기술산업정보분석

초고압 GISExtra High-Voltage Gas Insulated Substation

한국과학기술정보연구원

머 리 말

21세기 들어 세계의 패러다임은 정보사회를 거쳐 지식사회로 급속

히 이동해 가고 있으며, 기업의 활동무대는 세계로 넓어지고 있고,

이제 디지털 네트워크 경제의 시대가 도래하고 있습니다.

또한, IT, BT, NT 등 지식혁명과 기술혁신이 급속도로 진행되는

가운데, 이제는 누가 빨리, 보다 정확한 정보를 입수하여 얼마나 효

과적으로 활용하는가 하는 것이 국가 경쟁력 강화의 관건이 되고 있

습니다.

이러한 시대적 변화에 능동적으로 대처하기 위하여 한국과학기술

정보연구원(KISTI)은 국내외 주요 과학·기술(아이템)에 대한 정보를

심층 분석하여 산학연관에 제공함으로써 국가 과학·기술정보 확산과

국제 경쟁력 강화에 노력하고 있습니다.

이러한 사업의 일환으로 출간하는 초고압 GIS(Gas Insulated

Substation, 가스절연 변전소)는 변압기와 더불어 송변전기기 중에서

가장 중요한 2가지 품목 중의 하나이며, 도시의 과 화, 디지털 경제

사회로 이행에 따른 고품질 전기수요로 인한 전력공급의 신뢰도 향

상의 필요성, 도시미관 개선 및 친환경적인 설비요구 등의 요인에

의해 그 중요성은 더욱 커질 전망입니다.

따라서 본 보고서는 초고압 GIS 산업에 관해 산발적이고 단편적으

로 제공되던 연구개발 동향정보, 특허동향정보, 산업 및 시장동향정

보 등을 심도 있고 체계적으로 분석하여 양질의 정보를 제공하고자

노력하 으며, 본 연구의 결과가 국가 과학기술정보의 확산 및 국가

경쟁력 증대에 작으나마 도움이 되고자 합니다.

끝으로 본 보고서를 집필하여 주신 분들의 노고에 깊이 감사드리

며, 본 보고서에 수록된 내용은 한국과학기술정보연구원의 공식의견

이 아님을 밝혀두고자 합니다.

2003. 11.

한국과학기술정보연구원

원장 조 화

i

목 차

제 1 장 서 론 ····················································································· 1

1. 연구의 배경 및 필요성 ··········································································· 1

2. 연구의 목적 ···························································································· 2

3. 연구의 방법 ···························································································· 2

제 2 장 기술동향 분석 ········································································· 5

1. 개요 ········································································································ 5

가. 초고압 GIS 및 차단기의 정의 ········································································· 5

(1) GIS 및 차단기의 정의 ··················································································· 5

(2) 초고압의 정의 ······························································································· 6

나. 초고압 GIS 기술의 특징 ················································································· 7

(1) Fusion 기술 ··································································································· 7

(2) 고신뢰성 기술 ······························································································· 8

(3) 지속적인 기술혁신 ························································································· 8

다. 초고압 GIS 기술의 분류 ················································································· 8

(1) 전산해석 기술 ······························································································· 8

(2) 설계기술 ········································································································ 9

(3) 제조기술 ······································································································ 10

(4) 성능평가 기술 ······························································································ 10

라. 초고압 GIS의 구성 ························································································ 11

(1) 차단부 ··································································································· 11

(2) 조작기 ········································································································· 14

(3) 제어반 ········································································································· 16

ii

(4) 스페이서 ······································································································ 16

(5) 아크접점 ······································································································ 17

(6) 주접점 ········································································································· 17

(7) 노즐 ··········································································································· 17

(8) 절연로드 ······································································································ 18

(9) 고무패킹 ······································································································ 18

(10) 도체 ··········································································································· 19

(11) 탱크 ··········································································································· 19

2. 기술 개발 동향 ······················································································ 19

가. 국내외 기술의 현황 ······················································································· 19

(1) 국내기술 현황 ······························································································ 19

(2) 해외기술 현황 ······························································································ 21

나. 연구개발 동향 ······························································································· 23

(1) 국내 연구개발 동향 ····················································································· 23

(2) 해외 연구개발 동향 ····················································································· 26

(3) 해외 주요업체 기술개발 동향 ······································································ 38

다. 정부지원 정책 ······························································································· 40

라. 기술의 수준 ·································································································· 41

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 ······················································ 45

1. 문헌정보분석 및 기술개발 동향 ····························································· 45

가. 정보분석 대상 DB ························································································· 45

나. 분석범위 및 방법 ·························································································· 47

다. 문헌정보분석 ································································································· 48

(1) 연도별 문헌건수 및 누적 문헌건수 ······························································ 48

(2) 연도별 국가 문헌건수 ·················································································· 49

(3) 연도별 저자 및 소속기관별 문헌발표 건수 ·················································· 50

(4) 연도별 저자수 ······························································································ 53

(5) 기술분류별 건수 ·························································································· 54

(6) 발간 형태별 및 처리코드별 건수 ································································· 57

2. 특허정보분석 및 기술개발 동향 ····························································· 59

가. 정보분석 대상 DB ························································································· 59

iii

나. 분석범위 및 방법 ·························································································· 60

다. 전체 특허동향 ······························································································· 61

(1) 국가별 특허출원 동향 ·················································································· 61

(2) 기술별 특허출원 동향 ·················································································· 63

(3) 국제특허분류(IPC)별 특허출원 동향 ····························································· 65

라. 국내 특허동향 ······························································································· 67

(1) 기술별 특허출원 동향 ·················································································· 67

(2) 출원인별 특허출원 동향 ··············································································· 68

(3) 국적별 특허출원 동향 ·················································································· 71

(4) 국제특허분류(IPC)별 특허출원 동향 ····························································· 72

마. 해외 특허동향 ······························································································· 74

(1) 일본 특허동향 ······························································································ 74

(2) 미국 특허동향 ······························································································ 80

제 4 장 시장동향 분석 ······································································· 87

1. 산업의 개요 및 특성 ············································································· 87

가. 산업의 개요 ·································································································· 87

나. 산업의 특성 ·································································································· 88

(1) 기술집약적 산업 ·························································································· 88

(2) 고신뢰성 산업 ······························································································ 89

(3) 막대한 설비투자 산업 ·················································································· 89

(4) 안정적인 고부가가치 산업 ··········································································· 89

(5) 파급효과가 큰 산업 ····················································································· 89

(6) 새로운 성장산업 ·························································································· 90

2. 산업환경 분석 ······················································································· 90

가. 기술의 발전방향 ···························································································· 90

(1) 시스템 기술 개발 ························································································· 90

(2) 친환경 기술 개발 ························································································· 91

(3) 고신뢰성 기술 개발 ····················································································· 91

(4) Compact화 기술 개발 ·················································································· 91

(5) 유지보수 기술 개발 ····················································································· 91

나. 시장 기회요인 ······························································································· 92

(1) 해외 선진업체들의 경쟁력 저하 ··································································· 92

iv

(2) 전력산업의 IT화 ··························································································· 92

(3) 내수시장의 성장 ·························································································· 92

다. 시장 위협요인 ······························································································· 93

(1) 해외 선진업체들의 M&A ············································································· 93

(2) 전력설비 수요의 정체 ·················································································· 94

3. 국내외 시장동향 분석 ············································································ 94

가. 국내 시장동향 분석 ······················································································· 94

(1) 수요 예측 ···································································································· 94

(2) 연도별 국내 생산실적 ·················································································· 95

(3) 연도별 수입현황 ·························································································· 95

(4) 연도별 수출실적 ·························································································· 96

(5) 국내 주요 생산업체 및 생산액/점유율 ························································· 96

나. 해외 시장동향 분석 ······················································································· 97

(1) 수요 예측 ···································································································· 97

(2) 생산실적 ······································································································ 98

(3) 주요 국가의 시장규모 ·················································································· 99

다. 국내 생산업체 동향 분석 ············································································· 102

라. 해외 생산업체 동향 분석 ············································································· 104

(1) 시스템 기술 개발에 주력 ·········································································· 104

(2) 친환경 및 유지보수 기술 개발 ··································································· 104

(3) 생산설비의 이전 ······················································································· 104

(4) 지속적인 M&A ··························································································· 105

제 5 장 결 론 ·················································································· 107

참고문헌 ···························································································· 109

v

표 목차

<표 2-1> 초고압 GIS 주요 구성부품 ··········································································· 12

<표 2-2> 산자부 산업기술개발사업 ··············································································· 41

<표 2-3> 산자부 산업기술기반조성사업 ········································································· 41

<표 2-4> 국내 초고압 GIS의 기술수준 비교 ································································· 42

<표 2-5> 초고압 GIS 세부기술별 선진 외국대비 기술수준 ·········································· 43

<표 2-6> 국내 단락시험설비 보유현황 ·········································································· 43

<표 2-7> 해외 연구∙시험기관 단락시험설비 보유현황 ················································· 44

<표 2-8> 일본 중전기기업체의 단락시험설비 보유현황 ················································· 44

<표 3-1> INSPEC 수록분야 ··························································································· 46

<표 3-2> 대상 DB 검색 키워드 ····················································································· 47

<표 3-3> 대상 DB 검색결과 건수 ················································································· 47

<표 4-1> 초고압 GIS 국내 수요예측 (단위:억원) ··························································· 94

<표 4-2> 초고압 GIS 연도별 국내 생산실적 (단위:억불) ··············································· 95

<표 4-3> 초고압 GIS 연도별 수입현황 (단위:억불) ······················································ 95

<표 4-4> 초고압 GIS 연도별 수출실적 (단위: 억불) ······················································ 96

<표 4-5> 국내 주요 생산업체 및 생산액/점유율 (2002년 기준) ····································· 97

<표 4-6> 초고압 GIS의 세계 수요 전망 (단위: 억불) ···················································· 98

<표 4-7> 초고압 GIS의 세계 생산실적 (단위: 억불) ······················································ 98

<표 4-8> 주요 업체별 고압 개폐장치 매출규모 (단위 : 백만불) ·································· 101

<표 4-9> 국내 주요 업체별 동향 ················································································· 103

vi

그림 목차

<그림 2-1> 초고압 GIS 내부구조 및 주요 구성부품 ·················································· 13

<그림 2-2> 초고압 차단부 내부구조 및 주요 구성부품 ················································· 13

<그림 2-3> 초고압 차단기 1점절당 차단용량 증가추이 ················································· 22

<그림 3-1> 연도별 문헌건수 ························································································· 48

<그림 3-2> 국가별 문헌발표 비율 ················································································· 49

<그림 3-3> 연도별/국가별 문헌등록건수 ······································································· 50

<그림 3-4> 저자랭킹 ····································································································· 51

<그림 3-5> 연도별/저자별 분석 ···················································································· 51

<그림 3-6> 소속기관랭킹 ······························································································ 52

<그림 3-7> 연도별/소속기관별 분석 ············································································· 53

<그림 3-8> 연도별 저자수 ····························································································· 54

<그림 3-9> 기술분류별 비율 ························································································· 55

<그림 3-10> 국가/기술분류별 분석 ··············································································· 56

<그림 3-11> 자료형태별 비율 ························································································ 57

<그림 3-12> 처리코드별 문헌건수 ················································································· 58

<그림 3-13> 국가별 특허출원 동향(특허 전체) ······························································ 62

<그림 3-14> 연도별 특허출원 동향(특허 전체) ······························································ 62

<그림 3-15> 기술별 특허출원 동향(특허 전체) ······························································ 63

<그림 3-16> 국가/기술별 특허출원 현황(특허 전체) ····················································· 64

<그림 3-17> 연도/기술별 특허출원 현황(특허 전체) ····················································· 65

<그림 3-18> 국제특허분류(IPC)별 특허출원 비율(특허 전체) ········································· 66

<그림 3-19> 국제특허분류(IPC)별/연도별 특허출원 동향(특허 전체) ····························· 67

<그림 3-20> 연도/기술별특허 출원동향(한국) ······························································· 68

<그림 3-21> 출원인별 특허출원 현황(한국) ··································································· 69

<그림 3-22> 주요 출원인의 연도별 출원 동향(한국) ······················································ 69

<그림 3-23> 출원인/기술별 특허출원 현황(한국) ·························································· 70

<그림 3-24> 국적별특허출원비율(한국) ·········································································· 71

<그림 3-25> 연도별 내․외국인별 특허출원 동향(한국) ················································· 72

<그림 3-26> 국제특허분류(IPC)별 특허출원 비율(한국) ················································· 73

<그림 3-27> 국제특허분류(IPC)별/연도별 특허출원 동향(한국) ····································· 74

vii

<그림 3-28> 연도/기술별 특허출원 동향(일본) ······························································ 75

<그림 3-29> 출원인별 특허출원 현황(일본) ··································································· 76

<그림 3-30> 주요 출원인의 연도별 출원동향(일본) ······················································· 77

<그림 3-31> 출원인/기술별 특허출원 현황(일본) ·························································· 78

<그림 3-32> 국제특허분류(IPC)별 특허출원 비율(일본) ················································· 79

<그림 3-33> 국제특허분류(IPC)별/연도별 특허출원 동향(일본) ····································· 80

<그림 3-34> 연도/기술별 특허출원 동향(미국) ······························································ 81

<그림 3-35> 출원인별 특허출원 현황(미국) ··································································· 82

<그림 3-36> 주요 출원인의 연도별 출원동향(미국) ······················································· 83

<그림 3-37> 출원인/기술별 특허출원 현황(미국) ·························································· 84

<그림 3-38> 국제특허분류(IPC)별 특허출원 비율(미국) ················································· 85

<그림 3-39> 국제특허분류(IPC)별/연도별 특허출원 동향(미국) ····································· 86

<그림 4-1> 세계 전력기기 산업계의 M&A 결과 ··························································· 93

제 1 장 서 론 1

제1장

서 론

1. 연구의 배경 및 필요성

초고압 GIS(Gas Insulated Substation, 가스절연 변전소)는 변압기

와 더불어 송변전기기 중에서 가장 중요한 2가지 품목 중의 하나이

며 1970년대 이후의 지속적인 투자와 연구개발 결과로 현재 국내외

시장에서 상당한 경쟁력을 확보하고 있는 몇 안 되는 국산 전력기기

중의 하나이다. 이 분야는 도시의 과 화와 디지털화로 인해 전력공

급의 신뢰도 향상과 도시미관 개선 및 친환경적인 설비에 대한 요구

의 증가로 지속적인 연구개발, 투자, 기술혁신이 수반될 전망이며, 아

울러 세계시장 규모도 상당한 폭으로 증가할 전망이다. 이러한 추세

는 ABB, Siemens, Va Tech, Alstom, Japan AE 및 T&M T&D 등 유

럽과 일본의 세계적인 기업들의 초고압 GIS에 관한 연구개발동향과

투자 및 생산규모 등에서 나타나고 있다. 또한 가까운 장래에 도래

할 것으로 전망되는 전력산업의 IT화 시대와 미주 및 유럽 지역에서

의 송변전 설비의 낙후 및 교체시기 등을 고려해 볼 때에 GIS 분야

의 중요성은 더욱 커질 전망이다.

그러므로 국내외 초고압 GIS 산업에 대한 기술동향, 특허동향, 시

장동향 및 전망에 대한 심층적인 분석은 관련 업계는 물론 학계와

연구계에도 많은 도움이 될 것이다. 그리고 초고압 GIS에서 차단기

초고압 GIS2

가 차지하는 비중이 절대적이므로 초고압 GIS와 함께 초고압 차단기

에 대한 분석도 포함하고자 한다.

2. 연구의 목적

최근 산․학․연 등 각 분야에서 관심 있는 주요 산업에 대한 종

합적이고 신뢰성 있는 분석정보의 수요가 증대하고 있으나, 실제 연

구․분석기관들을 통한 공급은 미미한 실정이다. 따라서 한국과학기

술정보연구원(KISTI)에서는 전력기기에서 차지하고 있는 비중을 감안

할 때, 향후 주목해야 할 산업인 초고압 GIS 산업을 분석대상으로

선정하고, 이에 대한 심도 있는 기술동향분석, 연구개발동향분석, 특

허정보분석, 산업 및 시장분석을 수행하 다. 이를 통해 국가정책수

립자에게는 국가연구개발 자원의 효율적 활용과 R&D의 성공가능성

을 높일 수 있는 기초분석자료를 제공하고, 정보획득 및 분석에 한

계가 있는 기업 및 연구기관의 기획 및 전략수립자들에게는, 기업의

사업계획 또는 R&D계획 수립 시 객관적이고, 충실한 정보를 제공하

는데 연구의 목적을 두었다.

3. 연구의 방법

본 보고서에서 초고압 GIS 기술의 개요와 함께 기술개발동향을 주

요구성부품별로 설명하 으며, 국내외 신뢰성 높은 자료와 한국전력

공사 등 주요 전력기기관련 업체 전문가들과의 접촉을 통해 얻은 정

보를 토대로 기술 및 시장의 현황과 더불어 향후 동향을 전망하 다.

제 2 장 기술동향 분석에서는 한국과학기술정보원(KISTI)이 보유하

제 1 장 서 론 3

고 있는 문헌과 최근 해외발표 저널, 전문가자문 등을 통해 초고압

GIS 관련 기술 및 이와 관련된 R&D 전반과, 최근 이슈화되고 있는

문제들에 대해 체계적이고 종합적인 정보분석을 수행하 다.

