-국내최초 세계최고수준의 고온초전도한류기 상용화 임박-

[새벽하늘]

-국내최초 세계최고수준의 고온초전도한류기 상용화 임박-

○ 순수 국내 기술로 유도형 초전도한류기 개발, 핵심 기술면에서 세계최고 수준, 용량면에서 세계 두 번째 수준

○ 한류기는 전력 사고 발생 시 고장전류를 제한하여 일반 수용가는 물론, 병원, 인텔리젠트빌딩, 반도체공장 등과 같은 민감한 고급부하를 전력사고나 정전으로부터 보호하는 기기

○ 배전급(22.9kV) 상용화 모델의 축소모델(prototype)인 본 기기의 개발 성공으로 초전도한류기의 상용화 임박

□ 과학기술부 『21세기 프론티어연구개발사업』의 일환으로 수행 중인 “차세대초전도응용기술개발사업(사업단장: 류강식)”의 고태국 (高太國, 연세대학교 전기전자공학과)교수팀은 (주)진광이앤씨(대표: 김광우), 프리컴시스템(주)(대표: 이양주)과의 공동연구로 3상 6.6kV/200A급 유도형 초전도한류기(SFCL; Superconducting Fault Current Limiter) 개발에 성공하였다.

- 초전도한류기는 최근 세계적으로 크게 문제가 되고 있는 대규모 정전사태를 방지할 수 있는 획기적인 첨단기기로서, 이번에 획득한 핵심 기술은 국내 기술진이 독자적으로 개발한 세계 최고의 기술로, 향후 초전도한류기 개발에서 세계적 기술 우위를 점할 수 있게 되었다.

1. 개발배경

- 2001년 미국 캘리포니아 정전사태에 이어 2003년에도 미국, 영국, 이탈리아 등 많은 지역에서 대규모 정전사태가 발생하고, 국내 전력계통의 경우에도 전력수요가 폭발적으로 증가하여 단락, 지락, 낙뢰 등의 전력사고(고장) 발생 시 기존 차단기의 용량으로는 차단할 수 없는 대형 사고가 발생한다.

- 현재 전력계통은 사고전류에 대한 대책으로 차단기를 설치하고 있으나 차단기는 사고 감지 후 차단까지 0.1초 이상의 긴 시간이 소요되어 전력기기의 수명단축 및 고장 등이 발생하기에 차단기 동작이전에 사고전류를 제한하는 초전도한류기(限流器) 도입이 필연적이다.

- 초전도한류기의 경우 전혀 새로운 개념의 첨단 전력기기로서 기존 회로의 변경 없이 차단기의 용량을 3～5배 이상 증대시키는 효과를 내는 등 그 파급효과가 클 것으로 예상되어 미국, 일본, 유럽 등지에서 활발한 연구가 진행 중이며 우리나라도 고품질 전력기반 사회구축이 필연임을 감안하여 조기 핵심기술 확보가 절실하다.

2. 개발현황

- 흐르게 하여 순간적으로 고장전류 상승을 억제하는 기능이 있으며, 핵심 부품인 초전도 코일의 설계, 보빈 제작, 권선, 냉각 등의 대부분의 핵심 기술을 독자적으로 개발하여 세계적인 수준의 세부 기술을 보유하게 되었다.

- 비전치식 보조권선법에 의한 대용량 초전도 코일 개발(관련 기술 미국특허 출원 중)과 과냉질소를 이용한 특수냉각시스템 개발에 의한 최초 실험에 성공하였으며(관련 분야의 핵심기술인 냉각시스템 실험에서 장시간 안정성 확인), 또한 고온초전도 코일용 자동 권선기 개발 및 극저온 보빈 제작 기술 등 세계적 수준의 핵심기술을 개발하였다

- 본 초전도 한류기는 용량 면에서 미국 GA(General Atomics)사와 LANL(Los Alamos National Laboratory)의 12.5kV/1.2kA급에 이어 세계 2번째. 그러나, 미국의 경우 단상 실험에서만 성공한 상태이며, 사고발생 직후에 순간적으로 발생하는 높은 사고전류는 제한하지 못하는 등 그 전류제한 효과에 있어서 이번에 개발된 한류기에 그 성능이 미치지 못한다. 그리고 일본의 경우도 단상 6.6kV/36A급 한류기 개발에 성공한 상태이나, 전류용량 면에서 본 연구개발이 앞서고 있다.

- 2001년 9월에 연구를 시작한 이래 불과 2년 6개월 만에 최근 단락시험을 수행하여 5.6kA의 사고전류를 2Cycle(약 0.03초) 이내에서 약 30% 수준인 1.7kA로 제한하는 탁월한 전류제한 효과를 증명하였다.

3. 개발성과 및 향후계획

□ 개발 성과

- 2년여 개발과정 동안 국내 특허 4건, 국제(미국) 특허 1건 출원을 비롯, IEEE등 세계적 권위의 학술지에 20편, 국내 논문 15편의 우수 논문을 발표하여 세계적으로 그 기술수준을 인정받고 있으며,

- 대규모 정전사태 예방 및 전력계통의 신뢰도 향상 과 용량 초과로 인해 교체되어야 할 차단기 등 전력기기의 막대한 교체비용(7000억원/년)을 절감할 수 있다. (작년 8월 미국의 정전대란의 피해액은 약 50억 달러였고 30시간동안 전력공급이 제대로 되지 못하였음.)

□ 향후계획

- 향후 2007년까지 실증시험과 분석을 통하여 22.9kV의 배전급 초전도한류기 개발할 계획이며, 가장 파급효과가 클 것으로 예상되는 위치에 실제 투입(상용화) 예정이다.

- 현재 세계적으로 Coated Conductor라는 새로운 고성능의 선재개발이 가속화되고 있는 상태이며, 향후 이러한 선재를 이용하여 가격, 부피 등에서 크게 향상된 성능의 초전도한류기 개발이 가능할 것으로 예상된다.