2050 탄소중립을 위해 산업 패러다임을 친환경 중심으로 전환하려 노력 중인 기업들. 전력·설비에선 어떤 변화가 일어나고 있을까요? 우리 회사는 2020년 국내 최초로 식물성 절연유를 적용한 변압기 개발을 마치고, 이를 상용화하기 위해 준비 중인데요. 환경과 사용자의 안전을 최우선으로 고려한 우리 회사의 친환경 절연유 변압기를 전력연)송변전연구팀 박재용 매니저가 소개해드릴게요.
유입 변압기는
오일을 절연체로 사용하는
변압기를 말해요.
친환경 절연유 변압기를 설명하기 전에 변압기에 관해 먼저 알아볼까요? 변압기는 말 그대로 전압을 바꿔주는 기기를 말해요. 전력을 초고압으로 승압해 발전소에 공급하거나, 저압으로 강압해 우리가 생활하는 주택이나 사무실에 공급해주죠. 커다란 탱크처럼 생긴 변압기에는 코일이 빽빽하게 감긴 철심이 들어 있는데, 이 철심과 코일이 변압을 수행하는 주요 부품이에요. 그런데 이외에도 변압기에 절대 없어선 안 될 요소가 있는데요. 바로 절연물이에요.
변압기는 전력을 다루는 기기인 만큼 절연 성능이 중요한데요. 이 절연물의 종류에 따라 변압기를 건식, 몰드, 가스, 유입 변압기 등으로 나눌 수 있어요. 이 중에서도 유입 변압기는 오일을 절연물로 사용해요. 변압기에 전기가 흐르면 철심과 코일에서 열이 발생하는데, 이때 주변 절연유가 코일을 냉각시키는 역할을 하죠. 코일과 함께 절연유의 온도가 상승하면 절연유의 밀도가 낮아지면서 상승 기류가 발생하는데요. 위쪽으로 이동한 절연유가 방열기로 들어가 냉각되어 다시 변압기로 투입되는 순환 과정을 반복하는 원리죠.
그런데 최근 환경 오염 문제로 오일의 친환경성이 중요한 이슈로 떠오르고 있어요. 유입 변압기에서 절연유는 변압기 성능을 결정하는 중요한 요소인데, 기존 절연유인 광유는 사용 후 처리가 쉽지 않다는 한계가 있거든요. 이러한 환경 문제를 고려해 생분해가 가능한 친환경 절연유가 유입 변압기에 사용되고 있는데요. 배전에서부터 초고압, HVDC와 같은 특수 변압기까지 고객의 니즈에 맞춰 최적의 유입 변압기를 제공하고 있는 우리 회사 역시 식물유를 사용한 유입 변압기를 제작하고 있답니다.
식물유는 생분해가 가능해
친환경적이고 인화점이 높아
화재 위험도 적어요!
앞서 광유와 친환경 절연유의 차이를 간략하게 언급했는데요. 이를 자세히 살펴볼까요? 유입 변압기가 기존에 사용하던 광유는 원유를 정제하는 과정에서 나오는 부산물로, 값이 싸고 대량 생산이 가능하다는 장점이 있어요. 대신 자연 분해되지 않기에 수명이 다한 후에는 처리가 어렵죠. 특히 누유가 발생할 경우 수질이나 토양 오염의 우려도 있고요. 광유의 또 다른 특징은 인화점이 150도로 낮다는 것인데요. 이는 바꿔 말하면 화재 위험에 늘 신경을 써야 한다는 의미이기도 해요. 인화점이란 물질이 타는 최저 온도를 말하는데, 이 인화점이 낮을수록 불이 쉽게 붙거든요.
반면 친환경 절연유는 생분해성과 높은 인화점으로 인해 광유를 대체할 친환경 절연유로 각광받고 있어요. 친환경 절연유에는 식물유와 합성유가 있는데, 모두 미생물에 의한 분해가 가능한 에스테르(ester) 계열의 절연유에요. 식물유는 콩과 같은 식물에서 추출한 에스테르로 이뤄져 있는데, 식용유를 떠올리시면 돼요. 식물 자원에서 생산되므로 고갈 위험 없이 지속 생산이 가능하고, 독성이 낮으며, 유출 시 환경 오염을 걱정할 필요도 없죠. 합성유는 에스테르를 공업적으로 합성했다는 차이가 있을 뿐이지 그 효과는 식물유와 거의 같아요.
