[인더스트리뉴스 권선형 기자] 더 다양해지고 많아지는 전자기기, 새로운 기술을 도입한 조명,스마트팩토리…. 전기를 사용해야만 하는 기계, 제품들이 늘어나면서 전기 수요는 갈수록 늘고 있다. 그렇기에 선진국들은 전기 수요가 늘어나는 만큼 전기 안전에 더 신경 쓰고 있다. 미국은 전기설비 NEC 규정을 통해 설계, 시공, 검사 및 유지관리 전 분야에 걸쳐 엄격하게 관리하고 있다. 유럽도 IEC 규정을 통해 전기 안전에 관해서는 철저하게 감독한다. 한국은 어떨까?

전기 분야 진단 전문기업 피에스디테크놀러지스 강창원 회장(공학박사, 기술사)은 “변환장치를 더 많이 사용하고 있는 지금도 위험한 상황은 이어지고 있다”며, “지금처럼 제도가 미흡하면 태양광, 풍력, 전기차, 수소차, ESS 등 신재생에너지설비가 늘어나는 미래에도 크고 작은 화재가 끊이지 않을 것”이라고 지적했다.

강창원 회장은 “피에스디테크놀러지스는 그동안 특고압 수변전설비 보호시스템, 노이즈 및 고조파, 사고원인 분석 및 대책, 계통진단 등 전기 안전 진단 분야 국내 최고 기업”이라고 소개했다. [사진=인더스트리뉴스]

전기안전공사에서 재직하고, 퇴직 이후에도 현장에서 활동하며 40여 년 간 전기 안전, 진단 분야에서 활동한 강 회장은 화재가 많이 발생할 수밖에 없는 가장 큰 원인으로 ‘사고 이후에도 변하지 않는 정책과 제도’를 꼽았다.

강 회장은 “그동안 많은 사고가 발생했지만, 대부분 원인불명, 서지, 자연열화 등으로 원인을 적당히 분석하고 넘어가다 보니 같은 사고가 지속적으로 반복되는 실정”이라고 설명했다.

강 회장이 바라보고 있는 태양광발전설비의 안전 기준은 낙제점. 강 회장은 “한국전기설비규정(KEC), 한국에너지공단 태양광설비 시설기준 등에 일부 규정돼 있으나, 미국과 유럽에 비해 전기 안전에 대한 기준이 턱없이 미흡하다”고 지적했다.

현재 태양광발전설비에서 가장 큰 문제점은?

태양광발전소의 출력저하원인 분석, 화재원인 및 대책 수립, ESS 안전성 평가 분야에서 활동해왔다. 이 과정에서 현재 기술이나 규정에 많은 문제가 있음을 확인할 수 있었다. 2016년 공장 지붕에 설치한 태양광에서 화재가 발생한 고객을 진단하면서 태양광 1선 지락이 이중지락으로 발전하고 이때 병렬아크로 화재가 발생한 것을 확인한 적이 있다. 소방방재청 통계에 따르면 태양광발전설비 화재로 소방서가 출동하는 건수가 연 60여 건을 넘는다. 최근 신재생발전설비가 급격하게 증가하고 있고 대부분 직류를 사용하기 때문에 앞으로 이러한 문제는 더 확대될 것이라고 판단하고 있다. 그래서 개발한 것이 직류 지락차단장치다.

직류 지락차단장치의 특·장점은?

지락차단장치는 교류 지락전류를 검출하는 A형 RCD와 교류 및 직류 지락전류를 검출하는 B형 RCD로 구분되는데, 우리나라에는 아직 B형이 없어 현장 적용에 장애가 있다. 직류 지락전류를 검출할 수 있는 플럭스 게이트 센서를 개발하고, 지락전류를 분석하는 신호처리장치를 IEC 60364-7-712(2017) 규격에 맞게 개발했다. 지난 8월 공인인증시험성적서를 받았다.

