배전분야의 ‘미래 같은 현재’를 만나다
(세션 1) 배전계통 구성요소

전기신문 게재(http://www.electimes.com/article.asp?aid=1561503413181455002)

 
□ 지난 6월 3일부터 6일까지 스페인 마드리드에서 개최된 CIRED(국제배전망협의회)는 CIGRE(국제송전망협의회)와 더불어 전력산업분야의 양대 학회 중의 하나이다. 이번 CIRED에는 총 논문 913편, 141개사의 관련제품 전시, 1,529명의 전문가가 참석하여 역대 최고의 성황을 이루었으며, 우리나라에서도 한전 전력연구원, LS산전 등 배전분야 관련 다양한 연구기관, 기업, 대학 등이 참석하여 활발한 기술 교류와 29편의 논문 발표를 하였다. 앞으로 6회 걸쳐 분야에 걸쳐 이번 CIRED에서 이슈가 되었던 주요 기술을 소개한다.

◈ 배전계통 구성요소 (세션 1)
□ 이번 학회는 총 6개 기술 분야 세션으로 구성이 되었으며, 배전계통 구성요소(Network Components)를 다루는 세션 1에는 총 152편의 논문이 발표되었다.  기기 관점에서는 케이블, 가공선, 1차 및 2차 변전소, 변압기, 스위치 기어, 보호 및 모니터링 시스템, 새로운 능동형 전력 전자 장치와 같이 배전계통에서 사용되는 구성 요소와 관련된 모든 측면을 다루었다. 한편, 운영 관점에서는 설치, 운전 및 유지 보수, 진단, 자산관리를 주로 다루었다. 끝으로 스마트 그리드, 스마트 시티, 마이크로 그리드 등과 같은 새로운 망에 대한 논의가 있었다. 발표된 152편의 논문은 주제에 따라 4개의 주제로 분류하여 발표자와 참가자 간에 상세한 질의응답이 진행될 수 있도록 하였다.

주제 1 : 배전계통 구성요소(케이블, 회선 등)의 자산 관리 및 상태 평가
주제 2 : 배전계통 구성요소(변전소, 개폐기 등)의 자산 관리 및 상태 평가
주제 3 : 배전계통 구성요소(케이블, 회선 등)의 혁신
주제 4 : 배전계통 구성요소(변전소, 개폐기 등)의 혁신

[개폐기 분야의 SF6 대체]
□ 고전압(HV) 및 중전압(MV) 개폐기 분야에서 SF6 대체에 대한 많은 논의가 있었다. 이와 관련된 논문들은 새로운 설계 및 솔루션, 파일럿 설비의 설치에 대한 피드백, 후보 가스 평가 및 다양한 이해관계자들(제조업체, 가스 생산자, 사용자 및 학계)의 연구 시작품을 포함하고 있다. 대표적으로 이탈리아에서는 ENEL사와 ABB사가 공동으로 SF6 대신에 불화 혼합물에 기반한 가스를 사용하여 이탈리아의 대표적인 전력회사인 ENEL사의 사양에 따라 현재 치수와 동일한 크기 및 등급의 새로운 큐비클을 설계하였음을 발표하였다. 이 때문에 유전체 및 열처리를 해결하기 위해 신중한 재설계가 필요하였다고 언급하였다. HV 및 MV 개폐기에서 SF6의 대체 방안은 각 제조사마다 차이점이 있으며 이러한 차이점에 대한 분석이 추가 연구로 필요할 것으로 판단된다.

[SF6 대체 가스 기반 개폐장치, 이탈리아 ENEL사]

[배전기자재의 친환경 디자인]
□ 공급신뢰도 향상과 도심 미관에 대한 관심 증가로 인하여 지중 배전에 대한 관심은 매우 컸으며, 이와 관련 부분방전 등에 대한 다양한 논문이 발표되었다. 지중 배전을 위해서는 다양한 부품과 기자재가 필요한데, 이들 부품과 기자재 설계에 있어서 친환경 디자인 접근 방식의 도입이 확대되고 있다. 예를 들어, 엘보우 커넥터의 기존 설계(158LR) 대비 친환경 디자인 설계(200LR)로 제조한 경우에 수명주기에 걸쳐 비교한 결과 환경적 영향을 2배 이상 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 친환경 디자인을 통해 부품 수와 길이를 줄여 컴팩트한 형태로 변경함으로써 접촉 전력 손실을 절반으로 줄일 수 있었다. 또한, 생산 및 시험 기간을 줄임으로써 제조하는데 필요한 에너지의 3분의 2가 감소되었다. 이러한 친환경 디자인은 최근 환경경영시스템의 국제표준인 ISO 14001의 2015년판의 전면 확대 적용에 따라 모든 배전기자재의 재설계 프로젝트에 통합되고 있는 추세이다.

[엘보 커넥터 제조 공정의 지구 온난화 가능성 비교]

[DC 배전용 고속 차단기]
□ 증가하는 DC 분산전원(PV, ESS 등)과 디지털 부하(EV, IDC 센터 등)에 대응하기 위한 LVDC(저압직류배전) 기술에 대한 관심이 컸다. DC는 전력변환장치 출력단의 캐패시터로 인해 선로고장 시 고장전류의 증가속도가 매우 빠르다. 따라서, DC에서는 기존 AC 차단기를 활용할 수 없으며, DC 고장의 효과적인 차단기 가능한 고속 DC 차단기가 필요하다. 한전 전력연구원에서는 반도체 소자를 활용하여, DC 선로의 고장을 고속으로 차단이 가능한 고속 DC 차단기를 시작품 개발까지 완료하였다. 이번 CIRED 2019를 통해 고속 DC 차단기의 설계부터 제작 및 성능시험 전반에 대한 연구개발 내용을 발표하였다. 이번 학회에서는 한전 전력연구원 뿐 아니라 국내에서는 LS산전이 DC용 ACB(Air Circuit Breaker) 개발과 관련된 내용을 발표하였으며, 중국 등 국외 연구기관에서 DC 보호와 관련된 다양한 연구결과에 대한 발표가 있었다. DC의 상용화를 위해 필수적인 차단/보호 기술이 이 분야의 연구 트랜드임을 확인할 수 있었다.

[DC 반도체 차단기 시작품, 한전 전력연구원]

[시사점]
□ 이번 CIRED 2019 참석을 통하여 많은 다양한 자료와 연구개발자의 생각을 읽을 수 있었다. 특히, 전력기기에 다양한 센서 및 통신방식의 부가는 이제는 보편화되었다고 판단되며, 모든 기자재의 친환경화는 이제는 필수 요소가 되었다. 아울러, Big Data와 AI를 적용한 배전계통의 응용은 아직 시작 단계로 파악이 되나, CIRED 2021에서는 좀 더 구체적인 적용 결과가 나올 것으로 기대가 된다.