초전도 전력기기 개발 편리해진다
초전도 전력기기 개발 편리해진다
  • 박종준 기자
  • 승인 2010.12.23 18:45
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‘초전도 전력기기용 전도냉각형 초전도 특성평가장치’ 국산화

국내 연구진이 초전도 전력기기 개발에 필요한 특성평가 장치의 국산화에 성공, 국내 초전도 선재 연구 및 초전도 전력기기 개발에 획기적으로 기여할 것으로 전망된다.

전기연구원 재료응용연구본부 초전도연구센터 손명환 박사팀은 최근 ‘초전도 전력기기용 전도냉각형 초전도 특성평가장치’의 국산화 개발에 성공했다.

‘전도냉각형 초전도 특성평가장치’는 냉매를 사용하지 않고 영하 263℃(10K)정도의 극저온뿐만 아니라 3T의 강한 자장에서도 초전도체의 임계전류를 정확하게 측정할 수 있다.

더욱이, 이 장치는 고온초전도체 뿐만 아니라 MgB2 초전도체에 관한 임계전류도 자장을 인가한 조건에서 측정할 수 있다.

특히 기존의 특성평가장치의 경우 시편 크기가 수 mm 정도이기 때문에 초전도 전력기기를 개발하는 연구자들이 관심을 가지는 초전도 선재에 직접 전류를 흘려서 하는 선재의 안정성 실험은 할 수 없었지만 이번에 개발된 장치는 이런 단점을 보완해 25cm 정도의 긴 초전도 선재를 사용할 수 있고 길이 10cm, 폭 1.5cm 범위에서는 자장 균일도가 1% 이하가 되도록 해 자장을 인가한 조건에서 고온초전도 선재의 안정성 실험 등에도 활용할 수 있게 됐다.

또한, 인가 자장의 방향에 대해 시편 홀더 전체를 회전할 수 있도록 고안해 임계전류의 자장 방향 의존성을 측정할 수 있다.

손 박사팀이 이 장치를 개발하기 전까지 초전도 전력기기를 개발하는 경우 임계전류를 측정할 때 액체질소(77K)나 값비싼 액체 헬륨(4.2K)을 냉매로 사용했으며 운전온도 20∼77K 영역 그리고 자장 0∼3T 중에서 임계전류값을 정확하게 측정할 수 없어서 연구자들이 많은 불편을 겪었다. 특히, 초전도체의 경우 온도가 내려 갈수록 임계전류값이 증가하는 특성으로 인해 전류도입부에서 주울 열이 발생함으로써 200A 이상의 전류를 흘려 실험하기가 매우 어려웠다.

이 장치에는 히터가 내장돼 있어 사용자가 원하는 10K이상의 온도로 유지가 가능하고 외부로부터의 열침입을 최소화하기 위해 2단 냉동기가 장착돼 있다. 전류도입부에는 자체 제작한 고온초전도 선재를 리드선으로 활용했으며 시편 주변에 최대 자장 3T가 인가된 조건에서 시험전류는 300A까지 통전이 가능하다.

손 박사팀은 고온초전도 자석 및 고온초전도 전류리드 그리고 2종의 시편 홀더 등에 관련해 국내 특허를 5건 출원했으며 이 기술을 참여기업인 (주)CVE에 이전해 고온초전도 자석, 고온초전도 전류리드 및 특성평가 장치의 상용화를 추진할 방침이다.

한편, 전기연구원은 초전도 연구 분야에서 해외 선진국의 기술수준과 비교해 손색이 없는 최고 수준에 올라 있으며 핵심 연구분야로 육성해 가고 있다. 연구원은 이미 지난 2005년 기존 구리 케이블보다 크기는 3분의 1 밖에 안되면서 송전 용량은 5배 이상 큰 ‘22.9kV 고온 초전도 케이블’을 세계에서 두 번째로 개발한데 이어 2009년 세계 최고 수준의 154kV, 1GVA급 초전도케이블을 개발하고 핵심 특허를 확보했다.

또 초전도 모터 개발과 함께 세계 최고 용량 고온초전도 전력저장장치를 개발했으며 초전도체를 활용해 오·폐수 정화 속도를 기존보다 50배 높일 수 있는 초전도 자기분리장치를 개발하기도 했다.

연구원은 한전이 초전도 전력기기를 실제 전력계통에 설치·운전하면서 기기의 신뢰성을 검증하기 위해 추진하는154kV 이천변전소 초전도 시범사업에도 참여하고 있다.


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