전기공학이란 ?

정의

전기에너지를 기계에너지로 변환하는 변환기술과 그 이용기술에 관한 학문.

내용

전기는 대량생산이 가능한 기계공업을 발전시켜 인류 역사를 농업시대로부터 공업시대로 바꾸는 원동력이 되었다. 그 뒤 공업사회가 오늘날과 같은 고도의 과학기술사회로 발달된 것은 19세기 초부터 현재까지 발전한 전기에너지에 관한 기술 발달에 의해서였다.

열에너지나 기계에너지의 이용은 경험적 기술에서 비롯되지만, 전기에너지의 이용은 르네상스 이래 발달한 근대 과학에 의해서 이룩된 학문에 따른 것이다.

즉, 전기자기현상에 관한 일련의 과학적 제 법칙을 기반으로 하여 전력의 발생, 수송과 배분, 저장, 이용 등의 기술을 개발하여 오늘날 전력공학이라고 부르는 광범위한 전기에너지의 응용 분야를 구축하였다.

뿐만 아니라 전기에너지의 특징인 전달과 제어의 신속성·정밀성은 전기에너지를 신호로 이용하는 응용 분야를 개척하기 위해 통신공학이 발전하게 되었고, 제2차세계대전 이후 출현한 반도체는 전자공학과 전자계산기공학 분야를 크게 확장, 첨단기술체계를 탄생시키기에 이르렀다.

즉, 전기공학을 에너지의 양적 이용에 의한 생산활동 분야에서부터 정보처리·전자계산 등 인간의 지적 활동을 확대, 또는 대신하는 범위로까지 넓혀 그들의 목적을 달성하기 위하여 취해야 할 최적행동의 규준을 제공해주는 이른바 정보산업시대를 도래시키고 있다.

또 과학기술의 발달로 인류 사회는 크게 발전, 그 생활이 향상되어 소비생활이 증대되고 다양해짐에 따라 생산시스템이 복잡, 다양화되어 인간의 직접 조작으로는 도저히 해결할 수 없는 지경에 이르러 이들을 자동적으로 제어할 수밖에 없게 되어, 그 동안 발달된 정보처리·마이크로프로세서·IC·특수전동기 등의 기술종합으로 이루어진 제어공학이 탄생하게 되었다.

이와 같이 19세기 초 영국의 의사였던 길버트(Gilbert,F.) 등 여러 학자들에 의해 문을 연 전기공학은, 그 뒤 크게 발전하여 전력공학·통신공학·전자공학·전자계산기·제어공학 등 5개 분야로 나누어져 각기 독립적인 전공 분야를 형성하게 되었다.

(1) 우리 나라에서의 전기이용

우리 나라가 최초로 전기의 혜택을 입게 된 것은 1887년으로 미국의 에디슨(Edison,T.A.)전기회사의 전기기사 윌리엄(William,M.)이 경복궁 내에 3㎾ 용량의 증기발전기 2대를 설치하여, 경회루와 향원정에 전기아크 등을 설치한 것에서 비롯된다.

그 뒤는 1903년에 덕수궁 및 창덕궁에 직류발전기를 설치, 전등을 켜기 시작하였다. 그리고 1905년에 이르러 채광을 전동화하기 위하여 평안북도 운산에 수력발전소를 건설했는데, 이것이 수력발전소로는 처음이며, 전등 이외의 용도로 쓰인 것도 처음이다.

이보다 앞서 1898년에는 서울 서대문과 청량리 간에 전차가 운행되어 수송용으로의 이용도 개발되었다. 이것 역시 미국인 콜브란(Collbran,H.)과 보스트윅(Bostwick,H.R.) 두 기사에 의해 이루어졌다.

그 뒤 전등과 전차용으로 계속 전기의 이용이 증가되었으나 1903년부터는 일본인 기술자에 의해 모든 기술이 운용, 관리되기 시작하였다.

한편, 전기통신은 1882년 청나라에 한국인 69명을 파견, 훈련을 받게 하여 1885년 서울∼의주를 연락하는 통신선이 가설됨으로써 시작되었다.

국권을 상실한 이후부터는 일본인 기술자를 주축으로 전기의 이용이 계속 발전하여 제1차세계대전 이후에는 세계 각국과 마찬가지로 대규모의 산업체가 설립, 전력의 대량소비가 시작됨으로써 대규모 수력발전소(부전강발전소, 223MW, 1926∼1933)·화력발전소(당인리화력발전소, 100MW, 1929∼1930)가 건설되기 시작하여, 계속 전력의 수요는 증가하였다.

이상과 같이 19세기 초 발전기의 발명과 에디슨의 백열전구 발명에 따라 전기에너지의 이용이 크게 증가하였다.

