전기:주파수가 60으로 고정된 수학

1. 전기의 발생 

우선 여기서 전기란 교류전기를 말합니다

우리가 사용하는 전기가 대개 220볼트이고 주파수가 60Hz 라는 것은

1초에 전압이 +220볼트에서 -220볼트로 갔다가 다시 +220볼트로 60번이 바뀐다는 의미입니다

이것을 이해하기 위해서는 우리가 흔히 쓰는 전기가 생성되는 양상을 보시면 쉽게 이해가 됩니다

[ 발전기의 구조와 전기의 발생 ]

[ 3상 교류 전기의 발생과 파형 ]

[ 3상 교류의 파형과 방향 ]

 

[ 3상 교류 전기의 전압과 위상 / 선간전압이 30도 앞선다 ]

 

전기는 두 자극 사이의 자기력선 공간 내에 있는 코일이 화력, 원자력,수력이라는 힘에 의해 회전하면서 발생됩니다.

이때 생기는 기전력은 시간, 즉 코일의 회전에 따라 세기와 방향이 달라지는전류, 즉 교류전기를 발생하는데 이를 수학적으로 표현하려면 코일의 회전에서 생기는 전류, 즉 방향과 극성이 비꾸뀌는 전류의 흐름을, 바로 원운동을 수학적으로 표현해야 합니다.

[ 교류 전원의 이해 구조 ]

 

이제 전기는 수학의 세계로 들어갑니다. 원운동을 잘 표현하기 위하여

 

1) 각도법이 아닌 호도법을 사용합니다

2) 파형을 삼각함수로 표현합니다

3) 전기적 성질을 복소수나 벡터로도 나타냅니다

4) 전기적 성질을 미분과 적분으로로 나타냅니다

 

왼쪽의 일정한 반지름을 가지고 원운동하는 것을 시간축으로 나타내면 sine 파형, 즉 정현파로 나타내게 됩니다

제목에서 주파수가 고정되었다는 의미는 우리가 쓰는 전기의 주파수가 60Hz라는 의미로

sine함수중 각속도 ω, 즉 2πf 에서 f가 60으로 고정된 전기를 사용한다는 의미입니다.

물론 60Hz은 우리나라 발전기 제조의 기준이고 가령 북한의 경우에는 50Hz 전기를 사용하고 있다고 합니다.

 

2. 전기의 전달 (송전)

- 발전소의 발전 전압 : 12kV, 22kV

- 송전 전압 : 154kV, 345kV, 765kV 

[ 대한민국 송전 계통도 ]

[ 발전소 - 변전소 - 주상변압기 ]

 

[ 송전탑의 구조 ]

3. 전기의 분배 (배전)

[ 전봇대의 구조 ]

 

[ 인입선 / 계량기 ]

[ 세대 분전반 3상, 단상 ]