절연유 환경서 측정 센서 개발···정확성·반응속도 향상 

유중가스센서 및 프로브 구성도

한전 전력연구원이 실시간으로 변압기 절연유 내부의 가스감시가 가능한 유중가스센서와 프로브의 개발을 완료, 변전설비 예방진단시스템 구축에 속도를 내고 있다. 
전력연구원은 2019년부터 2022년까지 KAIST, 한국전기연구원, 현대일렉트릭(주)와 ‘변압기 상태진단용 유중장입형 3종 유중가스센서’ 개발을 목표로 공동연구를 진행했다. 
유중장입형은 센서를 변압기 절연유 속으로 직접 삽입, 측정하는 방식이다.
현재 정전 고장의 원인 중 변압기가 차지하는 비율은 절반 이상이다.
때문에 변압기 상태를 실시간으로 감시하는 것은 고장·사고 예방을 위해 매우 중요한 요소다.
기존 가스센서는 공기 중 가스를 감지해 측정하는 것은 가능하지만, 유중에 포함된 가스를 직접 측정하는 것은 불가능하다. 
따라서 변압기 내부 이상현상을 조기에 정확하게 측정하는 것에 어려움이 있었다.
변압기 내부에 국부과열이나 절연파괴와 같은 이상현상이 발생하면, 고열로 인해 내부의 절연유와 절연지 등의 절연재료는 온도 대역별로 열분해돼 다양한 가스를 발생시킨다. 
발생한 가스의 조성과 양을 분석함으로써 변압기 내부의 이상 유무와 종류 및 위험 수준의 추정이 가능하다.
전력연구원은 변압기 상태 추정에 가장 중요한 수소, 아세틸렌, 일산화탄소의 3종 가스에 대해 각각의 가스센서 개발을 완료했다. 
개발이 완료된 가스센서는 프로브 내에 설치돼 극미량 농도(10ppm 미만)까지 측정이 가능하며, 여러 가스들이 혼합된 유중환경에서도 높은 감도와 정확도로 가스 감지가 가능하다.
가스센서는 미세전자제어기술(MEMS, Micro-Electro Mechanical Systems)이 적용돼 봉 형태의 프로브 속에 최대 9개 종류의 가스센서가 동시 장착이 가능하다. 
전력연구원이 개발한 가스센서는 직접 유중에 삽입해 측정함으로써 가스감지 속도와 정확도를 기존 가스센서에 비해 획기적으로 향상시켰다. 
특히 아세틸렌 센서는 세계 최초로 유중환경에서는 1ppm, 공기 중에서는 100ppb의 극저농도의 측정이 가능하다. 
이 센서는 전기방사공정으로 제조하는데, 전기방사 공정은 전기장을 사용해 용액으로부터 매우 미세한 나노섬유를 뽑아내는 방식이다.
저렴한 비용으로 소재의 대량생산이 가능한 장점을 가진다.
측정된 데이터는 프로브 끝단에 설치되는 가스모니터 또는 스마트폰을 이용해서 현장에서 확인이 가능하며, 원격지의 제어실로 송신돼 실시간으로 변압기의 상태감시가 가능하다.
유중가스센서와 프로브는 사내외 변압기를 대상으로 한 현장 성능검증을 마치고, 향후 에틸렌, 에탄, 메탄 등 감지가스 종류를 확장할 계획이다.
전력연구원 관계자는 “전력산업 외에도 극미량 특수가스 감지가 요구되는 다양한 산업군으로 활용도를 확장함으로써 각종 설비의 안전사고 예방 및 신뢰성 확보에 기여할 것이다”라고 밝혔다.