미국은 110V만 쓰고 있다고 잘못 알고 있는 분들이 많다. 결론부터 말하면,

미국 가정에는 120V / 240V 겸용 전기가 공급된다.

에디슨이 전기를 만들어 낼때부터 애시당초 이렇게 되어 있었다. 우리 집은 110V만 들어오는데? 잘못 알고 있는 것이다. 유럽이나 한국에서 가져온 220~240V 가전제품이 있다면 240V 콘센트에 그냥 꼽기만 하면 된다. 트랜스포머(승압기)를 쓸 필요가 없다. 

 

 

미국은 120V를 쓴다

 

미국 전기는 110V가 아닌 120V 이다. 현재 US 국가 표준이 120V ± 6% 로 되어 있다. 옛날 옛적에는 110V 였는데 전기 수요가 늘어나면서 효율을 높이려고 전압을 야금야금 올려서 110V → 115V → 117V → 120V 로 되었다. 그래서 지금은 모든 곳에 120V 가 공급된다. 물론 110V 라고 말한다고 해서 틀린 것은 아니지만, 120V 라고 해야 정확하다.

 

 

미국 전기의 역사

 

토마스 에디슨이 1878년에 에디슨 전기조명 회사를 설립하고 1882년 1월에 영국 런던에서 세계 최초의 증기발전소를 가동했는데, 이때 110V DC 전기를 공급한 것이 시초가 되었다. 8개월 뒤 뉴욕 맨허튼에서도 110V DC를 상용화 했다. 에디슨은 1883년에 3선을 이용해 220V DC를 전송하는 방법도 발명했다. 에디슨은 DC(직류) 시스템을 고집했는데, DC 시스템은 전압강하가 심해서 몇마일도 못가는 큰 단점이 있었다.

 

(Pearl Street Station in New York by Edison Electric Illuminating Company, 1882. Image by US.Department of Energy)

 

에디슨 회사에서 일하던 테슬라(Nicola Tesla)는 에디슨 발전소의 성능개량에 큰 공헌을 했지만, 에디슨이 약속했던 보너스도 안주고 DC만 고집하자, 그만두고 벤처회사를 차렸다가 경쟁사인 웨스팅하우스로 갔다. 테슬라는 3상 240V AC 시스템과 인덕션 모터등을 발명한 사람이다. 웨스팅하우스 입장에서는 호박이 넝쿨째 굴러들어온 셈이다. 웨스팅하우스는 덕분에 경제적이고 효율이 높은 교류 AC 발전기를 만들어 낼수 있었다. 에디슨의 3선 220V DC 전송방식을 차용해 큰 전력이 필요한 대형 가전제품 용으로 3선 220V AC도 출시했다. AC 주파수로는 60Hz가 최적이라는 것도 테슬라가 웨스팅하우스에서 일할 때 찾아낸 것이다.

 

에디슨 제너럴일레트릭(에디슨 전기조명회사가 이름을 바꿨음)은 1892년에 톰슨-휴스턴 전기회사와 합병해서 GE가 되었다. 웨스팅하우스는 초창기에는 높은 전압을 선호했지만, 에디슨 측에서 AC는 위험하다는 주장을 계속 하자, 110V AC로 전압을 낮췄다. 물론 에디슨 제너럴일렉트릭이 만든 제품(예: 전구)들을 그대로 쓰려면 110V여야 한다는 점도 작용했다. 그리고, GE와 웨스팅하우스 등이 모여 110V/220V AC 60Hz를 표준으로 정한다.

 

우리가 지금 쓰고 있는 전기 시스템은 1890년대에 이미 완성되었다.

 

GE는 이후로도 승승장구하며 잘 나가고 있다. 웨스팅하우스도 잘 나갔지만 현재는 원자력발전소 부실 때문에 파산하여 이름만 남는 신세가 되았다. 테슬라는 일론 머스크가 자신의 전기자동차 회사 이름을 테슬라로 지으면서 다시 유명인이 되었다.

 

세월이 지나면서 전력수요가 늘자  표준전압을 115V 올렸다가, 2차대전 후로 117V로 올렸고, 1967년에는 다시 120V로 바꿨다. 표준을 바꾼다고해서 전국의 전압을 한꺼번에 다 올릴수 있는 것은 아니다. 어디는 110V, 어디는 115V, 어디는 117V, 새로 설치하는데는 120V 이런식으로 혼재할 수 밖에 없었다.

