[더테크 이승수 기자] 한국전기연구원(KERI)이 국내 최초로 중전압(MV)급 ‘하이브리드 직류 차단기’를 개발했다고 20일 밝혔다. 차세대 전력 전송 기술인 ‘멀티 터미널 직류(MTDC)’의 상용화에 한 걸음 다가섰다. 이번 기술은 직류 송배전망의 안정성을 크게 높여, 미래 전력 인프라의 핵심으로 평가받고 있다.
직류(DC) 송배전은 에너지 효율이 높고 신재생에너지와의 연계성이 뛰어나 세계적으로 주목받고 있지만, 고장 시 전류를 끊는 것이 쉽지 않다. 교류(AC)는 전류가 주기적으로 0이 되는 ‘전류 영점(Current Zero-crossing)’이 존재하지만, 직류는 한 방향으로만 흐르기 때문에 영점이 없고, 이를 인위적으로 만들어야 고장 전류를 차단할 수 있다.
KERI가 개발한 ‘42kV급 하이브리드 직류 차단기’는 전력반도체 스위치, 기계식 고속 스위치, 에너지 흡수 장치의 장점을 결합한 복합 기술이다. 전력반도체 스위치가 직류 고장 전류의 영점을 인위적으로 만들어내고, 이어 기계식 고속 스위치가 전기 불꽃(아크)이 사라진 후 발생하는 과도 전압을 견딘다. 마지막으로 에너지 흡수 장치는 이 과도 전압의 최대치를 제어하고 시스템의 잔류 에너지를 분산시켜 안정성을 확보한다.
해외에서도 하이브리드 직류 차단기 기술을 보유하고 있지만, 과도 전압을 견디기 위해 다량의 전력반도체를 사용해야 해 장치 가격이 비싸고 송전 효율이 낮은 한계가 있었다. 반면 KERI의 기술은 기계식 고속 스위치가 전력반도체 일부 기능을 대체해 고비용 문제와 손실을 최소화했다. 또한, 21kV와 42kV 두 가지 모듈형으로 개발돼, 적층을 통해 다양한 시스템 전압에 유연하게 대응할 수 있어 확장성과 활용성이 크게 높아졌다.
이번 성과는 국내 직류 송·배전 분야의 전환점을 마련했다. 지금까지 국내에서는 두 지점을 직접 연결하는 ‘단일 접속형 직류 송전’만 운영돼 왔지만, KERI의 직류 차단기 기술을 통해 여러 지점이 상호 연결되는 ‘멀티 터미널 직류망’ 구축이 가능해질 전망이다. 이로써 대규모 정전이나 사고 위험을 줄이고, 전력망의 유연성과 효율성을 한층 높일 수 있을 것으로 기대된다.
특히 이 기술은 전기차 충전 인프라, 직류 기반 가전제품, 데이터센터 등 직류 전력 수요가 빠르게 증가하는 분야에서 응용이 가능하다. 전력 손실을 줄이고 에너지 절감형 전력망을 구축하는 데 기여할 것으로 보인다.
KERI 친환경전력기기연구센터 안현모 선임연구원은 “기계식 고속 스위치와 전력반도체 간의 전압 분배, 전류 전환, 잔류 에너지 소산 문제를 해결해 직류 차단기의 핵심 성능을 확보했다”며 “독자 기술을 통해 해외 선진국의 시장 잠식 시도를 막고, 수입 대체 효과도 기대할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
현재 KERI는 MV급 직류 차단기의 시제품 제작과 공인시험기관 검증을 마쳤으며, 국내외 기술이전 및 수출을 통한 상용화를 추진 중이다. 앞으로 유럽·중국·일본 등이 주도하는 100kV급 이상 고전압(HV) 직류 차단기 기술도 국산화해, ‘서해안 에너지 고속도로’와 ‘한반도 에너지 고속도로’ 프로젝트 등 국가 단위 직류 송전망 구축 사업에 적극 참여할 계획이다.
