[해외기술특집] 대전류 시험에서의 계측 표준 동향

개요

대전류 시험에 관한 국제 표준으로는 국제전기표준회의(IEC) 규격이, 또 일본 내에서는 전기학회 전기 규격 조사회(JEC) 규격이 규정되어 운용되고 있다. 현행 대전류 시험 관련 규격으로는 모두 고전압 시험 규격의 일부로 규정되어 오랫동안 사용돼 왔다.
최근 경제 활동의 글로벌화에 대응하기 위해 각종 공업 분야에서 시험 결과를 국제 간 평가할 수 있는 조직을 확립하는 것이 주요한 과제가 되고 있다. 고전압 시험에서는 임펄스 전압 시험을 중심으로 비교 시험이 행해져 왔지만, 최근 대전류 시험에 관한 트레이서빌리티를 확립할 목적으로 국제적 규격에서의 비교 시험이 입안, 추진되고 있다. 또 고전압 시험 규격에서 독립된 대전류 시험에 관한 IEC 규격 제정 움직임도 있다.
여기에서는 대전류 분야에서의 최근 계측 표준과 국제표준화에 관련한 국내외 동향에 대해 설명한다.


국제표준화 최신 동향

최근 정보 기술에 관련된 기술 혁신 및 물류 광역화, 규격 완화 등 사회 시스템 변혁에 의해 경제 활동의 글로벌화가 활발히 진전되고 있다. 이에 따라 세계는 단일 시장을 목적으로 경제 활동의 보더리스(Borderless)화가 점점 현저해지고 있다.
이러한 상황 하에서 국제 무역을 원활히 행하기 위해서는 국제적으로 동등한 거래 조직을 구축하는 것이 중요하다. 기술적인 측면에서는 국제 간 시험결과를 평가할 수 있는 조직을 확립하는 것이 중요한 과제가 되고 있다. 이에 적응하기 위해서 각국에서는 표준을 통일하여 각각의 표준을 국제 규격에 정합시키려는 움직임이 활발하게 진행되고 있어, 일본에서도 이를 향한 노력이 이루어지고 있다.
대전력 시험 분야에서는 수 10㎄에 달하는 대전류에 의해 기기 성능을 검증하는 단락 시험이 필요하다. 단락 시험에서는 피시험 기기에 손상을 줄 우려가 있기 때문에, 할 수 있는 한 적은 횟수로 성능평가를 실현할 필요가 있으므로 그 실험 결과의 판정은 복잡하다. 특히 차단기는 실험에 의해 받을 수 있는 기기 손상이 크기 때문에, 이 점에 대해 신중히 고려할 필요가 있다.
IEC 규격에는 시험 내용이 기술돼 있지만 실험방법, 순서의 세부적 사항에 있어서는 시험 연구소에 맡기는 경우가 많다. 특히 차단기에서는 시험 방법과 순서가 성능의 판정에 영향을 주기 때문에 기준이 되는 자세한 항목을 정해둬야 할 것이다.
한편 시험소 인정제도를 국제적 규모로 확립하고 인정 시험소의 시험 성적서를 상호 승인함으로써 세계적으로 통용되는 조직을 실현하는 것도 극히 중요한 과제다.(<그림 1> 참조)
전력기기 분야에서는 ISO/IEC 17025로 규정돼 있는 시험소 인정과 인정 기관의 상호 승인이 정해져 있다. 이것은 유럽을 중심으로 한 국제적인 동향이지만, 일본에서도 이에 대응할 필요가 있다.
이러한 세계적인 동향 속에서 국제 단락 시험 협회(Short Circuit Testing Liaison, 이하 STL)가 설립됐다. 여기에서는 STL이 지금까지 맡아 왔던 역할과 함께 이 분야에서의 일본 대응법에 대해 설명한다.



