발전소에 사용되는 시계

    원자력발전소건 화력발전소건 우리 나라에서는 주파수가 60 Hz인 전기를 생산한다. 그러나 일부 다른 나라에서는 50 Hz를 생산하기도 한다. 전기의 주파수는 시간주파수가 하는 역할 중에서 우리에게 아주 친밀한 것 중의 하나이다. 예를 들면, 전기 시계는 시계를 동작시키는 동력뿐만 아니라 시계가 가는 속도도 전기에 의해서 결정된다. 전력회사는 전기 주파수를 아주 조심스럽게 조정하는데 그 덕분에 전기시계는 꽤 정확한 시간을 유지한다. 옛날에 사용하던 카세트 녹음기나 레코드 플레이어는 내부에 장착된 모터가 돌면서 소리를 재생시키는 것인데, 그 모터의 회전 속도는 전기 주파수에 의해서 조절된다. 이것뿐만 아니라 전기 면도기, 진공 청소기, 세탁기 등도 전기 주파수가 정확해야만 효율적으로 동작한다.
   그러나 전기에서 주파수의 작은 변동은 피할 수 없다. 즉 어떤 도시에서 프로야구 중계를 보기 위해 많은 가정에서 동시에 텔레비젼을 켰다면 이 예상치 않았던 전력 사용량의 증가로 인해서 발전기에는 많은 부하가 걸리게 되고 이 때문에 회전 속도가 느려지게 된다. 회전속도를 정상으로 만들기 위해선 모터에 입력하는 에너지를 높히거나 부하를 줄여주어야 한다. 예를 들면, 전기 주파수는 부하가 증가하면 59.9 Hz가 되었다가 부하가 제거되면 다시 60.0 Hz로 복원된다.
  전기 주파수가 낮은 상태로 지속되는 동안에 전기 시계는 느리게 가는데, 나중에 60 Hz로 복원되어도 그 동안에 누적된 시간차이 때문에 늦은 시각을 나타내게 될 것이다. 이 시간 오차를 없애기 위해서 전력회사에서는 전기 주파수를 약간 올려서 일정시간 유지하다가, 시간 오차가 제거되었을 때 다시 60 Hz로 복원시키는 방법을 사용한다.
  지금까지의 예는 전기 주파수가 전기시계의 타임 베이스로서 작용하는 것을 보여준 것인데, 이것은 전력시스템에서 주파수가 하는 아주 작은 역할에 불과하다. 주파수는 전력시스템의 모든 지점에서 쉽게 측정되는 양이기 때문에 전력 사용량을 측정하는 방법으로도 사용된다.
   전기 주파수의 변화는 전력 소비량의 변화를 나타낸다는 것을 앞에서 언급하였다. 이 변화는 발전기에 공급되는 에너지 - 화력발전의 경우는 증기, 수력발전의 경우는 물 -를 조절하는 신호로 사용된다. 만약 어떤 지역에서 전력 소비량이 발전 용량을 초과한다면 전력이 남는 다른 발전소의 전기를 끌어다 쓰는 방식을 사용하여 전력공급의 신뢰성을 유지한다. 그런데 이 때 전력 공급선이 서로 연결되는 지점에서 전기 주파수는 아주 중요한 역할을 한다. 먼저, 연결 지점에 참여하는 모든 전력의 주파수는 동일해야 한다. 만약 놀고 있던 발전기가 전력 생산을 위해 돌기 시작했다면 연결지점에 참여하기 전에 다른 발전기에서 생산된 전기 주파수와 일치되어야 한다. 그렇지 않고 만약 이 발전기의 회전속도가 느리다면  회전속도를 높히기 위해 다른 발전기에서 생산된 전기가 거꾸로 이 발전기로 흘러들어 온다. 반대의 경우,
즉 이 발전기가 너무 빨리 돈다면 그 속도를 줄이기 위해 과도한 전류가 흘러 나가게 되는데, 두 경우 모두 발전기는 전류에 의해 손상을 입게 된다.  주파수뿐만 아니라 위상도 일치해야 하는데, 위상이 다를 경우에도 전류에 의해 발전기는 손상을 입는다.
  주파수와 위상을 구별하기 위해서 북소리에 맞추어 행진하는 군인들을 생각해보자. 모든 군인들이 북소리가 날 때 발이 땅에 닿는다면 그들은 같은 "주파수"로 행진하는 것이다. 그러나 그들 중 일부는 왼발이 닿고, 또 일부는 오른발이 닿는다면 "위상"은 틀리게 행진하는 것이다.
   오늘날은 새로운 장치가 개발되어서 한 발전기에서 생산되는 전기의 주파수와 위상이 일치하는 경우에만 다른 발전기와 서로 연결되게 되어있다. 이처럼 주파수는 전력의 생산 및 분배를 감시하고 조절하는 일을 도와준다. 전력 소비량과 발전양을 감안하여 전력을 서로 주고받는 시스템이 개발되어 있지만 송전설비에서의 고장 등과 같이 갑작스런 혼란 때문에 계획하지 않았던 수요를 충당시켜야 하는 경우가 생긴다. 이 때 이웃한 발전소 사이에 에너지의 흐름과 전기 주파수 변동에 민감하게 반응하여 조절하는 장치가 사용되고 있다. 이렇게 함으로써 주파수 변동을 최소화 할 뿐만 아니라 송전 계획이 바뀌는 것도 줄일 수 있다.
   시간주파수 기술은 태풍에 송전탑이 무너진 지점을 찾아내는데도 사용된다. 이것은 뒤에서 설명할 무선 항법 시스템과 비슷한 원리이다. 즉, 송전탑이 무너지면서 강한 전류가 누전 되는데 이 신호는 손상되지 않은 전선을 타고 흘러서 여러 군데의 전력 감시소에 기록된다. 그 신호가 감시소에 도착하는 시간은 거리에 따라 달라지므로 이것으로부터 누전지점을 알아낼 수 있다.
   오늘날, 전력을 조절하는 시스템은 점점 더 좋아지고 있다. 이를 위해서 더 자세하고 많은 정보 - 예를 들면, 전력량, 전압, 주파수, 위상 등 -가 수집되고, 이것들이 컴퓨터로 입력되어 시시각각 변하는 상황을 분석해 낸다. 이런 정보는 시간에 따라 기록되어지는데, 미래에는 더 정확한 분석을 위해서 50 마이크로초보다 더 짧은 시간에 발생하는 변화도 감지해야 할 것으로 예상하고 있다.  (정리: 이호성, 1999.11.1.)