한국전기연구원은 친환경전력기기연구센터 연구팀이 중전압(Medium Voltage)인 '42킬로볼트(kV, 전압의 단위)급 하이브리드 직류 차단기' 기술을 국내 최초로 개발해 기존 직류 송배전의 한계를 극복하는 데 성공했다고 20일 밝혔다.
시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변하는 교류(AC)와 달리 한 방향으로 일정하게 흐르는 직류는 자연스럽게 전류가 0이 되는 '전류 영점'이 없다. 고장 전류를 차단하려면 전류를 강제로 0으로 만들어야 한다는 뜻이다.
연구팀은 기존 전력반도체 스위치와 기계식 고속 스위치, 에너지 흡수 장치의 장점을 모아 하이브리드 직류 차단기를 만들었다.
현재 해외에서 보유한 하이브리드 차단기 기술은 과도한 전압을 견디기 위해 다수의 전력반도체를 이용해 장치 가격이 비싸고 전력반도체가 통전 손실을 유발해 송전 효율이 떨어지는 문제가 있다.
연구팀은 기계식 고속 스위치로 전력반도체 역할을 대체해 비용과 송전 효율 문제를 개선했다. 전력반도체 스위치가 고장 전류의 영점을 만들면 기계식 고속 스위치는 전기 불꽃인 아크(arc)가 없어진 뒤 유도되는 과도한 차단 전압을 견딘다. 에너지 흡수 장치는 차단 전압의 최대치를 제한하고 시스템 잔류 에너지를 흩어 사라지게 만든다.
개발된 직류 차단기는 21kV, 42kV 두 종류로 개발됐다. 여러 개를 쌓아서 전압을 확장할 수 있도록 설계돼 다양한 전압에 유연하게 대응한다.
이번 연구결과는 직류 송배전 시스템의 대규모 정전 사고 방지 등 안전한 전력망 구축에 기여할 것으로 기대된다. 국내에서는 직류 전류 차단이 까다로워 대부분 2개 지점 사이의 단일 접속형 송전만 운영됐다. 개발된 직류 차단기를 이용해 여러 지점 사이의 유연한 배전망 구현이 가능해질 것으로 전망된다.
안현모 전기연 선임연구원은 "경쟁력 있는 독자 기술 개발을 통해 국내 직류 차단기 시장을 잠식하려는 선진국의 시도를 막고 수입 대체 효과도 기대할 수 있을 것"이라고 밝혔다.
전기연은 국내외 기술이전과 수출을 통해 중전압 직류 차단기 상용화를 추진하고 100kV급 이상의 고전압 직류 차단기 기술을 국산화할 계획이다.