STL 이념과 활동

IEC로 규정돼 있는 대전력 시험에 관한 규격을 통일된 해석으로 실시하고 모든 정보를 교환·의논하는 곳으로서, 유럽을 중심으로 하는 시험 연구소가 멤버가 된 STL이 설립되어 활발하게 활동 중이다.
STL 설립은 1961년에 ASTA(이탈리아)와 PEHLA(독일)가 공동으로 IEC 56(교류 차단기)의 해석을 개시한 것에서 시작됐다. 1969년에는 KEMA(네덜란드)와 CESI(이탈리아)가 여기에 참가하여 STL이 결성됐다. 또한 1971년에는 ESEF(프랑스)가 STL의 멤버로 참가했으며, 일본이 이 회의에 처음으로 참가한 것은 1984년이다.
이후 1985년에는 SATS(북유럽)과 STLNA(북미)가 가맹했으며, JSTC(일본)는 1998년에는 준 멤버로 2001년에는 정식 멤버로 참가했다. 2006년에는 CPRI(인도)가 정식 멤버로 인정되어 오늘날 STL이 되기에 이르렀다.
STL에는 위의 정식 멤버인 9기관 외에도 러시아, 중국, 루마니아, 한국, 남아프리카, 폴란드, 헝가리, 체코의 대전력 시험소 8기관이 준 멤버(Participants)로 참가하고 있다.
전 세계의 대전력 시험 연구소가 참가하고 있는 STL은 각국의 대전력 전문가가 의견을 교환하는 곳으로, 정보 교환과 의논을 통해 IEC 규격에 기술되어 있는 내용에 대해서 통일된 해석을 행하여 참가 시험 연구소가 이 해석에 따라 시험을 실시할 수 있도록 하는 것이 주요 이념이다. 더욱이 대전력 시험 연구소에 시험을 의뢰한 사용자 및 제조업체 등의 관계자에게 STL에 대한 인식을 요구하는 것도 목적 중 하나가 되고 있다.
STL에서는 이런 시험에 관한 순서를 정리하여 STL 가이드로 발행하고, 이를 폭넓게 배포하기 위한 활동을 한다.
STL 가이드는 IEC 규격 개정에 따라 개정 작업이 진행되고 있지만, 이 작업은 STL 기술 위원회(Technical Committee, 이하 TC)가 한다. TC의 결론 안은 운영위원회(Management Committee, 이하 MC)가 승인하여 발행한다. 보통 TC와 MC는 각각 연 1회씩 개최되는데, TC에는 정 멤버 및 준 멤버 전원이 참가하고 MC에서는 정 멤버만 참석하여 심의한다. TC 위원장은 MC에서 선임되고, MC 위원장은 정 멤버가 돌아가며 맡고 있다.


JSTC 설립과 STL에의 참가

일본이 STL에 참가한 것은 1984년으로, CRIEPISTL 기술 위원회가 STL 회의에 참가하여 일본 기술을 소개하고 그 발전에 공헌했다. 그 후 이 위원회를 계승하는 형태로, 1998년에 일본 단락시험위원회(Japan-Short-Circuit Testing Committee, 이하 JSTC)가 설립됐다. 설립 이후 JSTC는 STL 내에서 일본을 대표하는 대전력 시험 기관으로서의 역할을 담당하며 활발히 활동해 온 결과 1998년에는 준 멤버로, 또 2001년에는 정 멤버로 승인되어 오늘날에 이르게 됐다.
JSTC는 STL에서의 일본 대표로 활동하며 일본에서의 시험 기관 상호 규격 해석으로 시험 통일화, 실시 중 기술적 제문제 검토 조정, 시험 기술 향상을 위한 정보 교환 등을 진행한다. 또 JSTC는 일본의 시험 기술 레벨 및 활동을 STL에 반영시키는 것을 주안(主眼)으로 활동하고 있다. JSTC 멤버는 일본의 주요 대전력 시험소와 그 사용자, 전기사업자, 지식인들로 구성되어 있다.


STL에서의 Management Committee, Technical Committee에 대응하기 위해 JSTL에서는 <그림 2>와 같이 운영위원회, 기술위원회를 설립하여 운영하고있다.
JSTC는 STL 내에서 아시아를 대표하는 입장이기 때문에 한국, 중국, 인도 등 아시아 모든 나라에서의 단락 시험 기관 간 정보 교환 및 대전력 시험의 트레이서빌러티를 확립하는 것도 주요한 과제로 삼아 활발히 활동하고 있다.


대전력 비교 시험

최근 STL의 주요 활동 중 하나로 대전력 비교 시험을 들 수 있다. 대전력 측정용 동축 션트(Shunt, 분로)를 여러 대전력 시험소에서 측정한 결과를 비교 검토하여 측정 불확실한 점을 평가하고, 그 결과 측정 트레이서빌러티를 확립하는 것을 목적으로 한다.
같은 실험으로 1995~1997년에 EC 프로젝트로도 실시됐다. 그 때에는 EdF(프랑스) 제품의 동축션트와 KEMA에서 제공되는 로고스키 코일이 비교 실험을 위해 공용됐다. 이 비교 실험의 결과로 인한 상기 기준 측정기와 각 시험소 측정기 간 차이를 <표 1>로 나타냈다.


