로그인
NEWS
업계뉴스
한국전기연구원, MV급 하이브리드 직류 차단기 국내 첫 개발
KERI 안현모 박사(오른쪽) 연구팀이 MV급 ‘하이브리드 직류 차단기’를 국내 최초로 개발했다. / 한국전기연구원 제공
[투데이에너지 박명종 기자] 한국전기연구원(KERI)이 중전압(MV)급 '하이브리드 직류 차단기' 기술을 국내 최초로 개발하며 차세대 전력 전송 시스템의 핵심 기술 장벽을 허물었다.
KERI는 17일 42kV급 하이브리드 직류 차단기 개발에 성공했다고 밝혔다. 이번 기술은 멀티 터미널 직류(Multi-terminal DC) 송배전 시스템 구현의 핵심으로, 그동안 직류 전력망 확대를 가로막았던 고장 전류 차단 문제를 해결했다는 평가를 받고 있다.
직류 송배전은 교류 대비 효율성이 높고 신재생에너지와의 연계가 용이해 차세대 전력 전송 방식으로 주목받아 왔다. 하지만 사고 시 고장 전류 차단이 어렵다는 치명적 약점이 있었다. 교류는 시간에 따라 전류의 크기와 방향이 주기적으로 변해 자연적인 '전류 영점'이 생기지만, 직류는 한 방향으로만 흐르기 때문에 영점을 강제로 만들어야 한다.
KERI가 개발한 하이브리드 직류 차단기는 전력반도체 스위치, 기계식 고속 스위치, 에너지 흡수 장치를 최적으로 조합한 것이 특징이다. 전력반도체 스위치가 직류 고장 전류의 영점을 강제로 만들면, 기계식 고속 스위치가 아크 소멸 후 발생하는 과도 차단 전압을 견딘다. 이어 에너지 흡수 장치가 과도 전압의 최대치를 제한하고 시스템의 잔류 에너지를 소산시키는 방식이다.
해외 선진사들도 하이브리드 직류 차단기를 보유하고 있지만, KERI 기술은 경쟁력에서 한 수 위다. 선진사 제품은 과도 차단 전압을 견디기 위해 다량의 전력반도체를 사용해 가격이 비싸고 통전 손실로 인한 송전 효율 저하 문제가 있었다. 반면 KERI 기술은 기계식 고속 스위치가 전력반도체의 역할을 상당 부분 대체해 비용과 효율 문제를 동시에 개선했다.
특히 21kV와 42kV 두 가지 타입의 모듈로 개발하고 이를 적층해 전압을 확장하는 방식으로 다양한 시스템 전압에 유연하게 대응할 수 있도록 설계했다.
이번 성과는 국내 직류 송배전망 구축에 전환점이 될 전망이다. 그동안 우리나라는 직류 전류 차단의 어려움 때문에 2개 지점 간 '단일 접속형 직류 송전'만 주로 운영해 왔다. KERI의 직류 차단기를 통해 여러 지점을 연결하는 유연한 직류 송배전망 구축이 가능해지면서 대규모 정전 및 사고 예방 등 전력망의 안정성이 크게 높아질 것으로 기대된다.
일상생활에서도 변화가 예상된다. 전기차 충전소 확대, 에너지 절감형 직류 가전제품 보급 등이 탄력을 받을 것으로 보인다.
KERI 친환경전력기기연구센터 안현모 선임연구원은 "기계식 고속 스위치와 전력반도체 스위치 간의 전압 분배와 전류 전환, 잔류 에너지 소산 문제를 해결하는 등 직류 차단기의 차단·절연·통전 성능 확보를 위해 많은 노력을 기울였다"며 "경쟁력 있는 독자 기술 개발로 선진국의 국내 시장 잠식을 막고 수입 대체 효과도 거둘 수 있을 것"이라고 밝혔다.
MV급 직류 차단기의 시제품 개발과 공인시험기관 검증을 완료한 KERI는 국내외 기술이전 및 수출을 통한 상용화를 추진할 계획이다. 또한 유럽과 중국, 일본 등이 주도하는 100kV급 이상 고전압(HV) 직류 차단기 기술의 국산화 개발에도 나선다. 향후 추진될 '서해안 에너지 고속도로'와 '한반도 에너지 고속도로' 직류 송전망 구축 사업에 적극 참여한다는 방침이다.
KERI는 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다.
한국전기연구원 제공