직류와 교류의 경쟁 — 전압을 바꾸는 기술이 전력망의 표준을 정한 과정

2026년 10월 30일

1882년 9월 4일, 미국 뉴욕 맨해튼 남쪽의 펄 스트리트 257번지 발전소가 전기를 보내기 시작했다. 첫날 고객 약 85곳이 전등 약 400개를 켰다. 이 발전소가 보낸 전기는 110볼트 직류였다. 지금 한국의 가정용 콘센트로 들어오는 전기는 220볼트, 60헤르츠 교류다. 140여 년 사이에 전기의 종류가 바뀐 셈이다.

이 전환은 흔히 「에디슨 대 테슬라」라는 두 발명가의 대결로 이야기된다. 고집스러운 사업가 에디슨이 직류를 고수했고, 천재 테슬라가 교류로 그를 이겼다는 줄거리다. 실제 경과는 이보다 복잡하다. 사업으로 맞선 쪽은 에디슨의 회사들과 조지 웨스팅하우스의 회사였고, 테슬라의 특허는 웨스팅하우스가 사들인 여러 기술 가운데 하나였다. 교류를 실용화한 사람도 테슬라 한 명이 아니었다. 이 글은 발견에서 상용화까지의 경과를 사료로 따라가며 한 가지를 확인한다. 직류와 교류의 승부를 정한 것은 발명가 개인의 우열이 아니라, 전압을 싸게 바꿀 수 있느냐는 기술 조건이었다. 그리고 반도체가 그 조건을 바꾸자 직류가 송전에 돌아왔다.

전압, 전류, 전력 — 송전 손실이 전압에 달린 이유

승부의 조건을 이해하려면 전기의 세 가지 양부터 구분해야 한다. 전압은 두 지점 사이에서 전하를 밀어 움직이게 하는 힘의 크기이고 단위는 볼트(V)다. 전류는 전선의 한 단면을 1초 동안 지나가는 전하의 양이며 단위는 암페어(A)다. 1암페어는 1초에 1쿨롬의 전하가 지나가는 흐름이고, 1쿨롬은 전자 약 6.24×10¹⁸개의 전하에 해당한다. 전력은 1초 동안 전달되는 에너지로, 전압과 전류를 곱한 값이다. 단위는 와트(W)다.

전력은 순간의 세기를 나타낸다. 전기요금 고지서에 찍히는 킬로와트시(kWh)는 그 세기로 얼마 동안 썼는지를 곱한 전력량이다. 1킬로와트 전기난로를 3시간 켜면 3킬로와트시가 된다. 송전을 이야기할 때 중요한 것은 앞의 전력, 곧 한 순간에 얼마를 보내느냐다.

같은 전력은 여러 조합으로 만들 수 있다. 220볼트에 10암페어를 곱해도 2,200와트이고, 22,000볼트에 0.1암페어를 곱해도 2,200와트다. 조합이 달라지면 전선에서 생기는 손실이 달라진다. 전선에는 전류의 흐름을 방해하는 성질인 저항이 있어서, 전류가 지나가는 동안 에너지 일부가 열로 바뀐다. 이 손실은 전류의 제곱에 저항을 곱한 값이다. 같은 전선으로 같은 전력을 보낼 때 전압을 10배로 올리면 전류는 10분의 1이 되고, 손실은 100분의 1로 줄어든다.

전기를 멀리 보내려면 전압을 높여야 하고, 쓰는 곳에서는 안전을 위해 다시 낮춰야 한다. 19세기 말에 이 두 작업을 싸게 할 수 있었던 것은 교류뿐이었다. 그 이유는 교류와 직류를 함께 만든 원리, 곧 전자기 유도에 있다. 이 원리가 발견되기까지 약 230년이 걸렸다.

