고출력/광대역 전자기펄스 공격 및 낙뢰 보호대책기술 확보

국내 연구진이 고출력 전자기펄스(HPEMP: High Power Electromagnetic Pulse)로부터 핵심시설물을 보호하는 장비인 HPEMP 보호기 핵심소자 기술을 국산화 개발하고, 관련 전문기업에 기술이전한다.

미래창조과학부 산하 전기전문 정부출연연구기관인 한국전기연구원(KERI) 이재복 책임연구원팀(전기환경연구센터)은 ‘고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호대책기술 개발(정부출연금사업)’ 과제를 통해 ‘HPEMP 및 직격뢰 보호용 대용량 고밀도 MOV 제조기술’을 개발했다. 

기상이변과 낙뢰 발생의 증가로 각종 기간시설물 및 전자기기에 대한 낙뢰피해가 급증하고 있다. 또한 최근 불안한 국제정세 및 남북관계 상황과 소형·경량 고출력/광대역 전자기펄스 발생시스템 기술의 발달로, 국가기간시설에 대한 은밀한 HPEMP 공격 가능성이 증가하고 있어 HPEMP 공격과 테러에 대한 정부차원의 보호대책이 요구된다. 특히 관련 기술은 국가 안보 차원의 기술보안(수출금지)으로 인해 국가간의 기술교류가 불가능한 분야로, 독자적인 원천 대체기술을 확보할 필요가 있다.

이재복 책임연구원팀이 개발한 기술은 고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호장치 및 서지보호기(SPD)의 핵심소자인 바리스터(Varistor) 제조 기술이다. HPEMP 보호장치에 요구되는 바리스터는 매우 큰 에너지내량이 요구된다. 기존 바리스터로는 요구성능을 충족시킬 수 없어 단일소자 형태의 에너지내량이 큰 대용량 바리스터의 개발이 필수적이다.

KERI 이재복 책임연구원은 “대용량 바리스터 핵심기술 확보를 위해서는 재료조성 뿐만 아니라 소성 및 성형프로세스 기술, 전극/단자 패턴 설계기술, 성능평가기술이 요구되며, 특히 물리적, 화학적 기술기반의 과도전자계 해석기술 및 열해석기술이 필요하다”며 “그동안 축적한 기반기술을 바탕으로 공정 프로세스에 필요한 설비를 구축하고, 국내에서 유일하게 바리스터 상용화 경험이 있는 외부전문가와의 협업을 통해 다수의 소용량 바리스터 소자를 병렬접속한 형태가 아닌 단일소자의 형태의 대용량 바리스터 제조 기술을 확보할 수 있었다”고 말했다.

KERI 연구팀은 이를 통해 현재 해외 선도기업의 제품수준 이상인 50kA(킬로암페어)급의 대용량 바리스터 생산기술을 개발하는데 성공했다. 현존하는 단일소자 대용량(Iimp) 바리스터 중 최대 전류내량인 50kA로 기존소자(25kA)보다 2배 크다. 단일소자 형태의 바리스터로는 세계 최고 에너지내량의 성능을 갖고 있어 해외시장에서 경쟁우위를 확보할 것으로 예상된다. 기존 선도업체의 대용량 바리스터에 비해 약 2배의 전류밀도를 가지고 있고, 동일 면적의 일반적인 바리스터에 비해 약 16배 에너지내량을 가지고 있다.

이 기술은 고출력 전자기펄스(HPEMP)에 대한 방호 및 직격뢰 보호가 요구되는 국가 핵심 주요시설 등에 적용이 가능하며, 특히 HPEMP 보호장치, 직격뢰 보호용 1등급 서지보호기(SPD) 등에 적용할 수 있다. 최근 국내외적으로 직격뢰가 자주 발생하는 풍력발전설비 및 태양광발전 설비 등 대형 신재생에너지 설비의 보급이 활발해짐에 따라 이들 설비보호용 1등급 SPD의 수요도 급증할 것으로 예상된다. 개발된 대용량 바리스터를 적용한 HPEMP 보호장치 및 서지보호장치의 신뢰성 향상은 국가 중요시설을 더욱 안정적으로 운용할 수 있게 할 것이다. 특히 무기급 HPEMP 공격에 대응한 대규모 정전사고, 유무선 통신장해, 항공/교통사고, 수자원/가스공급 중단사고 등 총체적인 재난/재해 예방 및 체계적 관리 기반 마련에 기여할 수 있다.

한국전기연구원은 관련 전문기업인 (주)아이스펙에 HPEMP 및 직격뢰 보호용 대용량 바리스터 제조 기술(MOV 제조기술 전수 및 시제품 시험지원 및 성능분석 기술)을 이전하는 조인식을 가졌다. 착수기술료 5.5억 원(VAT 포함)에 해당하는 부품 매출액에 따른 일정비율의 경상기술료를 지급받는 조건이다.

(주)아이스펙 한순갑 대표이사는 “한국전기연구원이 개발한 세계 최고 전류내량을 갖는 고출력 전자기펄스 보호용 바리스터 제조 기술을 이전받음으로써, 기존 EMP 필터의 품질향상과 더불어 새로운 제품군인 서지보호기(SPD)과 조합하여 전원안정화 분야의 매출 증가가 기대된다”며 “이 기술을 적용한 1등급 서지보호기를 개발할 경우 국내외 시장선점 효과가 클 것으로 기대되며, 수입대체 효과 및 제품 매출로 인한 고수익 및 경영에 기여할 것으로 예상된다”고 밝혔다.

서지로 인한 장해 양상

★ 개발 제품의 개요 및 기술도입 효과 ★

1. 개발 제품의 개요
KERI에서 개발한 바리스터는 전원에 발생할 수 있는 서지를 억제하기 위한 서지보호소자로 뇌방전 에너지가 큰 직격뢰 전류에 대응한 서지보호기에 응용 가능한 소자다. 현존하는 단일 바리스터 소자 중 세계 최고의 전류내량이다.
- 1등급 임펄스전류(10/350μs) 내량 : 최대 50kA
- 2등급 임펄스전류(8/20μs) 내량 : 최대치 300kA

2. 기술도입효과
 1) 경제적 효과
KERI 연구팀이 개발한 단일소자 형태의 바리스터는 세계 최고 에너지내량의 성능을 갖고 있어 해외시장에서 경쟁우위를 확보할 것으로 예상된다. 최근 국내외적으로 직격뢰의 이행이 큰 신재생에너지 보급이 활발해짐에 따라 풍력발전설비 및 태양광발전설비의 급증과 더불어 이들 설비보호용 1등급 SPD의 수요는 급증할 것으로 예상된다.

 2) 기술적 파급효과
개발된 대용량 바리스터를 적용한 HPEMP 보호장치 및 서지보호장치의 신뢰성향상은 국가 중요시설에 대한 안정적운용을 기대할 수 있다. 무기급 HPEMP 공격에 대응한 대규모 정전사고, 유무선 통신장해, 항공/교통사고, 수자원/가스공급 중단사고 등 총체적인 재난/재해예방 및 체계적 관리기반 마련에 기여할 수 있다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 고출력/광대역 전자기펄스 공격 및 낙뢰 보호대책기술 확보