▲ 박병석 한전 전력연구원 전략기술연구소 전력통신그룹 선임연구원=필자약력 - 89 - 95 : 한남대학교 전자공학과 학사/ 석사 졸업 - 95 - 02 : 전력연구원 일반연구원 정보통신그룹 - 02 - 현재 : 전력연구원 선임연구원 - 관심분야 : Smart-Grid, 전력선통신, smart-metering, 전력통신 프로토콜, DLMS

등장초기에  인터넷 등의 분야에 응용될 것으로 기대됐던 고속 전력선통신은 전 세계적으로 폭발적인 주목과 함께 큰 관심을 모았으나 초기 시범적용에서 개선돼야 할 많은 기술적인 문제점과 제도적인 문제점들이 지적됐다.

그러나 꾸준한 기능 및 제도의 개선을 통해 상용화 도입기에 접어들고 있다. 더욱이 최근 전력선통신의 가장 큰 응용분야로 새로이 주목받는 부분은 세계적으로 배전계통의 새로운 화두인 Smart-Grid 혹은 Inteli-Grid부분이다.

Smart-Grid는 배전계통에 분산된 개폐기, 차단기, 변압기 등의 전력기기에 IT 기술을 접목, 디지털화와 지능화한 뒤 통신망에 접속, 원격에서 감시 및 제어를 수행하는 것이 기본적인 개념이다. 주요 응용 예로는 배전자동화, 변압기 감시, 캐패시터 제어, 전력품질 감시, 부하감시 등이 있다. 아울러 고압전력기기 관련 응용부분에 더해 Smart-Metering이라는 새로운 원격검침 기술과 함께 저압 부하관리를 통합해 보는 것이 일반적이다. 

국내의 경우 한국전력에서 1,500가구에 전력선통신을 이용한 원격검침 시범사업을 필두로 사업자가 본격적으로 관심을 가지게 됐으며 한국통신도 시범사업을 계획 중에 있다.

한국전력의 시범사업에는 원격검침이외에도 고압 전력선통신을 이용한 배전자동화, 변압기 감시, 홈오토메이션, 통합검침 등 다양한 기능을 소규모로 적용했으며 기본적인 성능이 양호함을 보여주는 반면에 대규모 상용화 적용을 위해서는 많은 부분이 개선돼야 한다.

전력선통신은 전력선을 통신매체로 이용, 기기의 동력에너지와 정보통신을 동시에 제공하는 원천적인 복합기술이다. 이러한 전력선통신의 특성을 적극적으로 활용, 전력기기와 디지털 제어장치, 통신기기를 하나의 장치로 통합하는 기술이 개발 중이다.

현재 현장에 설치돼 운영 중인 고압 전력선 통신을 이용한 배전자동화 시스템의 구성도를 그림 1에 나타냈다.

고압 전력선상에 통신 신호는 고압 커플러를 통해 모뎀의 변복조부에 전달된다. 전달된 신호는 변복조과정을 거쳐 디지털 신호로 변환된 뒤 FRTU에 UART 인터페이스를 통해 입력된다. FRTU는 수신된 명령에 따라 개폐기를 제어하거나 감시정보를 서버 측으로 전송한다.
모뎀 양쪽 전주에 각각 설치된 고압 커플러는 개폐기가 개방상태 즉 개폐기 양단이 끊어졌을 경우에도 전력선 통신이 정상 작동하도록 설치된 것이다.

현재 설치된 고압 전력선 통신 모뎀은 모뎀자체에서 후단 모뎀으로 재전송 기능을 포함하고 있다. 개폐기가 설치된 전주에 커플러가 함께 설치되지 못한 것은 개폐기를 비롯한 많은 기기가 설치돼 절연 공간 및 설치공간을 확보하지 못해 부득이 전 후단 전주에 커플러를 설치하고 커플러의 신호단자에서 모뎀까지 선로를 포설했다.

고압 전력선통신 시스템은 커플러 절연을 위한 공간적 제약에 다른 시설 고충, 고압 커플러에 따른 고 비용화, 고압 계통의 전기적 안정성 확보 등 여러 가지 문제점으로 많은 개선이 필요하다.

따라서 고압전력선 통신 시스템의 기술적, 경제적, 공간적 문제점을 해소하기 위해 전력설비에 내장된 전력선통신시스템이 필요하다. 특히 고압 커플러가 전력설비에 내장될 경우 기존의 문제점의 상당부분이 아래와 같이 해소될 수 있음을 알 수 있다.

●커플러 설치의 고압 절연 안정성 확보 : 커플러의 경우 콘덴서와 코일이 주요 구성품이며 고압 기기에 내장될 경우 기존의 애자 혹은 피뢰기형태에서 벗어나 내부의 주요 부품만으로 구현가능 할 뿐만 아니라 고압기기내부의 충전물인 절연유, SF6가스등의 절연내력이 공기보다 우수, 적은 부피의 증가만으로도 고압 커플러를 내장할 수 있다. 아울러 독립기기로서 설치시 절연파괴시 파생되는 각종 시험조건이 내장됨으로서 보다 손쉽게 처리할 수 있다.

●커플러 설치의 공간 문제해소 : 추가적인 공간이 거의 필요 없으며 단지 케이블의 추가적인 인출만이 필요하다. 따라서 기존 배전자동화용 시스템과 같이 별도의 전후 전주에 커플러 설치가 필요 없이 직접 시스템 설치가 가능하다,

●경제성 개선 : 한 번의 시공으로 커플러와 전기설비가 모두 설치됨으로서 활선 공사비가 크게 절감되며 아울러 대량 생산시에 커플러 주요 부품만 내장됨으로서 커플러 자체의 절연재료 및 절연재 충진 과정이 필요 없어 커플러 비용도 매우 낮아진다.

아울러 변압기 감시 시스템의 경우 커플러와 함께 절연유의 산화도 센서, 온도센서, 압력센서 등 다양한 센서를 함께 내장시켜 다양한 상태 감시를 추구할 수 있다.

또한 커플러를 통해 고압 기기의 부분방전의 고차 고조파를 감시함으로서 전력기기의 건전성 감시도 가능하다.

그림 2에 PLC를 내장한 주상 변압기의 진화방안을 나타냈다. 1단계는 커플러만을 전력설비에 내장한 형태이다. 2단계는 제어기기와 PLC 모뎀이 하나의 단말로 고성능화 되는 단계이며 3단계는 전기설비 내에 약전부분이 모두 내장되는 형태이다.

이러한 전력선 통신과 개폐기의 결합은 향후 변압기, 리클로져, 차단기 등 다양한 고압 배전기기에 모두 적용될 수 있다. 아울러 이러한 일체형 전력기기는 단순한 기능 블록의 집합을 넘어 고지능형 전력기기로 발전하여 설치후 전원을 투입하면 스스로 망에 접속하고 자가 복구를 수행하는 전력IT 기술 발전의 궁극적인 형태로 진화할 것이다.

전력설비에 전력선통신이 내장될 경우 기술적인 신뢰성, 경제성, 운용성 등 여러 부분에서 개선 될 수 있으며 향후 Smart-Grid로의 전력계통 진화를 위한 중요한 인프라 기술이 될 것으로 기대한다.