1.1 연구의 배경

전력설비 산업의 주요 글로벌 메이커들도 지난 코로나-19의 지속적인 여파로 인하여 2021년 누적 매출은 전년 대비 마이너스 성장을 보이고 있으며, 미국, 중국 등 주요 국가들의 수출 감소가 지속되고 있는 실정이다^{[1, 2]}. 세계적으로 탄소중립 실현을 목표로 탈(脫)탄소 기반의 에너지전환을 위해 전력분야에서는 재생에너지 확산을 주요과제로 하는 송배전망 투자확대가 진행되고 있으며, 재생에너지와 전력수요 증가로 스마트그리드(smart grid)와 같은 전력분야 신흥기술 기반의 전력망 신설 및 보강을 위한 투자 증가가 전 세계적으로 일어날 것으로 전망되고 있다^{[3, 4]}. 아울러 에너지 분야 주요국들은 계통(grid)에 유입되는 소규모 신재생 발전원의 증가로 송전망과 배전망에 대한 설비증설 및 투자를 확대하고 있으며, 이와 관련된 표준제정도 확립 중이다^{[5, 6]}. 이러한 가운데 직류기기 시장은 아직도 뜨거운 감자임과 동시에 신재생에너지원(태양광, 풍력 등), 대용량 에너지저장장치Energy Storage System, ESS), 전기자동차 (Electric Vehicle, EV) 등 직류전원 사용 증가에 따라 시장도 지속적으로 확대되고 있다. 직류 전력설비관련 국제단체표준은 IEEE SA (Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards Association)와 북미 중심으로 Emerge Alliance에서 가정 인터넷 데이터 센터(Internet Data Center, IDC) 및 빌딩 직류배전에 관해 표준을 제정하고 있으며, 유럽은 ETSI(European Telecommunication Standards Institute)에서 직류기반 정보통신설비 전력공급 인터페이스 관련 표준(ETSI EN300-132-3-1)제정을 추진 중이다. IEC(International Electrotechnical Commission, 국제전기기술위원회)는 기술위원회(Technical Committee) TC 64(Safety, Protection and Construction)를 중심으로 분과위원회(Sub Committee, SC) SC 22E(Stabilized Power Supply, DC/DC and AC/DC Converters), SC 22H(DC UPS), SC 23E(DC Protective Equipment), SC 37A(Low-voltage Surge Protective Devices)가 직류 전력설비에 관해 활동하고 있으며, CISPR(International Special Committee on Radio Interference, 국제무선장애특별위원회)의 분과위원회인 CIS/B(ISM대역, 고전압장비 등에 대한 전자파장애)가 제정한 CISPR 11에서도 분산형 직류 전력설비에 대한 전자파 관련 한계치와 측정 방법에 대해 규정하고 있다^[7-10].

반면, 국내 직류 전력설비 산업도 글로벌 트랜드와 같이 태양광, 풍력과 ESS 그리고 EV 중심으로 형성되고 있으나, 국내 표준화에 있어서는 일부 IEC표준의 단순도입과 국내 단체에서 특정 기업만을 위한 편중된 단체표준이 진행하는 등 초기 답보 상태로, 국내 직류 전력설비 제품의 품질과 신뢰성 향상 및 우리 기업이 세계 시장으로 진출할 수 있도록 경쟁력 확보에 도움이 될 수 있는 국내 표준화의 개선 방안에 대한 연구가 필요한 실정이다.

1.2 연구 방법 및 목적

본 논문에서는 분산형 직류 전력설비에 관한 국제표준 및 국내 표준화 현황을 조사 분석한다. 또한, 국내표준화 활동을 조사 분석하여 향후 분산형 직류 전력설비에 대한 국가표준화 로드맵 수립에 기본이 되는 사료 제공을 목적으로 한다.

조사방법은 표준에 대하여 우리나라의 국가기술표준원과 표준개발협력기관(Co-operating Organization for Standards Development, COSD)에서 진행되어온 국제표준 부합화 현황을 파악하여 국내 적용현황을 분석한다. 또한, 분산형 직류 전력설비관련 국내 단체표준 진행현황을 조사하여 직류 전력설비에 대한 국가 표준화 로드맵과 부합 여부를 분석한다.

