산업발달과 전자기기의 사용 확대로 전력사용량이 증가하여 수요를 충족시키기 위해 발전소건설이 계속되고 있다. 송전선로는 발전소에서 생산된 전기를 수요처로 운반하는 설비로서 발전소 건설과 함께 꾸준히 증가추세를 보이고 있으며, 이에 따라 송전선로의 점검 및 정비업무 또한 자연스러운 증가추세이다.
초고압(345kV) 송전선로의 송전능력(2회선인 경우)은 4,000MW로 표준원전 4기가 생산하는 전기를 한 번에 송전 가능하다. 송전선로 고장 정비 시 대부분 휴전상태에서 수행하기 때문에 막대한 발전제약비용이 수반된다. 1일 휴전 시 발전제약비용은 약 80억원에 달한다.
1998년 10월 이전에는 표준길이(2000m) 전선을 일괄 발주 및 시공되어 송전선로 중간접속개소를 불가피하게 설치되어야 했으며 이에 따른 고장 가능성이 높아졌다. 전선접속개소 편위시공, 동파 등에 의한 단선사고가 년 한두 건 발생되고 있어, 전선 단선고장 예방을 위해 접속개소를 연차적으로 교체 중에 있다.
송전선로는 고전압, 고소 및 협소한 공간으로 안전사고의 위험에 항상 노출되어 있어 매년 안전사고가 발생하고 있으나 정비 자동화 비율이 전무한 상황으로 인력 점검을 계속 수행하고 있는 추세이다. 인력에 의한 설비 점검 시 작업자의 안전사고 가능성을 항상 내재하고 있어, 안전 진단을 위한 원격 진단장치 개발이 필요하게 되었다.
해외에서는 기술선진국인 미국, 캐나다, 일본 등을 중심으로 송전선로의 점검 및 정비 분야에 원격 진단을 적용하는 사례가 증가하고 있으며 현재 일부 국가에서만 개발하여 사용하고 있으나 향후 자동화의 요구증대와 로봇기술의 발달로 인해 인간을 대체할 수 있는 정비영역이 늘어남은 물론 다수의 국가에서 수요가 늘어날 것으로 판단되어지고 있다.
국내 다른 산업계의 로봇기술은 눈부신 성장을 계속하고 있으나 송전선로 정비 분야는 로봇을 적용한 사례가 없는 실정이다. 외산 장비를 도입하여 사용한다하더라도 송전선로 형태의 상이함으로 인해 국내 환경과 맞지 않아 적용이 제한적이며, 외화 유출 및 기술종속 등의 문제가 발생할 수 있는 소지가 있다.
하지만, 국내에서는 우수한 전자산업과 ICT기술을 접목하여 효과적으로 활용하면 단기간 내에 경쟁력 있는 제품과 기술 확보 가능함은 물론 수입 장비 대체효과와 개발기술의 수출을 통한 수익증대 및 선진국에의 기술종속을 방지할 수 있는 효과를 가져 올 수 있다.
이에 이러한 동향에 힘입어 관련분야 기술을 선도하고 있는 연구센터가 있어 눈길을 끈다. 바로 한국과학기술연구원의 센서시스템연구센터 (책임연구원 이석)가 그 곳이다.
센서시스템연구센터는 최근 산업통상자원부의 로봇산업융합핵심기술개발사업인 ‘초고압 활선 송전선로의 고속자동 점검을 위한 원격로봇 기술 개발‘로 과제를 수행했다. 과제 수행을 위하여 로봇연구단, 카배온, 주암전기통신 등이 참여했다.
또한 센터는 국가기반기술연구본부 소속 연구센터로 높은 삶의 질 보장, 스스로 통제할 수 없는 외부 위협으로부터 국민의 안전을 보장하는 기술을 개발하고자 설립된 센터이다. 주로 주변 환경과 센서시스템을 접목하여 우리의 생활 환경에서 발생할 수 있는 다양한 문제점을 검지하는 것을 목표로 연구를 수행 중이다. 본 과제에서는 전력 공급에 필수적인 송전선의 파손 및 손상 실시간 센싱 등에 대한 개발 업무를 수행했다.
로봇연구단은 2015년 1월, 한국과학기술연구원의 5번째 연구소로 출범한 로봇 및 미디어 연구소 소속 연구단으로 개인서비스, 사회안전, 국방 등 목적에 따른 다양한 로봇 개발과 관련 기술 개발을 목표로 한다. 본 과제에서는 장애물 극복형 로봇 구동 메커니즘, 조립 분리가 간편한 모듈형 체결 메커니즘, 탄소재질의 경량 본체 등의 개발 업무를 수행했다.
참여기관인 카배온에서는 운용 SW 통합 및 원격제어를 위한 통신 기술 개발을 수행했으며 주암전기통신에서는 로봇의 활선 운용을 위함 차폐 및 등전위 기술 개발을 수행했다. 또한 연구팀에서는 초고압(345kV) 활선 송전선로의 이상 여부를 원격 점검하기 위한 송전선 위를 원격제어 및 자율 이동 가능한 로봇기술, 디지털 카메라를 이용한 영상 기반 송전선로 원격점검 기술 및 무선 전송 기술, 활선 상태에서의 원활한 작동을 위한 차폐 기술, 원거리 운용이 가능한 원격운용시스템 및 통합 기술을 개발하는 것을 목표로 불철주야 연구개발을 수행했다.
이 결과 송전선로 이동 및 장애물 극복 가능한 로봇, KALR (Kist Automatic Line Ranger) 개발 완료 및 원격·자율 제어 기술이 개발 완료되었다. 이는 송전선로의 경사, 장애물(스페이스, 댐퍼, 슬리브) 및 진동 극복 가능한 이동 메커니즘 및 제어 기술 개발을 완료하기에 이르렀다.
또한 센터에서는 다양한 연구결과를 내놓고 있다. 우선 디지털 카메라 영상 기반 송전선로 원격 점검 기술 및 무선 전송 기술 개발을 완료하여 6대의 CCD 카메라를 이용한 전력선 및 장애물(스페이스, 접속개소, 댐퍼 등) 이상 유무 점검 가능도 가능하게 됐다.
다음으로 도전, 연자성 재료를 이용한 345kV/1200A 전자계 차폐 시험을 마쳐 활선에서 작동 가능한 차폐 및 등전위 기술 개발도 성공을 거두었다.
마지막으로 원거리 운용이 가능한 원격운용시스템 및 통합 기술개발을 통하여 1km 운용 가능한 통신 모듈 및 원격모니터링 시스템을 개발하게 됐다.
이에 이러한 연구개발에 힘입어 국내 특허 등록 9건, 국내 특허 출원 6건, 국외 특허 출원 4건을 마쳤으며 21편의 국내외 학회 및 학술대회 발표를 통하여 연구개발 성과를 알리게 됐다.
이석 박사는 “이번 연구과제를 통하여 전력을 공급하는 송전선의 결함 유무를 영상 인식을 기반으로 하는 센싱 시스템을 접목하여 검지하고 있습니다. 그 외, 영상 기반 센싱 기술 외에도 후각 및 미각을 기반으로 하는 융합연구를 통하여 유해물질 검지 기술, 조류독감 모니터링 등 국민의 안전에 중점을 둔 연구를 활발히 진행 중”이라고 언급했다.
전자신문인터넷 미래전략팀