호박에서 전자기 유도까지 — 발견의 230년

옛 그리스 사람들은 호박이라는 노란 화석 수지를 털가죽에 문지르면 가벼운 물체가 달라붙는다는 것을 알고 있었다. 그리스어로 호박을 엘렉트론(ēlektron)이라고 한다. 1600년 영국의 의사 윌리엄 길버트는 『자석에 관하여(De Magnete)』에서 문지르면 이렇게 끌어당기는 물질들을 라틴어 일렉트리쿠스(electricus), 곧 「호박 같은 것」으로 불렀다. 영어 electricity는 이 말에서 나왔다. 길버트는 같은 책에서 지구 자체가 큰 자석이라서 나침반이 북쪽을 가리킨다고 설명했다. 당시 전기와 자기는 서로 다른 현상으로 취급되었다.

18세기 학자들은 문질러서 만든 정전기를 유리병에 모아 두는 레이던 병을 만들었다. 그러나 이 전기와 하늘의 번개가 같은 것인지는 아직 밝혀지지 않은 상태였다. 미국 프랭클린 연구소의 정리에 따르면 1752년 6월 어느 오후, 벤저민 프랭클린은 필라델피아에서 폭풍이 다가오는 날 큰 비단 손수건으로 만든 연을 날렸다. 연 꼭대기에는 뾰족한 철사를 달았고, 연줄은 비에 젖으면 전기가 잘 통하는 삼실로 하고 그 끝에 집 열쇠를 매달았다. 손에는 젖지 않도록 헛간 문간에서 마른 비단 끈을 쥐었다. 아들 윌리엄이 도왔고 레이던 병도 준비했다.

연은 번개를 맞지 않았다. 맞았다면 프랭클린은 크게 다쳤을 것이다. 연은 폭풍 속 공기에 있던 전하를 끌어모았다. 이 실험을 기록한 조지프 프리스틀리에 따르면 삼실의 풀린 보푸라기가 꼿꼿이 일어섰고, 프랭클린이 열쇠에 손가락 마디를 가까이 대자 뚜렷한 전기 불꽃이 튀었다. 번개가 전기라는 것을 처음 보인 사람이 프랭클린 혼자는 아니다. 한 달 앞서 프랑스 북부에서 토마프랑수아 달리바르가 프랭클린이 제안한 방법으로 같은 결론을 얻었다. 이듬해 러시아에서 비슷한 실험을 하던 게오르크 빌헬름 리히만은 구전에 맞아 숨졌다. 프랭클린은 이 결과를 피뢰침으로 이어 갔다. 건물 꼭대기에 뾰족한 쇠막대를 세우고 땅까지 도선을 이으면 번개가 건물 대신 도선을 타고 땅으로 빠진다. 영국 왕립학회는 1753년 프랭클린에게 코플리 메달을 주었다.

번개를 확인한 뒤에도 전기는 한순간 튀고 사라지는 현상이었다. 1780년대 이탈리아의 루이지 갈바니는 죽은 개구리 다리가 금속에 닿으면 움찔하는 것을 보고 동물의 몸에 전기가 있다고 보았다. 알레산드로 볼타는 이 현상이 서로 다른 두 금속과 그 사이 액체의 화학 작용에서 나온다고 반박했다. 볼타는 구리판과 아연판 사이에 묽은 산에 적신 천을 끼워 층층이 쌓았고, 이 장치에서 전류가 끊이지 않고 흘렀다. 전기공학자 단체 IEEE는 이 볼타 전퇴를 1799년의 성과로 기록하며, 처음으로 연속적이고 재현 가능한 전류를 얻은 일로 평가한다. 볼타는 1800년 영국 왕립학회에 이 결과를 보고했고, 전압의 단위 볼트는 그의 이름에서 왔다.

