동파 방지 배관설비 SRC 시스템, 돌입전류 없이 전력량 미세분 조정 가능 김정현 기자 입력 2023-12-13 (수) 14:14  에스알 제어기판과 반도체 릴레이 활용한 발열량 제어 기술 불필요한 전력 소모를 방지하고 전력량을 미세분 조정하여 전기 설비 용량을 줄일 수 있는 신기술이 나왔다. 이 기술은 에스알 제어기판(SR-PCB)과 반도체 릴레이를 활용하여 실시간으로 대상 배관 표면 온도를 연동하고 목표 설정 온도를 유지할 수 있다. 또한 보온재 발열선(SRC-HC)에 돌입전류 없이 필요 전력량을 미세분 조정·공급하여 발열량을 제어할 수 있다. 이를 통해 동파 방지는 물론 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있다. ㈜현대환경과 한신공영㈜, 코오롱글로벌㈜이 개발한 에스알 제어기판과 반도체 릴레이를 사용하여 돌입전류 없이 전력량을 미세분 조정 공급하는 발열량 제어 기술은 이러한 기술력을 인정받아 건설신기술 제932호로 지정됐다. 보호 기간은 2030년 4월 21일까지 8년이다. ■ 기술개발자 · ㈜현대환경 (대표이사 김형돈) 경기도 고양시 일산동구 하늘마을로 170, A동 6층 604호 www.hd5978.com · 한신공영㈜ (대표이사 선홍규) 경기도 용인시 처인구 백암면 덕평로 82 www.hanshinc.com · 코오롱글로벌㈜ (대표이사 김정일) 경기도 과천시 코오롱로 11 www.kolonglobal.com ■ 건설신기술 제932호 보호 기간 : 2022. 04. 22 ~ 2030. 04. 21 (8년)  온도설정에 따라 기동전류 없이 전력제어 SRC 시스템의 주요 특징은 크게 ▲에스알 제어기판 ▲에스알씨 복합모듈 시스템 ▲ 에스알씨 보온재 발열선으로 구분할 수 있다. 먼저 에스알 제어기판은 돌입전류를 원천 제거하고 온도별 전력을 미세분하여 온도와 전력을 제어할 수 있다. 에스알 제어기판은 설정·인식 온도에 따라 기동전류 없는 전력을 자동 조정할 수 있는 복합 회로기판이다. 에스알씨 제어함 시스템 모듈에 구성·장착되어 프로그래밍에 의한 전류와 전압의 미세분 제어를 담당한다. 에스알씨 복합모듈 시스템은 반도체 릴레이를 활용하여 제어함으로 시공된다. 신기술은 제작된 에스알씨 제어함에 메인 컨트롤 기능의 에스알 제어기판과 반도체 릴레이, 배선용 누전 차단기, 기계식 온도 조절기, 센서, 단자대, 파워키트 등이 결합·조립되어 일체형 복합 시스템 모듈로 구성된다. 이를 통해 배관의 실시간 온도를 인식하고, 설정에 의하여 동작시간과 전압·전류의 공급을 1/1,000초 단위로 제어할 수 있다. 아울러 연결부 점검 기능을 가지는 일체형 에스알씨 보온재 발열선이 적용했다. 끝단의 연결부에 작동의 이상 여부를 확인할 수 있는 조명 점검부도 장착되어 시공 성능을 높이고 유지관리 편리성을 확보했다. 신기술은 은뜨락·이룸채 서울리츠임대주택 1호 건설공사, 한국남부발전㈜ 삼척발전본부 동파방지 시스템 건설공사, 이든채 행복주택 동파방지 시스템 건설공사, 양산 물금 한신더휴 신축 자동제어공사, 대구 수성 범물 지역주택조합 아파트 신축 열선공사 등에 활용됐다. 기존 기술현황 및 동파방지를 위한 열선의 종류 최근 이상기후로 인하여 온도변화가 급격히 발생하고 있다. 겨울철 장기적 혹한으로 인하여 배관의 동파사고가 발생하기도 한다. 일반 주택의 수도관 뿐만 아니라 도시의 대형 수도관, 공장 배관, 농촌 비닐하우스 농수 배관 등에서 결빙·파열에 의한 피해가 발생하고 있다. 건축·토목 구조물 배관의 동파발생은 누수·손상 뿐만 아니라 각종 운영시스템을 중단시켜 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 이에 따라 고층·대형 구조물에서는 겨울철 시설물 내·외부에 노출되는 배관의 동파 예방을 위하여 전기발열선 등을 설치하기도 한다. 동파방지를 위한 열선의 종류는 크게 직렬식과 병렬식으로 구분할 수 있다. 직렬식은 섬유코어 위에 니크롬선과 철크롬선을 원주방향으로 감아 발열체 열선 두가닥을 실리콘 고무에 절연한 것이다. 전열선, 수도 동파 방지 열선, 실리콘 히터 등에 적용된다. 병렬식은 정전력 히터와 정온전선 타입이 있다. 설비 및 산업용 배관 등에 다양하게 적용된다. 