최근 STL는 대전류 비교 실험을 계획 중이다. 당초에는 기준이 되는 전류 션트를 3대 제작하고 이것을 각각 유럽/아프리카, 아시아, 북미의 3지역 대전력 시험소로 돌려 각 시험소의 측정기와 비교했다.
이것은 기준 션트와 각 시험소의 측정치 간 차이를 명확히 함으로써 불확실함을 평가, 대전류 시험의 트레이서빌러티를 확립하는 계획이었다. 그러나 북미는 이 계획에서 철퇴하여 현재 유럽/아프리카와 아시아 두 곳에서의 비교 시험이 진행되고 있다.
이 계획으로 유럽에서는 독일의 시험 기관이었던 IPS 제품의 션트를 사용하고 JSTC에서는 아시아 지역용 준비 션트를 제작했다. STL에서 제시됐던 기준 션트의 요구 사양은 <표 2>와 같다.
JSTC는 션트 설계 시 실내 자연 공랭방식을 선정하고 허용 열용량을 100kJ, 온도 상승 한도를 60K로 했다. 고주파는 그 특성이 좋아지도록 완전 동축구조를 채용했다. 또 대전류 통전 시 저항 변화를 억제하도록 온도 계수가 작은 재료 망가닝(Manganin)을 사용했다. 사용 조건은 실제로 시험하여 140㎄, 0.1s를 30분 간격으로 10회 통전한 후 온도 상승이 60K 이하인것을확인했다. JSTC 션트외관을<그림 3>으로나타냈다.
시험소 간 비교 시험에 앞서 아시아 지역에서 공용됐던 JSTC 션트, 유럽/아프리카 비교 시험용 IPH 션트(<그림 4> 참조)의 두 가지 기준 션트와 EC 프로젝트에 공용됐던 EdF 션트(<그림 5> 참조)를 비교 시험했다. 이 세 가지 션트(A, B, C)에 의한 측정치 비교 결과를 <그림 6>으로 나타냈다.
현재 JTSC는 자체 제작한 기준 션트로 아시아 지역에서의 비교 실험을 진행 중이다. 이미 일본, 한국에서의 실험을 완료했으며, 2007년에는 중국 시험소에서 비교 시험을 진행했다. 중국에서의 시험 완료 후 기준 션트를 인도로 보내 CPRI에서 비교 실험을 행한다. 그 후에는 STL와 관계된 시험소 이외에도 비교 실험을 희망하는 대전력 시험소에 기준 션트를 대여하여 표준화 활동을 확대할 계획이다.


이와 같이 IEC에서는 대전류 실험 기술에 관한 새로운 규격 제정의 움직임이 있었으며, 그 초안을 각국에 배포하여 의견을 모았다. 그 결과는 2007년 8월에 그라츠(Graz)에서 개최됐던 TC42(고전압 시험 기술 회의)에서 의논했다.


아시아 대전력 시험소 회의

STL 활동의 일환으로 일본, 한국, 중국, 인도의 대전력 시험소 간 돌아가며 시험이 진행되고 있음은 앞서 설명했다. 이 계획의 입안 및 실시 그리고 아시아 지역에서의 대전력 시험 기술에 관한 정보교환 등을 목적으로 JTLS가 발안되고 일본, 한국, 중국, 인도의 관련 시험 연구소에 의한 아시아 대전력 시험소 회의(Asian Meeting of High Power Laboratories, 이하 AMHPL)가 2003년에 설립되어 활발한 토의가 진행 중이다.
참가 시험소는 JTLS의 멤버 시험소인 한국, 중국, 인도 등 아시아의 주요 대전력 시험소다.
최초 회의는 2003년 2월에 일본 아마가사키(尼崎)에서 개최됐다. 또 제2, 3회 회의는 창원(한국, 2004년 12월)과 서안(중국, 2005년 11월)에서 각각 개최됐다. 2006년 10월에는 제4회 회의가 일본 가와사키(川崎)에서 개최되어, 션트에 의한 비교 시험 결과를 소개하는 등 발족에서 오늘에 이르기까지 활발한 활동을 진행하고 있다.


마무리

급속하게 진전하는 경제 활동 글로벌화에 대처하기 위해서는 시험소의 인정제도를 국제적 규모로 실시하여, 시험 결과를 국제 간 평가할 수 있는 조직을 확립하는 것이 중요하다. 대전력 시험 분야에서는 이를 실현할 목적으로 대전력 시험 연구소를 멤버로 하는 STL이 오랫동안 활동을 해 왔다. 이 분야를 대표하는 일본의 조직으로는 JSTC이 설립되어 활발하게 활동하고 있다.
JSTC는 아시아 지역에서의 주도적인 입장을 유지하고 대전력 시험 기술의 고도화를 위한 활동을 추진하여, 앞으로도 관계 각국의 시험소와 연대를 유지하며 더욱 발전하길 기대한다.