지구 온난화로 해마다 낙뢰 피해가 늘고 있는 가운데 국내 중소기업이 기술 개발로 해결에 나서고 있다.
옴니엘피에스(대표 정용기)는 최근 낙뢰 등 과전압으로부터 전기시설 보호에 사용되는 서지보호기(SPD) 시험장비와 고전압 낙뢰 시험설비를 갖추고 낙뢰 방호 솔루션 사업을 강화했다. 이들 설비는 고가의 장비로 구성된 최신 시설로 전기연구원, 기초전력연구원 등 일부 공공기관에서만 보유할 뿐 민간기업 차원의 시설은 이 회사가 유일하다.
옴니엘피에스는 지식경제부 기술표준원 한국인정기구(KOLAS) SPD 시험기관 자격을 획득해 외적으로 국내 산업 조장에 기여하고 내적으로는 자사 제품 경쟁력을 강화해 수출 산업을 주도하겠다는 전략이다.
기상청에 따르면 지난 5월 한 달 동안 국내에 2만6000여건의 낙뢰가 발생했다. 지난 2007년 같은 기간 약 1만2000건이었던 낙뢰 횟수는 2010년까지 약 500건으로 줄었다가 2010년에는 약 5000건으로 다시 1년 만에 약 5배로 급증한 것이다. 이상고온 등 지구 환경문제로 국내뿐 아니라 세계 낙뢰 피해는 꾸준하게 늘고 있는 추세다. 더욱이 IT산업 발달로 낙뢰에 민감한 통신설비 등의 정보 산업시설 인프라가 늘고 있어 대책 마련이 시급하다. 정부도 보다 강화된 시설 규정 등 제도 마련 나서고 있지만, 시장의 인식이 부족한 상황이다. 우리나라는 2004년 IEC 국제 표준을 도입했으나 성능 검증이 미흡한 제품의 무문별한 현장 적용으로 낙뢰로 인한 사고피해는 줄지 않고 있다. 서지보호기(SPD) 등에도 KS인증 적용을 강화하고 있지만 늘어나는 낙뢰 피해를 막기에는 역부족 이라는 게 업계 공통된 의견이다.
옴니엘피에스는 서지보호기 시험장비와 고전압 낙뢰 시험설비를 갖춰 검증 안 된 제품의 시장 유통을 막고 안전한 제품의 사용을 유도하고 있다.
정용기 회장은 “KS인증제도는 의무가 아니기 때문에 검증 안 된 제품이 시장에서 유통되고 있어 낙뢰보호설비를 갖추고도 혜택을 보지 못하는 사례가 많다”며 “옴니엘피에스의 시험설비는 단순히 고가의 장비 확보가 아닌, 설비 운영부터 최신 기술 트렌드를 집적화 시킨 만큼 자사의 기술 경쟁력을 검증받는 계기가 마련된 것이다”고 말했다.
옴니엘피에스는 서지보호장치 분야 KOLAS 시험기관 지정을 위해 대규모 투자를 감행했다. SPD KS시험규격 `KS C IEC 61643-11`에 따라 고전압 시험설비를 구축했으며 20억원의 예산을 투입해 임펄스 전류발생장치(10/350㎲, 50kA)와 서지전력발생장치(1.2/50㎲ 20kV, 8/20㎲ 10KA) 등 고전압 시험 장비를 구축해 성능 신뢰성을 높였다.
이와 함께 고전압 낙뢰 시험설비는 일반 피뢰침과 쌍극자 피뢰침의 동작원리 및 성능을 측정하기 위한 시험설비로 직류(DC) 고전압 발생장치, 오실로스코프, 평판전극, 분압기 프로브(Probe) 등 4가지로 구성했다. 직류 전압을 인가해 뇌운을 생성시켜 고전압의 낙뢰 상황을 연출해 동작원리 및 성능을 측정이 가능하다.
옴니엘피에스는 시험기관으로서 진단부터 이 분야의 다양한 솔루션 및 기술을 보유하고 있어 컨설팅 사업에 한창이다.
최근에는 국내 굴지의 반도체 및 통신서비스 기업에도 진단 등의 컨설팅이 진행 중이다. 낙뢰로부터 시설을 보호하기 위한 솔루션뿐 아니라 조직 구성원에 대한 교육과 시험, 인력 구성 등의 전반적인 해결책을 제시하고 있다.
