현재 전력계통망 구성에 있어 송전선로는 가공송전선로와 지중송전선로로 분류된다. 도심지역은 가공송전선로 보다는 지중송전선로를 매설하여 전력을 공급하는 방식을 채택하고 있다. 최근에는 지중송전선로가 빠르게 증가하고 있는 추세이다. 지중송전선로에 대한 고장예방을 위해서는 이상신호 조기 감지 및 실시간 진단이 중요하다. 전력케이블 진단에 가장 효과적인 방법으로 최첨단 기술 기반 진단시스템을 사용하고 있다. 그러나 맨홀의 경우 내부에 상용 전원이 없기 때문에 배터리를 이용해야만 다양한 진단 및 모니터링 시스템을 구동할 수 있다. 따라서, 맨홀 환경에서 운용 가능한 첨단 예방진단 및 모니터링 시스템에 전력을 공급하기 위한 에너지 하베스팅 장치를 개발할 필요가 있다.
이 연구의 목적은 154kV 지중송전선로에 직접 장착하여 70[W]의 출력을 갖는 전자에너지 하베스팅 기술 기반의 전원장치를 개발하는 것이다. 전원장치는 방수 및 방진, 멀티 아답터가 있는 전원용 변류기(CT), 전력변환장치(SMPS)로 구성된다. 코일의 권수와 전원용 CT의 철심 크기는 실험을 통하여 결정하였다. 또한, SMPS 및 멀티 아답터를 설계하고 제작하였다.
전원장치 구성요소의 기능 및 성능을 조사하였다. 또한, 한전의 전력계통에 실제 운전 중인 154kV 지중송전선로를 이용하여 현장 검증실험을 수행하였다. 전자에너지 하베스팅 기술을 기반으로 개발한 전원장치의 출력실험을 수행하였다. 또한, 전원용 CT의 온도상승과 소음을 조사하였다. 154kV 지중송전선로에 적용한 현장실험에서 얻은 결과는 다음과 같다.
100[A] 이상의 154kV 지중송전선로의 도체전류에서 DC 12[V]의 정전압을 갖는 출력을 얻었다. 전원장치의 출력은 전력케이블 도체전류가 증가하더라도 안정적으로 정전압을 유지한다. 개발된 전자에너지 하베스팅 기술 기반 전원장치는 전력케이블의 예방진단 및 모니터링 시스템 장비에 안정적으로 전원을 공급하는 것을 확인하였다. 전원용 CT의 표면온도는 전력케이블의 온도보다 높았지만 전력케이블에 열이 전도되지 않았다. 또한, 전원용 CT의 주변의 소음 수준은 『소음·진동관리법 시행규칙 별표 8. 생활소음·진동의 규제기준』의 규정인 55[dB]보다 낮았다.
결론적으로, 전자에너지 하베스팅 기술을 기반으로 개발한 전원용 CT는 전력케이블에 장착하여 사용하여도 전력케이블의 도체 전류의 왜곡 및 변형, 전력케이블로의 열전도 등 전원용 CT와 관련된 전력케이블의 부작용은 나타나지 않았다. 이 연구에서 얻은 결론은 전자에너지 하베스팅 기술을 기반으로 개발된 전원장치가 지중송전선로를 예방진단하고 모니터링 하는데 유용할 것으로 판단된다.