[그린비즈니스 리뷰]이오시스템 전기안전 진단장비 `코로나 카메라`

최근 전기안전공사 전기안전연구원과 이오시스템이 고압이 흐르는 송·배전분야의 전기안전 예방진단이 가능한 방전 측정용 자외선 카메라(제품명:UV B1)를 공동 개발했다. 초음파 측정 장비나 고가의 외산 자외선 카메라 시스템에 의존해 진단했던 것을 국산화한 것으로 시설물에 대한 예방진단을 누구나 쉽게 운영할 수 있다. 이 제품의 기술적 차별점에서 비롯한 현장 적용성을 분석해 봤다.

발전소에서 생산된 전기가 변압기, 송·배전선로를 거쳐 수용가에 이르기까지 발생하는 전력 손실을 줄이기 위해서는 고압 송배전 설비의 예방진단이야말로 정전 등의 사고를 미연에 방지할 수 있다. 국내 전력설비의 대부분은(약 80% 이상) 설치된 지 20년이 넘은 노후설비로 교환 유무를 판단할 수 있는 장비가 전무하다.

기존의 전력설비 진단에 주로 사용해온 적외선 열화상 카메라는 계절의 영향을 많이 받는데다 주변의 상태에 따라 측정 정확도의 편차가 크다. 또한 설비의 이상유무가 사고 직전에 판단되는 경우가 많아 사전 예방 진단도 어렵다. 가장 많이 사용했던 초음파 측정장비 역시 주변 잡음의 영향으로 정밀한 측정이 어렵고 장거리 측정엔 감도가 현저히 떨어진다. 더욱이 고가의 외산 자외선 카메라는 위험에 대한 안전진단 프로그램이 없어 설비 이상유무와 교체 필요여부를 전문가가 아니면 쉽게 판단하기 어렵다.

최근 국내에도 산업단지와 화학단지를 비롯한 대규모 플랜트 시설에서 전력설비 이상으로 인한 피해사례가 급증하고 있다. 이에 전력계통의 이상 유무를 사전에 진단하고 대처하려는 노력이 요구되고 있다. 이오시스템은 코로나(자외선 에너지) 방전을 탐지해 전력설비의 사고를 미리 방지하기 위해 전기안전연구원과 공동으로 코로나 방전정도를 측정하는 자외선 카메라를 개발했다.

우리나라는 2011년 기준으로 송배전 손실률은 3.83%로 주변국인 일본(5.2%)을 비롯해 미국 (6.8%), 독일 (5.8%) 등 선진국들도 높은 수준의 손실률 기록하고 있다. 세계 대부분의 국가들이 안전진단 장비 시장 수요가 꾸준하게 증가할 것으로 보인다.

소박스/획기적인 기술과 아이디어가 만났다.

자외선 코로나 카메라의 기반이 되는 첫번째 기술은 UV-C(100∼280nm) 대역의 자외선 필터 제작 기술이다. 미사일 화염이나, 전기용접기의 불꽃, 전기시설 스파크 또는 고전압 전력 계통의 방전에서 생기는 코로나에서 발생하는 UV-C 파장 대역 중에서 240∼280nm 대역만을 통과 시키는 밴드패스 필터(bandpass filter) 기술이다.

또한 자외선 이미지 처리 기술이 적용됐다. 극소량의 자외선 광자를 영상 증폭관을 이용해 천만배 증폭 처리한 후 인광 스크린(Phosphor Screen)에 투사, 증폭된 가시광선 영상으로 남는다. 가시광선 영상은 이미지 처리 센서인 CCD 또는 CMOS 모듈을 거쳐 육안식별이 가능한 카메라 영상으로 저장된다.

필요한 영상 값을 얻기 위해 자외선 영상을 주간영상과 합성하는 기술이 사용된다. 자외선 영상은 검은 바탕에 백색의 점과 같은 형태(UV-C 파장대역은 백색, 기타 파장대역은 검정색)이므로 자외선이 발생하는 위치를 판단할 수 없다. 동일한 시계를 가진 주간 카메라를 설치해 두 가지 영상을 합성하면 주간 카메라 영상을 배경으로 UV-C가 발생하는 위치를 확인할 수 있는 원리다.