이 친환경 절연유의 또 다른 장점은 높은 인화점이에요. 식물유의 인화점은 300도 이상으로 150도인 광유보다도 아주 높아요. 그만큼 화재 위험성이 적죠. 보통 유입 변압기 설치 시 절연유로 인한 화재 위험에 대비해 소방 설비를 구축하거나 주기적으로 화재 안전성을 점검해야 하는데, 인화점이 높은 친환경 절연유를 사용한다면 이러한 관리 비용을 절감할 수 있답니다.
우리 회사는 2018년 한전의 ‘친환경 모듈형 변전소(Modular Green Substation)’ 공동 연구개발 프로젝트에 참여하며 식물성 절연유를 적용한 변압기를 개발하기 시작했어요. 식물성 절연유는 광유보다 친환경적이라는 장점이 있지만 설계 및 생산 기술 등 고려해야 할 요소들이 많아 개발이 쉽지 않았죠. 그렇지만 연구소와 부산 사업장의 모든 부서가 협업하여 2020년 9월 개발품의 인증 시험을 완료할 수 있었답니다.
생분해가 가능해 친환경적이고, 높은 인화점으로 화재 위험이 적은 친환경 절연유 변압기. 친환경 절연유 변압기를 사용할 경우 고객사는 환경과 화재로 인한 인명 피해를 막을 수 있어 ESG 경영 실천이 가능한데요. 이외에도 고객사가 아주 만족스러워 할 또 다른 장점이 있어요. 바로 절연물의 수명 증가로 인해 유지 보수 비용을 절감할 수 있다는 점이에요.
앞서 유입 변압기의 절연을 위해 절연유와 절연지가 사용된다고 설명드렸죠? 절연지는 절연을 위해 코일을 감싸는 특수 종이인데요, 변압기 수명에 아주 큰 영향을 미치는 부품이에요. 절연지의 주성분인 셀룰로스(Cellulose)에 수분이 침투하게 되면 셀룰로스의 연쇄 사슬 구조가 끊어지면서, 절연지의 수명이 줄게 돼요. 그런데 광유는 수분 포화량이 30ppm가량밖에 되지 않아, 변압기 내부의 수분이 상대적으로 절연지로 많이 흡수되는 반면, 식물유는 수분 포화량이 200ppm으로 높아 변압기 내부의 수분을 더 많이 흡수할 수 있어요. 절연지로 흡수되는 수분량을 감소시켜 절연지의 수명을 증가시키는 것이죠! 사회적 가치와 경제적 가치를 모두 고려한 친환경 절연유 변압기, 그 특장점을 다시 한번 정리해볼까요?
친환경성을 고려해야 하는
해상 발전소에는
친환경 절연유 변압기가
필요해요.
친환경 절연유 변압기는 태양광, 풍력, 수력 등 신재생 발전소와 화재 안전성이 필요한 도심지, 옥내 변전소 등 다양한 곳에 적용할 수 있는데요. 그중에서도 해상 풍력 발전소 도입이 빠르게 검토되는 추세예요. 우리는 이미 태안 원유 유출 사고를 통해 환경 오염이 한번 발생하면 그 피해가 얼마나 오랫동안 지속되는지 경험한 바 있죠. 유입 변압기에 광유 대신 생분해가 가능한 식물유를 사용한다면 이러한 위험을 크게 줄일 수 있을 거예요. 또한 해상 발전소는 육지로부터 수십km 떨어져 있는 무인 시설로, 화재가 발생할 경우 빠른 대처가 어려운데요. 식물유는 이러한 화재 위험성도 크게 낮춰줘요. 우리 회사는 이러한 해상 풍력 발전소를 위해 식물유 또는 합성유를 적용한 70kV, 345kV 변압기를 개발할 계획이에요.
국내에서 친환경 절연유 변압기는 이제 막 도입되는 단계이지만 기업들의 ESG 경영 체제로 인해 그 성장 가능성은 아주 높죠. 특히 한전에서 친환경 절연유 변압기의 도입을 검토 중인데, 우리 회사는 2021년 친환경 모듈형 변전소를 위한 변압기 1대를 한전에 납품하며 이미 실증 시험을 진행하고 있어요. 이외에도 삼성전자 친환경 테스트 베드 설비에 적용될 친환경 절연유 변압기 1대의 납품을 앞두고 있답니다. 앞으로도 다양한 기업을 위해 제품군을 확대해 나갈 계획이에요. 우리 회사의 친환경 변압기가 운영 데이터와 노하우를 축적해 시장을 견인할 그날까지, 친환경 절연유 변압기에 많은 관심 부탁드릴게요!
이번 시간엔 우리 회사의 친환경 절연유 변압기에 관해 알아보았는데요.
한번 배운 내용 잊어버리면 너무 아깝겠죠?
아래 문제를 풀어보고 오늘 배운 내용 잊지 마세요~
