[에너지산업신문]

한국전기연구원은 중전압(MV)급 ‘하이브리드 직류 차단기’ 기술을 국내 최초로 개발했다고 20일 밝혔다.

이는 차세대 전력 전송 방식인 ‘멀티 터미널 직류(Multi-terminal Direct Current)’ 송배전의 단점을 보완하는 기술이다.

전기연구원이 개발한 ‘42kV급 하이브리드 직류 차단기’는 기존의 전력반도체 스위치, 기계식 고속 스위치, 에너지 흡수 장치의 장점만을 모아 조합한 기술이다. 먼저, 전력반도체 스위치가 직류 고장 전류의 영점을 강제로 만든다. 이후 기계식 고속 스위치는 전기불꽃(아크, arc)가 없어진 뒤 유도되는 과도 차단 전압을 견딘다. 마지막으로 에너지 흡수 장치는 과도 차단 전압의 최대치를 제한하고 시스템의 잔류 에너지를 흩어 사라지게 만든다.

직류 송배전은 효율이 높고, 신재생에너지와 연계가 잘 돼 각광을 받고 있다. 하지만 사고 시 고장 전류를 차단하기 어렵다는 것이 한계다. 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변하는 교류(AC)와 달리, 한 방향으로만 흐르는 직류는 자연적인 ‘전류 영점(Current Zero-crossing)’이 없어 고장 전류를 차단하려면 전류 영점을 강제로 만드는 기술이 필요하다.

해외 선진사도 하이브리드 직류 차단기를 보유하고 있다. 하지만 과도 차단 전압을 견디기 위해 다량의 전력반도체를 이용하므로 장치가 비싸다. 이 전력반도체가 통전 손실을 유발하는 등 송전 효율 개선도 필요하다. 하지만, 전기연구원의 기술은 기계식 고속 스위치가 전력반도체 역할을 대체해 고비용 및 송전 효율 문제를 개선했다. 직류 차단기를 21kV와 42kV 두 가지 타입의 모듈로 개발하고, 이를 적층해 적용 전압을 확장해 활용성을 높였다.

이번 성과는 직류 송·배전 분야에 적용돼 대규모 정전 및 사고 방지 등 안정적인 전력망 구축에 기여할 것으로 보인다. 전기연구원 관계자는 “직류 전류 차단이 어려워 우리나라는 2개 지점 간 ‘단일 접속형 직류 송전’만 운영해 왔다”며 “이번에 개발한 직류 차단기를 널리 활용하면 여러 지점 간 유연한 직류 송배전망을 만들어 전기차 충전소 확대, 에너지 절감형 직류 가전제품 등장과 같은 일상생활의 변화가 있을 것”이라고 말했다.

중전압 직류 차단기 시제품 개발 및 공인시험기관 검증까지 마친 전기연구원은 국내외 기술이전 및 수출을 통해 상용화를 추진하기로 했다. 전기연구원은 유럽과 중국, 일본 등이 주도하는 100kV급 이상의 고전압(HV) 직류 차단기 기술을 국산화 개발해 ‘서해안 에너지 고속도로’와 ‘한반도 에너지 고속도로’ 직류 송전망 사업에 적극 참여하기로 했다.

안현모 한국전기연구원 친환경전력기기연구센터 선임연구원은 “기계식 고속 스위치와 전력반도체 스위치 간 전압 분배와 전류 전환, 잔류 에너지 소산 문제를 해결하는 등 직류 차단기 성능(차단/절연/통전)을 확보하기 위해 많은 노력을 기울였다”며 “경쟁력 있는 독자 기술을 개발해 국내 직류 차단기 시장을 잠식하는 선진국의 시도를 막고, 수입 대체 효과도 기대할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한국전기연구원이 개발한 한국전기연구원은 중전압 42kV 급 ‘하이브리드 직류 차단기’ (c)한국전기연구원

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