국내 최초 245kV 혼합가스 스위치기어 개발

[산업일보]
SF6는 대부분의 스위치 기어 절연에 사용되는 온난화 가스로서, 국내외 전력산업에서 폭넓게 쓰이고 있다.

그러나 유엔 산하 국제협의체인 IPCC(Inter-govermental Panel on Climate Change)는 SF6가 지구 온난화 계수가 CO2의 23,900배에 달할 만큼 ‘환경에 미치는 영향이 지구온난화 가스 중에서 가장 크다’고 공표했다. 이후 1990년대 말부터 전 세계적으로 SF6 사용에 대한 규제가 시행돼 왔다.

이에 국내연구진이 SF6를 절반가량 적게 사용하면서도 동등 수준의 성능을 발휘하는 초고압 스위치기어를 개발했다.

미래부 산하 정부출연 연구기관 한국전기연구원(KERI, 원장 김호용, www.keri.re.kr) 전력기기연구센터(센터장 송기동)는 최근 전력산업원천기술개발사업을 통해 일진전기(주)와 공동으로 245㎸ 혼합가스(SF6 50% + N2 50%) 스위치기어(Switchgear)를 개발했다. 이는 국내 최초, 세계 2번째로 개발된 것이다.

유럽과 일본 등을 비롯한 선진국에서 SF6가스를 대체하기 위한 연구가 진행돼 왔다. 현재는 72.5㎸ 이하의 배전급에서는 SF6 대신 진공밸브(Vacuum Interrupter) 또는 건조공기(Dry Air)로 대체하는 기술이 완성 단계에 와 있다. 하지만 초고압급에서는 유럽과 일본 등을 비롯한 일부 선진국에서 관련 연구가 시도되고 있음에도 아직 미진한 상태다.

이번에 개발된 245㎸ 혼합가스 스위치기어는 기존의 SF6를 50% 가까이 저감하면서 기존과 동일한 성능(정격전압 245㎸ 정격전류 4000A 정격차단전류 40㎄, 주파수 50Hz)을 보유하고 있다. 특히 순수 100% SF6로도 고장전류 차단성능을 보유하는 것이 쉽지 않은 차단부를 SF6 가스 50%와 친환경 가스 N2 50%를 혼합해 기존과 동일한 차단성능을 개발한 것이 가장 큰 성과라 할 수 있다.

이러한 기술을 획득할 수 있었던 것은 한국전기연구원이 자체 개발한 차단성능 예측프로그램으로 설계변수를 사전에 검증할 수 있었기 때문이다. 이 프로그램은 한국전기연구원이 국내기업에 이전한 프로그램보다 한 단계 업그레이드된 것으로 SF6+N2 혼합가스 아크 플라즈마 물성치 계산, 혼합가스 복사흡수계수 계산, 혼합가스 난류 유동 및 전류 영점 영역에서의 해석 기술을 포함하고 있다.

이번에 245㎸ 혼합가스 스위치기어 개발에서 얻어진 기술은 기존의 순수 100% SF6 가스 스위치기어의 소형경량화(Compact)에 활용될 예정이다. 소형경량화에 비례해 SF6 가스 사용량을 저감하는 효과를 얻을 수 있다. 연구팀은 특히 러시아, 캐나다와 같은 극한지역에서 스위치기어가 액화(보통 순수 SF6가 5bar로 채워짐, 그 때의 액화온도는 –31℃)되는 문제를 근본적으로 해결(SF6+N2 혼합가스인 경우의 액화온도는 –55℃)할 수 있어, 이 지역의 시장진출에 유리한 고지를 점령할 수 있을 것으로 판단하고 있다.