옴니엘피에스는 쌍극자 피뢰침·서지보호기·탄소접지봉 등으로 구성된 `뇌보호 시스템의 트라이앵글공법` 등 혁신적인 제품을 개발해 시장 공략에 나서는 한편, 낙뢰진단컨설팅, 철도 피뢰기·전위완화장치 등 다양한 사업에 한창이다.
소박스/민간기업 최초로 SPD 시험설비
낙뢰로 인한 사고는 시설물에 벼락이 치면 최초 직격뢰가 발생하고 이후 시설 내 선로 등을 타고 유도뢰가 발생하는 게 일반적이다. 대부분의 낙뢰 피해는 80% 이상이 유도뢰로부터 확산된다. 이 때 피뢰침과 서지보호기(SPD) 등의 방호 솔루션은 낙뢰의 초전압을 대지로 신속하게 흘려보내 사고 예방 및 피해를 최소화하는데 사용된다.
옴니엘피에스는 최근 서울 양평동으로 사업장을 확대하고 SPD관련 KS시험규격(KS C IEC 61643-11)에 따라 고전압 시험설비를 구축했다. SPD의 동작책무시험과 잔류전압측정 시험이 가능한 `임펄스전류발생장치(10/350㎲)`를 주축으로 과전압 고장시험과 TUV시험에 필요한 `서지전력발생장치(8/20㎲)` 등으로 구성, 시험 설비를 갖췄다. 여기에 시험용 서지를 발생시킬 수 있는 `서지시뮬레이터(20kV, 10kA)`를 마련해 실제 낙뢰 발생에 따른 다양한 조건의 시뮬레이션까지 가능하다.
이 시험장비는 다양한 형태의 직격뢰를 모의한 파형으로 낙뢰 전류 표준 파형(10/350㎲)과 최대 5만A 대규모 낙뢰전류용량까지 테스트할 수 있는 국내 최대 규모다. 이 장비에 건물이나 선로 전선 등을 통해 유입되는 유도뢰의 시험파형(8/20㎲)에 낙뢰전류용량을 최대 12A에 까지 인가하는 장비를 통합시켰다. 통합에 따라 일정한 파형을 유지하면서 정밀한 성능 테스트가 가능하다. 이 밖에 두 개의 전류파형(8/20㎲·1.2/50㎲)을 조합해 전기·전자설비의 내구성에 적합한 SPD성능을 확인할 수 있다. 이 같은 등급별 장비는 현재 전기연구원, 기초전력연구원 이외에 민간업체로는 처음 마련한 것이다.
옴니엘피에스의 SPD 시험장비는 직격뢰와 유도뢰 전류파형 두 가지 모두 시뮬레이션하는 저항(R)·리액턴스(L)·캐패시터(C)회로 통합 형태로 기존 장비에 비해 부피가 절반 수준이면서 다양한 낙뢰조건 연출과 정밀도를 높인 것이 특징이다.
정 회장은 “옴니엘피에스의 SPD시험설비는 시장으로부터 SPD제품의 안전성과 신뢰성을 객관적인 검증, 결국 경쟁력을 강화를 유도하는 역할을 할 것”이라며 “1년간의 심사기간을 거쳐 올해 말이나 늦어도 내년 하반기 중 KOLAS 시험기관 지정을 완료시킬 예정”이라고 말했다.
소박스/실제 낙뢰발생으로 제품 경쟁력 높인다.
옴니엘피에스는 서지보호기(SPD)고전압 시험설비에 이어 실제 낙뢰를 발생시켜 보호장비의 동작원리와 성능을 시험하는 시스템을 마련했다. 다양한 종류의 피뢰침 테스트를 통한 연구개발(R&D)에 주력하고 있다.
옴니엘피에스의 고전압 낙뢰 시험설비는 일반 피뢰침이나 쌍극자 피뢰침의 동작원리 및 성능을 테스트하는 시험설비다. 직류(DC) 고전압(0~300kV) 발생장치, 오실로스코프, 평판전극(Φ3m), 분압기 등으로 구성됐다.
보통 낙뢰는 전기로 충전된 뇌운(구름) 하단부의 음전하가 대지 시설물의 양전하와 만나면서 발생한다. 옴니엘피에스의 설비는 낙뢰환경을 조성해 다양한 성능 비교 테스트가 가능하다.