제 3 장 특허정보 분석에서는 초고압 GIS의 주요부품에 관해 조사

된 특허정보를 중심으로 과거의 기술흐름과 최근의 기술동향, 출원인

분석을 통한 기술의 우위현황 및 기술의 주요 분포도 등을 도식화된

그래프를 이용하여 국가 및 기술분야별 등으로 세분화․체계화하여

다각적으로 분석함으로써 특허의 동향을 분석하 다. 초고압 GIS에

관한 특허정보분석에는 KISTI(http://www.kisti.re.kr)에서 제공하는

각국의 특허정보 데이터베이스를 활용하 다.

제 4 장 시장동향 분석에서는 초고압 GIS 산업의 개요 및 특징과

국내외 시장동향을 조사․분석하 다. 그리고 미국, 일본의 최근 분

석보고서, 국내 조사전문기관의 발표자료, 업계 및 연구소의 Field

Survey를 통해 향후 국내외 시장을 전망하 다.

제 2 장 기술동향 분석 5

제2장

기술동향 분석

1. 개요

가. 초고압 GIS 및 차단기의 정의

(1) GIS 및 차단기의 정의

GIS(Gas Insulated Substation)는 가스절연 변전소로 불리기도 하

며 변압기를 제외한 모든 전력기기 즉, 가스차단기(GCB: Gas Circuit

Breaker), 단로기(DS: Disconnecting Switch), 접지개폐기(ES: Earthing

Switch), 모선(Bus), 스페이서(Spacer), 붓싱, 변성기(PT: Potential

Transformer), 변류기(CT: Current Transformer) 등을 6불화황가스

(SF6 gas)가 들어있는 봉된 금속용기 내에 종합적으로 배치해서 시

스템화한 개폐장치를 말한다.

이 중에서 차단기는 송전선이나 변전소의 정상상태의 선로뿐만 아

니라 이상상태에 있는 선로를 문제없이 차단할 수 있는 장치 즉, 정

상상태 전류의 투입, 통전, 차단이 가능하고 이상상태, 특히 단락상태

에 있어서 투입, 일정시간의 통전, 차단이 가능하도록 설계/제작된

개폐장치를 말한다. 따라서 차단기는 GIS 구성기기 중에서 가장 핵

초고압 GIS6

심적인 기술을 요하며 가장 중요한 기기라 할 수 있으며, 차단기의

기본성능을 간단하게 요약하면 아래와 같다.

(2) 초고압의 정의

초고압 GIS의 정의를 위해서는 전압계급의 정의를 명확히 할 필요

가 있다. 현재 전압계급에 대한 분류는 나라마다 다양한 기준에 의

해 정해져 있어 매우 복잡다단하다. 따라서 세계적으로 향력이 가

장 큰 유럽의 IEC와 미국의 IEEE를 기준으로 정하면 무리가 없을

것이다. IEC의 분류에 의하면 초고압은 교류인 경우 아래 분류기준

에서 HVB(High Voltage B), 즉 “50kV 초과“가 타당해 보인다. 한편

IEEE인 경우에는 Extra High Voltage로 ”230kV 초과“로 정의되어

있다. 결론적으로 현재 고압 또는 초고압 분야에 미치는 IEC와 IEEE

의 향력을 고려해 볼 때에, IEC가 보다 폭넓은 지지를 받고 있으

므로 초고압 GIS를 ”정격전압 50kV를 초과하는 GIS“로 정의하는 것

이 타당하다고 할 수 있다.

IEC의 전압분류:

. SEFETY INSTRUCTION No 33, Rev. 1, June 1999

. 전압분류

ELV (Extra Low Voltage): 50V 이하 (교류)

120V 이하 (직류)

LVA (Low Voltage A): 50V 초과 500V 이하 (교류)

120V 초과 750V 이하 (직류)

제 2 장 기술동향 분석 7

LVB (Low Voltage A): 500V 초과 1000V 이하 (교류)

750V 초과 1500V 이하 (직류)

HVA (High Voltage A): 1000V 초과 50kV 이하 (교류)

1500V 초과 75kV 이하 (직류)

HVB (High Voltage B): 50kV 초과 (교류)

75kV 초과 (직류)

ANSI의 전압분류:

. ANSI for Electric Power Systems and Equipment-Voltage

Ratings (60 Hertz), 1995

. 전압분류

Low Voltage: 100V 이하

Medium Voltage: 1000V 초과 100kV 미만

High Voltage: 100kV 이상 230kV 이하

Extra High Voltage: 230kV 초과

나. 초고압 GIS 기술의 특징

(1) Fusion 기술

전기기술(고전압, 대전류, 전력계통 등), 재료기술(고분자 절연물,

금속 등), 기계기술(가공, 구조설계, 유동해석 등), 통신기술, 센서 및

신호처리기술 등이 복합적으로 요구되는 Fusion 기술이어서 제품의

부가가치가 높은 반면에 기술개발이 어렵다.

초고압 GIS8

(2) 고신뢰성 기술

안정적인 전력공급을 위한 핵심기기이므로 타 산업의 제품들에 비

해 매우 높은 신뢰도가 요구되며, 특히 수많은 부품들이 사용되는

대형 복합기기여서 성능평가 및 신뢰성 평가 절차가 까다롭고 많은

비용과 기간이 소요된다. 초고압 GIS의 성능평가를 위해서는 초고압

시험설비와 단락시험설비가 필수적이다.

(3) 지속적인 기술혁신

타 전력기기와는 달리 지금도 기술혁신이 지속적으로 이루어지고

있다. 기술혁신의 방향은 고성능화, Compact화, 원가절감, IT화 등이

며 해외 선진업체들에 의한 치열한 기술개발 경쟁이 진행 중이다.

다. 초고압 GIS 기술의 분류

(1) 전산해석 기술

초고압 GIS의 효율적인 설계를 위한 기초해석기술로 아래와 같이

분류할 수 있다.

▸ 절연설계를 위한 전계해석

▸ 통전설계를 위한 자계해석 및 열해석

▸ 차단설계를 위한 아크해석, 유동해석, 조작기 모의해석

▸ 구조설계를 위한 기계구조 해석, 진동해석, 내진해석

제 2 장 기술동향 분석 9

(2) 설계기술

(가) 절연설계 기술

차단기 규격에서 규정하고 있는 상용주파, 뇌임펄스, 개폐임펄스

내전압에 충분히 견딜 수 있고, 라디오 방해전압(RIV) 및 부분방전시

험(PD시험)에서 이상이 발생하지 않도록 초고압 GIS의 형상, 재질,

구조, 배치, 스트로크 특성 등을 결정하기 위해 필요한 가장 근본적

인 핵심기술로 차단부의 접점 사이의 극간 절연설계, 도체와 탱크

사이의 대지간 절연설계로 크게 나눌 수 있다. 그리고 국부적 또는

부품단위로는 쉴드 설계, 스페이서 설계, 노즐 및 접점의 형상설계,

그리고 도체, 절연물, 가스가 만나서 절연에 취약한 3중점 설계 등이

있다. 또한 차단기가 고장전류를 차단하는 과정 중에서 발생하는 열

가스가 대지간 절연성능에 미치는 향을 충분히 고려하여 설계를

해야 한다.

(나) 통전설계 기술

부하전류의 연속통전에 의한 발열/온도상승, 고장전류의 단시간

통전으로 인해 발생하는 전자력/발열의 향을 파악하도록 초고압

GIS를 효과적으로 설계하는 기술로 도체형상 결정, 탱크의 외형 및

재질 결정, 접촉부위의 접촉저항 결정, 통전부의 지지방법 결정 등에

활용할 수 있다.

(다) 차단설계 기술

초고압 GIS10

차단설계는 크게 대전류 차단설계와 소전류 차단설계로 나눌 수

있는데 대전류 차단설계는 단락전류 차단시험(BTF Test, Bus

Terminal Fault Test)과 근거리 선로고장전류 차단시험(SLF Test,

Short Line Fault Test)을 위한 설계기술이며 20,000K 정도인 고온의

대전류 아크에 의해 발생하는 방사(Radiation), 열가스 등에 의한 노

즐의 용삭, 아크접점의 용융, 차단실패, 절연파괴 등의 문제에 대처하

는 설계기술이다. 그리고 소전류 차단설계는 진상 및 지상 소전류

차단시험을 위한 설계기술이며 아크전류가 적어서 아크에 의한 향

은 거의 무시할 수 있으므로 차단시 또는 재점호시의 과도전압에 대

한 절연대책이 보다 중요하다.

(라) 구조설계 기술

차단부 또는 GIS의 각 부품들을 위한 기계적인 지지와 진동 또는

지진을 고려한 설계기술로 기계구조 해석, 진동해석, 내진해석 등을

통해 수행된다.

(3) 제조기술

초고압 GIS의 제작을 위한 부품가공 기술, 제작공정 기술, 조립기

술로 설비투자와 인력의 숙련도/교육이 중요한 요소가 된다.

(4) 성능평가 기술

고압 차단기와 GIS에 대한 주요 국제규격인 IEC 62271-100(2001),

제 2 장 기술동향 분석 11

IEC 62271-203(2001)에 규정된 시험항목들에 대한 시험기술과 연구개

발 과정에서 발생하는 성능확인을 위한 시험기술이며 시험방법, 측정

기술, 분석기술 등이 주된 요소가 되며 시험설비와 연구장비가 매우

중요하다.

라. 초고압 GIS의 구성

초고압 GIS의 주요 부품으로는 차단부, 조작기, 제어반, 붓싱, 탱

크, 모선 등이 있으며 해당 부품을 구성하는 세부 부품과 함께 <표

2-1>에 나타내었으며 주요 부품 또는 세부 부품에 대한 기능 및 특

징을 간단히 기술하고자 한다.

(1) 차단부

차단부는 부하전류부터 고장전류까지의 전류의 투입 및 차단이 실

제로 일어나는 부분이며 차단기 또는 GIS에서 가장 중요한 부분이

다. 주요 구성 세부부품은 <그림 2-2>와 같으며, 아크접점 사이에 발

생하는 고온의 아크전류를 실린더와 피스톤에 의해 고압으로 압축한

SF6 가스를 노즐을 통해 분사하여 아크를 소호한다. 차단부에서 아

크에 직접 노출되는 부품들은 내아크성이 뛰어난 소재를 사용하고

있으며, 노즐인 경우 아크에 강한 테플론 또는 강화 테플론을, 아크

접점인 경우 구리만으로는 아크에 취약하므로 융점이 매우 높은 텅

스텐을 섞어서 사용한다.

초고압 GIS12

<표 2-1> 초고압 GIS 주요 구성부품

구 분 전체 비중수입여부

(국산/수입)

차단부

노즐 3 %

30 %

국산

고정아크접점 2 % 국산

가동아크접점 2 % 국산

퍼퍼실린더 5 % 국산

콘덴서 4 % 수입

피스톤 5 % 국산

쉴드 2 % 국산

주접촉자 2 % 국산

투입저항 5 % 수입

조작기

레버 2 %

30 %

국산

Closing 스프링 3 % 국산

유압조작기 7 % 국산

스프링조작기 8 % 국산

스파이럴 스프링 5 % 국산

절연로드 5 % 국산/수입

제어부

Trip/Closing 코일 2 %

5 %

국산

저항 1 % 국산

릴레이 2 % 국산

탱크탱크 15 %

20 %국산

O-ring 5 % 국산

모선

스페이서 5 %

10 %

국산

도체 3 %국산

지지애자 2 %

붓싱 붓싱 5 % 5 % 수입

합 계 100 %

제 2 장 기술동향 분석 13

<그림 2-1> 초고압 GIS 내부구조 및 주요 구성부품

<그림 2-2> 초고압 차단부 내부구조 및 주요 구성부품

초고압 GIS14

(2) 조작기

조작기는 차단부의 가동부를 움직이게 하는 힘을 제공하는 핵심부

품으로 최근에는 소요조작력이 대폭 감소된 새로운 소호방식이 개발

되면서 초고압급에도 전동스프링 조작기 또는 Motor-drive형 조작기

등이 채용되기 시작하 다. 차단부를 위한 소요조작력이 줄어들면서,

조작기로 인해 부품들에 미치던 기계적 스트레스가 크게 완화되어

차단기와 GIS의 신뢰도가 크게 향상되고 제조원가는 줄어들었다.

초고압 차단기용 조작기에는 공기조작기, 유압조작기, 스프링조작

기와 최근에 ABB에 의해 처음으로 초고압 차단기에 채용된

Motor-drive형 조작기 등이 있으며 각 각의 특징에 대해 아래에 기

술한다.

(가) 공기 조작기

개로, 폐로 동작의 구동에너지에 있어서 15기압 전후의 압축공기

를 이용하는 방식이며, 압축공기를 에너지원으로 하기 때문에, 유압

조작식에 비해 제작비용이 싸며, 공기압 실린더의 크기를 변화시켜

출력을 조절함으로써 72kV에서 550kV에 이르기까지 여러 등급의 차

단기에 적용이 가능하다.

개로 동작은 공기압으로, 폐로동작은 금속 스프링을 구동하여 행

하는 방식이 많이 사용되고 있다. 그러나 이 방식은 수분에 대한 방

청대책이나 콤프레서의 보수, 점검이 필요하며, 조작시의 압축공기의

개방음이 큰 것이 단점이다.

제 2 장 기술동향 분석 15

(나) 스프링 조작기

개로, 폐로동작의 구동력을 금속스프링의 축적된 에너지를 이용하

는 방식이며, 폐로동작은 투입스프링의 축적된 힘으로 차단부를 폐로

함과 동시에 차단스프링을 압축시켜, 이 축적된 차단스프링의 힘으로

개로동작을 행한다. 이 방식은 공기조작이나 유압조작 경우의 유체압

력을 이용하는 방식과 달리 구동에너지를 금속스프링을 압축시켜 그

힘을 사용하기 때문에, 누기나 누유에 의한 구동에너지의 감소나, 온

도에 의한 조작력의 변동이 없고, 구동에너지의 보존에 있어 장기적

으로 우수한 조작방식이다. 또 구동에너지를 금속스프링에 결합된 기

계부품으로 전달하기 때문에, 구조가 비교적 간단한 특징을 갖고 있

다. 그러나 매우 큰 구동에너지를 내는 데에는 한계가 있다.

(다) Motor-drive형 조작기

전동기를 순간적으로 회전시켜, 직접 차단기를 구동하는 신기술이

다. 개로/폐로 동작 모두 동일한 전동기를 회전방향만 바꾸어 사용

하며, 중요기술은 전동기 Drive기술, 제어기술, 전원 공급기술, 전동

기 상태감시 및 진단기술 등이다.

최근 ABB가 제안한 조작기로서 현재 145kV 차단기에 사용하여

성능을 확인한 것으로 되어있다. 가장 큰 특징은 부품수를 획기적으

로 줄여 조작기의 신뢰성을 혁신적으로 향상시킨 점이며 장점으로는

주위환경과 차단조건을 고려하여 조작기를 최적으로 제어할 수 있다

는 점이다.

초고압 GIS16

(라) 유압 조작기

유압펌프를 이용하여 축적기(Accumulator)에 있는 질소가스를 압

축하며 이 압축된 질소가스가 역시 축적기 내부에 있는 피스톤을 움

직여서 차단부의 가동부를 조작하는 방식이다. 이 때 오일은 매개체

로서 피스톤에서 나오는 힘을 가동부에 전달하는 역할을 한다. 주요

구성부품으로는 축적기, 피스톤, 액튜에이터, 밸브 등이다. 강력한 조

작력을 쉽게 얻을 수 있어서 초고압/대용량 차단기에 많이 채용되나

초정 가공이 되지 않으면 누유가 생겨 동작상의 문제를 일으킬 수

있으며 주위환경에도 나쁜 향을 미치는 것이 단점이다.

(3) 제어반

제어반에는 초고압 GIS의 동작, 제어, 보호, 감시 등을 위한 부품

들로 구성되어 있으며 각 종 계기류, 투입 또는 차단용 코일, 보조

릴레이 등이 주요 부품들이다.

(4) 스페이서

도체를 지지하고 SF6 가스의 구획을 설정한다. 이 절연물들은 고

전계에 견디어야 하고 SF6 가스 분해 생성물에 대해 전기적, 기계적

특성변화가 적어야 하며 기계적인 스트레스에 잘 견디는 재질로 제

작된다.

제 2 장 기술동향 분석 17

(5) 아크접점

차단기에서 전류를 차단하는데 있어서 직접적으로 관여하는 가장

중요한 부품이며, 아크에 직접 노출되기 때문에 내열성, 내아크성, 내

마모성 등이 크게 요구된다. 이러한 특성을 확보하기 위하여 여러

가지 재료를 혼합하여 사용하기 때문에, 성형/소결/브레이징/가공기

술 등이 매우 중요하다. 아크접점은 내아크성과 도전성을 동시에 만

족해야 하기 때문에, 예로부터 고전압/대용량 차단기에 있어서는 텅

스텐과 동을 혼합하여 사용해왔다. 현재는 차단성능의 향상을 위해서

는 80:20(W:Cu)의 혼합비가 많이 사용되고 있다.

(6) 주접점

주접점은 차단기에서 부하전류를 통전시키기 위한 목적으로만 사

용하는 접점으로서 아크접점과 같은 내아크 성능을 가질 필요는 없

다. 단지, 재점호 등에 의해 발생하는 아크에 의한 손상이 예상되거

나, 투입전류가 매우 클 경우 열적/기계적 손상을 최소화하기 위하

여 주접점에도 아크접점과 같은 재료를 사용하는 경우가 있다.

(7) 노즐

노즐은 차단기가 고장전류를 차단할 때, 가스유동을 제어해 주는

부품으로서 그 기능상 매우 중요한 부품 중의 하나이다. 차단 시 직

접 아크에 노출되기 때문에, 내아크성/내열성 등도 확보하여야 하며,

적절한 절연성능도 가지고 있어야 한다. 최근에는 노즐 표면이 아크

초고압 GIS18

에 의해 손상되는 정도를 최소화하기 위하여, 무기재료를 테플론에

혼합한 강화테플론 재료를 사용하기도 한다.