꾸준히 흐르는 전류가 생기자 그 전류가 주변에 무슨 일을 하는지 실험할 수 있게 되었다. 1820년 덴마크의 한스 크리스티안 외르스테드는 전류가 흐르는 전선 옆에서 나침반 바늘이 움직이는 것을 발견했다. 전류가 자기의 힘을 만든다는 첫 증거였다. 그렇다면 거꾸로 자기로 전류를 만들 수 있는가. 영국 왕립연구소의 마이클 패러데이는 1831년 8월 29일 실험 노트에 쇠고리에 감은 두 코일 실험을 적었다. 한쪽 코일에 전류를 켜거나 끄는 순간, 다른 코일에 잠깐 전류가 흘렀다. 자기장이 변할 때 전압이 생긴다는 이 현상을 전자기 유도라고 한다. 패러데이는 그해 가을 자석 사이에서 구리 원판을 돌려 전류를 꺼내는 장치도 만들었다.

전자기 유도에서 두 가지 장치가 나왔다. 하나는 발전기다. 자석과 코일이 서로 돌면 코일을 지나는 자기장이 계속 변하므로 전류가 생긴다. 다른 하나는 변압기다. 쇠 덩어리에 코일 두 개를 감고 한쪽에 방향이 계속 바뀌는 전류를 흘리면, 철심 속 자기장이 따라 변하면서 다른 코일에 전압이 생긴다. 코일을 감은 횟수의 비율만큼 전압이 바뀌고, 움직이는 부품은 하나도 없다. 변압기가 동작하려면 자기장이 변해야 한다. 방향과 크기가 일정한 직류는 자기장을 변하게 하지 못하므로 변압기를 지나가지 못한다. 1865년 영국의 제임스 클러크 맥스웰은 전기와 자기의 법칙을 몇 개의 방정식으로 묶었고, 빛도 전기장과 자기장이 함께 퍼지는 파동이라는 결론을 끌어냈다. 이론의 틀은 이 무렵 갖추어졌다. 남은 일은 이 원리를 돈을 받고 파는 체계로 만드는 것이었다.

에디슨의 직류 체계 — 전구에서 발전소까지

백열전구를 처음 만든 사람은 에디슨이 아니다. 영국의 조지프 스완을 비롯한 여러 발명가가 그 전에 백열전구를 만들었다. 문제는 필라멘트가 금방 타 버리거나 값이 너무 비쌌다는 데 있었다. 전기공학 역사 기록인 ETHW에 따르면 에디슨의 뉴저지주 멘로파크 연구소는 1879년 10월 21일 탄소 필라멘트 전구를 시험해 14시간 넘게 빛나는 결과를 얻었다. 에디슨은 같은 해 12월 31일 멘로파크에서 대중에게 전구를 공개했고, 특허는 1880년 1월 27일에 등록되었다. 뒤이어 탄화시킨 대나무 필라멘트가 1,200시간 넘게 버텼고, 이 필라멘트는 이후 약 10년 동안 에디슨 전구의 표준이 되었다.

에디슨의 성과는 전구 하나에 그치지 않았다. 그는 전기를 팔려면 발전기, 전선, 퓨즈, 스위치, 사용량을 재는 계량기가 함께 있어야 한다는 것을 알았고, 이것을 하나의 체계로 설계했다. 경쟁 상대는 당시 도시 조명을 차지하던 가스등 회사였다. 펄 스트리트 발전소는 그 체계의 첫 상업 시설이었다. IEEE 이정표 기록에 따르면 이 발전소는 1882년 9월 4일 공급을 시작했고, 1년 만에 고객 513곳, 전등 약 1만 개로 늘었다. 공급 지역은 월스트리트 주변 약 0.65제곱킬로미터의 「제1지구」였다. 전선은 길 위에 걸지 않고 약 8만 피트, 곧 24킬로미터 남짓을 땅 밑에 묻었다.

발전소 안에는 「점보」라는 별명의 직류 발전기 6대가 있었다. 한 대의 무게가 27톤, 출력은 약 100킬로와트로 전등 약 1,200개를 켤 수 있었다. 별명은 흥행업자 P. T. 바넘이 소유한 서커스 코끼리 점보에서 왔다.