직류 고전압 발생장치를 통해 최대 300kV의 직류 전압을 인가시켜 평판전극으로 뇌운의 음전하를 모은 후 분압기와 프로브(Probe)를 통해 낙뢰를 발생시킨다. 이후 오실로스코프를 통해 고전압 낙뢰에 따른 동작원리 및 성능을 측정하게 된다.
고전압 낙뢰 시험방법은 뇌운을 모의한 평판전극(Φ3m)에 직류 고전압 발생장치로 직류 전압을 서서히 증가시켜 평판전극과 0.15m 떨어진 곳에 설치된 일반 피뢰침이나 쌍극자 피뢰침에서 발생하는 동작원리를 눈으로 직접 확인할 수 있다. 측정값은 오실로스코프 화면에 출력해 1개 이상의 피뢰침과 비교 분석이 가능하다.
이 같은 시설을 보유함으로써 옴니엘피에스는 피뢰침 끝이 음전하 또는 양전하 등 어느 한쪽이 아닌 일종의 무극 상태를 띄도록 해 뇌운의 활동을 저지하는 쌍극자 피뢰침을 개발해 기존 피뢰침 시장을 자사 제품으로 교체하고 있다.
정 회장은 “쌍극자 피뢰침은 자연의 낙뢰 조건을 만들지 않은 세계 유일의 기술로 옴니엘피에스의 고도화된 시험설비 구축과 운영을 통해 완성된 것”이라고 말했다.
기상청, 한국수자원공사, 한국가스공사, 세종시 정부청사, 발전소와 군 시설물 등에서 옴니엘피에스 쌍극자 피뢰침의 우수성을 인정, 낙뢰 표준공법으로 이미 적용 중이다. 청와대에도 지난 2003년부터 경호실, 비서실 등의 부속 건물에 기존의 피뢰침을 쌍극자 피뢰침으로 교체 설치한 바 있다.
소박스/쌍극제 피뢰침
옴니엘피에스가 개발한 쌍극자 피뢰침은 낙뢰 유입을 유도해 대지로 전압을 방전시키는 기존의 일반 피뢰침과 달리 뇌운이 접근할 때 대지의 전하를 사전에 방전시켜 낙뢰 조건을 만들지 않는 게 핵심이다.
피뢰침은 끝이 음전하 또는 양전하 등 어느 한쪽이 아닌 일종의 무극 상태를 띄도록 해 뇌운의 활동을 원천적으로 차단하는 세계 유일의 기술이다. 음전하의 성질을 띤 뇌운과 양전하가 만나는 조건을 만들지 않기 때문에 애초부터 낙뢰가 발생하지 않는 것이다.
쌍극자 피뢰침은 폴리머 애자(절연체)·방전 갓(도체)·코로나(자외선 에너지) 방전부·피뢰침 본체 등으로 구성됐다. 뇌운이 접근하면 대지와 연결된 피뢰침 본체에 양전하가 모여드는데 이 때 본체와 절연된 방전 갓은 쌍극자 원리에 의해 음전하를 띠게 된다. 이 과정에서 본체(양전하)와 방전 갓(음전하) 사이는 서로 끌어당기는 인력이 높아져 코로나 방전이 발생한다. 결국 뇌운에 빼앗길 양전하를 피뢰침 자체에서 소멸시켜 낙뢰 조건을 만들지 않는 것이다.
정 회장은 “낙뢰를 맞는 일반 피뢰침은 직격뢰에 의한 피해가 생길 수 있고 이미 땅 밑으로 방전된 전기가 다시 유입돼 민감한 전기·전자 제품이 피해를 받을 수 있다”며 “쌍극자 피뢰침은 자연의 낙뢰 조건을 만들지 않은 세계 유일의 기술로 기후변화로 인한 낙뢰피해의 근본적인 대안”이라고 말했다.
옴니엘피에스는 쌍극자피뢰침에 `서지보호기(SPD)`를 더해 유도뢰 피해를 예방하고 `탄소접지봉`으로 전류를 원활하게 대지로 방류하는 등 `뇌보호 시스템의 트라이앵글 공법`을 구성해 낙뢰 피해를 원천적으로 차단하는 솔루션을 개발해 낙뢰 방호 시장을 확대하고 있다.
박태준기자 gaius@etnews.com