이와 같이 초창기에는 외국인에 의해 전기에너지의 이용 혜택을 입었다.

그러나 1945년 광복 이후 우리는 자주적으로 많은 기술자 양성과 전기공학 발전을 이룩하여 전기공업을 크게 번창시켰는데, 앞으로 세계 유수의 전기공업발전국이 될 전망이다.

(2) 전기공학교육의 시작

18세기 초부터 발달하기 시작한 전기공학은 세계적으로 인류 사회에 크게 공헌해 왔으나 우리 나라는 그 수혜 시기가 매우 늦은 편이었다.

그 이유 중의 하나가 선진 과학기술의 발달이용기에 불행하게도 일제의 통치를 받음으로써 우리 마음대로 전기공학뿐만 아니라 모든 교육을 하지 못한 데 그 원인이 있었다. 그래서 정부는 광복 이후 재빨리 서울대학교를 설립, 다른 분야와 더불어 많은 전기공학도를 양성하기 시작하였다.

그 뒤에도 잇따라 많은 대학에 전기공학과를 설립하여, 1987년에는 37개 대학에 1만7125명의 학생이 재학하고 있었다.

이와 같이 많은 전기공학도를 양성한 탓으로 전기공학 분야에도 다른 학문 분야와 더불어 선진국으로의 진입이 가까워지게 되었다.

전기에너지는 인류의 생활활동 전 분야에 걸쳐 필수불가결한 에너지로 인류가 이용하는 에너지 중 그 이용가치가 가장 높은 에너지이다. 그 이유는 전력의 수송·배분의 편리성·청결성 때문이다.

그래서 아마도 전기에너지는 인류의 생존과 더불어 영원히 발달할 것이다. 특히 오늘날에 와서는 반도체의 출현과 전자계산기의 출현으로 그 제어의 신속성·정밀성이 크게 위력을 발휘하여 이른바 정보산업시대를 구축하고 있다.

현재 전기공학은 그 분야가 크게 확대되어 전공 분야로만 머물러 있을 수 없게 되었다. 그래서 전력의 발생·수송·배분·이용을 다루는 분야도 그 내용이 크게 발전은 했으나, 전기공학의 한 분야에 지나지 않게 되어 버렸다.

이 분야의 발전 내용을 살펴보면, 에너지 변환 부문에서 이전의 수력·화력·원자력 발전 외에 태양열 및 고온가스 등으로부터의 변환과 더불어 2000년대에 출현할 핵융합에너지에 관한 학문도 개척중에 있다.

또 에너지의 전송과 배분을 담당하는 분야는 고전압화·대량화·복잡화되어 가는 전력계통망을 다룰 수 있도록 이전의 전력전송공학(電力傳送工學)을 토대로 계통해석능력을 길러 전력시스템구성의 경제화, 운전의 효율화·안전화 및 신속한 전력제어를 위하여 제어이론을 정립하고, 전자계산기를 구사하여 문제를 해결할 수 있게 되었다.

변환기기 부문은 이전의 전자력 응용뿐만 아니라 전왜효과(電歪效果)·형상기억효과·전기화학반응·생화학반응 등을 응용한 비교적 소동력변환기의 개발에 유의함과 동시에 정보화·자동화시대의 기기들에 필요한 다양정밀화 동력원으로서 전달이 용이한 전력을 정보처리기술과 전자장치를 이용하여 전동기를 다양하게 제어하는 학문이 개척되고 있다. 또 전자회로와 이전의 전기기기를 일체화시킴으로써 다양 동작의 동력장치 부문도 개발되고 있다.

다음에는 전력전자공학 분야를 개척했는데, 이는 최근 발달한 전력반도체소자를 전기에너지 상호간의 변환에 다양하게 이룩할 수 있게 하였다. 즉, 교류(交流)·직류(直流) 간의 변환뿐만 아니라 주파수까지도 쉽게 변화시킬 수 있게 하여 전기기기의 이용을 넓히고 있다.

이 밖에 최근 초전도공학 분야가 개설되고 있는데, 이는 초전도체라는 특별환경조건하에서는 전기 저항이 완전히 없어지는 현상을 이용하는 것으로, 전기에너지의 대량 소요시대에 대비하여 대형 발전기·대량 전력수송에 응용할 뿐만 아니라 전기에너지의 직접 저장 문제를 해결할 수 있는 초전도에너지저장장치 관련 학문으로서, 이것이 이른바 전기를 에너지로 다루는 학문 분야의 발달에 대하여 언급하였다.