직류 체계에는 당시 기준으로 분명한 장점이 있었다. 직류 발전기는 여러 대를 나란히 연결하기 쉬워서, 수요가 적은 시간에는 작은 기계 몇 대만 돌려 연료를 아낄 수 있었다. 축전지를 바로 연결해 발전기가 멈출 때 전기를 댈 수도 있었다. 에디슨이 만든 계량기는 직류에서만 동작했고, 1880년대 내내 전동기도 직류가 더 잘 돌았다. 약점은 거리였다. 에디슨 체계는 발전소에서 가정까지 110볼트를 그대로 썼다. 전압이 낮으면 같은 전력을 보내는 데 큰 전류가 필요하고, 손실과 전압 강하를 줄이려면 값비싼 구리 전선을 굵게 써야 했다. 그래서 발전소를 사람들이 사는 동네 한가운데 짓고, 발전소에서 약 1마일, 곧 1.6킬로미터 안의 고객에게만 공급했다. 도시가 넓어질수록 발전소를 계속 새로 지어야 하는 구조였다.

에디슨도 구리 문제를 알고 있었다. IEEE 이정표 기록에 따르면 펄 스트리트의 배전망은 전체 사업에서 가장 비싼 부분이었고, 에디슨은 처음의 2선식을 곧 220볼트 3선식으로 바꿨다. 두 개의 110볼트 회로를 겹쳐 가운데 선을 함께 쓰는 방식으로, 같은 전력을 보내는 데 드는 구리를 크게 줄였다. 직류 체계 안에서 전압을 두 배로 올리는 방법이었다. 발전소는 1882년 9월부터 1890년 1월 2일까지 정전이 단 한 번, 3시간뿐이었을 만큼 안정적이었다. 그날 큰 화재로 설비가 크게 부서졌지만 11일 만에 공급을 되살렸다. 직류 체계는 신뢰성에서 뒤지지 않았다. 문제는 전압을 그 이상 올려 거리를 넓힐 방법이 없었다는 데 있었다.

에디슨의 전구는 빠르게 세계로 퍼졌다. 국가기록원 자료에 따르면 1887년 3월 6일 저녁, 경복궁 안 건청궁에서 한국 최초의 전등이 켜졌다. 에디슨이 백열전구를 내놓고 8년 만이었다. 발전기는 경복궁 향원정 연못가에 두었고, 16촉광 전등 750개를 켤 수 있는 규모로 당시 동양에서 가장 성능이 좋은 것이었다고 기록되어 있다. 촉광은 당시 쓰던 밝기 단위다. 1898년 1월에는 전력회사인 한성전기회사가 세워졌고, 1899년에는 서울에 전차가 다니기 시작했다.

교류의 등장 — 변압기를 가진 쪽이 거리를 얻었다

교류 쪽의 열쇠는 변압기였다. 1880년대 초 프랑스의 뤼시앵 골라르와 영국의 존 딕슨 깁스가 「2차 발전기」라는 이름의 변압 장치를 내놓았고, 1885년 헝가리 간츠 사의 지페르노프스키, 블라티, 데리 세 기술자는 닫힌 철심을 쓰는 실용 변압기를 만들었다. 이 변압기는 세 사람 이름의 머리글자를 따 ZBD 변압기로 불린다. 에디슨 쪽도 기회가 있었다. 에디슨 일렉트릭은 ZBD 변압기의 특허 선택권을 갖고 있었고, 1886년 회사 기술자 프랭크 스프레이그는 교류로 가야 한다는 내부 보고서를 냈다. 에디슨은 반대했다.

