대규모 정전사태를 방지할 수 있는 세계 최고 수준의 초전도 한류기가 순수 국내 기술로 개발됐다.
과학기술부 ‘21세기 프론티어연구개발사업’의 일환으로 수행중인 ‘차세대초전도응용기술개발사업(사업단장 류강식)’과 관련 고태국 연세대학교 전지전자공학과 교수팀은 (주)진광이앤씨와 프리컴시스템(주)와 공동으로 3상 6.6kV/200A급 유도형 초전도 한류기(SFCL : Superconducting Fault Current Limiter) 개발에 성공했다.
이번에 개발한 유도형 초전도한류기는 전력계통의 사고 발생 시 고장전류를 초전도 코일의 인덕턴스에 흐르게 해 순간적으로 고장전류 상승을 억제하는 기능이 있다.
특히 핵심부품인 초전도 코일의 설계, 보빈 제작, 권선, 냉각 등의 대부분 핵심기술을 독자적으로 개발함으로써 세계적인 수준의 세부기술을 보유하게 됐다.
이번에 개발된 한류기는 용량 면에서 미국 GA사와 LANL의 12.5kV/1.2kA급에 이어 세계 2번째이다.
하지만 미국의 경우 단상실험에서만 성공을 한 상태고 사고발생 직후에 순간적으로 발생하는 높은 사고전류는 제한하지 못하는 등 전류제한 효과에 있어서 이번 국내에서 개발된 한류기 성능에 미치지 못하고 있다.
일본 역시 단상 6.6kV/36A급 한류기 개발에 성공한 상태이나 전류용량 면에서 이번에 개발된 한류기에 뒤쳐진다.
이번 개발로 대규모 정전사태 예방 및 전력계통의 신뢰도 향상과 용량 초과로 인해 교체돼야 할 차단기 등 연간 7,000억원의 전력기기 교체비용을 절감할 수 있다.
연구팀은 향후 2007년까지 실증시험과 분석을 통해 22.9kV의 배전급 초전도 한류기를 개발할 계획이며 가장 파급효과가 클 것으로 예상되는 위치에 실제 투입할 예정이다.

(개발 배경 및 의미)
고품질 전력 위해 초전도한류기 도입 필연
기존회로 변경 없이 차단기 용량 3∼5배 증대
2007년 22.9kV 배전급 한류기 개발·상용화


지난 2001년 미국 캘리포니아 정전사태에 이어 지난해 미국, 영국, 이탈리아 등 세계 여러지역에서 대규모 정전사태가 발생했다.
국내 전력계통 역시 전력수요가 폭발적으로 증가해 단락이나 지락, 낙뢰 등으로 인한 전력사고 시 기존 차단기의 용량으로는 차단할 수 없는 대형사고가 발생할 개연성이 언제나 있는 실정이다.
현재 전력계통은 사고전류에 대한 대책으로 차단기를 설치하고 있으나 차단기는 사고 감지 후 차단까지 0.1초 이상의 긴 시간이 소요돼 전력기기의 수명단축 및 고장 등이 발생하기 때문에 차단기 동작 이전에 사고전류를 제한하는 초전도한류기의 도입이 필수적이라는 지적이 있어 왔다.
초전도 한류기의 경우 전혀 새로운 개념의 첨단 전력기기로서 기존 회로의 변경 없이 차단기 용량을 3∼5배 이상 증대시키는 효과를 내는 등 그 파급효과가 클 것으로 예상되고 있다.
현재 미국, 일본, 유럽 등에서 연구가 활발히 진행되고 있고 우리나라도 고품질 전력기반 구축이 불가피하다는 점에서 조기에 핵심기술을 확보해야 한다는 목소리가 컸다.
특히 이번에 국내에서 개발한 초전도 한류기는 비전치식 보조권선법에 의한 대용량 초전도 코일 개발(관련기술 미국 특허 출원 중)과 과냉질소를 이용한 특수냉각시스템 개발에 의한 최초 실험에 성공했으며 고온초전도 코일용 자동 권선기 개발 및 극저온 보빈 제작기술 등 세계적 수준의 핵심기술을 개발했다는데 의미가 있다.
또 2001년 9월에 연구를 시작한 이래 불과 2년 6개월만에 최근 단락시험을 수행해 5.6kA의 사고전류를 2사이클(약 0.03초)이내에서 약 30% 수준인 1.7kA로 제한하는 탁월한 전류제한 효과를 증명하기도 했다.
연구팀은 2년여의 개발기간 동안 국내특허 4건, 국제특허 1건을 출원했으며 IEEE 등 세계적 권위의 학술지에 20편, 국내 논문 15편의 우수 논문을 발표했다.
앞으로 2007년까지 시험과 분석을 통해 22.9kV 배전급 초전도한류기를 개발하고 이를 상용화할 계획이어서 더욱 주목된다.<변국영>