(8) 절연로드

소재로는 FRP(Fiber Reinforced Plastic)를 사용하고 있으며 FRP는

유리섬유를 사용한 강화 플라스틱으로서 기계적 성능이 강철보다 우

수한 재료이며, 에폭시수지 등을 함침시킴으로서 전기적 성능도 대단

히 뛰어난 제품이다. 주로 차단기와 단로기 등의 가동부 조작용 절

연로드로 사용되며, 원소재인 Glass cross의 품질이 매우 중요하며,

초고압 차단기에 사용되기 위해서는 전기적 절연성능이 우수해야 하

므로 내부에 보이드(Void)가 존재해서는 안 된다.

(9) 고무패킹

초고압 GIS에는 기 용으로서 많은 종류의 패킹류가 사용되고 있

다. 그 용도에 따라, 그리고 사용환경에 따라 다른 소재로 제작된 패

킹을 사용하며, 현재 차단기에서 가장 많이 사용되는 패킹은 O-ring

(오링) 형태를 가지며, NBR(acryloNitrile Butadiene Rubber) 계통의

고무패킹이 널리 사용되고 있다. 고무패킹의 성능은 기 성과 탄성회

복률로 결정되는데, 장기간 사용된 패킹은 재사용하지 않는 것을 원

칙으로 하고 있다. 저온/고온용의 패킹에는 특수소재가 사용되며, 국

내 800kV GIS에서는 저온/고온 특성이 우수한 EPR(Ethylene

Propylene Rubber) 계통의 패킹을 사용하고 있다.

제 2 장 기술동향 분석 19

(10) 도체

도체는 기본적으로 전류를 통전시키는 역할을 하고 있다. 주로 동

이나 알루미늄 합금으로 만들어진 제품을 사용하고 있으며, 정상전류

에 대한 충분한 통전성능을 가지고 있어야 하며, 고장전류에 대해서

도 전자력에 대한 기계적 성능을 확보하고 있어야 한다.

(11) 탱크

탱크는 초고압 GIS에서 도체와 함께 가장 기본적인 구성요소이며,

가스를 내장하는 초고압 GIS의 외형 그 자체이다. 가스를 내장하여

초고압 GIS를 구성하는 것이 제일 중요한 역할이며 전류통전 능력도

있어야 하고, 전자력에 대한 기계적 성능도 충분히 가지고 있어야

한다.

2. 기술 개발 동향

가. 국내외 기술의 현황

(1) 국내기술 현황

800kV급 GCB/GIS의 경우, 한국전력공사의 생산기술기반사업 지

원과제로 한국전기연구원, (주)효성, 현대중공업(주)이 800kV 40kA

4,000A GCB를 순수 국내기술로 공동 개발하여 고전압 절연내력시험

및 일부 단락시험에서 성공을 거둔 바가 있다. 그리고 국내의 765kV

초고압 GIS20

송전계통이 2002년에 처음으로 상업화 운전이 개시되면서 (주)효성에

의해 1998년에 개발된 800kV 50kA 8,000A GIS가 사용되었다. 이 기

종은 현대중공업에 의해서도 2001년에 성공적으로 개발이 완료되어

국내의 초고압 GIS의 기술개발 능력을 전 세계에 과시하 다.

362kV급에서는 362kV 63kA 8,000A 2점절 GIS는 (주)효성의 주도

하에 한국전기연구원을 비롯한 위탁/참여기관들의 협조로 1998년도

에 개발시험을 마쳤으며 362kV 63kA 8,000A 1점절 GIS가 LG산전에

의해 2002년 4월에 개발이 완료되었다. 또한 중기거점기술개발 지원

과제로 수행한 극간 콘덴서 불용형 3상일괄 170kV 50kA GIS는 (주)

효성이 2001년 2월에, LG산전이 4월, 현대중공업이 7월에 각각 개발

시험을 완료하 다. 이 극간 콘덴서 불용형 GCB는 콘덴서가 차지하

는 공간을 줄일 수 있고, 세라믹 콘덴서의 수입 비용 절감 등의 장

점으로 인해 GCB/GIS의 소형․경량화 및 원가절감에 상당히 기여

하고 있다.

한편 2000년 6월에는 72.5kV 20kA 2,000A 전철용 GIS가 한국전기

연구원과 LG산전에 의해 공동으로 개발되었으며 동 기종의 가스차

단기는 열팽창실과 소형 파퍼실을 갖춘 복합소호방식을 채택한 국내

최초의 모델이며 소요 조작력이 작아 유압조작기 대신에 전동스프링

조작기를 사용하 다. 이러한 방식의 차단부 및 조작기 기술은 현대

중공업이 수출용 145kV 40kA GIS에 적용하여 2002년 12월에 IEC

622721-100 신규격에 의해 성공적으로 개발시험을 마쳤다. 현재는 국

내업체들에 의해 이 방식을 상위 기종인 170kV 50kA 및 245kV

40kA GCB에 적용하는 기술개발이 진행되고 있다.

최근 들어 초고압급 GCB/GIS의 수출이 증가함에 따라 수출용

GCB/GIS의 개발도 활발하여 현대중공업에서 1995년에 300kV 40kA

제 2 장 기술동향 분석 21

1점절 유압조작형 GCB, 2000년에는 245kV 40kA GIS의 개발시험에

성공하 다. 또한 (주)효성은 수출용으로 2000년 10월에 420kV 50kA

4,000A 50/60Hz 1점절 GIS 및 2000년 3월에 550kV 50kA 4,000A 2

점절 GIS의 개발 시험을 완료하 으며 LG산전은 2002년 11월에

72.5kV 31.5kA GIS(유압조작기)를 수출용으로 개발하 다.

초고압 GIS 진단분야에서는 한국전력공사가 765㎸급 GIS에 예방진

단기술을 이미 도입하 고, 예방 및 진단기술에 대한 연구과제는 수

행한 예가 더러 있지만 제품 및 구성부품의 상업화 개발은 아직 미

진한 수준이어서 일반 공공시설이나 산업체에 적용하기에는 성능과

경제성면에서 어려움이 있으며 평가하는 알고리즘과 측정기술의 외

국 의존도가 높은 편이다. 따라서 진단 및 감시를 위한 각종 센서와

이에 적합한 신호처리기들의 국산화는 측정부의 저가화와 함께 다양

한 경우의 데이터를 취득할 기회를 만들 수 있어 진단시스템의 기술

향상과 도입을 더욱 가속화시킬 수 있는 동기부여를 제공할 것으로

전망된다.

아래 <그림 2-3>은 초고압 차단기의 고전압, 대용량화에서 세계

최고 수준인 일본과 비교하여 우리나라의 초고압 차단기 1점절당 차

단용량의 증가추이를 나타낸다. 일본에 비해서는 아직 제품개발 시점

만 비교하면 10년 정도 뒤져있지만 현재 시점에서의 개발능력을 감

안한다면 그 격차는 3-5년 정도로 줄어든 것으로 평가된다.

(2) 해외기술 현황

초고압 GIS 분야의 해외 선진업체들의 기술현황을 2가지 관점에

서 살펴볼 수 있다.

초고압 GIS22

<그림 2-3> 초고압 차단기 1점절당 차단용량 증가추이

초고압 GIS 단품위주의 기술에서는 1994년에 일본에서 개발한 세

계 최고 수준인 1100kV 50kA 2점절 가스차단기를 들 수 있다. 이는

지난 1987년 경에 ABB 및 도시바에 의해 개발되어 남아공화국의

ESCOM(남아공화국 전력회사)에 설치된 800kV 50kA 4점절 GIS 이

300kV 1P 63kA550kV 2P 63kA800kV 3P 63kA1100kV 4P 63kA

300kV 1P 50kA550kV 2P 50kA1100kV 4P 50kA

300kV 1P 40kA300kV 2P 63kA550kV 2P 63kA

300kV 2P 50kA550kV 4P 50kA

168kV 1P 31.5kA

120kV 1P 25kA

72kV 1P 25kA

420kV 1P 50kA

550kV 1P 50kA

550kV 1P 63kA

170kV 1P 31.5kAGIS

145kV 1P 40kA

170kV 1P 31.5kA

362kV 2P 40KA

362kV 1P 40kA

800kV 2P 40kA

800kV 2P 50kA

550kV 1P 50kA

170kV 1P 50kA

362kV 2P 40kA

170kV 1P 50kA 170kV 1P 50kA GIS

0

5

10

15

20

25

30

1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000

Annual

Bre

akin

g c

apacity p

er

bre

ak [

GVA

]

JAPAN

KOREA

300kV 1P 63kA550kV 2P 63kA800kV 3P 63kA1100kV 4P 63kA

300kV 1P 50kA550kV 2P 50kA1100kV 4P 50kA

300kV 1P 40kA300kV 2P 63kA550kV 2P 63kA

300kV 2P 50kA550kV 4P 50kA

168kV 1P 31.5kA

120kV 1P 25kA

72kV 1P 25kA

420kV 1P 50kA

550kV 1P 50kA

550kV 1P 63kA

170kV 1P 31.5kAGIS

145kV 1P 40kA

170kV 1P 31.5kA

362kV 2P 40KA

362kV 1P 40kA

800kV 2P 40kA

800kV 2P 50kA

550kV 1P 50kA

170kV 1P 50kA

362kV 2P 40kA

170kV 1P 50kA 170kV 1P 50kA GIS

0

5

10

15

20

25

30

1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000

Annual

Bre

akin

g c

apacity p

er

bre

ak [

GVA

]

JAPAN

KOREA

제 2 장 기술동향 분석 23

후의 크나큰 기술적 진전이다. 그리고 초고압 차단기의 신뢰성을 향

상시키고 가격을 절감시키기 위한 기술적인 노력은 주로 유럽의 다

국적 기업들인 ABB, Siemens, Alstom 등에서 활발히 진행되어 조작

력을 획기적으로 감소시킨 Dynamic Self-compression type(능동 복

합소호형)의 245kV 50kA 차단기를 이미 개발하 다. 이 차단기는 소

요 조작력이 작아서 전동스프링 조작기를 채용함으로써 기계적인 스

트레스를 대폭 줄여 신뢰도를 높이고, 기존 유압 또는 공압 조작기

에 비해 크기도 줄 으며 유지 보수면에서도 장점이 많다. 그리고

최근에 ABB는 모터 구동방식의 조작장치를 개발하여 145kV 40kA

차단기에 장착한 것을 선 보 다. 모터 구동방식의 조작장치는 부품

수를 획기적으로 줄일 수 있고 외부환경 또는 차단조건에 따른 조작

특성의 제어가 가능해져 향후 경쟁력이 클 것으로 전망된다.

디지털 기술을 적용한 변전소 자동화 분야에서도 거의 상업화 완

료단계까지 도달하 으며, 디지털 릴레이, IED(Intelligent Electronic

Device, 지능형 전자장치), 시스템통합 기술, IT기술을 적용한 초고압

GIS 개발 등의 분야에서 큰 기술적인 진전이 이루어졌다. 향후 이

분야는 IT기술의 향과 세계적인 구조개편, 디지털 경제사회의 도래

로 인한 양질의 전기품질에 대한 수요증가로 인하여 더욱 성장할 것

으로 전망되어 지속적인 투자가 이루어지고 있다.

나. 연구개발 동향

(1) 국내 연구개발 동향

국내에서는 도시의 과 화에 따른 부지선정 문제로 인해 25.8kV급

초고압 GIS24

이상에서는 GIS화가 강력히 추진될 전망이며, 경제적인 요인으로

GCB 자체에 대한 소형화, 경량화, 저조작력화 등은 물론 GIS에 대한

Compact화도 중요한 변수로 부각되고 있다. 그리고 GCB에 대한 소

형, 경량화 및 저조작력화는 아크의 열팽창 에너지를 파퍼실린더의

압력상승에 효과적으로 이용하는 방법, 노즐 및 접점의 형상 개선,

노즐재질의 개선, 역류의 효과적인 이용, 양방향 조작방식의 채용 등

에 의해 지속적으로 이루어지고 있다.

차단기의 조작장치로는 현재까지 국내에서는 초고압용으로는 공압

또는 유압조작기가, 그리고 배전급에는 전동스프링 조작기가 주로 사

용되었다. 그러나 최근 들어서 세계적으로 초고압급에서의 유압조작

기 사용이 다소 주춤하고 있는 반면에 스프링 조작기의 채용이 점차

확대되고 있는 추세이며 이미 일부 선진업체에서는 245kV급까지 스

프링 조작기를 채용하고 있다. 현재 국내에서도 복합소호방식을 채용

한 초고압 차단기용으로 스프링 조작기 개발이 활발하여 가까운 시

일 내에 72/84kV급 및 145/170/245kV급까지 채용될 전망이다. 그러

나 스프링 조작기에 대해서는 아직 소재기술, 복잡한 메커니즘에 대

한 3차원 기계구조 해석기술(동작해석, 동하중해석, 강도해석 등)의

부족이 아쉬운 상태이다. 그리고 현재 배전급 차단기 및 개폐기용으

로는 magnetic actuator를 많이 채용하고 있는 추세이며, 이에 대한

연구개발 및 초고압용에도 적용 가능한 magnetic actuator의 개발에

주력하고 있다.

특기할 사항은 LG산전에 의해 2002년 4월에 개발이 완료된 362kV

63kA 8,000A 1점절 GIS와 (주)효성 및 현대중공업에 의해 개발된

800kV 50kA 8,000A GIS는 현재 세계 최고 수준의 초고압 대용량

GIS로 전 세계적으로도 상기 모델들을 개발한 실적이 있는 업체는

제 2 장 기술동향 분석 25

몇 개 되지 않는다. 더구나 기술도입이 아니고 해외 협력업체들로부

터 도움을 약간 받은 부분이 있긴 하지만 국내기술에 의해 개발되었

다는 사실은 초고압 GIS분야의 역사적인 쾌거임에는 틀림이 없다.

현재에는 초고압 GIS의 해외진출을 위한 기종 다양화와 최적설계를

통한 원가절감에 주력하고 있으며 대표적인 기종이 245kV 40kA,

420kV 50kA 및 550kV 50kA 등의 수출용 GCB/GIS이다.

그러나 아직도 우리나라의 차단기, GIS 기술은 선진국 수준에 비

해 상당히 뒤떨어져 있으며, 특히 최근 들어 선진외국 업체들의 신

기술 적용에 의한 이 분야 제품들에 대한 원가절감 및 신제품 개발

이 매우 활발하므로 이 분야의 국제경쟁력 확보를 위해서는 기초설

계기술의 자립이 절실히 요청되며, 이를 위해서는 기술개발을 위한

업계의 인식전환이 필수적이다. 즉, 실질적인 연구개발투자(연구비,

인력, 연구설비 등)가 지속적으로 추진되어야 하며, 개방화되고 있는

국제시장에 적극 진출하여 수출시장을 확보할 수 있는 경쟁력을 키

워야 한다.

근래의 국제 시장 여건은 차단기 또는 GIS 단품 위주의 공급체계

에서 변전소 또는 지역 단위의 시스템 공급체계로 이행 중에 있으며

(디지털 기술을 활용한 변전시스템 또는 변전 자동화 시스템 개발

등이 대표적인 예임), 선진 업체에서는 이러한 시스템 개발을 통해

더 많은 기업 이윤 및 경쟁력을 확보하고 있다. 이러한 견지에서 국

내의 차단기 관련 업체도 단품 위주의 개발 환경에서 벗어나 시스템

단위의 개발을 염두에 둔 연구개발이 필요하다.

세계 시장에서 국내 업체의 입지를 더욱 좁히는 또 한 가지 계기

는 해외의 선진업체들이 M&A를 통한 대형화 및 계열화를 완료함에

따라 선진업체들의 효율적인 R&D 역량이 더욱 커지고, 따라서 신제

초고압 GIS26

품 개발이 가속화되어 국제 시장에서의 경쟁은 더욱 더 치열해지고

따라서 가격 경쟁은 매우 심각해질 전망이다. 결국 국내업체는 외국

업체의 심한 견제와 국제 시장에서의 치열한 경쟁을 극복하기 위해

서는 독자적인 기술개발이 더욱 절실하다.

(2) 해외 연구개발 동향

(가) 일반현황

초고압 GIS 기술은 1900년대에 개발되기 시작하여 1970년대까지는

유럽과 미국이 기술개발과 세계시장을 주도하 고, 1980년대부터 현

재까지는 유럽과 일본이 기술개발을 선도하고 있으며, 1990년대에 들

어서서 일본이 정격전압 1,000kV 교류용 전력기기와 ±500kV 직류용

전력기기를 개발함으로써 세계에서 기술적으로 가장 앞선 국가가 되

었다.

초고압 차단기 및 GIS의 경우 1970년대부터 파퍼(Puffer)방식에 대

한 본격적인 연구로 발전하기 시작하여 1990년대에는 고전압화 연구

로 1점절당 최고 정격전압이 550kV, 대전류화 연구로 차단전류가

63kA까지 개발되었으며, 소호방식으로 하이브리드 파퍼(Hybrid

Puffer)방식이 개발되어 차단용량이 급속히 증가하 다. 조작방식으

로 가스, 공압, 유압 조작기의 순서로 개발되었고 조작에너지의 저감

화 및 조작속도의 고속화를 달성하여 245kV급까지 전동스프링 방식

을 적용하고 있다. 한편 300kV급 차단기와 550kV급 GIS 모선의 3상

일괄화 및 차단점절수의 저감으로 기기의 소형화도 달성하 다.