교류에 사업을 건 사람은 철도용 공기 브레이크로 이미 큰 부를 쌓은 조지 웨스팅하우스였다. 그는 1885년 골라르·깁스 변압기와 지멘스 교류 발전기를 들여와 피츠버그에서 실험을 시작했고, 1886년 초 웨스팅하우스 일렉트릭을 세웠다. 그의 기술자 윌리엄 스탠리는 1886년 3월 20일 매사추세츠주 그레이트배링턴의 중심가에서 교류 조명을 시연했다. IEEE 이정표 기록에 따르면 스탠리는 발전기의 500볼트를 직접 만든 변압기로 3,000볼트까지 올렸다가 다시 낮췄고, 상점 지하실에 둔 강압 변압기 6대로 100볼트를 만들어 상점 20곳의 전구를 켰다. 높은 전압으로 보내고 쓰는 곳에서 낮추는 방식은 지금의 전력망과 구조가 같다. 그해 가을 웨스팅하우스는 뉴욕주 버펄로에 미국 첫 상업용 교류 공급 설비를 세웠다.

교류에는 빈자리가 하나 남아 있었다. 공장과 전차를 돌릴 전동기였다. 니콜라 테슬라는 지금의 크로아티아 땅에서 세르비아계 부모에게서 태어났고, 오스트리아 그라츠에서 공부하던 시절부터 교류에 관심을 가졌다. 그는 에디슨 회사의 유럽 지사에서 일하다 1884년 6월 뉴욕으로 건너와 에디슨 머신 웍스에서 일했다. 오래 머물지 않고 독립했고, 교류만으로 도는 유도전동기를 개발해 1888년 5월 1일 미국 특허 381,968호 「전자기 전동기」 등을 받았다. 유도전동기는 박자가 어긋난 여러 교류가 만드는 회전 자기장으로 회전자를 끌어 돌린다. 회전자에 전기를 따로 넣을 필요가 없어 구조가 간단하다. 웨스팅하우스는 1888년 7월 테슬라의 교류 특허를 사들이고 테슬라를 고용해 자기 체계에 맞추게 했다.

같은 발상은 동시에 나왔다. 이탈리아 토리노의 갈릴레오 페라리스는 1885년부터 회전 자기장을 실험했고, 1888년 3월 토리노 왕립과학원에 그 결과를 발표했다. 교류 체계는 골라르와 깁스, 간츠의 세 기술자, 스탠리, 테슬라, 페라리스, 그리고 이들의 기술을 사들여 하나로 묶은 웨스팅하우스의 작업이 겹쳐 만들어졌다.

위험 논쟁 — 홍보전과 사형 제도

기술 경쟁은 곧 안전 논쟁으로 번져 갔다. 교류는 수천 볼트로 보내므로 감전 사고가 나면 치명적이라는 것이 직류 진영의 공격이었다. 에디슨은 1886년 11월 사적인 편지에서 웨스팅하우스가 큰 설비를 세우면 여섯 달 안에 고객을 죽일 것이라고 썼다. 1888년 2월 에디슨 일렉트릭의 사장 에드워드 존슨은 84쪽짜리 소책자 「에디슨 전등회사의 경고」를 신문사와 경쟁사 고객에게 보냈다. 소책자는 경쟁사들이 에디슨 특허를 침해한다고 경고하면서 교류 감전 사고 기사를 모아 실었다.

교류 반대 운동에 앞장선 사람은 전기 기술자 해럴드 브라운이었다. 브라운은 1888년 7월 컬럼비아 칼리지의 강의실에서 개에게 직류 1,000볼트까지 가해도 죽지 않다가 교류 330볼트에 죽는다는 시연을 했다. 같은 해 뉴욕주는 교수형을 대신할 사형 방법으로 전기 사형을 법으로 정했고, 브라운은 이 장치에 교류를 쓰도록 움직였다. 그는 에디슨 일렉트릭과, 웨스팅하우스의 교류 경쟁사였던 톰슨-휴스턴의 도움으로 웨스팅하우스 교류 발전기 3대를 몰래 확보했다. 1890년 8월 6일 뉴욕주 오번 교도소에서 윌리엄 케믈러에게 세계 첫 전기 사형이 집행되었다. 웨스팅하우스는 자사 발전기가 사형에 쓰이는 것을 막으려고 변호사 버크 코크런을 고용해 케믈러의 항소를 지원했지만, 항소는 기각되었다.

