각 국에서 사용하고 있는 주파수에 영향을 주고 있는 것입니다. 유럽의 발전기 방식을 먼저 도입한 나라는 50Hz를, 미국의 발전기 방식을 도입한 나라는 60Hz를 사용하고 있습니다. 우리나라는 미국 에디슨 전등회사를 통해 전기가 처음으로 들어오게 되었기 때문에 미국의 영향을 받아 60Hz를 사용하게 된 것이죠.

 

ⓒ유유리 제작

 

주파수는 전동기를 사용하는 전자기기의 수명과 효율에 미치는 영향이 커 대부분 상용 전기 주파수를 하나로 통일하여 사용합니다. 그런데 특이하게도 일본은 동부는 50Hz, 서부는 60Hz로 한 나라에서 두 개의 주파수를 사용하고 있는데요. 그 이유는 동부와 서부의 전력회사가 다른데, 동부는 독일에서, 서부는 미국에서 발전기를 수입했기 때문입니다.

 

안정적 전력공급을 위한 주파수 조정용 ESS

발전소에서 생산되는 전력은 수요와 공급의 차이로 인해 주파수 변화가 발생합니다. 주파수가 변화하면 전압에도 변동이 발생되어 전력의 품질이 나빠질 수 있는데요. 이렇게 되면 대규모 광역 정전 사태가 발생할 수 있습니다. 그러나 주파수 조정용 ESS가 있다면 이러한 위험을 대비할 수 있죠. 주파수 조정용 ESS란 실시간으로 전력을 저장하고 공급하는 과정을 통해 발전소에서 생산되는 전기의 주파수를 조정하는 ESS입니다. 따라서 주파수 조정용 ESS가 구축되면 계속해서 변화하는 전력수요에 대응하여 표준 주파수를 일정하게 유지할 수 있어 안정적이고 좋은 품질의 전력을 유지할 수 있습니다.

 

ⓒ한국전력 홈페이지

 

한국전력은 현재 총 13개 장소에 주파수 조정용 ESS를 구축해놓았는데요, 지난 2017년 김제 변전소를 마지막으로 총 376MW 규모가 됨으로써 세계 최대 규모 주파수 조정용 ESS를 구축한 것이 되었습니다! 이렇게 한전에서도 주파수 조정을 통한 전력계통의 안정화를 위해 노력하고 있답니다.

 

이번에는 전기의 주파수에 대해 알아봤는데요! 이렇게 나라마다 표준 주파수가 조금씩 다르지만 최근에 나온 대부분의 전자제품은 50Hz와 60Hz를 겸용하여 사용할 수 있도록 되어 있다고 합니다. 하지만 제품에 따라 주파수가 미치는 영향이 다르기 때문에 미리 알아보는 것이 좋겠죠? 주파수의 모든 것, 여러분에게 유익한 시간이었길 바랍니다.

 

 

 


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  • YN 2020.12.04 16:22
    오호 주파수 차이 유래는 처음 알았네요
  • 좋아요 2021.06.25 13:41
    주파수 정의 찾고 있었는데 위키나 나무위키랑 비교해도 제일 알아듣기 쉽게 설명되어 있네요. 특히 짧게 쓰면서도 극성까지 그려주어 다른 무선 통신 기사들 이해하는데도 도움이 되었어요

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