초고압 차단기 및 GIS의 대용량화, 고전압화, 저조작력화, 고속화,

제 2 장 기술동향 분석 27

3상일괄화, 소형화 등을 위해 각종 해석기술과 차단현상에 대한 해석

기술이 개발되었으며, 새로운 성능평가기술도 개발되었다. 해석기술

로는 냉가스유동, 온도분포, 아크, 전계, 자계, 응력, 운동 등을 해석

할 수 있는 프로그램을 개발하여 설계에 적용하 으며, 차단현상을

물리수학적 모델로 정량화하여 해석하는 기술도 개발하 다.

초고압 피뢰기의 경우 산화아연 소자를 개선하여 이용한 고성능피

뢰기를 개발하 으며, 피뢰기의 경량화와 소손시 비산을 방지할 목적

으로 폴리머(Polymer) 소재를 사용한 피뢰기애관 개발이 활발히 수

행되고 있다. 그리고 변압기, 개폐기 등의 과전압에 대한 보호용으로

기기내부에 내장할 수 있는 피뢰기도 개발되었다.

초고압 CT 및 PT의 경우 송전전압의 UHV(Ultra High Voltage,

초초고압)화에 따라 UHV급이 개발되었으며, 소형화 및 경량화와 철

심포화에 의한 오차를 개선하고 정 도를 향상시키기 위한 광응용

CT/PT의 개발도 완료되었다. 초고압 DS 및 ES의 경우 개폐시의 저

써지화를 위해 DS는 자계방식에서 저항취부방식으로 연구개발되었

으며, ES는 흡입형에서 고속도형으로 연구개발되고 있다.

(나) 세부기술 개발동향

1) 차단부

가) 파퍼형 차단부의 개선

최근 초고압 GCB 차단부는 파퍼형 이중유동방식((Double Flow)을

기본 차단부 구조로 하고 있으며, 각 국의 제조업체들은 이 기본방

초고압 GIS28

식에 각자 독특한 기술을 접목시켜 나름대로의 고유 차단부 모델을

제작하고 있다. 일본 히다찌 경우는 가동부, 고정부 가스배기시간을

일치시켜 가스압축후 배기에 의한 아크소호 효율을 극대화하는 방식

을 사용하고 있다. 일본 도시바 경우에는 한번 배출된 압축가스를

파파실린더 내부로 다시 유입시켜 가스사용 효율을 극대화하고, 소전

류ㅡ대전류 차단성능에 각각 효율이 높은 하이브리드 방식 차단부를

이용하고 있다. 한편 유럽 SIEMENS 경우에는 양측 접촉자를 모두

고정시키고 외부 실린더 가스만을 압축시켜 이중유동방식으로 아크

를 소호하는 차단방식을 채용하고 있다. 상기와 같은 차단방식은 가

장 오래 응용되어 온 각 업체의 기본 차단방식으로서 800kV 및

1100kV급, 80kA까지 응용되고 있다.

나) 신차단방식의 연구

신차단방식의 차단부로는 파퍼형을 더욱 개선시켜 아크의 열에너

지를 이용하는 복합소호형 차단부가 널리 활용되고 있다. 복합소호형

에는 배전급에 이용되는 로타리아크 소호방식과 72/84kV급 이상에

서 활용되는 열파파형 차단부가 개발되고 있다. 이 방식으로

Siemens에서는 조작력을 획기적으로 감소시킨 Dynamic

Self-compression type의 245kV 50kA 차단기를 이미 개발하 다. 그

리고 고전압, 대용량 차단부로서 흡입식 차단부가 개발된 사례도 있

으나 실제품에는 응용되지 않고 있으며, 이 차단부는 특히 차단시간

이 짧은 1사이클 차단부를 개발할 때 검토된 방식이다. 한편 대전류

차단방식에서는 조작력을 감소시키고, 고장전류의 전자력을 활용하기

위해 코일을 삽입한 방식을 사용하는 경우도 있다.

제 2 장 기술동향 분석 29

최근에는 차단기를 원하는 시점에 투입 또는 차단함으로써 개폐시

또는 차단시의 써어지를 줄이고 아크에너지에 의한 접점, 노즐의 손

상을 최소화 시킬 수 있는 개폐제어 또는 동기차단 기술의 개발이

활발하며 일부 기종에서는 이미 상업화가 이루어졌다.

다) 신 소호매질의 연구

SF6 가스는 가장 좋은 절연, 소호매질로 인정되고 있으나 가격이

비싸고 환경문제도 거론되고 있어, 그 대체 소호매질에 대한 연구가

활발히 연구되고 있다. 그러나 현재로서는 실용화된 것은 없고 단지

SF6 가스의 사용량을 줄이기 위해 질소가스 또는 공기와 혼합하여

사용하는 혼합가스에 대한 절연, 소호특성을 많이 연구하고 있다.

라) 고전압, 대용량 차단부 개발

고전압 차단부 개발은 신뢰성향상과 콤팩트화를 위해서 차단점절

수를 줄여서 구조를 간단히 하고 부품수를 줄이는 것이 목적이며,

대용량 차단부 개발은 전력계통의 고장전류의 증가에 대처하기 위한

것이다. 현재 차단점절당 차단용량은 일본에서 개발한 550kV 63kA

1점절 GCB의 경우가 26GVA로서 가장 크며, 1100kV 50kA 2점절 차

단기가 약 22.7GVA로 2번째이다. 고전압 차단부에는 계통의 써어지

억제를 위해 차단 및 투입저항을 사용하고 있는데, 이 저항이 차단

부에서 차지하는 용적비중이나, 신뢰성 저하에 미치는 향이 크기

때문에 열용량이 큰 콤팩트한 저항을 개발, 사용하여 차단부 전체를

소형화하려는 움직임도 있다. 대용량 차단부에서는 대전류 차단시 차

초고압 GIS30

단부 극간에 걸리는 과도회복전압의 상승률을 낮추기 위해 병렬로

콘덴서를 취부하여 사용하고 있는데, 이 콘덴서도 차단부 신뢰성을

감소시키는 역효과가 있기 때문에 차단성능을 향상시켜 콘덴서를 사

용하지 않는 대용량 차단부를 개발하고 있으며 일부 기종에서는 이

미 상업화가 이루어졌다.

2) 조작기

차단기 조작방식은 그 자체로서 차단성능에 크게 향을 주기 때

문에 조작방식의 선택은 매우 중요하다. 현재 널리 사용되는 조작방

식은 압축공기 방식, 전동스프링 방식, 유압조작 방식이 있다. 고전

압, 대용량에는 압축공기와 유압이 주로 사용되며, 소용량에 전동스

프링 방식이 주로 활용되고 있다. 그러나 최근에는 초고압, 대용량

차단기까지도 복합소호방식 등의 채용에 의해 소요 조작력을 대폭

감소시켜 유지보수에 장점이 있는 전동스프링 조작방식을 적용하고

있다. 일본의 경우 데드탱크형에서는 170kV급까지 코일형 스프링 조

작기를 이용하여 개발을 완료하 으며, 유럽의 경우 애자형 차단기

경우 S&E사가 420kV 63kA 2점절까지 태엽형 스프링을 이용한 전동

스프링방식을 채용하여 개발하 다.

유압 조작방식에서는 여러 가지 에너지 축적방식이 응용되고 있는

데, 일반적으로는 질소가스를 봉입한 축적기를 사용하고 있으나,

ABB 차단기의 경우에는 축적기로서 대형 스프링을 사용하기도 한다.

공기조작기나 전동스프링 조작기에서는 조작기와 별도로 외부에 오

일 대시 포트를 설치하여 완충장치로 활용하고 있으나, 최근 대용량

유압조작기에서는 조작피스톤 형상을 효과적으로 설계하여, 조작실린

제 2 장 기술동향 분석 31

더 내부에 완충장치를 설치하는 내장형 오일 대시포트방식을 채택하

고 있다. 이 방식을 사용하면 부품수 저감에 따른 조작기의 신뢰성

제고가 가능하며 대시포트조정의 불편이 없고, 오조정에 따른 성능저

하도 방지할 수 있다.

최근에 ABB는 모터 구동방식의 조작장치를 개발하여 145kV 40kA

차단기에 장착한 것을 선 보 다. 모터 구동방식의 조작장치는 부품

수를 획기적으로 줄일 수 있고 외부환경 또는 차단조건에 따른 조작

특성의 제어가 가능해져 향후 경쟁력이 클 것으로 전망된다.

3) DS/ES (단로기/접지개폐기)

DS의 주요 책무에는 충전전류차단과 모선루프전류 차단책무가 있

는데, GIS 정격전류가 대용량화 되어 가면서 DS 모선루프전류 차

단성능도 대용량화 되어가고 있다. 2000A급까지의 DS 소호부 구조

는 일반 병절형으로서 가동자, 고정자가 단순 배치되어 가동자의 속

도, 접점부의 형상(전계) 등에 의해 성능이 좌우되는 단순형상이 대

부분이다. 그러나 전류가 약 4000A 정도로 커지면 흡입형을 택하며,

8000A 또는 12000A까지 대용량화 되면 차단기와 같은 정도의 소호

성능이 요구되어 열파퍼 방식을 채택하고 있다.

DS의 조작방식도 압축공기와 전동스프링 방식이 있다. 최근에는

차단기 조작방식이 압축공기에서 전동스프링이나 유압조작방식으로

바뀌고 있기 때문에 DS 조작방식도 압축공기 방식에서 전동스프링

방식으로 변화되고 있다.

ES의 주요 책무에는 전자유도전류 차단과 고장전류 투입성능이 있

으며 정격 전자유도전류, 정격전압이 낮은 경우에는 DS와 같이 병절

초고압 GIS32

형이 사용되며, 고전압으로 갈수록 흡입형이 사용되고 있다. 투입성

능은 접점 이동속도에 크게 향을 받기 때문에 고속방식이 사용되

며, 저항을 설치하여 그 성능을 향상시키는 방식도 있다.

4) 모선

GIS에 사용되는 모선에는 절연설계 방식에 따라 2가지 형태가 있

다. 3상이 1개의 탱크 내에 함께 설치되는 3상일괄형과 각 상이 각

각의 탱크 내에 설치되는 상분리형이 그것이다. 일본의 경우 550kV

급까지 3상일괄형이 개발, 운용되고 있으며, 1100kV급의 경우에는

상분리형으로 개발되어 있다. 그리고 유럽의 ABB, Siemens 경우에는

400kV급까지 3상일괄형 모선이 개발되어 있다.

최근 GIS의 정격전류가 커짐에 따라 전류크기가 모선의 구조 및

재질을 결정하는 경향이 있다. 6000A - 12000A급의 경우에는 탱크재

질로 알루미늄을 주로 사용하고 있으며, 그 이하에서는 SS(일반구조

용 압연강재)나 STS(스텐레스 강재) 재질을 혼용해서 사용하고 있다.

알루미늄 탱크를 사용한 모선의 경우에는 설치방식에 따라 현지 용

접형과 플랜지 접속방식이 있는데, 최근에는 가격은 비싸지만 신뢰성

이 높은 플랜지 접속방식을 주로 사용하고 있다. 모선의 경우에는

파티클(금속입자)에 대한 절연성능 확보가 필수적이어서 파티클 트랩

이나 파티클이 발생하지 않는 구조를 채용하고 있다. 그리고 파티클

이 발생하더라도 잘 부상하지 않도록 탱크내부를 특수코팅으로 처리

하는 기술을 적용하는 경우가 있다.

제 2 장 기술동향 분석 33

5) 붓싱

자기(Porcelain)붓싱은 오래전부터 사용되어 왔으므로 기술개발은

거의 완료된 상태이고 사용에 따른 사고의 원인, 대책 등에 따른 부

분적인 연구만 이루어지고 있다. 자기붓싱 제조를 위한 설비 및 기

술에 대한 기반은 확고하지만 자기 자체의 성능이 실리콘고무에 비

하여 떨어지므로 실리콘고무 붓싱의 제조 및 시험을 중심으로 하여

활발한 기술개발이 이루어지고 있다.

최근 들어 실리콘고무 붓싱의 장기적인 성능이 매우 우수한 것으

로 밝혀짐에 따라서 기존에 사용 중이던 자기붓싱이 급격하게 실리

콘고무 붓싱으로 대체되어 가고 있다. 예를 들면 북미의 옥외용 애

자의 신규 물량 중에서 실리콘고무 애자의 비중은 배전급은 90%이

상, 송전급은 50%이상을 차지할 정도로 크게 증가하 다. 이에 따라

기존의 세계적인 붓싱 및 애자 제작업체가 실리콘고무 애자/붓싱 개

발에 박차를 가하고 있으며 유럽 및 미국을 중심으로 선진업체들이

345kV까지 상용화를 하 으며 500kV 이상에 대해서도 시사용 중이

다.

6) 해석기술

가) 전계해석

전계해석 방법에는 크게 역분할법과 경계분할법이 있으며, 세분

하면 역분할법에는 차분법과 유한요소법으로, 경계분할법에는 전하

중첩법과 표면전하법으로 구분할 수 있다. 각각 장단점을 가지고 있

초고압 GIS34

지만, 3차원해석이나 계산결과의 정확도에 있어서는 전하중첩법이 우

수하며 경계형상이 복잡한 경우에는 유한요소법이 보다 우수한 것으

로 알려져 있다. 그러나 전하중첩법은 사용시에 상당한 경험과 숙달

이 요구되며 복잡한 경계면 처리에 불리하며, 유한요소법은 정확도와

3차원처리에 있어서 다소 불리하다.

현재 전계해석을 위해서는 다양한 상용 프로그램들(예,

MAXWELL, FLUX, ELF, Vector Field, MagNet 등)이 있으며 주로

유한요소법을 채용하고 있다. 이 분야의 국내수준도 국제적으로 손색

이 없을 정도로 높은 경지에 도달해 있으며, 특히 서울대를 중심으

로 한 그룹은 자체에서 개발한 우수한 프로그램을 사용하여 많은 좋

은 결과를 얻고 있다.

전계해석은 GCB 및 GIS가 고압ㆍ대용량화 되고 소형화 됨에 따라

더욱 중요성이 높아지고 있으며, GCB인 경우 소호실내의 전계해석,

특히 콘덴서설치의 향, 주접점과 아크접점의 형상 및 스트로크

(Stroke) 곡선에 따른 향 등이 많이 연구되며, GIS인 경우에는 절

연 스페이서의 개발과 모선의 배치, 탱크설계 등에 많이 이용되고

있다. 현재 초고압 GIS 분야에서 전계해석기술의 최대 관건은 업체

에서 실제 설계시에 적용할 최대전계강도 허용치 또는 기준치 설정

이다. 즉 주어진 형상에 대한 전계해석은 거의(일부 특수한 3차원 케

이스 제외) 문제가 없으나 실제 제작업체에서 절실하게 필요로 하는

설계허용치 또는 기준치는 전압, 차단부 형상, 소호방식, 재질 등에

따라 크게 향을 받기 때문에 이에 대한 체계적인 연구가 필요하다.

이것은 다양한 모델기기에 대한 수많은 전계해석과 실증시험을 통해

서만 결과확보가 가능한 매우 방대하고 어려운 작업이다.

제 2 장 기술동향 분석 35

나) 냉가스 유동해석

냉가스해석은 아크가 존재하지 않는 경우에 대한 유동해석이며 기

존 범용의 상용 CFD(Computational Fluid Dynamics) 프로그램이 주

로 이용되며, 일본의 경우는 FLIC (Fluid In Cell) 방법을 이용한 전

용 프로그램을 개발하여 많이 사용하고 있다. 냉가스해석용 상용 프

로그램은 FEM (Finite Element Method)이나 FVM(Finite Volume

Method)을 주로 사용해 왔다. 그러나 최근 들어서는 FVM CODE가

대세를 이루고 있으며 FEM CODE로는 현재 ANSYS만이 겨우 명맥

을 유지하고 있는 실정이다. 현재 FVM CODE로는 FLUENT,

PHOENICS, CFX, STAR-CD 등이 많이 사용되고 있다.

초고압 가스차단부의 냉가스 해석이 가능한 다양한 상용 프로그램

들이 있다. 그러나 차단기의 가동부를 효과적으로 모의하여 신빙성이

있는 해석결과를 제시하고 있는 경우는 드문 편이다. 현재 국내외

연구자들은 대부분 PHOENICS를 사용하여 좋은 결과를 얻고 있다.

상용 프로그램은 입ㆍ출력기능이 편리하게 되어 있으며 계산결과에

대한 신뢰성은 좋으나 프로그램이 범용이어서 소요되는 메모리 용량

이 커야 하며, 계산시간이 많이 소요되며 숙달되는데 상당한 기간이

요구되는 단점이 있다.

냉가스해석은 소호부내의 가스 도, 압력분포, 속도분포를 주로 계

산하여 소호부의 노즐, 주접점, 아크접점 등에 대한 최적형상을 구하

는데 이용되며, 특히 진상소전류 차단성능을 개선하기 위해 널리 사

용되고 있다. 전계해석 및 냉가스해석을 결합시키면 소전류차단성능

의 예측이 가능하며 이 경우 주어진 형상의 소호부에 대하여 값비싼

단락시험에 의하지 않고도 취약한 부분을 찾아내어 수정을 함으로써

초고압 GIS36

설계 및 제작상의 효율을 높일 수 있다.

다) 열가스 유동해석

아크가 존재하는 경우의 소호부내의 유동해석을 아크해석 또는 열

가스해석이라고 하며 냉가스해석에 비해 해석상에 어려운 점이 많다.

