외부 전력을 받아서 운행하는 전철은
철도 위에 있는 전차선(가공 전선)에서 전기를 공급받는다.
이 전기는 교류(AC)일 수도 직류(DC)일 수도 있다.
교류 20,000V (AC 20kV)는 높은 전압으로 먼 거리까지 손실 없이 송전이 가능해서 장거리 고속철도에 쓰이고
직류 1,500V (DC 1.5kV)는 모터 제어가 용이해 도심 내 급가속, 감속에 적합 하기 때문에 도시철도나 지하철, 근교 전철에 쓰인다.
서울 지하철 4호선 선바위-남태령구간처럼
전철이 교류 구간에서 달리다가 직류 구간으로 들어갈 때
차량의 팬터그래프는 계속 전기를 받고 있지만
해당 구간에서는 잠시 전기가 차단되어 있는데
이 구간을 데드 섹션이라 부르고
차량은 자체 관성으로 잠시 달리다가
직류 전기가 공급되는 구간으로 들어가면 다시 전기를 받아 운행한다.
교류(AC)가 장거리용인 이유는
교류는 쉽게 전압을 올리거나 내릴 수 있어서 전압을 수만 볼트로 올려 먼 거리로 보낼 수 있기 때문이다.
또한 전류는 작을수록 손실이 적은데, 고전압이면 같은 전력을 작은 전류로 보낼 수 있어 손실이 적으며
(수도꼭지에서 물을 퍼서 수도관으로 먼 곳까지 보내려면 수압을 세게 해서 보내야 손실 없이 멀리 보낼 수 있는 것과 같은 이치)
또한 교류는 변압기가 있어서 전압을 자유롭게 조절해 받아 쓸 수 있기 때문이다.
직류(DC)가 도심용인 이유는
기술 도입 초기에 아직 다 장거리 노선이 다 깔리지 않아서 단선 구간이 많았을 시기에 회로가 간단하고 안정성이 높은 직류가 도시철도용으로 널리 보급되었고
인구가 밀집된 도시의 철도는 단위 거리 당 정차해야할 역이 많아서 빠른 가감속이 중요해 응답속도가 빠른 직류가 유리했으며
직류 전기는 모터 회전을 쉽게 정밀하게 제어할 수 있어서 급가속, 급정지에 적합했기 때문이다.
아울러 도시는 안전을 위해 저전압 선호했던 까닭도 있다. 도심은 전차선 높이도 제한되고 복잡한 구조물 때문에 고전압 사용이 어렵고 위험했던 것이다.
그런데 물론 교류는 긴 구간까지 한 번에 전기를 보내야 하니까 오히려 부담 아닌가요? 라는 질문을 할 수 있다.
그러나 오히려 교류가 장거리 송전에 특화되어 있어서 긴 구간 전력망 연결에 더 유리하다고 할 수 있다.
왜냐하면 교류는 변압이 쉬워서 송전 전압을 수만 볼트로 올려서 손실 없이 보내고, 변압기가 장착된 열차에선 그걸 내려서 사용할 수 있기 때문
게다가 변전소 간 거리도 직류보다 훨씬 길게 벌려도 된다. 대략 20~50km마다 한 번 정도로.
반면 직류는 전력 손실이 빨라서 2~5km마다 변전소가 필요해서 장거리 노선에는 제약이 있다. 같은 구간에 설치 비용이 증가하니까.