SPECIAL FEATURE Ⅱ

내진 전력기기 산업 현황

국내에서는 1988년 ‘건축물의 구조기준 등에 관한 규칙’에서 건축물을 대상으로 하는 내진설계가 처음 포함되었으며, 2016년 9월 경주지진 이후에서야 건축물에 반드시 내진 설계기준이 적용되도록 규정하고 있다. 

그러나 통계청이 작년 12월 발표한 ‘2017년 한국의 사회동향’에 따르면, 국내 공공 시설물 중 내진 성능을 갖춘 전기통신설비는 35.5%에 불과한 것으로 나타나(2016년 기준) 아쉬움을 주고 있다.

전력설비 화재시 전이 가능 

내진성능 일체화 필요 

업계 관계자에 따르면, 국내 배전반 업체들은 최근 5년간 다양한 내진 배전반을 출시했다.  그러나 출시제품의 대부분이 핵심기기인 변압기 등의 내부 구성품의 내진성능 향상이 아닌 배전반 외함의 내진성능에 집중하고 있는 실정이다.

이 관계자는 “일본은 모든 전력설비와 그 부품까지 내진기능을 갖추고 있다”고 설명하며, “우리나라도 일본처럼 대부분의 전력제품들이 내진성능을 보유한 제품으로 바뀌고, 향후 내진제품 시장이 표준화될 것”이라고 전망했다.

전력설비는 화재 시 전이될 가능성이 높기 때문에, 한 건축물 내에서 일부 제품만 내진기능을 갖추는 것은 의미가 없다. 일체화가 필요한 이유다. 업계 또 다른 관계자는 “국내 최초로 고효율 변압기 부문 내진 인증을 획득한 제룡전기의 경우, 건축물·배전반·변압기의 내진성능이 모두 확보되었을 때, 지진 발생 시에도 안정적인 전기공급이 가능하다고 보고, 제품을 개발한 것으로 안다”며, 이 회사의 명성에 이유가 있음을 시사했다. 한편, 국내 기업 중 배전반을 취급하고 있는 업체들은 대부분 1~2년 전부터 이 시장에 대비해 오고 있는 것으로 보여 귀추가 주목되고 있다.

국내 주요 내진제품

LS산전 몰드변압기 ‘Susol(수솔),’ 

규모 8.0 거대지진에도 “끄떡없다”

2016년 국내 지진 관측 이래 가장 강력했던 경주 지진(규모 5.8 )에 이후 지난해 포항 대지진까지 이어지며, 지진으로 인한 전력설비 안전에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 LS산전이 지난해 개발한 8.0 규모의 거대지진에도 견딜 수 있는 내진형 몰드변압기(Cast Resin Transformer)가 새삼 주목받고 있다.

LS산전은 지난해 지진 규모 8.0 수준의 강력한 지진에도 견딜 수 있는 국내 최고 내진성능을 확보한 몰드변압기 ‘Susol(수솔)’ 신제품을 출시하고, 본격 시장 공략에 나섰다.

LS산전의 내진형 ‘Susol’변압기는 지진 특화설계를 통해 몰드변압기 고정 구조물의 응력(변형율)을 획기적으로 보강하며, 국제건축가회의 제정 빌딩코드인 UBC(Uniform Building Code) 규격 존(Zone) 4의 내진성능을 확보했다. 대표적인 강진 지역인 미국 캘리포니아, 아제르바이잔 등이 UBC 존4에 속한다.

LS산전은 지난해 3월 제품개발에 착수해 8월 지진방재연구센터를 통해 내진성능 공식 인증을 취득한 데 이어 개발 시작 1년 만인 올해 3월 상용화에 성공했다. 이 제품은 내·외부 설계 변경에도 불구하고, 기존 몰드변압기와 크기가 같아 변압기 교체 시 외함을 변경하는 등 추가 비용이 발생하지 않는 것이 특징이다. 내진 성능은 강화하면서도 추가 공간문제는 물론, 비용 절감 효과까지 거둘 수 있는 것이다.