열가스해석에 의해 노즐내의 압력, 전계, 도, 속도 등의 분포를 계

산할 수 있으며, 전류차단후의 열적회복특성이나 절연회복특성까지도

정성적인 분석은 가능하다. 아크가 존재하게 되면 우선 아크접점

이 고온의 아크전류에 의해 용손이 되며, 이 현상은 수식화 하기가

거의 불가능하다. 전류가 커지면 아크의 직경이 커져서 결국에는 노

즐목 부분을 막아 버리는 노즐폐색현상이 일어나기도 한다. 그리고

고온의 아크 플라즈마로부터 방출되는 방사현상 (Radiation)에 대한

정확한 모델링도 아직은 어려운 상태이다. 또한 이 방사된 에너지가

노즐내벽에 도달하면 현재 주로 노즐의 재질로 사용되고 있는 테플

론(PTFE)인 경우는 용삭(Ablation)이 많이 일어난다. 이런 모든 현상

들을 아크모델에 정확하게 고려하는 것은 현재로서는 거의 불가능한

실정이다. 따라서 한정된 특수한 상태에서 계산을 하는 방법(예, 짧

은 기간 동안에 일정한 DC 전류로부터 전류를 감소시켜서 0점에 이

르게 하는 방법 등), 실험결과에서 어떤 변수를 얻어서 계산을 하는

이론과 실험을 병용하는 방법(예, Integral Method) 등에 의해서 정

성적인 아크해석을 하는 것이 주된 흐름이었다.

최근 들어 일본을 중심으로 FLIC(Fluid In Cell)법을 이용하여 초

고압 GCB의 차단부에 대한 열가스해석을 활발히 하고 있으며 그 결

과를 GCB 설계에 적용하여 상당한 효과를 보고 있다. 그러나 이들

제 2 장 기술동향 분석 37

은 아크직경을 경험에 근거한 추정치를 사용하고 있어 정확도에 있

어 아직 한계가 있다. 현재 국의 Liverpool 대학, 독일의 Aachen

대학, 그리고 일본의 주요 전력기기 제조업체들에서는 차단기의 가동

부의 이동에 대한 모의가 용이하고 User-coding이 가능한 상용 CFD

프로그램인 PHOENICS를 이용하여 열가스해석을 하고 있으나 해석

결과에 결정적으로 향을 미치는 아크에 대한 모의방법은 서로 다

르다. 국의 Liverpool 대학은 PHOENICS에 그들이 보유하고 있는

아크모델을 접합시키는 데 성공하 으며 245kV 40kA 복합소호형

GCB 차단부에 대한 열가스해석을 수행하여 아주 좋은 결과를 얻었

다.

추후 열가스해석 결과의 정확도가 보다 더 향상되면 초고압 GCB

차단부 설계에 획기적인 도움이 될 것으로 보이며 해외 중전기 선진

업체들은 이 분야의 기술개발에 심혈을 기울이고 있다. 열가스해석

다음 단계는 차단시의 아크접점의 용손에 의한 Cu 및 W의 금속증

기 혼입의 향을 고려한 차단성능해석이 주요 과제로 대두될 전망

이다.

라) 차단성능해석

차단부에 대한 해석기술들의 궁극적인 목표는 단락시험에 의하지

않고도 설계된 차단부의 차단성공 여부를 예측/판단하는 것이므로

차단성능해석의 중요성은 점차 증가하고 있다. 현재 소전류차단성능

해석은 상당한 수준까지 도달하 으나 대전류차단성능 해석은 아크

모델을 이용한 정성적인 해석은 다소 실시된 바가 있으나 아직은 초

기단계이다. 최근 들어 국 Liverpool 대학에서는 상용 CFD 프로그

초고압 GIS38

램과 아크모델을 결합시켜 대전류차단성능 해석을 하여 좋은 결과를

얻었다. 그러나 위에서 언급한 궁극적인 목표를 달성하는 데에는 아

크접점의 용손, 테플론 노즐의 용삭, 노즐폐색 등까지 포함한 차단성

능 해석기술의 개발이 필요하다.

(3) 해외 주요업체 기술개발 동향

(가) ABB

2002년에 Motor-drive 방식의 조작기를 장착한 145kV 40kA GCB

를 세계 최초로 개발하 다. 최근에는 변전소 자동화 (SA,

Substation Automation) 기술 개발에 총력을 기울이고 있으며 현재

일부 시스템은 개발을 완료하여 전력회사에 공급을 계획하고 있다.

(나) SIEMENS

245kV급 이하의 가스차단기에 열파퍼 방식을 적용하여 개발을 완

료하 으며 초고압 GCB/GIS 전기종에 대해 축소화 기술을 개발 중

에 있다. 최근에는 ABB와 마찬가지로 변전소 자동화 기술 개발에 총

력을 기울이고 있다.

(다) Alstom

2003. 9월에 Alstom의 송변전 부문이 Areva로 흡수되었다. 최근에

는 발전기용 차단기 개발, 스프링조작기 축소화 기술 개발, 알루미

제 2 장 기술동향 분석 39

늄 주물 탱크 대용량화 기술 개발, 축소형 245/300kV GIS 개발 등

에 주력하고 있으며, 역시 변전소 자동화 기술 개발에 많은 투자를

하고 있다.

(마) Va Tech

국의 전력기기 업체인 Reyrolle을 흡수한 이후 초고압 전력기기

의 표준화/모듈화 생산 기술 개발, 초고압 GIS 축소화 기술 개발에

주력하고 있다. 변전소 자동화 기술 개발은 후발업체이지만 적극적인

연구개발을 하고 있다.

(사) Japan AE

효율적인 R&D 및 해외시장 공략, 제조원가 절감 등을 목적으로

2001. 7. 1에 Hitachi, Fuji, Meidensha를 통합하여 설립하 다. 현재

는 GIS 축소화 및 원가절감 기술 개발, 변전소 자동화 기술 개발, 전

력기기용 예방진단 기술 개발에 주력하고 있다.

(아) T&M T&D

2002. 10. 1에 도시바와 MELCO를 통합하여 설립하 으며 R&D

분야의 통합 운 을 통하여 신기종 개발에 있어서의 협조체계의 구

축을 완료하 다. 현재는 변전소/전력기기 축소화 기술 개발, 변전소

자동화 기술 등에 주력하고 있다.

초고압 GIS40

다. 정부지원 정책

현재 정부차원에서 초고압 GIS 분야를 효과적으로 지원할 수 있는

제도적인 방안으로는 산자부의 연구개발지원사업으로서는 한국산업

기술평가원(ITEP)에서 전담하고 있는 산업기술개발사업과 산업기술

기반조성사업, 그리고 한국전력연구원 전력기반조성사업실(ETEP)에

서 전담하고 있는 전력산업연구개발사업과 인프라구축지원사업 등이

있다. 각 사업마다 세부사업들이 있으며 사업성격에 따라 다소간의

차이가 있다. 산자부의 다양한 사업 중에서 초고압 GIS 분야와의 연

관성을 가진 사업들을 아래 <표 2-2> 및 <표 2-3>에 나타내었다. 참

고로 ETEP의 전력산업연구개발사업은 전력시장경쟁력강화사업, 전력

공급안정화기술개발사업, 환경친화전력기술개발사업, 미래혁신전력기

술개발사업 등 4개의 세부 연구개발사업으로 구분되어 있다.

한편 과기부에서도 전담기관인 한국과학기술기획평가원(KISTEP)을

통해 주로 기초, 응용, 미래기술 등의 다양한 분야를 특정연구개발사

업(NRL 등)을 통해 지원하고 있다. 자세한 사업별 목적, 지원대상

및 지원조건 등은 해당기관의 홈페이지를 참고하면 될 것이다.

최근까지 전력기기를 포함한 전력산업분야의 기술개발에 대한 정

부차원의 지원은 반도체, 조선, 자동차, 통신, 생명과학 등 타 분야에

비해 다소 미흡하 던 것은 사실이다. 그러나 극히 최근에 발생한

북미지역 및 이탈리아의 대규모 정전사태, 국 런던의 장시간 정전

사태 등으로 인하여 정부에서 전력산업을 바라보는 시각에 상당한

변화가 감지되고 있으며, 또한 전력산업의 구조개편, IT산업의 발전,

그리고 디지털 경제사회가 도래함에 따른 고품질 전기수요에 대한

욕구증가 등으로 인하여 정부차원에서 “전력산업 IT화”를 적극적으

제 2 장 기술동향 분석 41

로 추진하고 있어 초고압 GIS 분야에도 크게 도움이 될 전망이다.

<표 2-2> 산자부 산업기술개발사업

순번 사업명 연관성 순번 사업명 연관성

1 공통핵심기술개발사업 ○ 8 지역특화기술개발사업 △

2 중기거점기술개발사업 ○ 9 항공우주기술개발사업 -

3 차세대신기술개발사업 △ 10 민군겸용기술개발사업 -

4 신기술실용화기술개발사업 △ 11 전자상거래기술개발사업 -

5 핵심기반기술개발사업 △ 12 국제협력기술개발사업 △

6 표준화기술개발사업 ○ 13 청정생산기술개발사업 △

7 부품소재기술개발사업 ○ 14 디자인기술개발사업 △

<표 2-3> 산자부 산업기술기반조성사업

순번 사업명 연관성 순번 사업명 연관성

1 산업기술기반구축사업 ○ 4 전자상거래기반구축사업 -

2 지역진흥기반구축사업 △ 5 국제기술협력기반구축사업 △

3 부품소재기반구축사업 ○ 6 기술연구집단화사업 △

라. 기술의 수준

다음 <표 2-4>는 국내 초고압 GIS의 기술수준을 해외 선진국의 기

술수준과 비교한 결과이며 설계, 소재, 가공 및 조립 기술로 구분하

여 비교하 다. 국내에서는 가공 및 조립 기술은 선진국들과 비교하

여 이미 상당한 수준에 도달하 으나 아직도 설계 및 소재 기술 분

야에서는 차이가 크다. <표 2-5>는 초고압 GIS의 세부기술별로 선진

초고압 GIS42

외국과 비교하여 국내의 기술수준을 분석한 결과이며 차단부 구동을

위한 구동장치와 IT 적용시의 시스템 통합기술에 있어서 특히 많이

뒤떨어져 있다. <표 2-6>, <표 2-7>, <표 2-8>은 차단기, GIS 등의 개

폐장치의 연구개발을 위한 필수적인 설비인 단락시험설비의 국내․

외 보유현황을 나타내고 있으며 국내의 시험설비도 선진외국과 비교

해서 큰 손색은 없는 편이다.

<표 2-4> 국내 초고압 GIS의 기술수준 비교

구분기술내용

설계기술 소재기술 가공기술 조립기술

170kV급 이하

경쟁국 : 독일,

프랑스, 스위스

한국 95 한국 85 한국 98 한국 98

스, 일 100 스 100 독일 100 독, 일 100

170/245/300kV급

경쟁국: 독일,

프랑스, 스위스

한국 90 한국 80 한국 95 한국 98

독일 100 스, 일본 100 독일 100 일본 100

362/420/550kV급

경쟁국: 독일,

일본, 프랑스

한국 90 한국 75 한국 95 한국 98

독, 일 100 일본 100 독일 100 일본 100

800kV급 이상

경쟁국 : 독일,

일본, 스위스

한국 85 한국 70 한국 90 한국 95

일 100 스, 일 100 일 100 스, 일 100

기술격차 내용 및

원인

● 특수 단품기기의 국내 산업이 취약

● 개발 전문인력 및 경험 부족

● 관련소재 산업기술 취약

● 붓싱, 절연봉 및 일부 부품 수입

● 지속적인 연구개발 투자부족

● 800kV급 GIS까지 국내기술로 개발

제 2 장 기술동향 분석 43

<표 2-5> 초고압 GIS 세부기술별 선진 외국대비 기술수준

분야 기술항목

선진국 대비 기술수준

부족다소

부족동등 우월

보다

우월

초고압

GIS

개폐제어 기술 O

기초 설계기술 O

소재∙부품 기술 O

구동장치 기술 O

계통 해석기술 O

제조∙공정 기술 O

IT 적용기술

시스템 통합 기술 O

IED(H/W) 기술 O

IED(S/W) 기술 O

감시진단 기술 O

통신 기술 O

성능평가

성능평가 설비 O

제어측정 기술 O

성능평가 기술 O

규격적용 및 해석 O

<표 2-6> 국내 단락시험설비 보유현황

구분 내 용

보유기관 한국전기연구소(경남 창원) LG 산전

설비용량

∙ 단락발전기 : 3상 4000MVA at 3

Cycles

∙ 단락변압기 : 1상 1000MVA × 3대

∙ 합성시험 설비 : 4MJ

∙단락발전기:3상 750MVA

at 3 Cycles

시험용량 ∙ 25.8kV 이하 : 40kA

∙ 170kV - 800kV : 63kA

∙ 7.2kV : 40kA

∙ 25.8kV : 20kA

준 공 일 1982. 10.28 2000. 9

초고압 GIS44

<표 2-7> 해외 연구∙시험기관 단락시험설비 보유현황

국 명 시 험 기 관 보 유 현 황

네 덜 란 드 KEMA

∙750MVA × 2

∙1,250MVA × 2

∙2,100MVA × 4

이 태 리 CESI∙2,000MVA

∙3,000MVA Network

캐 나 다 IREQ∙6,300MVA by Network

∙6,000MVA by Network

중 국 XIHARI∙500MVA

∙2,500MVA × 2

국 FALCON∙100MVA

∙5500MVA

프 랑 스 EDF∙1,860MVA

∙3,000MVA

프 랑 스 VOLTA∙600MVA × 2

∙2,000MVA

미 국POWERTESR

(KEMA)

∙1,000VA

∙2,500MVA

일 본 CRIEPI ∙4,000MVA

<표 2-8> 일본 중전기기업체의 단락시험설비 보유현황

회 사 명 보 유 현 황 회 사 명 보 유 현 황

TOSHIBA

∙2,300 MVA

∙4,900 MVA

∙ 342 MVA

MELCO ∙4,100 MVA

∙1,000 MVA

MEIDENSHA ∙1,600 MVA HITACHI ∙3,000 MVA

∙1,000 MVA

FUJI ∙2,000 MVAENERGY

SUPPORT

∙250 MVA

∙500 MVA

TERASAKI ∙1,300 MVA × 2 TOGAMI ∙200 MVA

주: 현재는 M&A 결과 회사명이 변경된 부분이 있으나 소재지를 밝히는 의

미에서 구 회사명을 그대로 사용하 음

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 45

제3장

기술문헌․특허정보 분석

본 장에서는 GIS에 관련된 기술문헌 및 특허정보 분석을 통해 연

구개발 현황 및 기술의 발전 추이를 분석하고자 한다.

1. 문헌정보분석 및 기술개발 동향

가. 정보분석 대상 DB

INSP

INSPEC은 국의 전기공학회(IEE)의 정보부인 INSPEC

(Information Service for the Physics and Engineering

Communication)에서 제작되는 데이터베이스로서 물리, 전기전자, 컴

퓨터, 제어공학, 정보기술분야의 4개의 초록지 “Physics Abstracts,

Electrical & Electronics Abstracts Computer & Control Abstracts,

IT Focus-Information Technology Update for Manager"의 내용을 수

록하고 있다.

초고압 GIS46

<정보원>

학술잡지 : 약 80%를 차지하며 정기적으로 3,000종 이상의 잡지로

부터 선정, 수록한다.

학술회의자료 : 약 15%

단행본, 기술보고서, 학위논문, 특허 : 5%

<정보 규모>

- 수록기간 : 1978∼현재

- 갱신주기 및 건수 : 약 16,000건 /월

- DB제작기관 : 국전기공학회

<표 3-1> INSPEC 수록분야

Atomic and Molecular PhysicsGases, Fluid Dynamics, and

Plasmas

Computer Programming and

ApplicationsGeneral Topics

Computer System and Equipment Elementary Particle Physics

Condensed Matter : Electrical,

Magnetic, and Optical PropertiesInstruments and Measurement

Condensed Matter : Structure,

Thermal, and Mechanical PropertiesInterdisciplinary Subjects

Control TechnologyInformat ion/communica t ion

Science and Engineering

Electrical and Magnetic DevicesMathematics and Mathematical

Physics

Electromagnetics, Optics and

CircuitsNuclear Physics

Electronic Engineering Power Systems and Applications

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 47

나. 분석범위 및 방법

본 분석에서는 초고압 GIS에 대하여 데이타를 조사하 다. 조사대

상기간은 2003년 10월까지로 하 다. 그리고 조사방법은 DB필드의

ID를 <표 3-2>와 같은 KW를 사용하여 정보검색을 실시하 으며 검

색결과 건수는 <표 3-3>과 같다.

<표 3-2> 대상 DB 검색 키워드

검색어 검색어( 문)

초고압 가스 차단기Gas-Insulated Substation, Gas Insulated

Substation, GIS, Gas insulated substations

<표 3-3> 대상 DB 검색결과 건수

DB명 수록내용 및 범위 검색건수

INSPEC물리, 전기전자, 컴퓨터, 제어공학, 정보기술분야

의 4개의 초록지의 내용을 수록453

초고압 GIS48

다. 문헌정보분석

(1) 연도별 문헌건수 및 누적 문헌건수

<그림 3-1>에 관련 문헌의 연도별 수록건수와 누적건수를 나타내

었다. 여기에서 2001년 이후의 데이터는 아직 등록되지 않는 자료들

이 많이 있기 때문에 큰 향이 없음을 미리 밝혀둔다.

등록 자료 건수별로 살펴보면 1970년 1건으로 출발하여 1980년대

중반까지는 증가세가 보이지 않다가 1990년대 중반에 급격한 증가를

보이고 있으며, 그 이후 현재까지 꾸준히 증가하는 추세를 보이고

있다.

