한국전기연구원, ‘전식대책용 정류기’ 기술이전
전식대책용 정류기를 적용한 도시가스 배관의 방식전위 측정파형
전식대책용정류기
현장적용 실험장면
지하철이 운행되는 도심지 주변 지하철 누설전류는 가스배관, 상수도관, 송유관 등 지하 금속매설물의 수명과 기능을 약화시킬 뿐 아니라 자칫 가스배관 폭발사고나 송유관에 의한 토양 오염사고, 상수도관 및 열배관 누수사고, 지중 송전선의 단전사고 등을 야기할 수 있다. 대도시 지하철의 누설전류는 주변 1km 지역에 매설된 금속시설물의 부식에 직간접적 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 따라서 지하철 노선이 거미줄처럼 얽혀 있는 서울, 부산 등 대도시의 경우 주요 도심지 대부분의 지중 금속시설물이 누설전류의 영향을 받게 된다.
그러나 현재 지하철이 운행되는 도심지에 매설된 금속시설물을 위한 기존 전기방식 시스템은 지하철 누설전류 간섭에 의한 순간적인 전위상승을 억제할 수 없기 때문에 방식을 위한 기준(-850mVCSE)을 만족하지 못하는 미방식 구간이 점차 늘어가고 있는 추세다.
한국전기연구원이 개발한 정류기는 고속응답 스위칭에 의한 양방향 출력제어로 정전위를 유지하는 전원장치 설계기술을 적용하여 지하철 누설전류에 의한 순간적인 전위 변동 문제를 해결하였다. 그리고 2개의 전위 설정치 제어에 의한 방식전위 유지를 할 경우, 지하철 누설전류 간섭지역의 방식률을 100% 만족시킬 뿐만 아니라 금속시설물의 과방식 문제도 해결할 수 있다.
특히 이번에 기술이전된 전식대책용 고속응답 정전위형 정류기는 지하철 누설전류 영향구간 뿐만 아니라 전기방식 시설물 간의 간섭구간에서 사용될 수 있다. 2003년 최초 시제품 제작 이후 서울과 부산지역 지하철 차량기지 인근에 설치하여 다양한 현장적용 실험을 실시하여 그 성능을 입증했다.
한국전기연구원과 ‘전식대책용 고속응답 정전위형 정류기’의 기술이전 계약을 체결한 그린모텍(주)(대표 장기찬)은 올 12월까지 시제품 보완 및 양산품 상용화 설계 제작 후 2009년 1분기부터 관련 제품을 판매할 예정이다. 그린모텍은 지하철 인근 지하매설물에 대한 전식대책이 국정감사의 이슈로도 대두되는 등 사회적 관심이 높아지고 있어 2012년경이면 관련 제품에 대한 본격적인 시장이 창출될 것으로 예상하고 있다.
한편, 한국전기연구원은 교육과학기술부(전 과학기술부)에서 지원하는 “국가 기간시설물 전식대책 지원사업(2001~2007년)”을 통해 지하철, 전력계통, 고속전철 등 공공용도의 전기설비에 의해 발생하는 주요 기간시설물의 전식대책 수립 및 기술지원 사업을 진행한 바 있다.
[용어설명]
전식 [電蝕, electrolytic corrosion] : 누설전류에 의한 부식을 전해부식이라 하며 이를 줄여서 전식이라고 한다. 주로 배관에 유입된 전류가 유출되는 지점이 집중적으로 부식되어 사고의 위험이 매우 크다.
누설전류 [漏泄電流, stray current] : 원래 설계된 회로를 벗어나 다른 경로로 유출되는 전류를 누설전류라고 하며, 지하철 레일에서 땅으로 누설된 전류의 유입과 타 전기방식 설비에 의한 방식전류가 현재 도심지에서의 대표적인 누설전류이다.
전기방식 [電氣防蝕, electrolytic protection] : 금속에 일정한 전위(電位)를 주어서 부식을 방지하는 일을 말한다. 금속이 부식될 경우 일반적으로는 일종의 전지반응(電池反應)이 일어나 이온화 경향이 큰 부분이 용해되기 때문에 반대로 금속에 마치 부동상태(不動狀態)가 되는 전위를 주어서 부식을 방지한다. 양극전류를 주는 경우를 양극방식(陽極防蝕), 반대로 음극전류를 주어서 부식을 방해하는 방법을 음극방식이라 한다. 전기방식이 응용되는 예로서는 선박 ·매설철관 ·화학장치 ·보일러 등이 있다.
전위 [電位, electric potential] : 일반적으로 전위는 금속이 가지는 고유한 전기적 에너지를 일컫는다. 전기방식에서는 금속이 토양, 해수와 같은 전해질과 접해 있을 때 금속이 가지는 부식전위를 나타내거나 또는 금속의 부식을 방지하기 위해 인위적으로 전류를 가함으로써 금속이 가지게 되는 방식전위를 나타낸다. ‘정전위’는 전위를 일정하게 유지하여 기준치 이하로 유지하게 하는 것을 말한다. 가령 배관 표면으로 강제로 전류를 흘려서 전식을 방지하는데, 이를 너무 많이 흘려서 전위가 기준치 이상이 되면 과방식이 되어 피복열화를 유발할 수 있다.
정류기 [整流器, rectifier] : 교류전력에서 직류전력을 얻기 위한 전기적인 회로소자 장치로 일종의 직류 전력공급장치이다. 다양한 누설전류의 영향으로 인한 부식 방지를 위해 ‘배류기’를 사용하기도 하지만 여러 가지 문제점을 노출하기도 해 보다 완벽한 전식대책이 요구되고 있다.
간섭 [干涉, interference] : 전기방식에서의 간섭은 시설물의 전위 분포 혹은 전류 분포가 다른 시설물의 전위 분포 혹은 전류분포에 의해 영향을 받는 현상을 전기적 간섭이라고 하며, 줄여서 간섭이라 한다.
한국전기연구원 개요
한국전기연구원(KERI)은 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다. 1976년 국가공인시험기관으로서 첫 출발한 이후 2017년 기관평가에서 우수 등급을 획득하는 등 최고 수준의 전기전문연구기관이자 과학기술계 대표 정부출연연구기관으로 성장했다. 현재 경남 창원에 소재한 본원 외에 2개의 분원(안산, 의왕)이 있으며, 전체 직원수는 620여명에 달한다. KERI는 실현 가능하면서도 대규모 파급효과가 기대되는 연구과제를 집중 선정하여 국가사회에 기여하는 대형 성과창출을 위해 연구개발에 매진하고 있다. 주요 업무분야는 차세대전력망 및 신재생에너지, 초고압직류송전(HVDC), 전기추진 및 산업응용 기술, 나노신소재 및 배터리, 전기기술 기반 융합형 의료기기, 중전기기 시험인증 등이 있다.
웹사이트: http://www.keri.re.kr
연락처
한국전기연구원 전력연구단 전기동력학연구그룹 이현구 선임연구원 055) 280-1364
