전기 기기 중 가장 많이 또한 널리 사용하는 변압기. 전력의 전압을 높이고 낮추는 변압기는 가전용 제품의 전력 상태를 조절하는 소형에서부터 전력 발전 설비를 조절하는 초대형에 이르기까지 다양하다. 이 변압기에도 지능형 바람이 불고 있다. 미국 매사추세츠공과대학(MIT)은 미래를 바꿀 '2011년도 10대 유망 기술'중 하나로 지능형 변압기를 선정한 바 있다. 지능형 변압기 기술은 어디까지 왔으며, 시장 전망은 어떨까. 지금부터 ㈜오엘티(대표이사 김권중)의 소개로 지능형 전압 제어 장치를 이용한 스마트 정전압 변압기(SSVR-T)에 대해 살펴본다.
스마트 정전압 변압기(SSVR-T : Smart Step Voltage Regulator with a built-in Transformer)는 지능형 전압 제어 장치(SPCS : Smart Voltage Controlling System)를 탑재한 세계 최초의 배전급 스마트 정전압 변압기다. SPCS는 배전급 직선형 슬라이드 방식의 탭 절환기다. 미국과 독일에서 개발한 배전선로용 전압 조정기는 회전형 로터리 탭 절환기를 탑재하기에 탭 절환 시 아크로 말미암아 접점이 마모되거나, 소음이 발생하는 등의 문제점이 있다.
SPCS는 아크 발생에 의한 접점 마모의 문제점을 해결하고자 탭 절환기의 형상과 방식을 개선하고 절연과 접점 소재 등을 개발함으로써 탭 절환 시 발생하는 소음 발생 문제도 제거했다.
특히, 기존 회전형 탭 절환기는 구동 전동기의 회전으로 말미암아 서지Surge가 발생했으나, SPCS는 선형 슬라이드 방식을 채용해 서보 전동기의 회전(자동 제어)에 의한 자체 서지 발생이 거의 없다. 또한, 기존 제품에서 탭 수량의 한계인 32탭을 초월해 80탭 이상까지 개발해 정전압 전압 안정도 ±0.25%(산업 현장에서 전압 강하 시 120배 개선)를 제공한다.
국내외 전압 조정기 기술 동향
국내 기술 동향 및 수준 | 현재 국내 중소기업인 ○○사가 회전형 로터리 방식 탭 절환기인 미국의 SVR를 수입해 한국전력공사에 납품하는 상태며, 직선형 부하 시 지능형 전압 제어 장치 방식의 탭 절환기를 국내 자체 기술로 개발한 업체는 전무하다.
현재 국내에서 사용하는 변압기는 수동식으로 무부하 탭 절환기(NLTCv : No-Load Tap Changer)를 사용하기에 가변적인 전압 변동에 전혀 대응할 수 없어 많은 문제를 안고 있다. 한편, 부하 시 탭 절환기(LTC : Load Tap Changer)에 대한 순수 국내 기술은 없으며, 전량 수입 또는 OEM 기술을 도입해 사용한다. 이 탭 절환기 기술은 일반적으로 배전용 선로 전압 조정용으로 설치해 사용하지만, 기술적인 문제로 전압 안정화의 한계를 비롯해 여러 가지 단점을 드러냈다. 일반적인 배전용 변압기는 정전 후 무부하 상태에서 탭 절환(정전해야 하므로 거의 조정하지 않음)을 수행하며, 일반적으로 변압기 설치 전에 수전단 전압에 맞춰 탭을 고정한 후 설치한다(<표 1> 참조).
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국외 기술 동향 및 수준 | 부하 시 탭 절환기는 주로 배전 선로 전압 조정기용으로 사용하는 탭 절환기(Quick-Drive Tap Changer) 역시 로터리 회전방식으로, 현재 미국과 독일 기술이 있다. 이 장비들은 전류와 전압 · 용량에 따라 크기나 모양이 조금씩 다를 뿐 기능은 대동소이하다. LTC의 운전 방식은 직결식 전동기(Direct Motor Drive) 구동 방식을 채택했으나, 근본적인 서지 발생 문제을 해결하지 못했으며, 탭 수도 최대 32개 탭으로 제한적이다(<표 2> 참조).
스마트 정전압 변압기 개발의 필요성
전압 불안정으로 말미암아 전력 기기의 수명 감소, 기기의 에러 및 장애 발생, 고조파 억제 및 역률 조정기 등 전력 계통에서 많은 문제가 발생한다. 이것은 산업 현장과 주요 전력 시설물(공장, 건물 등)의 전력 조상기調相機에 대한 투자증가, 유지보수증가, 전력 에너지 손실 증대 등으로 이어진다. 이러한 문제점을 보완해 전력 계통의 손실을 줄이면, 전체 부하 효율을 1% 이상 증대시켜 에너지 총 손실을 10% 이상 절감할 수 있다. 정전압 변압기를 개발한 배경이기도 하다.
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또한, 스마트 정전압 변압기는 탭 수가 기존 경쟁사보다 2.5배 많고, 전압 검출 및 응답 시간은 0.23초로 기존보다 6.09배를 단축할 수 있으며, 전압 안정은 경쟁사 기술 대비 4배(<표 3> 참조) 이상 개선한 세계적으로 혁신적인 정전압 변압기다. 이를 설치하면 고전압에서 최적화된 스위칭이 가능해 순시적 작동으로 항상 정격 전압으로 보상해 전력 계통 전체의 전력 효율을 개선하고 에너지 손실을 줄인다.
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변압기 시장 규모
국내외 변압기 시장 규모를 보면 2015년에 세계 시장은 89조 원, 국내 시장은 9,000억 원 정도 예상된다(<표 4> 참조). ㈜오엘티의 2016년 매출 목표는 국외 시장 규모의 5%인 600억 원, 국내 시장 규모의 0.07%인 400억 원 총 1,000억 원의 매출목표를 예상한다.
변압기의 주요 사용처는 ▲관공서, 빌딩, 병원, 항만, 공항, 군부대, 철도, 관공서, 학교, 아파트, 쇼핑센터, 상가 ▲플랜트 현장, 반도체 · 섬유 · 제지 · 화학 공장, 조선소 등 모든 산업 현장이다. 이처럼 변압기는 전력을 사용하는 모든 전력 수용가에 필요하다. 전력의 핵심인 전압 · 전류를 최적화해 에너지를 절감하고, 부하 설비의 수명을 연장하고, 전기적 에러를 줄임으로써 생산성을 높이고, 유지 보수 감소로 전체 기회비용을 줄일 수 있다.
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이 기술 제품은 변압기 전문 제조업체인 ㈜오엘티에서 2003년 창사 이래 9년 이상 스마트 정전압 변압기 제품 개발에 투자했으며, 전압 사정이 열악한 미얀마에서 오더를 수주(스마트 정전압 변압기 SSVR-T, 4㎹A, 66㎸/6.6㎸)해 수출하고 있다. 또한, 국내에서 공장과 전력 시설이 큰 기관에서 문의가 많으며, 국내외적으로 전력 에너지 절감에 대한 수요가 폭증해 조만간 전력 에너지 절감에 대한 사례 및 스마트 정전압 변압기에 대한 대량 수요가 예상된다. ㈜오엘티에서 개발한 제품은 스마트 전압 조정 시스템, 스마트 정전압 변압기, 스마트 절전 시스템, 스마트 전력 품질 시스템, 스마트 원격 관제 시스템, 배전 변압기 등이다.
문의 ㈜오엘티 (031)508-0240 www.oltkorea.com
<Energy News>
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