<그림 3-1> 연도별 문헌건수

0

10

20

30

40

50

60

1970

1971

1972

1974

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

발행년도

문

헌

수

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

누

적

문

헌

수

문헌수

누적문헌수

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 49

(2) 연도별 국가 문헌건수

세계 각국의 기술 수준을 <그림 3-2>의 문헌발표 건수를 통해 살

펴보면 일본, 독일, 국, 중국, 미국 등의 순으로 문헌을 발표하고

있으며, 한국은 세계 10위권에 들지 못해 GIS 분야의 기술이 선두

그룹과 상당히 격차가 있음을 보여주고 있다. 특히 문헌발표 건수를

기준으로 볼 때 이들 나라 중에서 일본, 독일, 국이 전체의 49%를

차지해 다른 국가들에 비해 활발한 연구 활동을 하고 있는 것으로

나타나고 있다. 그리고 <그림 3-3>의 연도별/국가별 문헌건수를 통

해 최근 들어 상위권 국가 외에 인도의 문헌등록건수가 다른 국가들

에 비해 월등히 증가하 음을 알 수 있다.

<그림 3-2> 국가별 문헌발표 비율

독일14%

기타21%

영국13%중국

8%

미국8%

인도5%

프랑스3%

스위스3%

일본22%

캐나다3%

초고압 GIS50

<그림 3-3> 연도별/국가별 문헌등록건수

(3) 연도별 저자 및 소속기관별 문헌발표 건수

주요 저자들의 문헌발표추이를 분석한 결과를 <그림 3-4>에 나타

내었다. 저자들의 문헌발표 순위를 살펴보면 국 Strathclyde Univ.

소속의 Farish, O.가 24건으로 선두에 위치하고 있으며, 다음으로

Centre for Electr. Power Eng.의 Hampton, B.F가 21건, Glasgow 소

속의 Judd, M.D.가 17건 등의 순으로 나타나고 있다.

<그림 3-5>에서 이들 저자들의 연도별 발표빈도를 살펴볼 때 두드

러진 현상은 1990년도 중반에 활발한 연구를 보이던 Strathclyde

Univ. 소속의 Farish, O.와 Centre for Electr. Power Eng.의

Hampton, B.F가 1990년도 후반 이후 문헌발표수가 급격히 둔화된

반면에 Judd, M.D.와 독일의 Feser. K.의 문헌발표수가 늘어났다.

0

2

4

6

8

10

12

14

문

헌

수

1972

1974

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

기타일본

독일영국

중국미국

인도스위스

캐나다프랑스

발행년도

국

가

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 51

<그림 3-4> 저자랭킹

<그림 3-5> 연도별/저자별 분석

0

5

10

15

20

25

30

Farish,

O.

Ham

pto

n,

B.F

.

Judd,

M.D

.

Sakakib

ara

,

T.

Mura

se,

H.

Feser,

K.

Wakabaya

shi,

S.

Boeck,

W.

Pears

on,

J.S.

Oku

bo,

H.

저자

문

헌

수

0

1

2

3

4

5

6

7

문헌

수

1980

1986

1989

1990

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

F a r is h , O .H a mp to n , B.F .

Ju d d , M .D .S a ka k ib a ra , T .

M u ra s e , H .F e s e r , K.

W a ka b a y a s h i, S .

Bo e c k , W .P e a rs o n , J.S .

O ku b o , H .

발 행 년 도

저자

초고압 GIS52

<그림 3-6>에서 소속기관의 문헌발표 순위를 살펴보면, 국

Strathclyde Univ.의 27건을 비롯하여 일본의 Mitsubishi Electric Co.

가 21건, 국내의 경쟁사인 Toshiba와 Tokyo Electric. Power가 각각

11건 등의 순으로 나타나고 있다. 10위 안에는 일본 5, 독일 2, 인도

1, 중국 1, 국 1개가 포함되어 있다.

<그림 3-7>의 연도별/저자소속기관별 발표문헌 건수 분석에서는

최근 들어 중국의 Xi'an Jiaotong Univ.와 일본의 Chubu Electric

Power의 문헌발표가 두드러지게 증가하고 있는 것으로 나타나서, 초

고압 GIS 분야에서의 중국의 연구개발이 활발히 진행되고 있는 것을

짐작하게 하고 있다.

<그림 3-6> 소속기관랭킹

0

5

10

15

20

25

30

Strath

cly

de

Univ

.

Mitsubis

hi

Ele

ctric

Toshib

a

Toky

o

Ele

ctr.

Pow

er

Munic

h

Univ

. of

Tech.

India

n Inst.

of

Sci.

Xi'an

Jiaoto

ng

Univ

.

Stu

ttgart

Univ

.

Chubu

Ele

ctric

Pow

er

Kansai

Ele

ctric

Pow

er

저자 소속기관

문

헌

수

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 53

<그림 3-7> 연도별/소속기관별 분석

(4) 연도별 저자수

<그림 3-8>은 문헌발표 건수 대 저자수의 관계를 통하여 기술의

발전 추이를 살펴본 것으로 1975년까지 문헌발표 4건에 저자 14명에

불과하 으나 1976년~1980년 59명으로 크게 증가하 으나 1981~1985

까지는 60명으로 단 한명의 저자수가 늘어났다. 1986년~1990년 109

명, 1991년~1995년 294명, 1996년~2000년 639명으로 증가하 다. 이

를 통해 GIS 기술분야 연구가 더욱 활발해 지고 있는 것을 알 수 있

다.

0

1

2

3

4

5

문

헌

수

1974

1979

1980

1981

1982

1986

1987

1989

1990

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

Strathclyde Univ.Mitsubishi Electric

ToshibaTokyo Electr. Power

Munich Univ. of Tech.Indian Inst. of Sci.

Xi'an Jiaotong Univ.Stuttgart Univ.

Chubu Electric PowerKansai Electric Power

발행년도

소

속

기

관

초고압 GIS54

<그림 3-8> 연도별 저자수

1970~1975

1981~19851976~1980

1986~1990

1991~1995

1996~2000

2001~2003

0

100

200

300

400

500

600

700

0 50 100 150 200 250

문헌수

저

자

수

(5) 기술분류별 건수

문헌발표 건수가 상위 10위안에 해당하는 기술분류에 대하여 <그

림 3-9>에 나타내었다. 그림을 살펴보면, 역시 Substation 분야에 대

한 연구가 전체에 36%를 차지하여 연구개발이 가장 집중되어 있음

을 보여주고 있으며, 그 다음이 Gaseous insulation, breakdown

and discharges, Switchgear, Inorganic insulation, Transformers

and reactors, Insulation and insulating coatings, Dielectric

breakdown and discharges, Charge measurement, Power

engineering computing, Power system protection에 해당하는 문

헌이 차지하고 있다.

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 55

<그림 3-9> 기술분류별 비율

B2810E

16%

B8375

36%

B8140

3%

B2830E

10%

B8350

6%

B2830

5%

C7410B

4%B7310C

4%

B2810D

4%

B8370

12%

분류 분야 문헌수

B8375 Substations 428

B2810E Gaseous insulation, breakdown and discharges 189

B8370 Switchgear 133

B2830E Inorganic insulation 110

B8350 Transformers and reactors 65

B2830 Insulation and insulating coatings 54

B2810D Dielectric breakdown and discharges 48

B7310C Charge measurement 48

C7410B Power engineering computing 44

B8140 Power system protection 31

초고압 GIS56

문헌발표 건수가 상위 10안에 드는 국가의 문헌을 기술별로 분석

여 도표화하 다. <그림 3-10>에서 일본, 미국, 독일이 GIS 전분야의

기술에 대해 가장 많고 포괄적인 연구개발을 하고 있음을 알 수 있

다. 나머지 국가인 프랑스, 캐나다, 인도, 등은 Charge measurement

분야에서의 기술개발이 이루어 지고 있지 않고 있다.

<그림 3-10> 국가/기술분류별 분석

0

20

40

60

80

100

120

140

문

헌

수

기타

독일

미국

스위

스

영국

인도

일본

중국

캐나

다

프랑

스

기타B8375

B2810EB8370

B2830EB8350

B2830B7310C

B2810DC7410B

국가

기

술

분

류

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 57

(6) 발간 형태별 및 처리코드별 건수

<그림 3-11>의 발간자료 형태별 비율을 보면 프로젝트 또는 장기

연구축적 결과에 따른 기술보고서나 단행본과 기술적 내용의 향상과

개발에 관련된 기술우위를 나타낼 수 있는 저널 및 컨퍼런스 자료,

잡지에 비슷한 분포로 집중되어 있음을 보여주고 있으며, 이는 관련

기술의 연구개발 단계와 업체에서의 기술을 활용한 실용화 단계가

공존하고 있음을 보여주고 있다.

<그림 3-11> 자료형태별 비율

보고서

1.8%

잡지

44.6%학회출판물 및 보

고서

53.6%

등록문헌의 처리코드를 통해 관련기술의 개발현황을 분석해 보면

<그림 3-12>와 같다. 직접적인 실제사용(P)과 실험방법, 관찰 등의

결과(X), 이론적/수학적 방법으로 처리(T)에 관련된 문헌이 대부분이

초고압 GIS58

고 일부 N(새로운 개발)도 있었으나, 발표건수가 증가하지 않고 있

다. 특히 1994년 이후에는 이론적/수학적 방법으로 처리(T)의 증가가

두드러지게 나타나고 있다.

<그림 3-12> 처리코드별 문헌건수

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

문

헌

수

1970

1971

1974

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

발행년도

X (Experimental)

T (Theoretical or

Mathematical)

R (Product Review)

P (Practical)

N (New Development)

G (General or Review)

E (Economic)

B (Bibliography)

A (Application)

코드 내 용

A Application : 물리적 효과 방법 장치 등의 실제

B Bibliography : 문헌의 도서목록

E Economic : 가격개발 등에 대한 예측

G General or Review : 기술의 일반 또는 Review

N New Development : 새로운 개발

P Practical : 직접적인 실제사용

R Product review : 제품에 대한 Review

T Theoretical or Mathematical : 이론적, 수학적 방법으로 처리

X Experimental : 실험방법, 관찰 등의 결과에 관한 사항

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 59

2. 특허정보분석 및 기술개발 동향

본 절에서는 초고압 GIS에 관해 조사된 특허정보를 중심으로 특허

맵핑(Patent Mapping)을 통해 기술흐름 추이와 최근 기술동향, 출원

인 분석을 통한 기술 우위현황, 기술 주요 분포 등을 국가 및 기술

분야별로 세분화, 체계화하여 다각적으로 분석함으로써 도식화된 그

래프를 이용하여 특허의 동향을 분석하고 이를 통해 초고압 GIS의

기술개발 동향을 파악하는데 주안점을 두었다.

가. 정보분석 대상 DB

특허자료의 정보분석을 위한 DB로는 한국과학기술정보연구원

(KISTI)에서 제공하고 있는 KUPA, JEPA, USPA를 선택하 다.

KISTI에서 제공하고 있는 특허정보의 일반 사항은 다음과 같다.

KUPA

한국과학기술정보연구원(KISTI)은 특허청과 긴 한 협조하에 산업

재산권정보 전량을 데이터베이스화하여 일반이용자에게 서비스하고

있다. 산업재산권 데이터베이스 제작은 1986년부터 시작되었으며, 그

당시에는 한국공고특허(이후에 한국등록특허라고 함) 데이터베이스가

처음으로 제작되었다. 대외적으로 서비스를 개시한 이후로 자료의 축

적량과 범위를 연차적으로 확대하고 있으며, 한국공개특허

KUPA(Korean Unexamined PAtent)는 현재 3회/월 단위로 갱신되어

서비스하고 있다.

초고압 GIS60

JEPA

일본 특허청으로부터 데이터를 제공받아 1976년부터 공개된 특허

를 중심으로 서지사항, 초록을 수록하고 있다. 특히 각 국가의 특허

번호와 출원번호를 표준화 및 통일화시켜 국가코드와 번호만 입력하

면 손쉽게 검색할 수 있도록 하 다. 한국과학기술정보연구원(KISTI)

는 현재 JEPA 특허를 WEB으로 서비스하고 있다.

USPA

미국 특허청으로 부터 데이터를 제공받아 1976년부터 공고된 특허

를 중심으로 서지사항, 초록, 청구범위를 수록하고 있다. 특히 각 국

가의 특허번호와 출원번호를 표준화, 통일화시켜 국가코드와 번호만

입력하면 손쉽게 검색할 수 있도록 구성되었다.

나. 분석범위 및 방법

초고압 GIS에 관한 특허정보분석을 위하여 선정 DB(KUPA, JEPA,

USPA)를 활용하여 검색하 으며, 특허검색 범위는 출원연도를 기준

으로 현재(2003년 10월)까지로 하 다. 분석대상국가는 한국, 일본,

미국으로 하 으며, 전문가에 의해 선별된 초고압 GIS에 관한 주요

키워드와 IPC 분류를 체계적으로 조합하여 검색하 다.

대상특허는 USPA의 경우는 등록분이고, 나머지 KUPA, JEPA는

출원분이며, 특허출원은 조기공개신청을 요구하지 않는 한 통상적으

로 출원일로부터 18개월이 경과해야만 일반에게 공개하게 되어있기

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 61

때문에 2001년 이후 특허출원분은 당해연도의 전체적인 정보를 반

하지 못하므로 분석에 큰 향의 변수역할을 하지 못함을 밝혀둔다.

다. 전체 특허동향

(1) 국가별 특허출원 동향

초고압 GIS 기술에 대한 국가별 특허출원 동향을 <그림 3-13>에

나타내었다. GIS 기술에 관한 특허는 단연 일본이 다른 나라에 비해

월등히 높은 특허출원을 보이지만, 일본 특허와 한국특허의 경우는

공개특허이므로 미국의 등록특허와 산술적 비교는 의미가 없다. 그림

에서 보면 미국은 계속해서 일정한 특허출원을 하고 있는 것으로 보

이고 일본은 1990년대 후반에 급격히 증가하 다가 다소 감소하는

추세이다. 반면 한국은 1990년대 중반부터 서서히 특허 출원건수가

늘어나고 있으며, 그 증가세가 계속해서 유지되고 있는 모습이다.

<그림 3-4>에서 연도별 특허출원 동향을 살펴보면 1989년부터 출

원건수가 증가가 정체되어 있다. 이는 일본은 출원건수가 감소되고

있는 반면 한국의 출원건수가 증가하고 있기 때문이다.

초고압 GIS62

<그림 3-13> 국가별 특허출원 동향(특허 전체)

0

10

20

30

40

50

60

출

원

건

수

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

일본

미국

한국

출원년도

출

원

국

가7

<그림 3-14> 연도별 특허출원 동향(특허 전체)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

출원년도

출

원

건

수

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

누

적

건

수

출원건수

누적건수

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 63

(2) 기술별 특허출원 동향

<그림 3-15>는 GIS를 GCB, 조작장치, ES, DS로 나누어 살펴보았

다. 이 중에서 DS(단로기) 관련 특허가 19%로 가장 많은 비율을 차

지하고 있으며, 다음으로 GCB(가스차단기) 18%, 조작장치 7%, ES(접

지개폐기) 2%로 나타났다. 여기에서 54%를 차지하고 있는 기타에는

노즐, 아크접점, 스페이서, 소호 등 일반기기에도 많이 쓰이는 부품들

이 속한다.

<그림 3-16>은 기술별 국가 특허출원 현황을 나타낸 그림이다. 일

본은 GCB(가스차단기)와 DS(단로기)가 같은 비율을 차지하고 있으

며, 미국은 가장 높은 비중을 차지하고 있는 기술이 GCB(가스차단

기)이다. 한국은 단로기가 68건으로 가장 많은 출원이 되었으며, 다

음이 GCB(가스차단기)로 39건이 출원되었다.

<그림 3-15> 기술별 특허출원 동향(특허 전체)

DS

19%

ES

2%조작장치

7%

GCB

18%

기타

54%

초고압 GIS64

<그림 3-16> 국가/기술별 특허출원 현황(특허 전체)

0

100

200

300

400

출

원

건

수

기타

조작

장치 DS

ES

GC

B

한국

미국

일본

기술분류

출

원

국

가

<그림 3-17>에서 연도/기술별 특허출원 현황을 살펴보면, 1970년

대부터 현재까지 꾸준한 양의 특허가 출원되고 있으나 1986년을 전

후로 다소 특허출원이 많았던 것으로 나타났다. DS(단로기)는 1988년

(24건)과 1989년(19건)을 전후에 가장 많은 출원이 있었다. GCB(가스

차단기)는 1988년에는 전년도의 거의 4배정도 많은 특허출원을 하

다. 조작장치와 ES(접지개폐기)의 경우는 출원건수가 꾸준하게 큰 변

화 없이 출원되고 있으며, 특히 DS(단로기)는 두드러진 증가세를 보

이고 있다.