 

지금은 120V로 올린지 50년도 넘게 세월이 흘렀으니 미국 전역이 120V 라고 봐도 무방하다. 설마 1967년 이전 설비가 아직도 그대로 남아있지 않을테니 말이다. 그러나 놀랍게도 에디슨 시절에 쓰던 110V DC 송전설비가 뉴욕에서 2007년까지 사용된 기록이 있다. 그러니, 1967년 장비 정도는 아직도 상당수 남아있다고 봐도 될것 같다. 실제로 뉴욕이나 보스턴의 오래된 집들을 보면 아직도 1950년대 이전에 쓰던 퓨즈박스로 된 매인패널(전기분배함)을 쓰는 집들이 상당 수 있다.

 

 

세계 전기의 역사

 

유럽은 처음(1882년)에는 110V를 쓰다가, 1899년에 독일 BEW의 주도하에 220V로 바꿨다. 그후로도 계속 220V ± 22V 를 쓰고 있었는데, EU 통합을 진행하면서 1987년에 표준을 230V ± 23V 로 바꿨다. 기존 EU지역의 220V와 UK의 240V를 모두 포괄하기 위해 중간 지점인 230V를 선택한 것이다. 허용오차를 감안하면 207V ~ 253V 까지 모두 표준인 셈인데, UK의 일부 지역에서 250V를 쓰고있었던 점도 고려하여 정한 표준이다.

 

한국은 1887년에 에디슨 전기조명회사로부터 110V 발전설비를 도입한 것을 계기로 110V로 갔고, 1973년부터는 220V로 승압하기 시작해 2005년 승압을 마무리 했다.

 

 

미국 가정은 240V 를 쓴다

 

미국 가정에서는 240V 전기를 쓰고 있다. 에어컨, 오븐, 드라이어, 온수기(전기식 워러히터) 같은 것이 240V 이고, 전기자동차 충전시설도 240V를 사용한다. 사실상 미국의 모든 가정에 240V가 들어가니까 필요하면 어느 곳에나 240V 콘센트를 설치할 수 있다. 지금 벽에 120V 콘센트만 보이는 것은 240V 콘센트는 설치하지 않았기 때문일 뿐이다.

 

에디슨 시절부터 220V가 있었지만, 모든 가정에 보편적으로 공급되기 시작한 것은 1950년대부터이고, 1960년대 들어서면서 현대적인 2상 3선식 (split phase 3 wire) 브레이커 박스(요즘 집에서 흔히 볼수있는)가 도입되면서 표준화 되었다. 이 브레이커 박스는 배선을 어떻게 할까 고민할 필요 없이 120V 브레이커를 꼽으면 120V가 되고, 같은 자리에 240V 브레이커를 꼽으면 자동으로 240V가 공급되도록 고안되어 있다. 간단하면서도 기발하고 대단한 발명품이다. 

 

(미국 가정의 메인 전기 패널) (Photo by gahomefind)

 

그런데 220V가 아니라 왜 240V 인가? 110V를 쓸때는 220V였다. 110V → 120V로 야금야금 올리면서 덩달아 220V → 240V가 되었고, 요즘에 측정해보면 240V도 아닌 245V 정도가 나오고 있고, 지역에 따라서는 250V도 나온다. 전기 수요가 늘어나면서, 효율을 높이기 위해서 가전제품에 무리가 안가는 선에서 조금씩 올리고 있기 때문이다. 

 

(애틀랜타의 전압. 120V(240V)가 넘는 경우가 많고, 125V(250V) 나오는 지역도 있다) (Photo by gahomefind)

 

 

미국 상가는 208V를 쓴다

 

Business/Commercial 건물에서는 3상 4선식 120V/208V 전기를 쓴다. 각 전선의 전압은 가정용과 마찬가지로 120V로 동일하지만, 3개 전선간의 위상차가 120도인 점이 다르다. 가정용은 2 Phase 3 Wire로 위상차가 180도, 상업용은 3 Phase 4 Wire로 위상차 120도 이다. 그래서 3개 전선중 2개를 임의로 선택해 전압을 측정해보면 240V가 나오는 것이 아니라 208V가 나온다. 120V x √3 = 207.85V 가 되는 것이다.

 

가정에서 쓰던 제품을 상가의 콘센트에 꼽으면  (예: 전기 히터) 출력은 약간 떨어지지만 (240V → 208V) 기기에 영향을 줄 정도는 아니다. 커머셜 건물에서 2상이 아닌 3상을 쓰는 이유는, AC 모터(대형 냉장고, 대형 에어컨, 대형 팬, 펌프 등등)를 돌리는데는 2상보다는 3상이 효율적이기 때문이다.  2상으로 AC모터를 돌릴려면 커패시터나 인버터를 써야하지만 3상에는 그냥 꼽기만 하면 돌아간다.