2.1 분산형 직류 전력설비 국제표준 동향 분석

‘분산형 직류 전력설비’라 함은 태양광 발전(Photo voltaics, PV)시스템, ESS, EV 등에 적용되어 계통(grid)의 부하 밸런스를 조정하는 분산 시스템을 이르는 말로 시스템의 효율화를 위해 LVDC(Low Voltage Direct Current)급(직류 1.5kV)을 초과하여 국내에서는 5kV급으로 적용되는 추세이다. 그러나, 현재 직류 1.5kV급 이하에 대해서만 일부 IEC TC 에서 제한적 기술에 대해 표준제정으로 되어있고, 국내에서도 해당 직류급에 대해 단체표준으로 특정 기술에 대해서만 제정되거나 제정 중이다. Fig. 1은 분산형 직류 전력설비 개요를 나타낸 것으로 태양광발전설비, ESS, EV 시스템 등이 독립된 발전설비 및 계통과 연계하여 운용되고 있는 상황을 도식화된 예시로 나타낸 것이다.

분산형 직류 전력설비의 국제표준 중 IEC에서 국가표준(KS)으로 부합화되어 제정된 표준현황은 Table 1과 같이 18종이다.

한편, IEC에서 진행되고 있는 직류 전력설비 관련 현황은 Table 2와 같다. IEC TC 17은 고압 개폐장치 및 제어장치에 대한 기술위원회로 디지털통신, 측정, 신호, 보호 및 기타 장비와 함께 정격전압 AC 1kV 및 DC 1.5kV를 초과하는 고전압 개폐장치 및 제어장치와 어셈블리를 다루는 기술사양(Technical Specification) 및 기술보고서(Technical Report, TR) 작성을 통한 표준화 활동을 진행 중이다.

분과위원회 SC 17A는 Switching Devices, SC 17C는 Assemblies이며 산하 작업반(Working Group, WG) 활동은 WG 6(Common specifications for DC switchgear), WG 10(High-voltage switchgear and controlgear : Part320 : Environmental aspects and life cycle assessment rules) 및 WG 11(Elaborate on catalogue data)을 구성하여 활동 중이다.

TC 64(Safety, Protection and Construction) 및 TC 23(Electrical Accessories) 활동은 Fig. 2와 같으며, 참고로 TC 23 분과위원회(SC)는 Table 3과 같다.

Fig. 1. Distributed DC power facilities

Fig. 2. Activities TC 64 and TC 23 in IEC^[11]

2.2 분산형 직류 전력설비 국내표준 동향 분석

국내표준에 있어서 산업표준화법에 의한 국가표준(KS)의 경우는 2.1절에서 같이 IEC에서 제정된 국제표준을 COSD를 통해 KS C IEC 60947-1 등 총 18종의 부합화 KS(안)을 개발하고, 동법에 절차에 따라 제정 고시하여 활용 중이다.

한편 단체표준(Standards of Private Sector, SPS)이라 함은 산업표준화법 제27조(단체표준의 제정 등)에 따라 산업표준화와 관련된 단체 중 산업통상자원부령으로 정하는 단체는 공공의 안전성 확보, 소비자 보호 및 구성원들의 편의를 도모하기 위하여 특정의 전문분야에 적용되는 기호ㆍ용어ㆍ성능ㆍ절차ㆍ방법ㆍ기술 등을 규정하는 표준으로 단체표준을 제정한 단체는 해당표준을 활용하여 인증업무를 수행할 수 있다.

산업표준화법 제34조(협회의 업무)제5항에 의거하여 한국표준협회는 한국표준정보망(https://www.kssn.net)에 단체표준을 등록하고 있는데 특히 국가표준인 한국산업표준(KS)이 없는 경우에 한하여 단체표준을 제정할 수 있다^[13].

각종 협단체, 조합, 학회 등이 관련 기업과 일반 수요자의 의견을 수렴하여 자발적으로 제정하는 규정인 단체표준은 미국의 UL(Underwriters Laboratories Inc., 보험협회시험소) 등 580여개 단체가 10만여 종을 제정하여 인증서비스를 하고 있으며, 일본도 JEM(일본전기공업회) 등 190여개 단체가 4천7백여 종의 단체표준을 제정하여 운영 중이다.