기존의 지락전류를 검출하는 센서로 ZCT를 사용하고 있는데, 이 센서로 직류회로에 적용하면 포화돼 지락전류를 제대로 검출하지 못한다. 직류전류를 검출하는 센서로 홀센서(Hall)가 있는데 이는 작은 지락전류를 검출하는데 한계가 있다. 직류 지락전류를 검출하는 센서로 플럭스 게이트(Flux Gate)를 사용한다. 플럭스 게이트 센서는 3가지가 중요하다. 첫째 직류전류에서 신호검출 및 연산 시간을 단축시키는 것이다.

두 번째는 주파수 특성이다. 태양광에 적용하는 지락전류 검출센서는 B형으로 직류, 60Hz 교류, 고주파 전류(2kHz, B+형은 20kHz)를 검출해야 한다. 세 번째는 옵셋 특성이 우수해야 한다. 이러한 센서를 출시하는 기업은 많지 않다. 피에스디테크놀러지스는 사이즈 별로 7종을 개발했다.

지락전류 센서, 직류전류에서 신호검출 및 연사 시간을 단축시키고 옵셋 특성이 우수한 제품이다. [사진=피에스디테크놀러지스]

어떤 기술이 접목됐나?

태양광발전설비, ESS 등은 모두 전력변환장치 IGBT를 사용하는데, IGBT를 온오프 할 때 매우 큰 고주파 노이즈가 발생한다. 태양광 모듈은 넓은 면적에 설치돼 있고 케이블도 길게 배선돼 있어, 전기가 흐르는 부분과 대지 사이에 커패시턴스 성분인 기생커패시턴스가 존재한다. 이와 같이 고주파 노이즈와 커패시턴스 사이에 누설전류가 흐르게 되는데 이 전류가 상당히 커서 실제 지락전류와 고주파 노이즈 전류와의 구별이 매우 어렵다. 결과적으로 지락이 발생하지 않아도 차단되거나 실제 지락이 발생해도 큰 노이즈 전류에 묻혀서 검출이 어려운 경우가 발생하게 된다. 즉 태양광 지락차단장치는 노이즈를 구분하는 것이 핵심이다. 이런 노이즈 전류를 구분해 실제 지락사고에만 동작하는 알고리즘을 적용했다.

직류 지락차단장치, 노이즈 전류를 구분해 실제 지락사고에만 동작하는 알고리즘을 적용했다. [사진=피에스디테크놀러지스]

현재 개발 중인 기술과 출시 예정 제품은?

직류 저압설비의 가장 큰 이슈는 화재보호다. 화재보호의 근본기술은 아크보호 기술이다. 교류는 교번자계에 의해 1초에 120번 영점을 거치면서 아크가 소호될 수 있다. 그러나 직류는 영점이 없어 아크가 발생하기 시작하면 위험하다. 전선 접속점 등 직렬로 연결되는 부분이 헐거워지면 직류아크가 발생해 3,000℃ 까지 온도가 올라갈 수 있고, 합선 등으로 병렬아크가 발생하면 더 위험해진다. 이것이 플라즈마 방전으로 확대되면, 19,400℃까지 온도가 상승해 화재로 이어지게 된다. 미국과 독일은 이러한 화재를 예방하기 위해 아크보호장치 설치를 의무화하고 있다. 현재 직류 아크차단장치를 개발하고 있고 내년 출시 계획이다.

ESS 배터리 진단기술도 개발하고 있다. 세계적으로 배터리 점검 및 진단기술은 아직 뚜렷한 방법을 제시하지 못하고 있다. 셀전압을 모니터링 해 진단하는 수준이다.

피에스디테크놀러지스는 배터리 덴드라이트 및 방전열화를 검출하는 기술, 순환전류 및 셀 전압 상승 검출기술, CMV 검출기술 등에 대한 알고리즘을 개발하고 특허출원을 준비하고 있다. 내년 하반기 상품 출시를 목표로 하고 있다.

[권선형 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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