그동안 세계적으로 지진 발생 빈도가 잦아짐에 따라 내진 전력솔루션 수요가 확대되어왔으나 ABB 등 일부 글로벌 기업들만이 내진형 변압기 시장을 주도해왔다. LS산전은 이번 신제품 출시를 시작으로 국내 내진형 변압기 시장 공략에 나서는 것은 물론, 장기적으로 글로벌 시장에도 출사표를 던지겠다는 각오다. 이를 위해 정부의 내진설계 기준 강화로 수요 증가가 예상되는 국내 원자력·화력발전소, 대형 생산시설, 철도 시장을 대상으로 공격적인 마케팅을 진행하는 한편, 동남아, 남미 등 지진다발지역을 중심으로 해외 시장 확대에도 박차를 가한다는 전략이다.

LS산전 관계자는 “신형 Susol은 LS산전의 변압기 분야 내진설계 기술이 집약돼 규모 5.8의 경주 지진보다 몇 배나 강한 대지진도 견딜 수 있는 국내 최고 내진 성능의 몰드변압기” 라고 설명하며, “글로벌 선진 기업 제품과 비교해도 기술적으로 부족함이 없는 만큼 국내외 시장에 빠르게 진입해 성과를 낼 것”이라고 전했다.한편, LS산전은 몰드변압기 외에도 초고압 전력기기(GIS, 초고압 변압기), 수배전반 분야에서도 내진 솔루션을 개발, 보유하고 있다.

 

디투 엔지니어링, 내진형 수배전반

3차원 동작 방진 및 내진장치 적용

디투엔지니어링(김낙경)의 내진형 수배전반(고압, 저압)은 수배전반 내부에 아크, 부분방전 및 온도 등 수배전반 내부의 이상 유무를 확인할 수 있는 센서가 구축되어 해당 부분에서 이상 유무가 감지될 경우, 경보 및 고장 예방신호를 SCADA로 전송한다. 

접속부의 도체 표면온도·아크 등을 검출하여 접속불량, 과부하로 인한 도체온도의 상승을 감시함으로써 과열로 인한 사고를 예방할 수 있는 시스템인 것이다. 또한, 수신부에서 통합하여 사고 초기의 전조를 확인할 수 있으며, 수배전반 상태변화를 수시로 확인하고 수배전반의 오작동 및 결함을 미연에 방지할 수 있다. 특히 3차원 지진격리시스템을 적용하여 지진으로 인해 수배전반에 가해지는 충격을 저감시켜 안전성을 향상시킨다. 지진 충격 시 볼 이탈 방지캡이 있는 볼 트렌스퍼를 사용하여 지진 충격에 의한 기능 상실을 방지하며, 지진 발생 후 원위치로 복귀되어 수배전반을 안정적으로 지지한다. 

이 제품은 전기제어 판넬에 설치되는 방진성능을 갖춘 3차원 지진격리시스템(특허 제10-1508148호)으로, IEC 국제전기규격에 부합하는 전기적 안전성능과 방진·방수, 환경성능 등을 충족시킨다. 또한, KTL C 082에 따라 진동저감, 내진 및 절연열화진단 장치에 대한 시험결과를 충족시킨다.

디투엔지니어링은 이외에도 3차원 동작 방진 및 내진장치, 절연열화 진단장치가 적용된 절전형 ‘전동기제어반’ 과 전기제어 판넬에 설치되는 방진성능을 갖춘 ‘3차원 지진격리시스템 장치’ 등의 내진형 제품을 보유하고 있다. 특히 ‘전동기제어반’은 영구자석형 전자접촉기 적용으로 전자접촉기 동작 시 유지에 소모되는 전력을 저감시킴으로서 전자 접촉기에서 소모되는 전력을 감소시킨다. 또한, 순간정전(최대 1.2초) 발생 시 전자접촉기의 석방을 지연하여 순간정전으로 인한 설비의 정지를 방지한다.

 

제룡전기, 내진형 고효율 몰드변압기

세계 최초 내진·면진·제진성능 모두 갖춰 

제룡전기(대표 박종태)의 내진형 고효율 몰드변압기는 세계 최초로 내진·면진·제진성능을 모두 갖춘 콤팩트한 제품이다. 이 제품은 일체형 스페이서와 에너지 소산형 댐퍼 등을 내진 핵심기술로 적용하여 변압기의 내진구조를 최적화했다. 리히터 규모 9~7(지진가속도 최대 1.88g, 최소 0.67g)의 강진에서도 견딜 수 있도록 완벽한 자체 내진성능을 갖춘 배경이다.  

작년 1월 국내최초 내진성능 인증을 획득하고, 4월과 9월 조달청 조달우수제품 지정과 신제품(NEP)으로 지정됐다.  

