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기술 개요

“직류 전력설비에서 고장 전류를 제어하고 절연 안전거리를 설계해 계통 보호의 신뢰성을 높이는 기술입니다.”

산업 별 활용 방안

직류 송배전망과 HVDC 설비를 구축·운영하는 전력 기업·기관

직류 송전·변환 설비를 운영하는 기업·기관은 고장 발생 시 설비 보호와 전력 공급 복구를 동시에 고려해야 하며, 애자 절연 설계와 차단 성능이 계통 신뢰성에 직접 영향을 줍니다. 본 기술을 적용하면 애자 전계해석 기반 절연거리 설계와 고장 전류의 회로 전환·에너지 소산 방식을 설비 설계 검토에 결합할 수 있습니다. 기존 설비를 일괄 교체하기보다 신규 설비의 설계 검증, 보호회로 개발, 실증 시험 단계부터 모듈별로 적용 가능성을 확인할 수 있습니다.

재생에너지 연계형 직류 전력시스템 개발 기업

태양광·에너지저장장치 등 다양한 전원이 연결된 직류 시스템은 전력 흐름 방향이 달라지고 고장 전류의 전파 경로도 복잡해 보호 설계가 어려워집니다. 양방향 전류를 고려한 하이브리드 차단 구조를 적용해 고장 전류의 우회·차단·에너지 소산 순서를 시스템 보호 로직에 반영할 수 있습니다. 개발 중인 전력변환기와 보호반에 차단 회로와 제어 순서를 단계적으로 결합하고, 실제 계통 조건의 PoC에서 성능을 확인할 수 있습니다.

전기차 충전 인프라와 데이터센터 전력설비 기업·기관

고밀도 전력설비는 고장으로 인한 전력 중단과 보호장치의 손상 가능성을 줄이면서, 유지보수가 가능한 보호 체계를 마련해야 합니다. 본 기술은 고장 전류를 보조 경로로 전환하거나 아크 전류를 상쇄하는 방식으로 직류 회로의 신속한 차단 구조를 검토하는 데 활용할 수 있습니다. 충전기·마이크로그리드·직류 배전 설비의 신규 설계 또는 보호 기능 고도화 과정에서 회로 설계와 시험 모듈로 결합할 수 있습니다.

기술 설명

어떤 기술인가요?

직류 전력망 보호 기술은 교류처럼 전류가 자연스럽게 0이 되는 시점이 없는 직류 계통에서, 고장 전류를 끊고 절연부에서 방전이 발생하지 않도록 설계하는 기술입니다. 본 기술 포트폴리오는 직류 계통의 차단과 절연을 함께 다루는 보호 설계 기술로서, 폴리머 애자 표면의 최대 전계와 방전 기준전계를 비교해 필요한 절연거리를 산출하고(특허 1), 주 회로의 고장 전류를 보조 회로로 전환한 뒤 잔류 에너지를 소산하며(특허 2), 진동 전류와 자기유도 전류로 기계식 차단부의 아크 전류를 상쇄하는(특허 3) 기법으로 직류 송배전 설비의 고장 대응과 절연 설계를 지원합니다.

어떤 문제를 해결하나요?

1. 직류 조건을 반영하지 못한 절연거리 설계

교류용 절연 설계 기준을 그대로 적용하면 직류 전압에서 나타나는 전계 분포와 표면 방전 특성을 충분히 반영하기 어렵습니다. 애자 형상의 전계해석 결과를 시험 전극의 방전 기준과 연결해, 애자 표면 최대전계가 기준전계를 넘지 않는 절연거리를 결정합니다.

2. 고장 전류 전환 중 발생하는 과도전압

직류 계통은 고장 전류를 빠르게 다른 경로로 옮겨야 하지만, 스위칭 과정에서 과도전압이 발생하면 반도체 소자와 차단 구성품에 부담이 커집니다. 커패시터를 이용한 전류 전환 경로와 에너지 소호부를 결합해 고장 전류를 보조 회로로 유도하고 잔류 에너지를 소산합니다.

3. 기계식 차단부의 아크와 전류 영점 부재

직류는 전류 영점이 없어 기계식 차단부가 열릴 때 생긴 아크가 지속될 수 있으며, 고장 전류가 클수록 안정적인 차단이 어려워집니다. LC 공진 기반 진동 전류와 자기유도 역전류를 주차단로에 공급해 아크 전류를 상쇄하고 전류 영점 형성을 앞당깁니다.