전기연구원, ‘펨토초 레이저’, ‘SiC 전력반도체 기술’ 이어 3년 연속 수상

한국전기연구원(원장 박경엽)이 개발한 ‘고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호용 핵심소자 기술’이 ‘2016년 출연(연) 10대 우수 연구성과’에 선정됐다.

한국전기연구원(KERI) 전기환경연구센터(센터장 이재복)가 개발한 ‘고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호용 핵심소자 기술’은 고출력 전자기펄스 보호장치와 서지보호기(SPD)의 핵심소자인 '바리스터(Varistor)' 제조 기술이다.

강력한 전자기파(EMP)를 방출해 적의 전자장비를 무력화하는 미래전쟁 수행 개념이 현실화되고 있는 상황에서, 국가 핵심 기간시설(에너지, 국방, 항공우주, 방송/통신, 교통/수송 등)에 대한 은밀한 HPEMP 공격 또는 천재지변 낙뢰(직격뢰)의 피해를 막아 안정적 운영을 지원하는 기술이다. 연구팀은 지난해 착수기술료 5억5천만원에 해당 부품 매출액에 따른 일정비율의 경상기술료를 지급받는 조건으로, 관련 전문기업인 (주)아이스펙에 해당 기술을 이전해 상용화를 진행하고 있다.

이번 선정으로 한국전기연구원(KERI)은 2014년 ‘펨토초 레이저 기술’, 2015년 ‘고효율 신소재 탄화규소(SiC) 전력반도체 기술’에 이어 3년 연속 10대 우수연구 성과에 이름을 올리면서 가치있는 연구성과를 창출하는 출연(연)으로서의 위상을 다시 한번 확인하게 됐다. 한편, 10대 우수 연구성과는 국가과학기술연구회 소관 25개 출연연이 2016년 수행한 주요 연구과제 중, 선정위원회의 심사기준에 따라 과학적∙기술적∙경제적∙사회적 큰 가치를 창출한 성과를 대상으로 주어진다.

시상식은 13일 세종국책연구단지에서 열리는 ‘제3회 출연(연) 과학기술한마당’ 메인행사에서 열렸다.

<고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호용 핵심소자 기술>
"고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호용 핵심 소자기술인 바리스터(Varistor)"

고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호용 핵심 소자인 바리스터

한국전기연구원(KERI)이 2016년 11월 고출력 전자기펄스(HPEMP) 및 직격뢰로부터 핵심시설물을 보호하는 장비인 바리스터(Varistor) 제조기술을 국산화 개발하고 관련 전문기업인 ㈜아이스펙에 기술이전했다. 착수기술료 5억5천만원에 해당 부품 매출액에 따른 일정비율의 경상기술료를 지급받는 조건이다.

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 기술보안으로 인해 국가간의 기술교류가 불가능한 분야로, 독자적인 원천 대체기술을 확보할 필요가 있다.

한국전기연구원(KERI) 전기환경연구센터가 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.

"대용량 바리스터 개발을 위한 필요 핵심기술"

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 열 해석기술이 필요하다.

연구팀은 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.

이를 통해 현재 해외 선도기업의 제품수준 이상인 50kA(킬로암페어)급의 대용량 바리스터 생산기술을 개발하는데 성공했다. 현존하는 단일소자 대용량(Iimp) 바리스터 중 최대 전류내량인 50 kA로 기존소자(25 kA)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.

"해당 기술 적용 사업분야 및 제품"

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 것으로 기대된다.

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