한국전기연구원(KERI)은 중전압급 '하이브리드 직류 차단기' 기술의 개발로 차세대 전력 전송 방식인 '멀티 터미널 직류(Multi-terminal Direct Current)'의 한계를 극복하는 데 성공했다고 20일 밝혔다. 이 기술은 국내에서 처음으로 개발한 것이다.
직류(DC) 송배전은 효율성과 신재생에너지와의 연계성이 높아 각광받고 있지만 사고 시 고장 전류의 차단이 매우 어렵다.
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.
한국전기연구원은 이에 기존의 전력반도체 스위치, 기계식 고속 스위치, 에너지 흡수 장치의 장점만을 모아 '42kV급 하이브리드 직류 차단기'를 개발했다.
이 기술은 우선 전력반도체 스위치가 직류 고장 전류의 영점을 강제로 만든다. 이후 기계식 고속 스위치는 아크(arc, 전기 불꽃)가 없어진 뒤 유도되는 과도 차단 전압을 견딘다. 마지막으로 에너지 흡수 장치는 과도 차단 전압의 최대치를 제한하고 시스템의 잔류 에너지를 흩어 사라지게 만드는 원리다.
해외 선진사도 하이브리드 직류 차단기를 보유하고 있지만 과도 차단 전압을 견디기 위해 다량의 전력반도체를 이용하므로 장치 가격이 비쌌고 이 전력반도체가 통전 손실을 유발하는 등 송전 효율 측면에서 개선이 필요했다.
한국전기연구원은 고비용·송전 효율 문제를 개선을 위해 기계식 고속 스위치가 전력반도체의 역할을 대체했다.
또 직류 차단기를 21kV와 42kV 두 가지 타입의 모듈로 개발해 전압 확장을 구현했다.
한국전기연구원은 이번 성과가 직류 송·배전 분야에 적용되어 대규모 정전·사고 방지 등 안정적인 전력망 구축에 기여할 것으로 보고있다.
한국전기연구원 친환경전력기기연구센터 안현모 선임연구원은 "이번 경쟁력 있는 독자 기술 개발을 통해 국내 직류 차단기 시장을 잠식하려는 선진국의 시도를 막고 수입 대체 효과도 기대할 수 있을 것"이라며 성과의 의의를 밝혔다.
한국전기연구원은 국내외 기술이전·수출을 통해 상용화를 추진한다. 또 100kV급 이상의 고전압 직류 차단기 기술을 개발해 앞으로 추진될 서해안 에너지 고속도로와 한반도 에너지 고속도로 직류 송전망 구축 사업에 적극 참여할 계획이다.
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