여론을 움직인 것은 뉴욕 한복판의 사고였다. 1889년 10월 11일 점심시간, 전신회사 웨스턴 유니언의 선로공 존 픽스가 맨해튼의 전신주 위에서 저전압 전신선을 손보다가, 여러 블록 떨어진 곳에서 고압 교류선과 합선된 전선을 잡고 숨졌다. 그의 몸은 거미줄처럼 얽힌 전선 위에 한 시간 가까이 걸려 있었고, 수천 명이 그 아래에서 지켜보았다. 사고를 일으킨 전기의 출처는 끝내 밝혀지지 않았지만, 비난은 많은 조명 회사를 사들인 웨스팅하우스에 쏠렸다. 이 사고를 계기로 뉴욕시는 머리 위의 전선을 땅속에 묻도록 하는 조치를 밀어붙였다.

에디슨은 1889년 11월 잡지 「노스 아메리칸 리뷰」에 「전기 조명의 위험」을 기고해 처음으로 교류를 공개적으로 비난했다. 그는 교류를 안전하게 만들려면 전압을 제한해야 한다고 주장했고, 자신이 회사를 이끄는 동안에는 교류를 채택하지 않겠다고 밝혔다. 웨스팅하우스는 같은 잡지에 반론을 실었다. 그는 자신의 체계가 가정 안에서는 에디슨 체계보다 오히려 낮은 전압을 쓴다고 지적했고, 1년 동안 전차와 가스 조명이 87명의 목숨을 앗았지만 교류 감전 사고는 5건이며 가정 안 사망은 없었다고 반박했다.

이 시기에 관해 가장 널리 퍼진 이야기는 사실과 다르다. 에디슨이 교류의 위험을 보이려고 코끼리 톱시를 감전시켰다는 이야기다. 톱시는 1903년 1월 4일 뉴욕 코니아일랜드의 놀이공원 루나 파크에서 죽었고, 결정은 공원 운영자 프레더릭 톰프슨과 엘머 던디가 내렸다. 코끼리에게 시안화칼륨을 먹이고 6,600볼트 교류를 흘렸으며 밧줄로 목을 졸랐다. 에디슨의 영화 회사가 이 장면을 74초짜리 필름으로 찍었을 뿐, 에디슨은 현장에 없었다. 그는 1892년 합병 이후 전기 조명 사업에서 손을 뗀 상태였고, 전류 전쟁은 그보다 10년 앞서 끝나 있었다.

승부를 정한 세 장면 — 합병, 박람회, 나이아가라

승부를 실제로 정한 것은 회사의 재무와 대형 계약이었다. 첫째 장면은 합병이다. 에디슨의 여러 회사는 1889년 에디슨 제너럴 일렉트릭으로 묶였는데, 은행가 J. P. 모건이 주선한 거래로 1892년 4월 15일 톰슨-휴스턴과 합쳐 제너럴 일렉트릭(GE)이 되었다. 새 회사의 경영권은 장부상 더 튼튼했던 톰슨-휴스턴 쪽에 갔다. 에디슨의 조명 특허와 톰슨-휴스턴의 교류 특허를 합친 이 회사는 미국 전기 사업의 4분의 3을 차지했다. 5년 전 열다섯 곳이던 전기 회사는 GE와 웨스팅하우스 두 곳으로 줄었고, GE도 교류 설비를 팔기 시작했다. GE는 교류 회로를 수학으로 다루는 방법을 정리한 수학자 찰스 프로테우스 스타인메츠 같은 기술자를 영입하며 빠르게 교류 기술을 따라잡았다.

둘째 장면은 1893년 시카고 세계박람회다. 미국 에너지부 자료에 따르면 GE는 직류 방식으로 55만 4천 달러를, 웨스팅하우스는 교류 방식으로 39만 9천 달러를 제시했다. 웨스팅하우스는 1892년 5월 이 계약을 따냈고, 이 공사에서 이익을 거의 내지 못했다. 대신 박람회장의 조명과 전동기를 한 교류 체계로 움직여 보였다.

