전기 안전 기술로서의 새로운 진단 시스템 개발

이 글은 현재 한국전기안전공사 전기안전연구원에서 수행하는 많은 전기 안전 기술 중 전력 설비의 안전을 확보하기 위한 다양한 기술 자료를 정리한 것이다. 특히, 본 기술개발의 특징은 새로운 진단기술에 대한 시스템 구축, 전기 안전 서비스에 독보적인 기술로서의 역할 수행, 전기 설비 사고 분석 기술에 대한 정립과 서비스 제공, 진단 기술을 통한 미래 가치 창출 유도를 나타낸다. 이는 진단 기술에 대한 고품질 전기 안전 서비스 개발과 고객만족을 지향하는 미래 가치 창출을 기대할 수 있으며, 국제 표준을 리드하는 무정전 검사 기술의 창조, 국내 희소 가치 기술에 대한 개발 선점과 민간 이양을 통한 전기 안전 리더로서의 역할 수행을 목적으로 한다.

글 송길목<한국전기안전공사전기안전연구원 진단기술연구부 책임연구원>

과거 에너지 이용은 매우 한정적이고 제한적이었다. 그러나 현재는 산업의 발달로 전기 에너지의 활용 가치가 높아지며, 그 사용 범위를 무한하게 확대 · 생산하는 추세다. 하지만 화석연료의 사용은 이미 한계에 다다르고 있어 신재생에너지의 발견과 효율적인 개발이 필요한 시점이다. 전기에너지의 생산-공급-소비적 측면에서 보면, 매우 급속한 변화로 말미암은 전력 시장의 팽창과 수요 증가로 다양한 설비를 개발해 활용하는 중이다. 전기 안전 기술 측면에서도 이러한 다양성에 대응하고 안전을 확보하고자 지속적으로 노력한다.
<2009년 전기 안전 기술 로드맵>에서 발췌한 자료를 보면, 전기 안전 기술을 전기 에너지의 발생-이동-저장 이용 공간에서 의도하지 않은 전기 에너지의 위해에 대한 원인 규명, 예방 또는 방지 기술 등의 적절한 대처와 이에 따라 파생되는 다양한 전기 안전의 역할 수행 기법이라고 총체적으로 정의한다. 이를 통해 현재 또는 앞으로 기대되는 다양한 제품이나 설비에서 고품질 서비스를 제공하는 데 있다. 그러나 연간 1인당 1 h의 전력을 소모하는 우리나라 현실에서 보면, 단적인 예로 국가에서 투자하는 전체 R&D 중 전기 안전 분야 예산은 안타깝게도 0.01%도 되지 않는다. 매년 팽창하는 전력수급의 안정적인 측면에서도 에너지 사용에 지금보다 많이 투자해야 한다. 이제는 전기 안전 기술의 개발과 시장 접근에 대해 심각하게 고민해야 한다.

국내 전력 설비 시장에서 진단 필요성

전력 설비의 안전 관리는 사고 발생 시 설비 손실로 말미암은 경제적 또는 인명 피해를 줄이는 것만을 뜻하지 않는다. 전력 설비의 안전 고려 범주에 생산 시설 중단으로 발생하는 막대한 경제적 손실과 이를 복구하면서 발생하는 잠재적 손실 그리고 안전 관리자 또는 제3자가 느끼는 패닉에 의한 손실도 포함해야 한다.

<그림 1>에서와 같이 설비의 안전을 고려하지 않았을 때 동일 설비에서 발생한 고장 또는 사고 발생비용이 설비의 안전을 고려한 유지 관리 비용보다 크다면, 진단 비용을 지불해 사고를 예방해야 하며, 사고가 발생하더라도 파급을 최소화하는 방향으로 진행해야 한다.
최근 진단 동향은 정전 진단에서 무정전 진단으로 바뀌는 추세다. 이는 생산 시설의 지속적인 활동을 보장하기 위한 것으로, 전기 안전 기술 측면에선 무정전 상태에서 진단하는 기술을 많이 개발해야 하는 이유다.

신기술 진단 시스템 개발

* 코로나 방전 측정용 자외선 카메라 시스템

이 기술은 2003년 미국에서 대정전 사태가 발생했을 때, EPRI에서 제안해 사용하는 기술로 대기권에선 거의 나타나지 않는 UV-C 영역을 검출함으로써 무정전 상태에서 전력 설비의 기중氣中또는 연면沿面방전을 효과적으로 검출하는 것이 장점이다. 개발 시점은 2008년 11월부터 시작해 현재에 이르며, 시장엔 2012년 또는 2013년에 진입할 예정이다.
본 기술의 장점은 기존 외국에서 개발한 고가 자외선 카메라에 비해 약 10% 가격으로 공급할 수 있다는 것과 그 성능이 배전급 설비에선 고가 해외 진단 장비에 뒤떨어지지 않는다는 것이다.