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 65

<그림 3-17> 연도/기술별 특허출원 현황(특허 전체)

0

10

20

30

40

50

출

원

건

수

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

기타

DS

GCB

조작장치

ES

출원년도

기

술

분

류

(3) 국제특허분류(IPC)별 특허출원 동향

초고압 GIS 기술관련 상위 10위 안의 특허출원현황을 국제특허분

류(IPC)를 통해 살펴보면 <그림 3-18>과 같다. 그림에서는 H01H(전

기적스위치; 계전기; 셀렉터(selector); 비상보호장치)가 57%, H02B(전

력의 공급 또는 배치 또는 배전을 위한 반, 변전소, 또는 개폐장치)

이 33%를 차지하고 있는 것으로 나타났다. 세부적으로 보면,

H01H-033(소호 또는 발고방지수단이 있는 고전압 또는 대전류 스위

치)48%, H02B-013(스위치가 케이스 또는 칸막이(Cubicle) 내에 폐

되고 있든가 또는 일체로 된 개폐장치) 19%, H02H-003(전기적으로

정상인 동작상태에서의 이상변화에 직접응답하고 자동개방을 위한

초고압 GIS66

비상보호회로장치) 11%, H01H-009(포함되지 않은 개폐장치의 세부)

7%, B29C-045(사출성형, 즉 닫여진 형내로 노즐을 이용하여 필요한

성형 재료의 양을 압입하는; 그것을 위한 장치) 4%, H02B-001(골조

(frame works), 반, 패널, 책상, 케이스; 변전소 또는 스위치장치의 세

부) 3%, B05B-001(밸브, 가열수단등의 보조장치가 있는 또는 이들이

없는 노즐, 스프레이헤드 또는 다른 배출구) 5%, A47L-009(흡입청소

기의 세부 또는 부속품) 3%, H01H-003(접점의 조작기구) 2%순이다.

<그림 3-18> 국제특허분류(IPC)별 특허출원 비율(특허 전체)

H01H-033

48%

H02H-003

11%

H01H-009

7%

B29C-045

4%

H02B-001

3%

B05B-001

3%H01H-003

2%

A47L-009

3%

H02B-013

19%

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 67

<그림 3-19> 국제특허분류(IPC)별/연도별 특허출원 동향(특허 전체)

0

5

10

15

20

25

30

35

출

원

건

수

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

H01H-033

H02B-013H02H-003

H01H-009B29C-045

H02B-001B05B-001

A47L-009H01H-003

출원년도

IPC

라. 국내 특허동향

(1) 기술별 특허출원 동향

초고압 GIS 기술에 대한 국내의 특허출원 동향을 <그림 3-20>에

나타내었다. 그림에서 연도/기술별 특허출원 현황을 살펴보면 DS(단

로기)는 1980년대부터 현재까지 꾸준한 양의 특허가 출원되고 있으

나 2000년을 전후로 다소 특허출원 많았던 것으로 나타났다. 조작장

치와 ES(접지개폐기)의 경우는 최근에 출원건수가 증가되고 있다.

GCB(가스차단기)는 1984년(2건)과 1989년(1건)에 출원되고 있다. 국

내 동향은 세계동향과 마찬가지로 DS(단로기)에 관한 특허 건수가

초고압 GIS68

가장 많이 출원된 것으로 나타났다.

<그림 3-20> 연도/기술별특허 출원동향(한국)

0

2

4

6

8

10

12

출원

건

수

1980

1982

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

기타ES

조작장치G CB

DS

출 원 년 도

기술

분

류

(2) 출원인별 특허출원 동향

국내에 출원된 초고압 GIS에 관한 주요 출원인 현황(상위 10위까

지)을 살펴보면 <그림 3-21>과 같이 히다치 세이사꾸쇼 72건, 미쯔비

시 덴끼 19건, LG산전 18건, 도시바 10건, 한국전기연구원 5건, 후지

덴끼 4건, 웨스팅하우스 일렉트릭 4건, 현대중공업 4건, 아베베 파텐

트 4건 순이다.

<그림 3-22>에 주요 출원인의 연도별 특허동향을 보면, 전기연구

원, 형대중공업 등이 최근들어 출원 건수가 증가하고 있다.

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 69

<그림 3-21> 출원인별 특허출원 현황(한국)

010

2030

4050

6070

80

히다

치 세

이사

꾸쇼

미쯔

비시

덴키

엘지

산전

도시

바

한국

전기

연구

원

후지

덴끼

웨스

팅하

우스

일렉

트릭

현대

중공

업

아베

베 파

텐트

출원인

출

원

건

수

<그림 3-22> 주요 출원인의 연도별 출원 동향(한국)

0

2

4

6

8

출

원

건

수

1980

1982

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

히다치 세이사꾸쇼

미쯔비시 덴키

엘지산전

도시바

한국전기연구원

후지 덴끼

웨스팅하우스 일렉트릭

현대중공업

아베베 파텐트

출원년도

출

원

인

초고압 GIS70

국내에 출원한 상위 10개 업체의 특허출원 현황을 <그림 3-23>과

같이 기술별로 나누어 살펴보면, 히다치 세이사꾸쇼가 국내에서

GCB(가스차단기)에 가장 많은 특허출원을 했으며 다음으로 한국전기

연구원이며, ES(접지개폐기)에는 현대중공업, LG산전, 미쯔비시 덴키,

아베베 파텐트 등이 특허출원을 하 다. DS(단로기) 출원을 한 기업

은 아베베 파렌트, 현대중공업, 도시바, LG산전, 미쯔비스 덴키, 히타

치 세이사 꾸쇼등의 기업들이 출원을 하 으며, 이중에서 히다치 세

이사꾸쇼가 가장 많은 특허를 출원하 다.

<그림 3-23> 출원인/기술별 특허출원 현황(한국)

0

5

10

15

20

25

30

35

출원

건

수

히다

치 세

이사

꾸

쇼

미쯔

비시

덴키

엘지

산전

도시

바

한국

전기

연구

원

웨스

팅하

우스

일

렉트

릭

현대

중공

업

후지

덴끼

아베

베 파

텐트

기타

ES

조작장치

GCB

DS

출원인

기술

분

류

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 71

(3) 국적별 특허출원 동향

<그림 3-24>는 한국에 출원된 GIS 관련 출원인을 국적별로 분류하

여 살펴본 것으로 내국인과 외국인의 출원비율이 25%와 75%로 내국

인이 외국인의 특허출원 비해 많이 뒤쳐진 것으로 나타났다. 외국인

출원인 가운데는 일본이 68%로 가장 많으며, 독일, 미국, 프랑스 등

이 각각 2%이고, 다음으로 스웨덴 1%를 차지한 것으로 나타났다.

내국인과 외국인의 출원연도별 동향 <그림 3-25>을 살펴보면 외국

인은 1980년에 4건을 시작으로 꾸준한 증가추세를 보이고 있으며,,

내국인은 1995년 3건을 시작으로 1997년 이후 증가하는 추세를 보이

고 있다.

2002년은 비록 등록되지 않은 출원건수가 많기는 하지만, 내국인

의 출원건수가 외국인과 같은 것으로 나타나고 있다. 이를 통해 초

고압 GIS 분야에서 국내기업들의 기술 경쟁력이 향상되고 있는 것을

짐작할 수 있다.

<그림 3-24> 국적별특허출원비율(한국)

내국인

(한국)

25%

외국인

75%

일본

68%

미국

2%

독일

2%

스웨덴

1%

프랑스

2%

초고압 GIS72

<그림 3-25> 연도별 내․외국인별 특허출원 동향(한국)

0

2

4

6

8

10

12

14

1980

1982

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

출원년도

출원건수

외국인

내국인(한국)

(4) 국제특허분류(IPC)별 특허출원 동향

초고압 GIS 기술관련 국제특허분류(IPC)별로 상위 10위 안의 특허

출원현황을 살펴보면 <그림 3-26>과 같다. 그림에서는 H01H(전기적

스위치; 계전기; 셀렉터(selector); 비상보호장치)가 61.4%, H02B(전력

의 공급 또는 배치 또는 배전을 위한 반, 변전소, 또는 개폐장치)가

38.6%를 차지하고 있는 것으로 나타났다. 세부적으로 보면,

H01H-033(소호 또는 발고방지수단이 있는 고전압 또는 대전류 스위

치) 51.7%, H02B-013(스위치가 케이스 또는 칸막이(Cubicle) 내에

폐되고 있든가 또는 일체로 된 개폐장치) 33.1%, H01H-031(소호 또

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 73

는 발고방지수단을 갖지 않는 고전압용 기중차단스위치) 4.8%,

H01H-009(포함되지 않은 개폐장치의 세부) 6%, H02B-001(골조, 반,

패널, 책상, 케이스; 변전소 또는 스위치장치의 세부) 4.1%,

H01H-073(과전류에 있어서 수동리셋트 기구의 조작에 의해서 미리

축적된 세력의 자동방출에 의하여 접점을 여는 과부하보호 스위치)

2.8%, H01H-003(접점의 조작기구) 2.1%, H02B-011(격리를 위하여 끌

어낼 수 있는 대차(臺車)가 있는 개폐장치) 1.4%순이다.

<그림 3-26> 국제특허분류(IPC)별 특허출원 비율(한국)

H02B-013

33.1%

H01H-031

4.8%

H02B-001

4.1%

H01H-073

2.8%H02B-011

1.4%

H01H-003

2.1%

H01H-033

51.7%

초고압 GIS74

<그림 3-27> 국제특허분류(IPC)별/연도별 특허출원 동향(한국)

0

5

10

15

출

원

건

수

1980

1982

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

H01H-033

H02B-013

H01H-031

H02B-001

H01H-073

H01H-003

H02B-011

출원년도

IPC

마. 해외 특허동향

(1) 일본 특허동향

(가) 기술별 특허출원 동향

일본에서는 DS(단로기)가 22.3%, GCB(가스차단기) 21.3%, 조작장

치가 5.2% 그리고 ES(접지개폐기)는 1.5%의 비율로 특허출원되고 있

다. <그림 3-28>은 초고압 GIS 기술 관련 일본 특허출원 동향을 세

부기술별로 나타낸 것이다. GCB는 1987년부터 다소 증가하는 추세

를 보이다가 최근에 감소하는 모습을 보이고 있다. DS(단로기)에 관

한 특허는 1975년부터 나타나기 시작하여 꾸준히 출원되고 있는 추

세를 보이고 있다.

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 75

<그림 3-28> 연도/기술별 특허출원 동향(일본)

0

5

10

15

20

25

30

35

출

원

건

수

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

기타

DS

GCB

조작장치

ES

출원년도

기

술

분

류

(나) 출원인별 특허출원 동향

일본에 출원된 초고압 GIS 기술에 관한 주요 출원인 현황(랭킹 9

위까지)을 살펴보면 <그림 3-29>와 같다. TOSHIBA가 156건으로 가

장 많은 출원을 하 고, 다음으로 HITACHI가 74건, MITSUBISHI

ELECTRIC 60건, MATSUSHITA ELECTRIC 32건, NISSIN

ELECTRIC 25건, MEIDENSHA 21건, FUJI ELECTRIC 21건,

MITSUBISHI HEAVY 13건, NIPPON STEAL 12건, ISHIKAWAJIMA

HARIMA MEAVY IND 9건 등이다. 모두 일본국내기업인 것을 알

수 있다. TOSHIBA, HITACHI, MITSUBISHI ELECTRIC이 선두그룹

으로 다른 기업들과 출원건수의 차이가 많이 나는 것으로 나타났다.

초고압 GIS76

<그림 3-30>을 통해 주요국의 연도별 출원 건수를 살펴보면,

MATSUSHITA ELECTRIC과 TOSHIBA는 출원건수가 예전에 비해

감소하는 추세를 나타내고 있다. 그러나 선두그룹 중 MITSUBISHI

ELECTRIC은 최근 들어 출원 건수가 증가하고 양상이다.

<그림 3-29> 출원인별 특허출원 현황(일본)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

TO

SH

IBA

HIT

AC

HI

MIT

SU

BIS

HI

ELEC

TR

IC

MA

TSU

SH

ITA

ELEC

TR

IC IN

D

NIS

SIN

ELEC

TR

IC

MEID

EN

SH

A

FU

JI

ELEC

TR

IC

MIT

SU

BIS

HI

HEA

VY IN

D

NIP

PO

N

STEEL

ISH

IKA

WA

JIM

A

HAR

IMA

HEA

VY IN

D

출원인

출

원

건

수

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 77

<그림 3-30> 주요 출원인의 연도별 출원동향(일본)

0

5

10

15

20

25

30

출

원

건

수

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

TOSHIBA

HITACHI

MITSUBISHI ELECTRIC

MATSUSHITA ELECTRIC IND

NISSIN ELECTRIC

MEIDENSHA

FUJI ELECTRIC

MITSUBISHI HEAVY IND

NIPPON STEELISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY

IND

출원년도

출

원

인

특허 출원된 상위 10개 업체의 특허출원 동향을 기술별로 나누어

살펴보면 <그림 3-31>과 같다.

HITACHI, NIPPON STEEL, TOSHIBA, ISHIKAWAJIMA

HARIMA만이 조작장치에 관한 특허를 출원하고 있으며 NISSIN

ELECTRIC과 FUJI ELECTRIC은 ES(접지개폐기)와 GCB(가스차단기)

에 특허를 출원하고 있다. NIPPON, MITSUBISHI, ISHIKAWA,

MATSUSHITSA 기업들은 GCB(가스차단기), DS(단로기), ES(접지개

폐기)에 관한 특허를 많이 출원하고 있다.

초고압 GIS78

<그림 3-31> 출원인/기술별 특허출원 현황(일본)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

출

원

건

수

FU

JI E

LEC

TRIC

HIT

AC

HI

ISH

IKA

WA

JIM

A

HAR

IMA H

EAVY

MA

TSU

SH

ITA

ELEC

TR

IC IN

D

MEID

EN

SH

A

MIT

SU

BIS

HI

ELEC

TR

ICM

ITSU

BIS

HI

HEA

VY IN

D

NIP

PO

N S

TEEL

NIS

SIN

ELEC

TR

IC

TO

SH

IBA

DS

GCB

기타

ES

조작장치

출 원 인

기

술

분

류

(다) 국제특허분류(IPC)별 특허출원 동향

초고압 GIS 기술관련 상위 10위 안의 특허출원현황을 국제특허분

류(IPC)를 통해 살펴보면 <그림 3-32>와 같다. 그림에서는 H01H(전

기적스위치; 계전기; 셀렉터(selector); 비상보호장치)가 47.6%, H02B

(전력의 공급 또는 배치 또는 배전을 위한 반, 변전소, 또는 개폐장

치)가 27.2%, B29C(플라스틱의 성형 또는 접합)이 6.6%를 차지하고

있는 것으로 나타났다. 세부적으로 보면, H01H-033((전기적스위치;

계전기; 셀렉터(selector); 비상보호장치) 44.4%, H02B-013(스위치가

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 79

케이스 또는 칸막이(Cubicle) 내에 폐되고 있든가 또는 일체로 된

개폐장치) 27.2%, B29C-045(사출성형) 6.6%, B05B-001(밸브, 가열수단

등의 보조장치가 있는 또는 이들이 없는 노즐, 스프레이헤드 또는

다른 배출구) 5.9%, A47L-009(흡입청소기의 세부 또는 부속품) 5.4%,

H02G-005(버스바(bus bars)의 설치) 4.2%, H02H-007(특수형식의 전

기기계 또는 장치 또는 케이블 혹은 선로계통의 구간보호에 특히 적

용되는 비상보호회로장치 및 정상인 동작상태로부터의 이상변화의

경우에 자동스위칭 하는 비상보호회로장치) 3.2%, H01H-009(포함되

지 않은 개폐장치의 세부) 3.2%순이다.

<그림 3-32> 국제특허분류(IPC)별 특허출원 비율(일본)

H02B-013

27.2%

B29C-045

6.6%

B05B-001

5.9%

A47L-009

5.4%

H02H-007

3.2%H01H-009

3.2%H02G-005

4.2%

H01H-033

44.4%

초고압 GIS80

<그림 3-33> 국제특허분류(IPC)별/연도별 특허출원 동향(일본)

0

5

10

15

20

25

출원

건

수

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

H01H-033H02B-013

B29C-045B05B-001

A47L-009H02G-005

H02H-007H01H-009

출원년도

IP C

(2) 미국 특허동향

(가) 기술별 특허출원 동향

<그림 3-34>는 초고압 GIS 기술 관련 미국 특허출원 동향을 세부

기술별로 나타낸 것이다. 그림에서 연도/기술별 특허출원 현황을 살

펴보면 GCB는 1970년대부터 현재까지 5건을 넘지 않는 수준으로 꾸

준한 양의 특허가 출원되고 있으며 1990년 7건으로 유난히 특허출원

이 많았던 것으로 나타났다. 조작장치는 1978년에 4건으로 가장 많은

출원을 하 지만, 그 이후로는 저조한 현상을 보이고 있다. DS(단로

기)는 1986년 4건을 가장많이 출원한 이후 계속적인 감소를 나타내

고 있으며, 1996년 이후 출원된 특허가 없다가 최근 2001년에 3건의

특허를 출원하고 있음을 알 수 있다. ES(접지개폐기)의 경우는 간혹

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 81

한건 정도가 등록이 되어 총 4건이 등록된 상태이다. 기술별로 출원

비율은 GCB는 11.2%, 조작장치 6.6%, DS 5.5%, ES는 0.8%이다.

<그림 3-34> 연도/기술별 특허출원 동향(미국)

0

5

10

15

20

25

출

원

건

수

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

기타

GCB

조작장치

DS

ES

출원년도

기

술

분

류

(나) 출원인별 특허출원 동향

미국에 출원된 초고압 GIS 기술에 관한 주요 출원인 현황(랭킹 10

위까지)을 살펴보면 <그림 3-35>와 같다.

WESTINGHOUSE ELECTRIC이 가장 많은 48건을 출원을 하 으

며, 2위인 HITACHI가 43건, 그 다음으로 GENERAL ELECTRIC 30

건, EATON 18건, MITSUBISHI DENKI 15건, SIEMENS 14건,

TOKYO SHIBAURA DENKI 13건, LEVINTON MANUFACTURING

초고압 GIS82

12건, SQAURE D 11건, ABB POWER T&D 9건이다.