셋째 장면은 나이아가라 폭포다. 웨스팅하우스는 박람회의 성과를 바탕으로 나이아가라 폭포 발전소의 발전 설비 계약을 땄고, GE는 송전선과 변압기를 맡았다. IEEE 이정표 기록에 따르면 애덤스 발전소는 1895년 8월 26일 운전을 시작했다. 1900년 5월까지 5,000마력 교류 발전기 10대가 모두 들어섰다. 1896년 11월 16일 그 전기가 약 42킬로미터 떨어진 버펄로에 도착했고, 변압기로 11,000볼트까지 올려 보냈다. IEEE는 이 발전소를 직류에 대한 교류의 결정적 승리로 기록한다. 발전소를 폭포 옆에 짓고 먼 도시로 전기를 보내는 방식이 이때부터 전력 산업의 기본이 되었다.

오늘날 한국이 60헤르츠를 쓰고 유럽이 50헤르츠를 쓰는 것도 이 시기 회사들의 선택에서 비롯되었다. 1890년 무렵 웨스팅하우스는 기존 아크 조명 설비가 60헤르츠에서 조금 더 잘 동작한다고 보고 60헤르츠를 택했다. 독일의 AEG는 1891년 표준 주파수를 50헤르츠로 올렸다. 나이아가라의 애덤스 발전소는 무거운 전동기를 고려해 25헤르츠로 지어졌다. 일본은 한 나라에 두 주파수가 남았다. 1895년 도쿄가 AEG 발전기를, 1896년 오사카가 GE 발전기를 들여온 결과 동쪽은 50헤르츠, 서쪽은 60헤르츠를 쓴다. 두 지역은 주파수를 바꿔 주는 변환소로만 전기를 주고받는다. 2011년 동일본 대지진 때 이 변환소 용량이 모자라 서쪽의 전기를 동쪽으로 충분히 보내지 못했다.

교류로 만드는 방식도 이때 정해졌다. 발전소의 발전기는 가운데의 전자석인 회전자가 돌고, 바깥의 고정자에 코일 세 묶음이 120도씩 떨어져 감겨 있다. 회전자가 돌면 세 코일에 박자가 3분의 1씩 어긋난 교류가 차례로 생긴다. 이를 3상 교류라고 한다. 세 전류를 더하면 어느 순간이든 합이 0이 되어 돌아오는 전선을 따로 둘 필요가 거의 없고, 세 상을 합친 전력은 일정해서 큰 전동기가 부드럽게 돈다. 송전탑의 전선이 세 가닥씩 묶여 있는 이유가 여기에 있다.

직류의 귀환 — 반도체가 바꾼 조건

교류가 표준이 된 뒤에도 직류는 곳곳에 남았다. 뉴욕의 오래된 건물들은 직류 엘리베이터를 계속 썼다. 뉴욕의 전력회사 콘에디슨은 교류를 직류로 바꿔 이 고객들에게 공급하다가 건물마다 변환 장치를 설치하게 하고, 2007년 11월 14일 맨해튼 이스트 40번가 10번지에서 마지막 직류 공급을 끊었다. 펄 스트리트 발전소가 문을 연 지 125년 만이었다.

송전에서 직류가 돌아온 계기는 전압을 바꾸는 장치의 변화였다. 직류는 변압기를 지나지 못하므로, 직류로 송전하려면 교류를 직류로 바꾸고 다시 교류로 되돌리는 변환 장치가 필요하다. 20세기 중반 스웨덴의 아세아(ASEA) 사는 우노 람 박사가 이끈 팀의 수은 아크 밸브로 이 변환을 해냈다. IEEE 이정표 기록에 따르면 1954년 스웨덴 본토와 발트해의 고틀란드섬을 잇는 세계 첫 상업용 초고압 직류송전(HVDC)이 운전을 시작했다. 바다 밑 케이블 길이는 96킬로미터, 용량은 20메가와트, 전압은 100킬로볼트였다. 1970년에는 이 설비의 변환 장치 일부가 반도체 소자인 사이리스터로 바뀌었다.