 

 

미국은 60Hz를 쓴다

 

• 60Hz를 쓰는 나라: 미국, 캐나다, 멕시코, 한국, 일본(남서부 지역), 대만, 필리핀, 사우디, 중남미 등, 과거 미국의 영향력이 미쳤던 지역
• 50Hz를 쓰는 나라: 유럽, 러시아, 중국, 오스트레일리아, 아시아, 일본(북동부 지역), 아프리카 등의 대부분 지역

 

왜 하나로 통일 못하고 2개로 나뉘었을까? 1891년, 미국의 웨스팅하우스 전기회사는 테슬라의 계산과 실험을 통해 60Hz를 선택했으나, 같은 해 독일의 AEG는 50Hz 를 선택했다. 이 영향을 받아서 미국쪽은 60Hz로 굳어졌고, 유럽쪽은 50Hz로 굳어졌다. 효율로 보면 60Hz가 50Hz보다 20% 정도 더 좋다. 발전소 효율도 좋고, 송전 효율도 좋고, 모터를 돌리는데도 60Hz가 더 좋다. 하지만 한번 굳어진 표준을 바꾸는 것은 사실상 불가능하기 떄문에 지금도 그대로 쓰고있는 것이다.

 

 

1국가 2표준인 특이한 나라 일본

 

표준을 바꾸는 것이 얼마나 힘든지 보여주는 대표적 사례가 일본이다. 일본은 전 세계에서 유일하게 60Hz와 50Hz를 동시에 사용하고 있다. 도쿄를 기준으로 북동부(도쿄포함)은 50Hz, 남서부(도쿄제외)는 60Hz로 되어 있다. 1895년경 독일 AEG 발전기(50Hz)를 도쿄에, 미국 GE 발전기(60Hz)를 오사카에 설치하면서 나뉘어버린 주파수가 그대로 굳어진 것이다.

 

일반 전기제품(TV, 컴퓨터 등)에서는 60Hz냐 50Hz냐는 중요하지 않지만 (AC를 DC 전원으로 바꾸는 과정에서 Hz는 없어지므로), AC 모터를 사용하는 제품의 경우에는 약간의 영향이 있다. 냉장고(컴프레셔), 디시와셔(모터), 에어컨(컴프레셔, 블로워), 선풍기(모터), 진공청소기(모터) 등은 사용이 가능하다. 50 vs 60 만큼 모터가 천천히 돌거나 빨리 돌게 되는 정도다. 가전 회사들이 제품을 설계할때 60/50Hz 겸용으로 하기 때문에 (그래야 수출할때 제품을 따로따로 만들지 않아도 되므로) 효율에서는 차이가 좀 나더라도 수명에는 큰 영향은 없다. 다만, 세탁기, 드라이어, 전자레인지는 Hz에 민감하기 때문에 호환이 안될수도 있다. 이들 제품은 제조사 매뉴얼을 참조해야 한다.

 

 

미국의 240V와 EU/한국의 220V~240V의 차이점

 

EU/한국의 220V~240V는 두개의 전선중에서 한쪽 전선은 Neutral (0V에 가까움)이고 다른쪽 전선은 Hot (220V~240V)으로 되어 있다. 즉, 뉴트럴 전선을 만지면 감전이 안되지만, 반대쪽 핫 전선을 만지면 감전이 된다. 

 

• EU/한국 220~240V 전선 A = 220V
• EU/한국 220~240V 전선 B = 0V (에 가까움)
• EU/한국 220~240V 그라운드 = 0V

 

미국의 240V는 양쪽 전선 모두 120V 짜리 Hot으로 되어 있다. 한쪽 전선의 전압을 측정해보면 120V가 나와서 EU/한국 220~240V의 핫 전선보다 전압이 1/2로 약하다. 다른쪽 전선의 전압을 측정해봐도 120V가 나온다. 두 전선을 양쪽에 놓고 전압을 측정하면 그제서야 240V 전위차가 생긴다. 

 

• 미국 240V 전선 A = 120V Phase 0 degree (+120V)
• 미국 240V 전선 B = 120V Phase 180 degree (-120V)
• 미국 240V 전선 C = 0V (에 가까움)
• 미국 240V 그라운드 = 0V

 

전선A는 120V이지만 위상(phase)이 0도이고, 전선B도 역시 120V이지만 위상이 180도로 되어 있다. 이해하기 쉽게 한쪽은 +120V, 다른쪽은 -120V라고 생각하면 된다.  AC 전원이므로 평균에는 ± 가 없지만, 특정 순간으로 따지면 ± 가 존재한다. 그래서 양쪽 전선을 동시에 측정할때만 240V가 되는 것이다. 