이 제품은 내진 규격(IEEE 693, IEEE 344 )에서 규정한 최고수준 요구응답 스펙트럼(최대 1.88g, 최소 0.67g)을 적용한 내진시험에서도 기계적·전기적 특성을 유지한다.일체형 스페이서(특허 제10-1464989호, 2014.11.19.)는 프레임+권선+스페이서가 일체화된 구조로 외부에너지에 의한 부품 이탈 및 유동을 방지하며, 내진 및 면진기술을 강화한다.

또한, 에너지 소산형 댐퍼(특허 제10-1659278호, 2016.09.19.)는 다축 진동감쇠 금속스프링 댐퍼+와이어 체결 구조로 외부 에너지를 소산시켜 충격 및 진동을 저감해준다.

이제품은 고효율·저소음·컴팩트 등 우수한 제품조건을 갖고 있다. 일반변압기 대비 무부하손을 30% 이상 개선시켜 대기전력을 절감하고, 변압기 권선방법 개선으로 부하손을 저감함으로써 효율관리 기자재 운용규정 (산업통상자원부고시, 제2015-28호)을 만족하는 고효율(표준소비효율) 변압기다. 

특히 프레임·권선·스페이서가 일체화된 구조로 외부 충격 및 진동에 의한 부품이탈을 방지하고, 부품 간 고감쇠 면진패드를 적용하여 내진성능 향상 및 소음을 저감시킨(KS규격 대비 7~11dB 개선) 친환경 제품이다.뿐만 아니라, 기존 국내외 내진형 몰드변압기의 상하 및 좌우 내진보강 구조물 대신 변압기 자체에 내진기능을 적용함으로써 기존에 설치되어 있는 일반형 변압기의 크기나 구조 등에 상관없이 설치할 수 있다. 따라서 비용 절감과 공간 활용성(설치 면적 60% 축소)을 높여준다. 한편, 제룡전기의 ‘내진형 몰드변압기’와 ‘내진형 고효율 아몰퍼스 몰드변압기’는 현재 국내 변압기 중 내진기능을 보유한 유일한 제품이다.


전력연구원, 내진보강 지진감쇠장치
내진성능 87% 이상 향상… 시공성 우수

한전 전력연구원(원장 배성환) 지진감쇠장치는 변전소 등 전력관련 시설물과 건축물의 내진성능을 향상시키기 위해 개발됐다. 지진재해대책법에 따라 변전소 등 전력 시설물은 규모 6.6의 지진에도 견딜 수 있는 내진안전성을 확보해야 한다. 

전력연구원이 개발한 ‘내진보강 지진감쇠장치’는 건물 외부에 설치되어 지진이 발생할 때,  건물에 전달되는 수평방향의 힘을 장치 내부의 철제기둥이 흡수하여 건물 내진성능을 87% 이상 향상시킨다. 

특히 볼트만으로도 간단하게 설치할 수 있도록 설계되어 시공성과 현장 적용성이 높다. 따라서 기존 전력 시설물, 또는 건축물 내부에 내진보강이 어려울 경우 적합한 설비라고 할 수 있다. 

전력연구원은 ‘내진보강 지진감쇠장치’의 강성과 지진 감쇠력을 국내외의 다양한 내진설계기준에 맞춰 설치할 수 있어, 건축물 내진보강시스템의 교체 등 내진보강 확대에 기여할 것으로 기대되고 있다. 

슈나이더 일렉트릭, 배전반시스템

내진 설계 강화 제품… 2차 피해 방지
 

건물 붕괴 및 인명 피해를 유발하는 지진은 지진 발생 당시의 상황보다 발생 직후 추가적인 2차 피해로 인한 손실이 막대하다. 슈나이더 일렉트릭의 모든 데이터센터, 병원, 빌딩, 선박, 산업 시설 등 다양한 곳에서 발생하는 2차 피해를 줄이기 위해 내진 설계를 강화한 배전반 시스템을 갖추고 있어 안정적인 전원공급을 가능하게 한다. 

리히터 규모 7.0~9.0의 강진에서도 버틸 수 있을 뿐만 아니라, 미국의 지진 구역 기준인 UBC Zone의 지진 다발구역인 4단계에서도 뛰어난 안정성을 갖출 수 있는 기술력을 보유하고 있다.

