 전기설비, 감전 위험 없이 내부 확인한다 에너지 하베스팅 기반 ‘무선 통전 알림 기술’
국내 배전반의 대부분은 가정용 전압 220V의 약 30배에서 100배에 해당하는 6.6 ㎸와 22.9 ㎸의 높은 전압을 사용하고 있다. 배전 설비의 전기흐름 상태를 확인하기 위해서는 작업자가 직접 문을 열고, 설비 내부 곳곳에 부착된 통전 표시기를 일일이 확인해야 했다. 이 과정에서 감전 사고가 빈번히 발생했고, 정전된 경우에도 남아있는 충전 에너지로 인해 사고 위험성이 잔존한다. 최근 국내 연구진이 위험한 고전압 전기설비의 문을 열지 않고 외부에서 통전(通電) 여부를 안전하게 확인할 수 있는 기술을 개발했다.
정리 강창대 기자 자료 한국전기연구원(KERI)
 에너지 하베스팅 기반의‘무선 통전 알림 기술’을 개발한 한국전기연구원의 배준한 박사
한국전기연구원(KERI) 기업총괄지원실의 배준한 박사가 ‘에너지 하베스팅 기반 무선 통전 알림 기술’을 세계 최초로 개발했다. 이 기술은 고전압 전기설비 내부의 통전 상태를 외부에서 모니터로 확인할 수 있게 해 설비 관리의 안전성을 크게 높일 것으로 기대를 모으고 있다.
에너지 하베스팅으로 일석이조 이 기술의 핵심은 무엇보다 버려지는 에너지를 재활용하는 ‘에너지 하베스팅’(energy harvesting)이다. 전기설비 주변에 누설되는 전계 에너지를 수집하고, 이를 변환해 전기를 생산한다. 만들어진 전기는 송신기의 전원으로 활용되도록 했다. 송신기는 전기가 흐르는지 여부를 무선 통신으로 수신기에 전달하고 그 결과는 외부의 모니터에 표시되는 방식이다.
이 기술의 장점 중 하나는 뛰어난 활용성이다. 무게 250 g의 작은 송신기를 별도의 시공 없이 부스바(전선)에 부착하기만 하면 된다. 기존 전기 회로에 영향을 주지 않는 작은 크기지만, 에너지 하베스팅의 효율성은 높였다. 즉, 전기 생산은 늘리고 기기의 소비전력은 최소화했다.
사용 안전성은 뛰어나다. 에너지 하베스팅을 통해 충전된 전력을 기반으로 갑작스러운 정전이 발생해도 통전 알림 모니터는 1분간 계속 작동하게 되며, 작업자는 상황을 더 면밀히 살펴볼 수 있다. 통전 상황임에도 불구하고 인위적으로 문 개방이 이루어질 경우에는 만일의 사태를 대비해 즉각적인 경고 방송이 송출된다.
최종 목표는 스마트 전기설비 플랫폼 KERI 배준한 박사는 “이번 성과는 별도의 전력 공급이나 배터리를 활용하지 않고, 주변의 에너지를 수집하여 만든 전기로 위험한 설비를 외부에서 점검한다는 측면에서 안전성과 편의성을 크게 높인 기술”이라고 전하며 “궁극적으로는 에너지 하베스팅으로 만든 전기를 활용해 통전뿐만 아니라 전압, 전류, 온도, 습도, 진동 등 각종 내부 상태를 한 번에 진단할 수 있는 ‘ICT 기반 스마트 전기설비 플랫폼’을 만드는 것이 목표다”라고 밝혔다.
원천기술과 관련한 특허 출원을 완료한 KERI는 에너지 하베스팅 기반 ‘무선 통전 알림 기술’을 배전반 및 전기 자동제어반 전문 제조업체인 ㈜더원에코파워텍에 기술이전했다. ㈜더원에코파워텍은 내년 제품화 개발과 실증시험을 진행하며 공인 성적서나 국가 신기술 인증 등을 획득에 나설 예정이다. 그리고 ‘에너지 하베스팅 통전중 도아 경보기’라는 제품명으로 국내외 시장에 진출한다는 계획이다.
빅데이터, 무선네트워크, AI 등을 일컫는 DNA 기술은 다양한 센서를 통해 실시간으로 상황을 모니터하면서 데이터를 축적하고, 이를 분석함으로써 유의미한 정보를 발굴해 이를 활용하는 기술이다. 이때 센서들은 크게 접촉식과 비접촉식으로 나뉜다. 접촉식 센서들은 전력을 공급 받고 신호를 교환하기 위해 복잡하고 많은 배선을 필요로 한다. 이는 센서의 설치 위치를 제한하는 요인이 되기도 한다. 배터리 전원과 무선통신 기술을 활용하는 비접촉식 센서는 비교적 제한적인 요소가 적지만, 주기적으로 배터리를 교체해야 하는 번거로움이 있다. 에너지 하베스팅 기술은 이러한 문제의 해결 수단이 될 수 있다.
배준한 박사의 설명에 따르면, 최근 독일이나 미국 등지에서는 자기에너지 하베스팅 기술을 이용한 비접촉식 무선온도센서가 상용화돼 배전반과 같은 전력설비에 사용되고 있다. 그러나 최소 5 A 이상의 전류가 흘러야 동작하기 때문에 0 A에서도 동작하는 성능 개선이 요구되고 있다고 한다. 배 박사가 개발한 ‘정전기 에너지 하베스팅 기술’은 이러한 요구를 만족시킨다는 점에서 잠재력이 풍부한 기술로 평가된다.
<Energy News>
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