 

 

미국의 240V와 EU/한국의 220V~240V의 안전성/경제성 비교

 

• 안전성: 미국식 > EU/한국식
• 전력효율: 미국식 = EU/한국식
• 투자비: 미국식 < EU/한국식

 

안전성으로 보면 미국식이 훨씬 더 안전하다. 사람은 그라운드(0V)에 접해 있기 때문에, 어느 한쪽 전선에만 접촉하면 120V이고, (낮은 확률로) 양쪽 전선을 동시에 잡았을때만 240V가 되기 때문이다. 그러나 EU/한국은 핫 전선 하나에만 접촉해도 220~240V가 되어 버린다. 

 

전력 효율 면에서는 미국식이나 EU/한국식이나 동일하다.

 

투자비 면에서는 220~240V 하나만 쓸 생각이라면 EU/한국 방식이 경제적일 수 있다. 전선 2가닥 (0V, 220~240V, 그라운드)만으로 전력을 보낼수 있기 때문이다 (그라운드는 보내는 것이 아니라, 각 집집마다 땅에 접속하는 것이므로 전선 가닥 수에서 빠짐). 미국식은 3개의 전선 (+120V, -120V, 0V, 그라운드)이 필요하다.

 

전선 1가닥을 더 배선해야 하기 때문에 돈이 약간 더 들어간다. 그런데 발전소에서부터 한가닥이 더 와야하는 것은 아니고, 집 주변 전봇대 위의 변압기 ↔ 가정집 메인 브레이커 까지만 1가닥이 더 들어가는 것이므로, 평균적으로 200ft(60m)에 알루미늄 2/0 와이어 한가닥이 추가되는 정도이므로  $200 정도 더 들어가는 셈이다.

 

미국은 $200을 더 들여서 더 안전하면서도 동일한 효율의 전기를 사용하기로 한 것이고, EU나 한국은 이 돈을 절약하는 대신에 약간 더 위험한 전기를 사용하기로 한 것이다.

 

 

EU/한국의 220V~240V 가전제품을 미국의 240V에 그대로 꼽으면?

 

정상 동작한다.

 

EU/한국은 단상 2선식 (Single Phase 2 Wire) 220V~240V를 쓰고 있고, 미국은 2상 3선식 (Split Phase 3 Wire) 240V를 쓰고 있다. 

2상 3선식을 Single Phase 3 Wire 혹은 Split Phase 3 Wire라고도 부른다. Single Phase 3 Wire라고 불러도 틀린 표현은 아니지만 정확한 표현은 아니다. 전봇대까지는 단상(Single Phase)로 오고, 전봇대 위의 변압기(트랜스포머)에서 240V로 변환하면서, 120V 두쪽으로 나눠 2 Phase로 만들기 때문에, 공급자 측면에서 보면 단상 3선식이라고 부를수도 있기는 하지만, 가정집에 들어올때는 어찌되었든 2 Phase 3 Wire 모양으로 되어 있으니까 2상 3선식이라고 부르는 것이 정확한 표현이다.

EU/한국의 콘센트(아울렛)을 보면, 돼지코처럼 동그랗게 되어 있다. 어느 선이 핫인지 어느선이 뉴트럴인지 알수가 없다. 뒤집어 꼽으면 핫과 뉴트럴이 뒤집히지만, 가전제품을 설계할때는 뒤집어 꼽아도 정상 동작하도록 하기 때문에 문제가 안된다. 즉, 어느 선이 뉴트럴이냐 핫이냐는 중요하지 않고, 두 전선의 전위차가 220~240V만 나와주면 되도록 설계되어 있다. 

 

따라서, EU/한국 가전제품을 미국의 240V에 꼽으면, 양쪽 전선의 전위차가 240V가 나와주므로 정상 동작한다. 0V ↔ 220~240V로 220~240V가 나오냐, +120V ↔ -120V로 240V가 나오냐의 차이가 있지만 가전제품에게는 상관이 없는 것이다.

 

 

전압이 220V와 240V로 차이가 나는데 괜찮나?

 

한국의 전압 국가 표준은 220V ± 13V이다. 미국의 240V는 이보다 7V가 높은 것이므로 당연히 견디도록 설계되어 있어야 옳다. 다만 미국에서 지역에 따라서는 250V까지도 나오므로 약간의 오버 전압이 있을수 있다는 점은 고려해야 한다. EU는 표준이 230V ± 23V 이므로 EU 가전제품은 당연히 미국에서 정상 동작해야 한다. 물론 EU는 50Hz를 사용하므로 미국의 60Hz와 맞지 않는 제품 (세탁기, 드라이어, 전자레인지. 제품 매뉴얼 참고)이 있을수는 있지만 Hz 때문이지 전압 때문은 아니다.