그런데 전기공학은 앞에서 언급한 바와 같이 이와 대등한 또 다른 네 분야로 확장, 발전하였다. 즉, 반도체의 출현과 더불어 크게 발전한 전력공학 분야가 있고, 전력공학과 전자계산학의 합작으로 이루어진 전자계산기공학 분야가 있으며, 또 광통신(光通信)과 인공위성의 발달과 전자계산기의 이용으로 크게 발전하여 정보화시대의 주역을 담당할 통신공학분야가 있다.

그 밖에 생산시설이 대형화·복잡화되어 감에 따라 이의 제어가 자연인의 능력으로는 감당할 수 없기 때문에 필연적으로 개척된 자동제어 분야가 있다. 이들 분야에 대해서는 따로 그 내용과 발전에 대한 설명이 필요하다고 생각되는 바이다.

전기공학이 이상과 같이 현재 5개 전공 분야로 확장, 발전하여 국내 대학이 각기 각 분야를 모두 교육하거나 연구하고 있지는 않지만 전국적으로 볼 때는 이 모든 분야가 고루 발전되도록 교육과 연구가 이루어지고 있다.

국내 전기공학 내용을 선진국과 비교할 때 그 심도에서는 어느 정도 차이가 있으나 모든 범위가 고르게 발전하고 있다고 볼 수 있는데, 과학기술 발전만이 경제 발전의 열쇠라고 생각하고 있는 우리 국민의 사고를 생각할 때 우리 나라 전기공학은 양뿐 아니라 그 질에서도 세계와 어깨를 나란히 할 때가 곧 도래할 것으로 믿는다.

(1) 학회활동

전기공학에 관한 학술과 기술의 발전·보급을 위하여 1947년에 대한전기학회가 발족했는데, 총괄적으로는 전기공학 발전에 기여하고자 하는 것이 그 목적이지만, 구체적으로는 학술에 관한 조사연구, 연구발표회, 회지의 발간 및 각종 견학회 개최 등의 사업을 위주로 하고 있다.

설립 당시의 활동은 미미했으나 현재 연 1회의 전체 연구발표와 9개의 연구분과가 조직되어 각기 연 2회의 연구발표회를 가지고 있다. 회원은 5,000명, 연간 예산 1억5000만 원으로, 활발한 활동을 전개하고 있다.

(2) 연구소

1986년의 연구소 현황을 보면 기업부설연구소 141개, 정부출자연구소 10개, 국공립연구기관 18개 등 합계 169개 소로 이 중 전력관계 연구소는 8개밖에 안 되어 저조한 편이나, 전기관계 첨단기술에 관한 연구가 많은 기업부설연구소에서 이루어지고 있어 전체적으로 볼 때 가장 활발히 연구가 진행되고 있는 형편이다. 특히 반도체·광통신·자동화 등의 연구가 활발히 이루어지고 있다.

그러나 연구소 설립이 빈약하여 기술 축적이 빈약한 데다가 연구비 투입도 적어서 좋은 연구 실적을 이루지 못하고 있는 형편이다. 특기할 만한 사실은 한국전력공사가 현재 약 40억 원의 연구비를 각 대학·연구소·기업에 공급하여 49개 과제에 대한 연구 지원을 하고 있어 머지않은 장래에 좋은 성과를 이룰 것으로 기대되는 한편, 한국전력공사와 같이 모든 공사 사회국가기업들이 적재적소의 연구자를 대상으로 연구를 지원해 나간다면 우리 나라 과학기술 발전과 인재 양성에 크게 기여할 것으로 생각된다.

(3) 전 망

전기공학의 특징인 제어·전달·변환성 때문에 개척된 신분야, 즉 전자·통신·전자계산·제어공학은 앞으로 더욱 발전하여 인류의 지적 활동을 가속시킬 것이다. 또 이 분야의 전망에 대해서는 이 분야들의 발전에 따라 필연적으로 많은 에너지를 소비하게 될 것이다.

이 경우 가장 편리한 전기에너지 형태로 요구될 것은 자명한 사실이다. 그래서 인류가 필요로 하는 전기에너지는 현재의 몇 배에 달하는 막대한 양이 될 것이므로 각종 전력변환기기들은 대용량화될 것이며, 그 종류도 핵융합·조력·MHD·태양열발전 등으로 다양화될 것이다. 또 대량소비에 따라 고밀도 전력 수송이 필요하게 되며, 자연에너지의 발생 주기와 인류의 소비 주기가 불일치하지 않음으로써 에너지저장장치도 거대한 것이 필요하게 될 것이다.

따라서 전기공학은 정보산업시대를 맞아 통신 분야·전자 분야·전자계산 분야·자동제어 분야·전기에너지 분야의 모든 분야에 걸쳐 발전을 지속할 것이다.

참고문헌

우리 나라 전기사(대한전기협회, 1982)
문교통계연보(문교부, 1987)