생기원, 초고압 진공차단기 핵심 소재 국산화


72.5kV 초고압용 고내열·고강도 친환경 진공 차단기 접점 소재 개발

생기원과 비츠로이엠이 공동 개발한 진공 인터럽터와 접점 소재[생기원 제공]

[아이뉴스24 최상국 기자]한국생산기술연구원(생기원, 원장 이낙규)은 72.5kV급 송변전설비에 들어가는 전기접점 소재를 국산화했다고 24일 밝혔다.

생기원 한국희소금속산업기술센터 박경태 수석연구원팀은 중소기업 비츠로이엠(대표 장택수)과 함께 72,5kV 초고압 진공 차단기(VCB, Vacuum Circuit Breaker)의 핵심부품으로 전량 수입에 의존하고 있던 전기접점 소재를 개발했다.

차단기는 과부하 및 단락으로 인한 아크 발생시 전류를 신속히 차단(절연)해 아크(불꽃)를 소멸시키는 장치다. 열고 닫히는 접점의 소재로는 전도성이 좋으면서도, 열에 녹아 달라붙지 않도록 고내열·고강도의 소재를 사용한다.

연구팀은 기존의 수입품이 채택하고 있는 크롬동(Cu-Cr)을 기반으로 1년여 간의 연구 끝에 몰리브덴(Mo)을 추가한 최적의 합금비율을 찾아냈다. 크롬이 기존 제품 대비 30% 더 적게 들어가지만, 경도가 2배 이상 향상되고 전도성은 20~30%가량 높아졌다. 여기에 약 1% 정도의 ZrO₂(지르코니아), Al₂O₃(아루미나)를 첨가해 구조· 밀도·전기 전도도·경도를 더욱 개선했다. 이로써 접점 손상은 최소화하면서 차단 성능은 극대화한 신소재 개발에 성공했다.

연구팀은 상용화를 위한 온도·시간·가압력 등의 최적화된 공정 조건을 찾는 한편, 절연 성능 확보를 위한 내부설계 및 해석 타당성 검증도 마무리했다. 아울러 신소재를 적용한 진공 인터럽터(VI)의 진공도, 저항, 절연성능 등을 포함한 공인기관의 차단 성능 평가까지 마쳤다.

초고압 진공차단기의 핵심부품인 진공 인터럽터 내부 모습 [생기원 제공]

한편 기존 72.5kV급 이상 초고압 차단기에서는 아크 소멸을 위해 육불화황(SF₆)을 매질을 사용했지만 육불화황의 높은 온실가스 배출(CO₂대비 2만3천900배)효과 때문에 온실가스 사용을 원천적으로 차단하는 진공 개폐장치로 대체되는 추세다.

비츠로이엠은 진공 차단기 설계기술은 확보했지만, 핵심 부품인 접점 소재를 전량 수입에 의존해 국산화가 절실했다.

연구팀은 이번에 개발한 신소재가 기존 외산보다 성능이 뛰어나 상용화에 성공한다면 국내뿐만 아니라 해외로 역수출하는 기회도 열릴 것으로 내다보고 있다.

한편 이번 연구는 생기원 ‘중소기업 지원 선도연구기관 협력기술개발사업’을 통해 진행됐다.

/최상국 기자(skchoi@inews24.com)






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