MIT소자 이용 전자식 교류 전자 개폐기와 차단기 개발

2004년 국내에서 규명된 모트 금속 절연체 전이(Mott MIT)기술을 활용하여
가정용 및 산업용에서 쓰이고 있는 전자개폐기 및 차단기가 새롭게 개발됐다.
MIT 현상이란 부도체가 금속으로 또는 금속이 부도체로 바뀌는 것을 말한다.
본 개발에 사용된 MIT 기술은 온도와 전류에 의해 발생되는 MIT 현상을 이용한다.
ETRI는 MIT 기술을 이용해 칩을 만들어 전류가 많이 흐를 때 차단하는 기기 등에 적용해 MIT 개폐기와 차단기를 개발했다.
기존 전자개폐기는 전자석과 열동형 과부하 계전기로 구성되는데 온·오프 스위치 역할을 하는
계전기를 떼어내 MIT 소자로 대체함으로써 기술 개발에 성공한 것이다.
이번 기술개발로 약 100년 동안 사용된 바이메탈(열팽창률이 서로 다른 두 개 금속을 붙인 판)과
기계식 접점을 이용하는 전자개폐기가 MIT 소자와 간단한 제어회로를 이용해 전자(電子)식 MIT 전자(電磁)개폐기로 바뀌게 되었다.
이번 성과는 MIT 소자를 활용해 ▲전자식 교류 전자개폐기는 물론, 교류전압 1KV 이하의 ▲저압 배선 차단기
▲누전 차단기 등에서 과전류를 차단할 수 있게 길을 활짝 연 핵심원천기술이다.

전력 차단 100년 기술 극복, MIT 소자로 대체가능

기존 전통적 과전류 차단기는 대표적으로 바이메탈과 기계식 접점을 이용한다.
이러한 바이메탈과 솔레노이드 전자석을 이용하여 과전류를 감지하는 기술은
약 100년 전에 개발되어 기술적 큰 진보 없이 모양과 기능이 지금까지 내려오고 있다.
이번 연구는 MIT 소자와 발열도선, 단순한 회로를 사용해 전력을 차단함으로써
보다 소형화되고 단순한 전자식 개폐기와 차단기를 개발 할 수 있었다.
MIT 소자를 이용한 전자개폐기는 기계식 접점을 사용하지 않고 전자식 제어가 가능해 크기가 줄고 신뢰성은 높아졌다.
더 나아가 원가를 크게 낮출 수 있고, 환경온도 보정도 필요 없다.
기존 과전류를 차단하는 역할을 하던 기기들이 도선의 온도가 올라가면서 바이메탈 금속판이 달아올라
휘어지면서 기계식 접점을 끊어 전자석을 제어하는 방식이었다면
MIT 차단기는 발열도선의 온도가 임계온도는 67℃~ 85℃ 에 도달하면서 차단하는 방식이다.
이것은 기존 방식처럼 기계식이 아닌 전자식으로 자동변환 되는 것이다.
이에 따른 소자의 저항변화는 임계온도에서 1만 배 정도(~104) 이다.
이는 전류가 흐르지 않다가 저항이 급격하게 변화하면 전류가 갑자기 흐르게 됨을 의미 한다.
연구진은 저항변화를 이용, 제어용 소자의 신호를 찾아냈다.
즉 MIT 소자는 임계특성을 이용, 전력도선의 온도를 센싱함과 동시에 제어소자를 직접 제어할 수 있는 스위치이다.

산업·가정용 차단기 획기적 변화, 상용화 앞당길 계획

ETRI 김현탁 박사는 “현재 세계적으로 경쟁하고 있는 MIT 원천기술 및 응용 분야에서 ETRI가 주도권을 확보하였다고 확신하며,
경제적 측면에서 한국이 취약한 전력산업 분야에 큰 기여를 할 수 있을 것이다.”고 말했다.
또한, 신기술을 활용하여 취약한 전력분야에서 시장 점유율을 끌어 올리고, 전력차단 산업을 국가 성장 동력으로 키운다는 전망이다.
나아가 관련기업에 기술을 이전, 전력개폐기 시장을 선점할 계획을 갖고 있다.
ETRI 김흥남 원장도 “MIT 차단기 기술은 MIT 기술의 이론을 세계 최초로 확립하고,
이론을 바탕으로 빠른 시간 내에 상용화 제품을 만들어낸 R&D 선순환의 대표적인 본보기다.”고 밝혔다.
향후 이 기술을 보다 고도화 하고 기술이전과정에서 업체의 요구사항을 최대한 수용하여 상용화를 앞당길 것으로 기대하며
아울러 외국처럼 나무로 지은집의 경우, 화재예방을 위해 아크 차단기(AFCI)를 많이 사용하는데 여기에도 MIT 소자를 적용해볼 계획이다.