에디슨 시대에 없던 것은 직류의 전압을 바꾸는 값싼 장치였고, 반도체 변환 장치가 그 빈자리를 채웠다. 그러자 직류의 장점이 다시 보였다. 교류를 긴 해저 케이블로 보내면 케이블에 전기를 채웠다 비웠다 하는 전류가 계속 흘러 정작 보낼 수 있는 전력이 줄어든다. 직류에는 이 전류가 없다. 직류 송전은 양 끝 변환소가 보내는 전력의 크기와 방향을 정할 수 있고, 주파수가 다른 두 전력망도 이을 수 있다. 일본의 동서 연결이 직류 변환 설비를 쓰는 이유가 이것이다.

한국도 직류 송전을 쓴다. 제주와 육지 사이에는 1998년 해남-제주(180킬로볼트), 2014년 진도-제주(250킬로볼트) 선로가 놓였고, 2024년 하반기에는 완도-동제주 선로(150킬로볼트, 98킬로미터)가 준공되었다. 육지 안의 첫 직류 송전선은 충남 당진의 북당진과 경기 평택의 고덕을 잇는 500킬로볼트 선로로, 2024년 5월 종합 준공되었다.

쓰는 쪽에서도 직류가 늘었다. 태양광 패널과 배터리, 컴퓨터, 발광다이오드 조명, 전기차는 모두 직류로 동작한다. 엔비디아는 2025년 5월 데이터센터 전력 구조로 800볼트 직류를 제안했다. 13.8킬로볼트 교류를 데이터센터 입구에서 곧바로 800볼트 직류로 바꿔 서버 랙까지 보내는 구조다. 엔비디아는 같은 굵기의 도체로 415볼트 교류보다 85퍼센트 많은 전력을 보낼 수 있고, 구리 사용량을 45퍼센트 줄이며, 전력 효율을 최대 5퍼센트 높일 수 있다고 밝혔다. 기존 랙 안의 54볼트 배전으로는 1메가와트급 랙에 필요한 전류가 너무 커진다는 것이 이유다. 낮은 전압으로 큰 전력을 보내면 전류가 커지고 손실이 커진다는 1880년대의 원리가 AI 데이터센터에도 그대로 적용된다.

결론 — 표준을 정한 것은 전압을 바꾸는 기술이었다

직류와 교류의 경쟁은 세 갈래의 사실로 정리된다. 첫째, 전선 손실이 전류의 제곱에 비례하므로 전기를 멀리 보내려면 전압을 높여야 했고, 19세기 말 그 일을 싸게 할 수 있었던 것은 변압기를 쓰는 교류뿐이었다. 둘째, 교류 체계는 골라르와 깁스, 간츠의 기술자들, 스탠리, 테슬라, 페라리스의 기술을 웨스팅하우스가 사들여 묶은 결과였고, 승부도 홍보전보다는 1892년 합병과 시카고 박람회, 나이아가라 계약에서 정해졌다. 셋째, 직류는 축전지와 계량, 병렬 운전에서 장점이 있었지만 거리를 넘지 못했고, 반도체 변환 장치가 나온 뒤에야 긴 해저 케이블과 대용량 장거리 송전에서 다시 쓰이게 되었다.

따라서 140년 전의 경쟁은 한쪽의 완승으로 끝났다기보다, 전압을 바꾸는 기술의 조건에 따라 두 방식의 쓰임새가 정리된 과정이었다. 전력망의 대부분은 지금도 변압기로 전압을 오르내리는 교류로 운영된다. 바다를 건너는 송전선, 주파수가 다른 전력망 사이, 태양광과 배터리, 데이터센터처럼 전압 변환을 반도체가 맡는 자리에서는 직류가 쓰인다. 어느 방식이 쓰이는지는 지금도 전압을 바꾸는 장치의 값과 효율이 정하고 있다.