이 기술은 모든 파장의 빛 중에서 UV-C 대역의 자외선 파장대역만의 빛을 탐지해 통과시키고 그 외의 대역은 차단하는 필터 개발로 가능한 첨단 기술이다. 주로 미사일 발사의 탐지 및 경보 시스템에 이용돼 국방기술이 발달한 이스라엘 오필(OFIL)이나 남아프리카공화국 CSIR에서만 생산해왔다.

UV B1은 코로나 방전이 일어나는 부분을 탐지하기 위한 주간영상과 자외선 영상을 합성하는 필터 및 영상처리 기술을 적용한 것이다. 향후 원자력 발전이나 자외선을 이용한 피부질환 진단, 자외선 측정을 통한 환경변화 측정 등 응용 분야가 다양하다.

소박스/누구나 쉽게 전기안전 진단한다

현재 고전압에서 발생하는 코로나 방전 탐지 카메라를 개발한 회사는 이스라엘 오필(OFIL)과 남아프리카 공화국의 CSIR, 그리고 이오시스템뿐이다. 이 중 세계 시장 점유율이 가장 높은 오필의 카메라가 성능 면에서는 뛰어난 것으로 알려져 있다. 하지만 소프트웨어 기반의 안전진단 알고리즘을 장착한 장비는 이오시스템이 유일하다. 알고리즘 장착으로 전문지식이 없는 초보자라도 쉽게 위험정도를 판단할 수 있다. UV B1 장비로 시설물을 촬영함과 동시에 코로나 방전정도에 따른 위험도가 화면을 통해 쉽게 표기되기 때문이다. 측정 시 위험에 대한 조치사항을 즉시 알 수 있도록 메뉴얼화 돼 있는 것이 특징이다.

단계별 조치사항은 전기안전연구원에서 국내 송·배전 시설에 주로 사용하는 22.9kV 전송선에 대한 코로나 방전으로 인한 피해정도에 대한 테스트를 거쳐 데이터베이스화해 적용했다.

【표】위험도 표시 및 단계별 조치사항

소박스/개발스토리

자외선 필터의 개발은 2005년 9월에 방위사업청에서 차기 돌격용 장갑차에 탑재될 미사일 탐지 및 경고 시스템 개발에서 시작됐다. 장갑차에 탑재돼 적의 미사일 공격을 초기에 탐지하고 조기 대응하기 위한 수단인 대전차 유도탄 경고용 자외선 탐지장치를 개발하면서다. 미사일 공격을 탐지하는 기술은 자외선이나 적외선, 레이더 기술을 이용한 방법이 있지만 자외선이 오경보에 대한 비율과 경제성도 뛰어나 주로 사용된다. 당시 미사일 탐지·방어 기술은 국내에서 처음 시도하는 분야로 미사일 추진 체에서 발생하는 화염의 자외선을 이용해야 한다는 기초적인 개념만으로 개발이 시작됐다.

자외선을 이용한 미사일 방어시스템 기술은 이스라엘과 남아프리카공화국의 업체만이 유일했다. 이오시스템은 남아공 업체를 방문해 협력을 요청, 수차례 상담과 기술 회의를 통해 관련 지식을 습득하면서 본격적인 기술개발에 나섰다.

이후 2006년 UV B1 핵심인 자외선 필터 기술을 개발에 착수했다. 자외선 필터의 성능에서 요구되는 자외선 C파장 대역 중 원하는 파장대역(250~280nm)만을 통과 시키고 나머지 부분은 철저히 차단하는 필터를 개발하는데 성공했다. 이후 화학연구원의 도움으로 자외선의 A, B 대역을 흡수하는 필름을 개발하면서 제품 완성도를 높였다.

이오시스템은 다양한 형태의 미사일 화염에 대한 시뮬레이션과 주변의 여러 클러터(화면에 비치는 불필요한 반사상) 등의 현상을 장비에 적용, 탐지장치가 다른 발생원과 미사일을 혼돈하는 경보율을 없앴고 목표물을 정확하게 인식하도록 기술을 고도화했다.

이원승 이오시스템 회장은 “UV B1을 개발하는데 결국 10년 이상의 개발 기간과 5000만달러이상의 비용이 들었다”며 “남아공 업체로부터 원천기술 없이 자외선 탐지장치를 개발하는 건 불가능한 일이라면서 자신의 부품 모듈을 수입하라고 수차례 걸쳐 권유를 받았다”고 당시일을 회상했다.


【표】UV B1 스펙

【표】측정 장비별 특징 비교

박태준기자 gaius@etnews.com