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표준연, 고전압 · 대전류 측정설비 구축 |
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표준연, 고전압 · 대전류 측정설비 구축
최근 전기에너지 소비량이 급증하고 있다. 이에 따라 고품질의 전기를 안정적으로 공급하고 전력손실을 최소화하기 위해 송배전 전압이 초고전압으로 상승하고 있으며 대전력용 변압기, 계기용변성기, 차단기 등 중전기기 수요도 크게 늘고 있다. 하지만 이러한 중전기기의 성능을 시험하기 위해서는 해외인증기관에 성능시험을 의뢰하거나 해외 전문가를 초청해야 하는 등 시간 및 경제적 손실이 크다. 이를 해결하기 위해 표준연 김명수 박사팀이 나섰다. 중전기기의 안정성 및 성능을 정확히 평가할 수 있는 고전압·대전류 시험설비를 구축함으로써 중전기기 제품의 품질관리를 우리 기술로 이루어 낸 것이다.
기술개요 및 현황
한국표준과학연구원(원장 정광화) 김명수 박사팀이 2004년부터 3년간 전력산업기반기금의 지원으로 교류 고전압(200 kV)·대전류(20 kA) 측정설비 구축에 성공하였다. 이 설비는 약 400만 kW의 전력을 측정할 수 있으며, 이것은 우리나라 원자력 발전소 4개가 생산하는 전력에 해당한다.
이번에 구축한 교류 고전압·대전류 측정표준 설비는 변전소나 산업체, 가정 등에서 전력량을 계측하는데 이용하는 계기용 변성기의 성능을 정확히 평가하는 장비이다. 2006년 한해 우리나라의 전력 매출액은 약 28조원으로 만약 전력량측정 오차가 1 % 발생할 경우, 사용자나 공급자는 2800억원의 경제적인 손익이 발생해 공정한 상거래를 저해할 수 있다.
따라서 이러한 고전압·대전류를 정확하게 측정하는 것이 무엇보다 중요하다. 하지만 높은 전압과 전류를 직접 측정할 경우, 위험성이 있기 때문에 이를 낮출 수 있는 장비인 계기용 변성기를 활용해야 한다. 이를 이용할 경우 낮은 전압 및 전류를 동시에 정확하게 측정하여 전력량을 계측하는 것이 가능하다.
하지만 그동안 우리나라는 교류 고전압 및 대전류 분야에 대한 측정 설비를 국내에 갖추지 못해 중전기기 제품의 해외 수출 시 어려움을 겪어왔다.
예를 들어, 중전기기 제품에 대한 성능을 시험하기 위해 국제적으로 공인된 해외기관에 성능시험을 의뢰하거나, 해외전문가를 초빙하여 교정을 받는 등 이에 따른 시간 및 경제적 손실의 문제가 발생하였다.
또한 국내 산업체의 중전기기 제품에 대한 성능시험 결과와 품질관리 능력에 대한 해외 고객의 불신이 팽배해 중전기 제품의 수출 시 장애요소가 되어 왔다.
따라서 기존의 고전압 시험설비의 교정 및 시험에 대한 해외의존도를 낮추고, 중전기기의 품질향상을 통한 경쟁력 강화를 위해서는 무엇보다 독자적인 측정표준 시험설비의 구축 및 표준 확립이 시급하다.
성과 및 기대효과
이번 고전압·대전류 설비구축은 그동안 어려움을 겪어왔던 중전기기 관련 산업체에 큰 도움이 될 전망이다.
고전압·대전류 시험서비스의 국제 공인을 획득함으로써 국내 중전기기 제품에 대한 선진국 수준의 성능 인증시험이 국내에서 가능해졌다. 이를 통해 산업체의 해외 시험료(약 1억원/1회) 및 해외 시험에 따른 운반, 출장 등 부대비용이 감소하고 시험기간 단축 등의 효과를 거둘 수 있을 것으로 예상된다.
또한 구축된 시험설비를 활용하여 중전기기 산업체의 고전압·대전류 기기 교정지원이 이루어지며, 개발한 현장교정용 이동표준기를 활용하여 중전기기업체의 시험설비에 대한 현장 평가를 지원한다.
이밖에 고전압·대전류 국가 측정표준이 선진국 수준으로 확립되고 일관된 국가 교정 및 시험체계가 갖추어 짐으로써 국내전력 거래량의 정확도와 신뢰성이 향상된다.
이를 통해 전력시장 안정화 및 공정상거래 실현뿐만 아니라 국내 중전기기의 성능 및 품질향상에 기여한다. 이와 더불어 성능평가의 신뢰성 향상으로 국산제품의 불량률이 약 1 % 수준까지 낮아짐으로써 관련 제품의 수출증대와 수입 감소 효과를 거둘 수 있다.
향후계획
앞으로 김 박사팀은 구축한 시험설비를 산업체에 개방하여 연간 약 300여 건 이상의 중전기기 산업체의 고전압·대전류 기기의 교정 및 시험을 지원한다.
이를 통해 계기용 변성기, 계기용 변성기 비교기, 고전압 분압기, 고전압 용량기, 대전류 발생원, 로고스키 코일, 전자식 변성기 등 약 20 여종에 이르는 중전기기 교정지원이 국내에서 가능해 진다.
또한 구축된 시험설비를 활용하여 중전기기 산업체의 고전압·대전류 기기 교정지원이 이루어지며, 산업현장에서 이동이 불가능한 기기의 교정을 위해 자체적으로 개발한 현장교정용 이동표준기를 활용하여 산업체의 기기를 현장에서 평가 지원한다.
이밖에 김 박사팀은 산업체 및 대학 등과 함께 고전압 연구시험설비를 활용한 고전압·대전류 응용 관련 공동연구를 통해 초정밀 계기용 변성기, 전자식 변성기 제작 및 정밀평가기술을 확보할 계획이다.
○ 중전기기 산업 특성
- 중전기기 산업분야는 발전, 송전, 변전 및 배전설비 등 국가 전력 공급망 구축에 필수적인 기간산업임
- 또한 고전압·대전류 특성으로 인해 고도의 기술이 필수적이며, 안전성 및 신뢰성에 대한 검증과 성능확인에 대한 국제적 공인을 확보하여함
* 계기용 변성기 : 전력을 측정할 경우, 위험한 고전압과 대전류를 전압변성기와 변류기를 이용하여 전압과 전류를 낮추어 줌으로써 안전하고 정확하게 전력을 측정하도록 한 장비
* 고전압 분압기 : 위험한 고전압을 낮추어 안전하고 정확하게 고전압을 측정하는 기기
* 고전압 용량기 : 고전압을 공급할 수 있도록 절연가스를 내부에 넣어 만든 커패시터로, 고전압 분압기의 용도로 많이 사용함
* 대전류 발생원 : 대전류를 발생시키는 전원
* 로고스키 코일 : 대전류가 흐르는 도선을 끊지 않고 전기가 흐르는 상태에서 측정할 수 있는 장비
* 전자식 변성기 : 오차를 줄이기 위해 전자보상회로가 탑재된 계기용 변성기
<김명수 박사>
1977년 : 서울대학교 화공학과 졸업
1986년 : 미국 미주리대 공학박사
1987년 : 한국표준과학연구원 입원
현 재 : 한국표준과학연구원 표준보급부장
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