스마트그리드를 지원하기 위한 고전압 대전류 측정표준 구축 시급

강노원 한국표준과학연구원 전자기표준센터장
강노원 한국표준과학연구원 전자기표준센터장

100여 년 전 미국에서 에디슨과 테슬라 두 발명가의 전기기술이 제이피 모건의 금융자본과 엮이며 세상을 혁명적으로 변화시켰다.

전기가 가져다 준 문명의 편익에 익숙해져 있는 현대인들에게 전기가 없는 삶은 이제 상상조차 할 수 없는 일이다.

인류가 누려온 전기문명의 편리함 뒤에는 많은 사회적 비용이 숨겨져 있다.

# 2011년 3월 일본 후쿠시마에서 원전사고가 발생했다. 이 사고는 원자력발전이 주는 혜택 이면에 방사능 오염과 누출사고의 위험성이 상존해 왔음을 새롭게 인식하는 계기가 됐다.

또한 중국의 급속한 산업화가 초래한 미세먼지는 화력발전이 주요 발생원으로 지목되고 있다. 4차 산업혁명 시대를 맞이한 사회는 이제 태양광이나 풍력 혹은 수소에너지와 같은 좀 더 안전하고 깨끗한 전기에너지를 원한다. 그러나 역설적이게도 이러한 환경적 사회적 요구조건이 더해질 때 필연적으로 더 많은 경제적 비용을 치러야 함을 인정할 수밖에 없다.

스마트 그리드는 전력에너지의 효율적 관리를 통해 최소 비용으로 최고품질의 전력에너지를 공급하기 위한 미래 전력망이라 할 수 있다.

차세대 전력망을 구축하기 위해서는 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능 등 정보기술(IT)이 기반이 구축돼야 하며, 이를 위한 핵심 기술 중 하나가 바로 5세대 이동통신(5G)이다. 하지만 간과하지 말아야 할 기초요소가 있으니 바로 전력망을 구성하는 수많은 센서들을 사용한 전력 측정의 신뢰성과 정확도다.

분산된 무수한 센서들에 의해 이뤄지는 측정이 정확하지 않으면 관리 통제기능이 아무리 스마트하다한들 결과적으로 오히려 더 혼란스러운 장님그리드가 될 수밖에 없을 것이다. 스마트 그리드에 기본적으로 이용되는 센서들이 다양한 종류의 고전압·대전류 센서들인데, 이들에 대한 측정 신뢰성을 제공하기 위해서는 관련 측정표준이 뒷받침돼야 한다. 따라서 스마트 그리드를 지원하기 위한 고전압 대전류 측정표준의 구축이 필요하다.

아울러 구축된 측정표준이 현장의 각종 센서 및 계측장치까지 전달되기 위해 자동 스마트교정과 같은 새로운 측정기술 또한 개발돼야 한다.

4차 산업혁명의 정보 고속도로로 이용될 5G 이동통신의 특징은 초고속, 초저지연, 그리고 초연결이다. 5G 이동통신은 4세대 이동통신(4G)인 LTE보다 최대 오십 배나 빠르며, 처리 용량도 백 배 이상 큰 초고속으로 동작한다. LTE 통신의 십분 의 일도 안 되는 0.001초 이하의 초저지연 시간은 자율주행차, 원격수술, 스마트 그리드 운용 등이 가능하도록 해준다. 또한 제곱킬로미터 당 백만 개 이상의 기기를 연결할 수 있는 초연결 성능을 가진다. 이러한 특징으로 인하여 5G 이동통신은 IoT, 빅데이터, 인공지능 등 4차 산업혁명의 핵심기술을 가능케 하는 인프라다.

최근 정부는 5G 이동통신의 상용화시기를 기존 계획보다 일 년 빠른 내년 3월로 앞당겨 추진하고 있다. 과학기술정보통신부는 지난달 주파수 경매를 계획하는 등 차세대 이동통신의 신속한 상용화를 위해 노력하고 있다. 5G 이동통신 주파수로는 3.5 GHz 대역(3.42~3.72 GHz)의 280 MHz와 28 GHz 대역(26.5~28.9 GHz)의 대역폭 2400 MHz가 이용된다.

특히 28 GHz 대역은 기존의 이동통신에서 이용하는 주파수 대역인 수 GHz대역보다 거의 10배 높으므로, 최근 수년 사이 산업계에서는 5G 통신을 대비한 주파수에서의 신뢰성 있는 측정표준 수요가 급속히 증가하고 있다. 또한 안전 측면에서 보면 통신에 직접 사용하는 주파수의 5배나 되는 높은 주파수 영역까지 규제가 필요하므로 최대 150 GHz까지의 신뢰성 있는 측정이 요구된다.

고전압 대전류 표준은 미래전력망의 기본 바탕이다. 이를 위해 세계 각국의 측정표준대표기관들에서는 스마트 그리드를 지원하기 위한 측정표준 개발 연구를 활발히 수행하고 있다. 현재 한국표준과학연구원은 교류 200 kV, 20 kA, 직류 100 kV, 3 kA까지 측정표준을 확립했으며, 세계최고수준에 도달하기 위해 노력하고 있다. 또한 4차 산업혁명의 인프라로 이용될 5G 이동통신 관련 측정표준은 최대 110 GHz 이상의 높은 주파수까지 요구되고 있으며 이에 대응해 110 GHz까지의 전자파전력, 임피던스, 안테나 특성 등의 측정표준을 확립했다. 이와 더불어 4차 산업혁명에 요구되는 더 높은 주파수에 대한 측정표준 연구를 지속적으로 수행하고 있다.

출처: https://electricalbaba.com/smart-grid-an-overview/
출처: https://electricalbaba.com/smart-grid-an-overview/

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