인천ㆍ수원 방향에서 온 1호선 전철이 남영역을 지나 다음역인 서울역으로 향하던 도중 갑자기 틱 하는 소리와 함께 실내조명이 꺼져버린다. 그와 동시에 조명등 몇 개가 다시 살아나면서 겨우 신문의 큰 제목 정도만 볼 수 있을 정도의 밝기가 유지된다.
다른 전원도 모두 꺼졌는지 전동차는 조용히 관성의 힘으로 주행하다가 마침내 지하구간의 서울역에 거의 다 와서야 다시 불이 들어오고 동력이 가해지는 걸 느낄 수 있다. 이 구간의 1호선 전철을 이용한 시민이라면 누구나 겪어서 알고 있는 일이다. 이런 현상은 이곳뿐만 아니라 청량리역-회기역 구간(1호선), 남태령역-선바위역 구간(4호선) 등에서도 경험할 수 있다.
그 이유는 서울 지하철 1호선의 경우 도시철도인 서울역-청량리역 구간은 직류 1천500볼트를 사용하고, 광역전철인 의정부역-회기역, 남영역-수원역ㆍ인천역 구간은 교류 2만5천 볼트를 사용하기 때문이다. 즉, 전류 방식이 서로 다른 구간(이런 구간을 사구간 또는 절연구간이라 함)을 지날 때 급전 방식을 바꾸기 위해 몇 초간 일시적으로 전동차의 모든 전원을 끈다. 전동차는 배터리에 충전된 전원을 이용하여 최소한의 실내 조명등을 밝힌 채 관성으로 주행하다가 급전 방식이 바뀐 다음에 다시 전원을 넣어 운행을 계속하는 것이다. 이처럼 같은 구간이라도 전류 방식이 다른 것은 직류와 교류의 특성 차이 때문이다. 전류에는 직류와 교류라는 두 가지 형태가 있다. 직류는 항상 일정한 방향으로 흐르는 전류이고, 교류는 전기가 흐르는 방향이 시간에 따라 주기적으로 변하는 전류이다. 우리나라 가정에 공급되는 전류는 교류로서 60Hz, 즉 1초에 전류의 방향이 교대로 60번 바뀐다.
우선 도시철도에서 직류를 사용하는 것은 직류의 특성상 전기적 품질이 대단히 우수하기 때문이다. 하지만 직류는 거리가 멀 경우 전압이 떨어지는 현상이 생긴다. 이를 방지하기 위해 중간 중간 변전설비를 설치하여 전압이 떨어지는 것을 막는다. 도시철도는 도시 내에서 운행되므로 직류를 사용해도 기존의 변전설비를 이용할 수 있는 등 변전설비를 설치하는 데 많은 비용이 발생하지 않는다. 이에 비해 도시와 도시 간을 운행하는 광역전철은 거리가 먼 곳까지 전기의 품질을 떨어뜨리지 않고 송전할 수 있는 교류가 유리하다. 다시 말해 전류의 특성과 효율성을 고려하여 전철 구간별로 서로 다른 전류를 사용하고 있는 것이다.
출처 : 사이언스올 칼럼 이성규의 이야기가 있는 과학 이슈 중 [ 바로가기 ]
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