이 기술의 목적은 광학 기술과 전력 전자 시스템을 이용해 전력 설비를 진단하는 시스템 개발이다. 이 기술을 집약해 휴대용 기술 개발에 착수했다. 기술 내용은 휴대용 방전 검출 UV 감지 시스템 설계 및 개발과 관련한 것으로 매우 간편하게 현장에 적용하며, 효과적인 진단 기술을 장착한 것이 장점이다.

저가의 자외선 센서를 이용한 기술에서 기존 카메라가 가진 장점을 배제할 수 없었다. 따라서 기존 자외선 카메라의 핵심인 자외선 필터 기술에 대해 국내 자료를 조사한 결과, 국방산업에 응용하고 있음을 확인하고 핵심 기술을 보유한 ㈜이오시스템과 함께 해외에서 개발한 자외선 카메라를 국내에서 개발했다. 시장에 진입한다면, 현재 외산 판매 가격의 절반으로 전력 설비 진단이 가능한 소프트웨어를 장착한 시스템을 공급할 것으로 판단한다. 공급시점은 2012년 하반기로 예상한다.

이 기술은 종래 기술에서 나타난 단점을 보완하기 위한 것으로 교정 시스템을 내장해 광학 교정을 할 수 있으며, 비거리 측정 기술을 탑재해 전력 설비 진단 시스템을 장착하는 등의 장점이 있다. 코로나 방전에서 나타나는 전자적 파괴 현상은 가시적으로 판단하기 어려우며, 이와 같이 특수한 카메라를 이용해야 가능하다.
이 시스템의 개발은 국내 진단 전문가들의 요구를 충실히 받아들여 현장에 적용한 데 있다. 이를 가능하게 한 시스템은 바로 최근에 연구 개발을 시작한 UV-IR VMS(UV-IR Visual Monitoring System) 이다. 이는 자외선 영역과 열적 파괴에서 검출 가능한 적외선 영역 및 눈에 보이는 가시 영역까지 촬영할 수 있는 시스템이다. 개발 시점은 2010년 6월부터며, 무정전 상태에서 전력 설비에서 발생하는 열적 및 전자적 파괴 현상을 동시에 검출하는 카메라를 개발한다.

시스템 성능은 현재 판매하더라도 세계적 기술과 동등 이상의 성능을 발휘할 것으로 판단한다. 판매시점은 2013년 상반기로 예상한다. 기술 수준은 세계적으로 3위 이내며, 기술 일부를 공개하지 않는 특수한 분야다. 따라서 시스템이 성공적으로 시장에 진입한다면, 국내적으로나 해외 시장에 접근하는 데 매우 유리할 것으로 예측한다.

* 반사경을 이용한 레이저 검출 및 몰드 변압기 진동 분석 시스템

몰드 변압기를 본격적으로 현장에 적용한 것은 1980년대 중반 이후부터다. 현재 배전급에서 유입변압기를 많이 대체하고 있다. 몰드 변압기의 장점은 유지 보수가 거의 필요 없다는 것이지만, 최근까지 변압기 사고가 다수 발생해, 이에 대한 진단 기술은 매우 미약한 게 현실이다.
이 기술은 이러한 현실에 근거해 무정전 상태에서 안전하고 정확하게 진단하는 방법을 제시하고자 개발 중이다. 시스템의 기본 개념은 레이저를 이용해 반사할 때, 대상물의 진동 상태를 검출하는 감지 기술이다.

이 기술은 외국 기술 의존에서 벗어나 국내 기술로 개발 중이며, 진단 영역에 대한 시장성을 확대하는 데 있다. 세계적으로 5위 이내 기술이며, 국내 변압기에 적용해 개발하는 시스템으로 처음 시도하는 것이다.

향후 개발 방향

전기 안전 기술은 과거의 사고 원인 규명 기술에서 진보해 정기 검사 및 정밀 검사 기술로 정의하는 게 사실이다. 언급하지 않은 내부 기술에서도 사고원인 분석을 규명하는 데 필요한 분석 기술과 아크발생 및 검출 시스템 개발, 피뢰 설비 진단 기술 등이 있다. 이 기술은 최근 전력 전자 시스템의 개발과 광학 · 재료 등의 공학 분야에서 개발한 핵심 기술을 활용함으로써 새로운 형태의 진단 시스템 개발을 유도하는 데 있다.
과거 융복합 기술이라는 개념과 2009년 일본에서 발표한 기술 개발 동향 자료에 의하면, 최근 기술 개발 동향은 분야 횡단적 통합 기술형 연구 및 개발로 진화하고 있다. 본 연구의 핵심에서도 분야 횡단을 통해 기술이 가진 장점을 부각하고 기술 경쟁에서 우위를 차지할 수 있는 다양한 기술을 접목하는 것으로, 이를 새로운 기술 방향으로 설정했다.
이 시스템의 개발을 통해 국내 진단 산업에 많은 도움이 될 것으로 기대한다. 더불어 세계적 기술로 거듭나는 계기로 삼아 진단 산업을 활성화하고 국가 기술을 주도하기를 희망한다.