 

(EU/한국의 Type F 220~240V 콘센트) (UK, Italy, 스위스, 덴마크 제외) (Photo by Hans)

 

 

미국의 콘센트 모양

 

미국의 콘센트 모양은 한가지가 아니고, 전류 용량(Ampere)에 따라 제각각 다른 모양을 하고 있다. 우리가 흔히 알고있는 것은 이중에서 120V 15A 모양 (NEMA 5-15) 하나일 뿐이다. "미국의 콘센트는 11자 모양"으로 되어있다라고 말하는 것은, 코끼리 다리를 만져본 후 "코끼리는 둥그런 기둥처럼 생겼다"라고 말하는 것과 마찬가지다. 

 

240V 20A, 240V 30A, 240V 50A 등의 콘센트 모양이 모두 다르다. 240V 30A 콘센트는 드라이어(건조기) 콘센트로 쓰인다. 240V 50A는 전기자동차 충전기를 연결할때 많이 쓴다. 240V 20A는 일반 가전제품을 꼽을때 쓴다. 120V 콘센트가 가장 일반적이지만, 이 것도 전류 용량에 따라 모양이 제각각이다.

 

미국의 콘센트 모양은 NEMA 규격을 주로 따른다. NEMA는 National Electrical Manufacturers Association (미국 전기제품 제조사 협회)로 미국 전기제품 표준화를 주도하는 협회다. 그래서 콘센트 모양을 NEMA 1 ~ NEMA 22 등으로 부르기도 한다. 

 

 

(NEMA 1~14 아울렛 모양) (Left table/drawing by Orioan Lawlor, CC BY-SA 3.0)

 

 

전기자동차 충전 콘센트

 

전기자동차 충전용 콘센트는 NEMA 14-50나 NEMA 6-50가 일반적이다. 모두 240V 50A를 공급할 수 있다. 전기자동차 Level 2 50A 충전에 필요한 콘센트로, 앞으로는 모든 가정의 거라지에 몇개씩은 설치되어야 한다. 전기자동차를 120V 20A로 충전하면 최대 4 miles/hr 정도로 충전할 수 있는데, 한시간 충전하면 4마일 주행할수 있다는 뜻이다. 밤새 충전해도 40~50 마일 주행이 고작이다. 반면 240V 50A로 충전하면 40 miles/hr 정도까지 가능해져서 12시간 충전하면  500마일은 주행할 수 있다.

 

왜 같은 용량인데 콘센트 모양이 두가지냐면, NEMA 14-50는 뉴트럴 전선이 있고, NEMA 6-5에는 뉴트럴이 전선이 빠져 있다. 메인 패널(브레이커 박스)에서 거라지의 콘센트까지 4가닥짜리 전선을 배선했는지 아니면 3가닥짜리 전선을 배선했는지에 따라 구분해서 쓰는 것이다. NEMA 14-50는 120V와 240V를 겸용할수 있는 콘센트이고, NEMA 6-50는 240V만 쓸수 있게 한 콘센트이다. 

 

• NEMA 14-50: 호환성이 좋다. 전기차 충전에 호환된다.
• NEMA 6-50: 경제성이 좋다. 전기차 충전에 호환된다.

 

전기자동차 충전에는 뉴트럴 전선이 필요 없다. 240V만 쓰고 120V는 필요하지 않기 때문이다.

 

NEMA 14-50는 호환성이 좋다. 전기차 충전에도 쓸수 있고, 용량이 큰 120V 진공청소기도 꼽아 쓸수 있고, RV 등에도 호환이 된다. NEMA 6-50는 경제성이 좋다. 메인패널에서 거라지까지 전선 한가닥을 빼도 되므로 전깃줄 가격이 절약된다 (50A 전선은 전기줄 값이 비싸다). 예를들면, 125ft를 배선하는데 4선짜리로 배선하려면 전깃줄 값만 $400 정도 들어가는데 3선짜리로 배선하면 $290정도면 된다. 물론, Electrician의 인건비까지 계산하면 $110 차이는 별것 아니지만, 어쨋든 필요없는 전선 한가닥을 빼면 절약할 수 있는 돈이다.

 

(대부분의 가정에 240V 전기자동차 충전기를 즉시 설치할 수 있다) (Photo by Blomst)