정전력 히터는 도체 결합 절연체에 열선을 나선형으로 감아 일정구간마다 열선과 도체를 병렬로 연결하고 이차적 절연체에 절연한 것이다. 일정구간에서 단선이 되더라도 단선된 부분을 제외하고 전류를 공급할 수 있다. 정온전선은 도전성 고분자를 이용하여 연속 병렬회로 구조를 갖는 발열체다. 주위의 온도변화에 따라 내부저항을 제어하고 발열량을 자동적으로 증감시키도록 제조된다.  전기 설비 용량 감소, 불필요한 전력 소모 방지 기존 기술은 겨울철 동파 및 결빙 재해를 방지하기 위하여 주로 마그네트 제어방식과 전력공급 제어방식을 적용해왔다. 기존 기술은 설치 주변 기온이 설정 온도 이하가 되면 전력이 공급되면서 발열되는 형태다. 운전 시간 동안 최대 전력량을 지속적으로 소비하기 때문에 불필요한 에너지 소모가 지속적으로 나타난다는 단점이 있다. 또한 유체접촉 온도와 관계없이 운영되어 회로적 문제가 발생하기도 한다. 이에 ㈜현대환경과 한신공영㈜, 코오롱글로벌㈜은 에스알 제어기판과 반도체 릴레이를 사용하여 돌입전류 없이 전력량을 미세분 조정 공급하는 발열량 제어 기술을 개발했다. 신기술은 동파 방지를 목적으로 목표 온도를 설정하고 실시간 대상물 표면 온도에 연동되는 에스알 제어기판과 반도체 릴레이로 구성된 에스알씨 제어모듈을 설치하여 개량 일체형 보온재 발열선에 돌입전류가 발생되지 않도록 필요 전력량을 미세분 조정 공급한다. 이를 통해 전기 설비 용량 감소 및 불필요한 전력 소모를 방지하고 유지보수 및 시공성을 개선한 기술이다. 신기술은 온도 입·출력단자와 내부 릴레이를 통하여 전력을 조정하고, 유기적 마이크로 프로그래밍 복합 모듈이 연결되는 사각 복합층의 에스알 제어기판을 활용한다. 이를 통해 기동전류를 발생시키지 않는 실시간 미세분 전력 제어에 의하여 사용자의 안전성과 편리성을 확보했다. 또한 반도체 릴레이가 적용된 에스알씨 복합 모듈 시스템의 제어함은 배선 및 누선 차단기, 온도조절기 등의 장착을 통해 안전적 운영할 수 있으며, 비상시 단계적 회로를 차단하여 사고발생 위험을 예방할 수 있다.  온도별 발열량 미세분 제어, 경제성 확보 특히 화재 발생 가능성이 있는 접점 릴레이를 배제하고 무접점 반도체 릴레이를 사용한 것이 특징이다. 자체 개발된 에스알 제어기판을 적용하여 발열선에 전원 공급 시 설계 전압 도달 시간 이전 단계별로 전원공급을 차단하여 온도별 별열량을 차등 미세분 제어할 수 있다. 아울러 각종 단계적 비상 차단기와 온도 조절기 및 센서 등 보호장치를 선택적 장착할 수 있도록 설계되어 안정적 내구 성능을 강화할 수 있다. ㈜현대환경 관계자는 “한국서부발전㈜ 서인천본부에서 진행한 전력사용량 시험 결과 신기술이 기존기술 대비 약 85% 이상의 전력 절감율을 나타냈다”고 밝혔다. 이처럼 신기술은 기존기술의 단점인 접점 릴레이 전력 차단 및 공급, 외기의 불합리한 온도 인식제어, 기동전류 발생을 해결하기 위하여 자체 릴레이를 적용하고 전력공급과 차단시간을 1/1,000초 미세분 제어하여 공급과 차단의 최대·최소 출력을 세분화하고 안정적으로 출력하도록 했다. 앞에서 살펴본 바와 같이 신기술은 복합 모듈화된 에스알씨 시스템 구성과 일체적 보온재 발열선 개량에 의하여 전력공급과 차단시간의 미세분 제어를 실현했다. 때문에 에스알씨 시스템은 돌입전류의 발생 원인을 제거한 국내 최초의 전류와 전압 프로그래밍화 조정 제어 기술이라 할 수 있다. 이를 통해 시공성 확보, 내구적 안정성 구축, 전력절감에 의한 경제성 향상 등 동파방지를 위한 전력제어 뿐만 아니라 사회적·산업적 에너지 효율화에 기여할 것으로 기대된다. 아울러 장시간 적용할수록 전력 사용의 절감효과가 증대되기 때문에 유지관리 경제적 효과가 높게 나타날 것으로 기대된다. 신기술은 ▲실시간 온도 측정 및 설정에 작동되는 에스알 제어기판의 효과 ▲안정적 결합 설치가 가능한 반도체 릴레이 복합 모듈 시스템 구성 ▲체계적 시공 시스템과 전력 절감 ▲개량된 일체형 보온재 발열선 적용 ▲일체형 보온재 발열선 적용으로 인한 시공·편의적 경제성 확보를 통하여 앞으로 국내외 동파방지 배관설비 건설공사 현장에서 활발히 적용될 것으로 기대된다. 김정현 기자 |
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