전기와 주파수(Mains Frequencies)

왜 전력 주파수에 50Hz와 60Hz가 있는가?

우리의 일상생활에서 없어서는 않되는 전기는 발전기에 의하여 생산되고 주파수는 발전기(동기 발전기)의 회전속도을 의미한다.

상업적 발전에는 크게 두가지 방식이 있는 데 증기 터빈을 이용한 화력 발전은 터빈의 속도가 빠르기 때문에  60Hz가 유리하고 상대적으로 회전 속도가 낮은 수차를 원동력으로 사용하는 수력 발전은 50Hz가 유리하다고 말 할 수 있다.

물론 오늘날의 기계 공업의 수준에서 볼 때는 꼭 그렇다고 말 할 수는 없는 부분도 있지만 상업적인 발전이 시작된 때를 기준으로 볼 때는 타당성이 있는 말이다.

따라서 화력 발전이 주류인 미국 등지에서는 60Hz가, 수력 발전이 주류인 유럽에서 50Hz가 시작되었다.

역사적, 경제적 배경을 고려하면, 호주, 뉴질랜드, 인도 등은 영국의 식민지 였으므로 당연히 50Hz 국가 이고, 한국은 미국으로부터 발전 설비가 도입되면서 60Hz를 사용하게 된 것으로 생각된다.

일본의 경우 근대화의 벤치마킹이 네덜란드(일본의 자동차 좌측 통행의 근거가 된다)였으므로 50Hz로 시작하였으나 2차 대전 패망 이후 미국의 영향이 증대 되면서 미국에서 60Hz 발전 설비가 들어와 기존의 50Hz에 더하여져서 "짬뽕"이 된 것으로 생각된다.

동남아의 경우 인도네시아, 싱가포르, 말레이시아, 베트남 등유럽 식민지 출신 국가가 많아 대부분 50Hz가 사용 되고 있다.

중국은 TV 전송 방식(PAL)을 비롯, 휴대 전화 방식(GSM) 전력 주파수(50Hz) 등 기술의 유럽 편향적인 경향을 보인다.

주:

1)  주파수의 단위는 Hz("헤르츠"로 읽는다) 이고 이는 일초 당 변화(Cycle/Sec)를 계산한 값이다.

2)  동기 발전기(同期 發電機)와 동기 전동기(同期電動機)의 동기 속도 공식은; 

 

여기서, Ns=동기속도, f=주파수, P=극수(2,4,6,8 등 짝수-N극, S극은 항상 동시에 존재하므로 홀 수는 없다)

50Hz용 유도 전동기를 60Hz 전원으로 사용할 수 있는가?

먼저 결론을 말하자면, "가능" 이다.

주파수 개념은 쉽게 생각하여 "에너지 밀도"의 개념으로 해석할 수 있다. 즉, 60Hz 전원은 50Hz 전원 보다 약 20%의 에너지 밀도가 높은 전원이다. 그르므로 50Hz용으로 제작된 유도 전동기를 60Hz 전원에 사용할 경우 20% 정도 높은 밀도의 에너지를 공급한 것과 동일하므로 같은 전압을 공급한다면 큰 무리 없이 동작한다. 그러나 장기간의 사용은 권장할 만한 것은 아니다.

반대의 경우, 60Hz용 유도전동기는 에너지 밀도가 현저히 낮은 50Hz 전원에서 사용할 수 없다.

군용 또는 민간용 항공기에서는 교류 400Hz의 전원을 사용한다. 이는 에너지 밀도를 한층 높임으로서 전동기 등 장비의 중량을 줄일 수 있어 연료 효율을 높일 수 있기 때문으로 생각된다.