우리나라의 경우는 한국전자공업협동조합 등 151개 단체가 제정한 기준은 3,864종에 이른다. 이중 분산형 직류 전력설비와 관련한 표준은 한국전기산업진흥회, 한국스마트그리드협회 등 6개의 협·단체를 통해 제정된 기준은 144종으로 이중, 직접 관련이 있는 기준은 60여 종에 불과하다. 그나마, 최근 들어 LVDC와 관련하여 15종의 표준이 제정 중이라는 것이 고무적이라고 할 수 있다.

분산형 직류 전력설비와 관련하여 국내에서 단체표준을 제정하여 단체인증 서비스를 수행하고 있는 기관 현황은 Table 4와 같다.

또한, LVDC 관련 단체표준은 한국전기산업진흥회를 통해 15종의 단체표준이 제정되었으며 그 현황은 Table 5에 정리한 바와 같다.

2.3 분산형 직류 전력설비 국내표준화 방식 개선

현재 분산형 직류 전력설비에 대한 국내 표준화 방식은 국가표준 차원에서는 IEC표준을 원안 그대로 한글화 작업을 하는 KS 부합화 방식으로 국제표준을 단순 도입하기만 하고 있으며, 국내 R &D기관이나 정부가 국내용 독자 표준안인 고유 KS 제정을 진행하고 있지 않다.

단체표준의 경우에는 직류 전력설비와 관련 있는 Table 4의 6개 단체 중 일부가 IEC나 KS로 제정되어 운영중인 표준을 고려하지 않고, 단체표준 제정을 준비하고 있는 실정이다. 이는 국내에서 분산형 직류 전력설비의 사용 직류 전압이 LVDC급인 직류 1.5kV를 초과하여 5kV급까지 확대 적용되는 산업생태계를 고려해 볼 때 이제 우리나라도 IEC표준 단순 도입의 국가표준화 방식이나, IEC와 KS와 조화를 고려하지 않는 상호보완성이 결여된 단체표준화를 추진하기 보다는 Fig. 3과 같이 기존의 IEC표준의 국내 분산형 직류전력설비 인프라 현황 및 국내 분산형 직류전력설비 공급 및 수요 기업의 요구사항을 반영할 수 있도록 표준화 방식이 개선되어야 할 것이다.

즉, IEC의 KS 부합화 표준개발의 중심인 COSD, 고유 KS 개발의 중심인 R &D기관 및 정부, 그리고 KS부재시 산업표준화법에 따른 단체표준 개발의 중심인 중소중견기업 및 협·단체가 모두 참여하는 ‘산·학·연·관 통합 표준화 협의체’ 구성이 필요하다.

그러한 효과로 기존 국내 표준화 현황인 Table 1 ∼ Table 5와 같은 개별 표준화 활동의 결과가 발생되는 사일로(silo) 형태의 칸막이식 표준개발을 탈피하여 ‘협력형 표준개발 방식’으로 개선할 수 있다.

그리고 국제표준(IEC), 국가표준(KS)과 단체표준(SPS)에 대한 각 각의 표준화 대상 및 제정 시점 등의 표준화 관련 사항의 사전 조율을 통해 분산형 직류 전력설비분야 국내표준 확충 시 중복성과 사각지대에 대한 우려 없이 수요자가 원하는 기술을 필요한 시점에 IEC, KS나 SPS 중 적절한 형태의 표준으로 제정되어 현장에서 활용할 수 있어 실효성을 더욱 확보할 수 있게 될 것이다.

궁극적으로는 통합 표준화 협의체가 중심이 되는 협력형 표준개발 방식을 통해서 우리 직류전력 산업과 국내 분산형 직류전력 인프라 발전에 도움을 줄 수 있는 효율적인 국가 표준화 로드맵과 시행 계획을 수립하는데 기여 할 수 있을 것으로 기대된다.

Fig. 3. Improvement of domestic standards developing approach for Korean infrastructure and industry of distributed DC power facilities