- 자동 절체 전환 스위치(Power Transfer Switch): 데이터센터, 병원, 빌딩, 산업시설 등 정전 시 문제가 발생할 수 있는 곳에서 갑작스런 정전에 영향을 받지 않도록 정전 시 자동으로 비상전원으로 전환하여 전력을 공급해주는 장비다. 

- 발전기 병렬 운전반(Power Control System): 두 대 혹은 그 이상의 여러 비상발전기의 동기를 맞춰 부하에 전력을 공급해 주는 장비로서, 부스 최적화 기능(Bus Optimization), 부하수요제어(Load Demand Control), Load Shedding 기능을 함께 제공한다. 

- 부하 시험기(Load Bank): 비상발전기 및 UPS 등을 테스트 하는데 사용하는 장비로, 비상 발전기의 무부하 운전으로 인해 발생하는 Wet-Stacking 현상 등 여러 문제점을 해결하는데 꼭 필요한 장비다.

 

서전기전, 내진용 배전반

규모 8.3급 지진에도 배전반 안정적 운용 가능

서전기전의 내진용 배전반 Asesmatic Switchgear는 Earthquake Risk Zone4(리히터 규모 8.3)에 합격한 내진 수배전반으로, 지진 발생 시 진동 및 충격 피해를 최소화함으로써 안정적인 전력공급을 가능케 한다.서전기전의 내진 수배전반(고압/저압/전동기제어반/분전반)은 특허 및 성능인증을 취득한 강지진 흡수형 비선형 와이어로프 및 폴리우레탄스프링을 조합한 복합형 스프링 장치(Chaos Elastic Mount, 특허 제10- 1134503호)를 배전반 하부에 설치함으로써, 규모 8.3급의 지진에도 배전반의 안정적 운용이 가능하며, 일반기기 장착으로 경제성을 제고할 수 있다.

이 제품의 핵심기술은 Chaos 스프링 내부에 폴리우레탄을 삽입하여 Chaos 스프링의 변위를 억제하고, 스프링의 복원력을 향상시켜 배전반의 진동을 최소화하는 것이다. 이 제품은 한국기계연구원 및 한국전기연구원 시험에서 배전반 내 일반기기 설치 시 지진에 의한 진동의 일부만이 기기에 전달되어 리히터 규모 8.3에서의 내진 성능을 인증 받았다.

한편, 배전반 하부의 상하좌우에 설치되는 복합형 스프링 장치(Chaos Elastic Mount)의 배치 형상을 달리하면, 배전반 앞뒤에 설치된 복합형 스프링의 동작변위가 좌우에 설치된 복합 스프링의 동작변위보다 작아 배전반이 좌우로 진동 시 진동변위를 줄여준다. 이처럼 내진용 스프링 배치방법을 개선하면, 지진발생 시 배치방법이 다른 스프링 간의 상호보완에 의해 과도한 배전반의 흔들림을 방지하여 배전반 내 기기의 성능을 유지할 수 있다.

세홍, 와이어웨이 내진형 조명 설비시스템
KOLAS에서 규모 7.0 이상의 내진 성능 인증

와이어웨이는 세계 최초의 신개념 내진형 조명 설비시스템이다. 와이어웨이는 공인시험기관인 국토교통부지정 지진방재연구센터의 내진성능시험(KOLAS)에서 지진 규모 7.0 이상의 내진 성능을 인증 받으며, 특허 및 기술인증을 통해 그 탁월한 안정성과 기술력을 증명했다.

배관, 배선 및 LED 등기구의 지지구조를 강력한 인장력과 유연성이 뛰어난 스틸와이어에 진동 흡수력이 강한 스프링과 장력조절 구조를 적용했다. 이로써 탁월한 내진기능을 확보하고, 이를 통해 배관·배선·접속구 일체형 배선재로 전로(電路)를 구성하여 내진성과 안전성·신속성과 편의성을 제공하며, 경제적이다.와이어웨이는 지진 및 충격 발생 시 1차적 내구력을 유지한다. 또한, 등기구와 천정 구조물의 낙하 등에 의한 2차 피해는 물론, 충격 후 복원력까지 고려함으로써 사람을 배려한 내진 시스템이다.

조명설비에 내진설계가 필요한 ▲주차시설 ▲전산실 ▲ 개방형 창고 매장 ▲물류창고 ▲공장(반도체 FAB) 및 노출 천장형 오피스 ▲학교 ▲조명·방송·통신·소방 관련 시설 등 모든 분야에 적용 가능하다.

<Energy News>