제작 비용 70% 절감, 납기 기간 7개월 단축
한국원자력연구원은 17일 절연형 모터제너레이터를 국산화했다고 밝혔다. 사진=한국원자력연구원 제공
한국원자력연구원이 반도체설비 전력공급장치 국산화에 성공했다.
원자력연은 17일 고전압 환경에서도 안정적으로 전력을 공급하는 절연형 모터제너레이터를 독자개발했다고 밝혔다.
이온주입 기술은 반도체·첨단 소재 제작에 널리 사용되는 핵심 공정이다. 수만~수십만 볼트(V) 수준의 높은 전압으로 이온을 가속해 소재 내부로 주입한다. 소재의 전기적 특성이나 표면 성질을 원하는 방향으로 조절하기 위해서다.
이온주입장치는 고전압 상태에서 작동하기 때문에 수백 볼트 수준의 일반적인 외부 전원과 직접 연결할 수 없다. 전압 차이가 크면 전기가 갑자기 흐르거나 튀면서 장치가 손상하거나 안전 문제가 발생할 수 있다.
원자력연은 모터제너레이션 장치를 사용해 이 문제를 해결했다. 이는 외부 전기로 모터를 먼저 돌리고 그 회전력을 발전기로 전달해 장치에 필요한 특정 전압의 전기를 다시 만들어 공급하는 장치다.
특히, 고전압 환경에선 이온주입장치에 전력을 공급하는 모터제너레이터 내부 발전기도 고전압 상태에 놓인다.
이때 모터제네레이터 내부 모터와 발전기가 전기적으로 직접 연결돼 있으며 높은 전압이 모터나 외부 전원 장치로 전달될 수 있어 두 장치를 전기적으로 분리하는 절연 구조가 필요하다.
이제까지 국산 절연형 모터제너레이터가 없어 수입산을 사용해왔다. 원자력연이 국산화에 나선 이유다.
원자력연은 절연축을 개발하면서 국산화에 성공했다. 가볍고 절연 성능이 우수한 나일론 소재를 사용해 전기적 절연을 확보하고 생산 단가를 낮췄다. 모터와 발전기 사이에 전기가 통하지 않으면서도 회전 동력을 전달할 수 있는 것이다.
또 코로나 방전을 장지하고자 장치 외부구조를 설계할 때 전압이 특정 부분에 물리지 않도록 조치했다. 전기장이 모서리가 뾰족할수록 한곳에 집중되는 만큼 장치 외부 구조의 모든 부분을 반지름 5cm 이상의 곡면 형태로 만들어 전압을 분산시키고 코로나 방전을 억제하도록 했다.
원자력연은 절연형 모터제너레이터 제작 비용을 해외 제품 대비 70%를 절감하고 납기일을 기존 10개월에서 3개월 이내로 줄였다. 장비 사양에 따른 맞춤형 설계와 국내 자체 유지보수를 통해 기술 해외 의존도로 낮췄다. 다른 고전압 전력 공급 장치에 적용할 수도 있다.
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안희민 기자
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