<그림 3-36>에서 주요 출원인의 연도별 특허 출원동향에 가장 특

징적인 것은 WESTINGHOUSE ELECTRIC이 1991년 누적건수 48건

이후 현재까지 한건도 출원되지 않았다. 반면에 LEVITON

MANUFACTURING은 1993년 이후 햔관련 특허를 꾸준하게 출원하

고 있다. 그림을 통해 최근 들어 GIS 기술분야에서 활발히 연구를

하는 기업으로 HITACH, GE, EATON, MITSUBISHI, SIEMENS,

LEVITON MANUFACTURING 등 선두기업들이 차지하고 있다.

<그림 3-35> 출원인별 특허출원 현황(미국)

0

10

20

30

40

50

60

Westinghouse

Ele

ctric

Hitachi

Genera

l

Ele

ctric

Eato

n

Mitsubis

hi

Denki

Sie

mens

Toky

o

Shib

aura

Denki

Levi

ton

Manufa

ctu

ring

Square

D

AB

B P

ow

er

T&

D

출원인

출

원

건

수

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 83

<그림 3-36> 주요 출원인의 연도별 출원동향(미국)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

출

원

건

수

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

Westinghouse Electric

Hitachi

General Electric

Eaton

Mitsubishi Denki

Siemens

Tokyo Shibaura Denki

Leviton Manufacturing

Square D

ABB Power T&D

출원년도

출

원

인

특허 출원된 상위 10개 업체의 특허출원 동향을 기술별로 나누어

살펴보면 <그림 3-37>과 같다. 상위 10개 업체 중, 특징적인 것은 조

작장치 분야에서는 ABB POWER T&D만이 특허를 출원하 다. 그리

고 ES관련 특허는 SIEMENS와 HITACHI만이 출원하 다. DS는

TOKYO SHIBAURA DENKI, MITSUBISHI DENKI그리고 HITACHI

같은 일본 선두기업이 미국내에서 출원하고 있음을 알 수 있다.

GCB에서는 일본의 HITACHI가 역시 가장 많은 특허를 출원하고 있

다.

초고압 GIS84

<그림 3-37> 출원인/기술별 특허출원 현황(미국)

0

10

20

30

40

50

출

원

건

수

AB

B P

ow

er

T&

D Eato

n

Genera

l

Ele

ctric

Hitachi

Levi

ton

Manufa

ctu

ring

Mitsubis

hi

Denki

Sie

mens

Square

D

Toky

o S

hib

aura

Denki

Westinghouse

Ele

ctric

기타

GCB

DS

ES

조작장치

출원인

기

술

분

류

(다) 국제특허분류(IPC)별 특허출원 동향

초고압 GIS 기술관련 상위 10위안의 특허출원현황을 국제특허분류

(IPC)를 통해 살펴보면 <그림 3-38>과 같다. 그림에서는 H01H(전기

적스위치; 계전기; 셀렉터(selector); 비상보호장치)가 74%, H02H(비상

보호회로장치)가 23%, H02B(전력의 공급 또는 배치 또는 배전을 위

한 반, 변전소, 또는 개폐장치)가 3%를 차지하고 있는 것으로 나타났

다. 세부적으로 보면, H01H-033((전기적스위치; 계전기; 셀렉터

(selector); 비상보호장치) 43%, H02H-003(전기적으로 정상인 동작상

태에서의 이상변화에 직접응답하고 자동개방을 위한 비상보호회로장

치) 23%, H01H-009(포함되지 않은 개폐장치의 세부) 13%,

H01H-003(접점의 조작기구) 5%, H01H-013(1방향으로만 든가 끌든

제 3 장 기술문헌․특허정보 분석 85

가 하기 위하여 사용하는 직선적 가동조작부분이 있는 스위치) 4%,

H01H-073(과전류에 있어서 수동리셋트 기구의 조작에 의해서 미리

축적된 세력의 자동방출에 의하여 접점을 여는 과부하보호 스위치)

3%, H02B-001(골조(frame works), 반, 패널, 책상, 케이스; 변전소 또

는 스위치장치의 세부) 3%, H01H-077(과전류에 의해서 조작되고 리

세트로 단독의 작동을 필요로 하는 과부하보호스위치) 2%,

H01H-083(과전류만이 아니라 별개의 이상상태에 의해서 조작되는

보호스위치) 2%, H01H-075(과전류에 있어서 동력 리셋트 기구의 조

작에 의해서 미리 축적된 세력의 자동방출에 의해서 접점을 여는 과

부하 보호스위치) 2%순이다.

<그림 3-38> 국제특허분류(IPC)별 특허출원 비율(미국)

H01H-033

43%

H02H-003

23%

H01H-003

5%

H01H-075

2%

H01H-013

4%

H01H-083

2%

H01H-077

2%H02B-001

3%

H01H-073

3%

H01H-009

13%

초고압 GIS86

국제특허분류별/연도별 특허출원동향을 <그림 3-39>에 그래프로

도식화 하 다. 가장 특징적인 것은 H01H-009는 최근 2000년에 들어

와 한건의 특허도 출원되지 않았다. 하지만, H01H-033과 H02H-003

와 같은 선행 기술은 최근에도 꾸준히 특허 출원되고 있다.

<그림 3-39> 국제특허분류(IPC)별/연도별 특허출원 동향(미국)

0

2

4

6

8

10

12

14

출

원

건

수

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

H01H-033

H02H-003

H01H-009

H01H-003

H01H-013

H01H-073

H02B-001

H01H-077

H01H-083

H01H-075

출원년도

IPC

87

제4장

시장동향 분석

1. 산업의 개요 및 특성

가. 산업의 개요

세계적으로 초고압 GIS 산업은 1940년대부터 미국과 유럽을 중심

으로 발전하기 시작하여 1960년대까지 많은 신 기종 개발 및 성능개

선을 행하여 세계시장을 석권하 으나, 1970년대에 유럽의 기업들이

미국 GE, WH 등의 전력기기 분야를 M&A를 통해 흡수하여 세계적

인 거대 다국적기업으로 탄생하 고, 일본이 기술제휴 및 기술도입을

통해 세계시장에 진출하 으며, 기초과학기술을 활용하여 전력기기

설계를 위한 전산해석기술이 발전하기 시작하 다. 1980년대에는 전

력기기의 초고압화 및 대용량화를 위한 연구개발이 많이 수행되었으

며, 1990년대에는 디지털기술, 광기술, 센서기술 등을 응용한 진단기

술, 디지털 전력제어기술 등이 급속도로 발전하 다.

현재는 유럽의 ABB, Siemens, Alstom, Va Tech 등 거대기업들과

일본의 Japan AE Power Systems Corp. 및 TM T&D 등이 기술개발

을 선도하고 있으며 이들 세계적 거대기업들은 기업간 핵심역량 위

주로 사업을 전문화하는 등 전략적 제휴를 활발히 진행하고 있으며,

초고압 GIS88

저가 범용제품에 대해서는 동남아, 중남미 지역에 현지공장을 설립하

고 생산거점을 확보하여 현지시장 점유율을 높이는 등 현지경 을

확산시키고 있다. 또한 “기술개발은 자국에서, 생산은 현지에서”의

생산과 기술개발의 분리정책으로 기술유출을 방지하고 있고 후발국

에 기술이전을 기피하고 있다. 그리고 해외 선진업체들은 초고압 및

대용량화, Low Cost화, 고신뢰도화 등의 기술개발 정책을 도입하여

새로운 제품들을 개발하여 시장선점 및 기술경쟁력을 강화할 뿐만

아니라, IT기술, 전력전자기술, 디지털기술, 광기술, 센서기술 등과 기

존 전력기기 기술을 접목한 고부가가치의 융합형 전력기기 제품들을

개발하기 위해 지속적인 연구개발 투자를 하고 있다. 이들 선진국들

은 후발국들의 시장잠식을 견제하기 위해 안전성 및 신뢰성에 관한

국제적 기술규격 및 시험기준을 강화하고, 첨단제품 및 핵심부품의

기술이전을 회피한다. 또한, 기술제휴의 대가로 고가의 기술료를 요

구하고, 국제규제기구를 창설하여 활동을 강화하며, 선진국간 상호인

정 추진 등 선진국간의 결속을 강화하고 있으며 또한 에너지 및 환

경 라운드에 대비하여 필요한 전력기기 기술과 실용화 기기 개발에

집중투자하고 있다.

나. 산업의 특성

(1) 기술집약적 산업

제품의 성능과 품질이 설계/소재/가공/조립기술에 크게 향을

받으며 특히 설계기술의 비중이 절대적이어서 세계적인 기술수준 확

보를 위해서는 장기간의 지속적인 설비 및 R&D 투자가 필수적이다.

제 4 장 시장동향 분석 89

(2) 고신뢰성 산업

안정적인 전력공급을 위한 핵심기기이므로 타 산업의 제품들에 비

해 매우 높은 신뢰도가 요구되며, 특히 수많은 부품들이 사용되는

대형 복합기기이어서 대기업 및 많은 중소 참여기업 구도의 효율적

인 협력체제가 필수적이다. 그리고 초고압 대용량의 기기일수록 고도

의 기술을 필요로 하고, 제품의 신뢰성이 더욱 중요시 된다.

(3) 막대한 설비투자 산업

설비투자액이 타 산업에 비해 상대적으로 크고, 투자 회임기간이

장기간이며 제품자체의 규모가 크고 많은 부품이 필요하므로 조립라

인을 위한 건물, 설비 등에 많은 투자비가 소요되며, 특히 고신뢰성

이 필수적이므로 초고압 대용량의 성능평가 설비를 위한 투자비가

많이 소요된다.

(4) 안정적인 고부가가치 산업

제품의 신뢰성이 매우 중요시 되는 기술집약적 산업이어서 부가가

치가 높은 편이며 경기변동의 향을 비교적 적게 받는 안정적인 산

업이다.

(5) 파급효과가 큰 산업

산업관련 효과에 있어서 소비, 투자, 수출 등 최종수요가 한 단위

초고압 GIS90

증가할 때마다 각 산업부문에서 직·간접으로 생산이 발생하여 생산

유발 효과가 비교적 큰 산업이며, 후방 연쇄효과가 커 관련 부품소

재산업 성장에 많이 기여하는 산업이다.

(6) 새로운 성장산업

세계적인 현상인 도시의 과 화, 디지털 경제사회로 이행함에 따

른 고품질 전기수요로 인한 전력공급의 신뢰도 향상의 필요성, 도시

미관 개선 및 친환경적인 설비요구 등의 요인에 의해 지속적인 연구

개발 및 투자, 기술혁신이 수반될 전망이며 아울러 세계시장 규모도

상당한 폭으로 계속 증가할 전망이다.

2. 산업환경 분석

가. 기술의 발전방향

(1) 시스템 기술 개발

기존의 개별 기기를 대상으로 하는 시장에서 탈피하여 시스템화

된 시장구조를 대상으로 해서 전력공급 시스템 전체에 대한 Total

engineering 기술을 적극적으로 개발하고 있으며 대부분의 해외 거

대기업들은 변전소 자동화 기술개발에 현재까지 막대한 투자를 해

왔으며 일부 업체에서는 상용화 초기단계에 진입하 다.

 

제 4 장 시장동향 분석 91

(2) 친환경 기술 개발

지구 온난화 가스 중의 하나인 SF6 가스를 대체 또는 저감시키기

위해 혼합가스(SF6 + 질소), 질소가스, 공기, 고체 절연물 등을 혼합

해서 채용한 친환경 GCB (Gas Circuit Breaker), GIB (Gas Insulated

Bus), GIL (Gas Insulated Line) 등의 수요가 증가할 전망이다.

 

(3) 고신뢰성 기술 개발

디지털 경제사회에 진입함에 따라 양질의 전기품질에 대한 요구가

증가할 것이므로 전력기기의 신뢰도를 제고시킬 수 있는 방향의 기

술 개발이 필요할 것으로 전망된다.

(4) Compact화 기술 개발

세계시장에서의 치열한 경쟁과 원가절감, 설치부지의 절감 등의

이점 때문에 초고압 전력기기/GIS에 대한 Compact화 기술개발은 지

속될 전망이다.

(5) 유지보수 기술 개발

전력시스템의 효율적인 운 을 위하여 전력기기에 대한 자산관리

(Asset management) 기술, 유지보수 비용 절감기술, 수명연장 기술

등을 적극적으로 개발할 필요가 있다.

초고압 GIS92

나. 시장 기회요인

(1) 해외 선진업체들의 경쟁력 저하

고임금으로 인하여 해외 선진업체들의 경쟁력이 점차 낮아지고 있

으며 더군다나 초고압 GIS 분야는 완전 자동화가 어려워 원가절감에

는 한계가 있다. 궁여지책으로 중국, 동남아 등지로 생산설비를 이전

하고 있으나 아직은 생산성 및 품질에 문제가 있다.

(2) 전력산업의 IT화

최근의 전력산업 구조조정과 IT 기술의 발전에 따라 전력 IT 산업

이 대두되고 있으며, 이에 따라 IT기술을 적용한 전력기기 산업이

급성장을 할 것으로 전망되고 있다. 이 경우에는 개별 전력기기, 정

보통신, 전력전자 등의 분야에서의 국내기술의 강점을 잘 활용하면

우리나라가 이 분야에서 충분히 세계시장을 주도할 수 있을 것으로

판단된다.

(3) 내수시장의 성장

우리나라는 내수시장 규모가 크며 지속적으로 성장하고 있어 2015

년에는 현재(2001년) 설비용량인 51GW에서 약 60%가 증가한 80GW

로 예상되고 있다. 따라서 국내 관련업체들에게 매우 좋은 여건을

제공하고 있다.

제 4 장 시장동향 분석 93

다. 시장 위협요인

(1) 해외 선진업체들의 M&A

현재 세계 전력기기 업체는 최근까지 진행된 전 세계적인 M&A

과정을 거쳐 ABB, Siemens, Alstom, VA Tech, Japan AE power

systems corp., T&M transmission and distribution 등의 6개 기업으

로 재편되었으며 모두 거대한 규모에 효율적인 R&D, 생산체제, 수주

체제 등을 갖추고 있다. 따라서 효성, 현대중공업, LG산전, 일진전기

등의 4개로 나누어진 국내업체의 규모로서는 해외 거대기업들과의

경쟁에는 무리가 따를 것으로 보인다.

<그림 4-1> 세계 전력기기 산업계의 M&A 결과

초고압 GIS94

(2) 전력설비 수요의 정체

현재 중국, 동남아, 중동 등 경제성장률이 큰 일부지역을 제외하고

는 세계적으로 전력설비 수요가 감소 또는 정체상태에 있다. 더구나

세계 최대 수요처인 유럽과 미국, 일본의 설비투자율 증가는 미미한

편이다. 따라서 제한된 세계시장을 두고 관련업체들의 경쟁이 점점

치열해지고 있어 가격하락을 부채질하고 있는 실정이다.

3. 국내외 시장동향 분석

가. 국내 시장동향 분석

(1) 수요 예측

2001년도의 국내 초고압 GIS 시장규모는 약 3,900억원이었으며 매

년 약 4.3%의 증가율을 적용하면 2006년에는 약 4,800억원정도로 추

정된다. (<표 4-1> 참조).

<표 4-1> 초고압 GIS 국내 수요예측 (단위:억원)

자료: 1. 2001년 초고압 GIS 국내 4사 생산액 (초고압 GCB 포함)

(전기산업진흥회, 통계정보 2002. 10)

2. '02년부터 연 4.3% 성장률 적용(한국전력공사 발전설비계획 2002. 10)

(2001 : 51GW, 2010 : 74.6GW, 연평균 4.3% 성장)

구분 2000년 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 2006년

금액 3,740 3,900 4,068 4,243 4,425 4,616 4,814

제 4 장 시장동향 분석 95

(2) 연도별 국내 생산실적

국내 초고압 GIS의 연도별 국내 생산실적은 아래 <표 4-2>와 같으

며 1995년 이후 2001년까지 국내 전력설비의 급격한 확충에 힘입어

연평균 약 13%의 비율로 증가해 왔다. 국내 초고압 GIS 시장은 IMF

의 향과 발주금액이 매우 큰 765kV 변전소용 GIS 등의 향으로

연도별로 차이가 큰 실정이다.

<표 4-2> 초고압 GIS 연도별 국내 생산실적 (단위:억불)

자료: 1. 2001년 초고압 GIS 국내 4사 생산액(초고압 GCB 포함)

2. 2000년 이전 : 전기산업진흥회, 통계정보 2002. 10, 가스차단기 및 GIS

3. 2002년부터 연 4.3% 성장률 적용

(3) 연도별 수입현황

<표 4-3>은 초고압 GIS의 연도별 국내 수입현황을 나타낸 것이며

특수용도 이외에는 대부분 국산화되어 국내에서 공급되고 있어 전체

수입금액은 그다지 크지 않은 편이다.

<표 4-3> 초고압 GIS 연도별 수입현황 (단위:억불)

자료 : 전기산업진흥회, 통계정보 2002. 10, 가스차단기 및 GIS

구분 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

금액 1.56 1.76 1.59 0.77 1.9 2.6 3.3 3.5

구분 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

금액 0.52 0.69 0.48 0.30 0.41 0.48 0.48 -

초고압 GIS96

(4) 연도별 수출실적

<표 4-4>는 우리나라의 초고압 GIS의 연도별 해외 수출실적을 나

타낸 것으로 전체금액은 아직 미미한 수준에 머물러 있다. 그러나

최근 들어 동남아, 중동 등에 수출되는 물량이 증가추세에 있으며

중국의 750kV용 GIS에 대한 수출도 추진 중이어서 미래는 밝은 편

이다.

<표 4-4> 초고압 GIS 연도별 수출실적 (단위: 억불)

자료 : 전기산업진흥회, 통계정보 2002. 10, 가스차단기 및 GIS

(5) 국내 주요 생산업체 및 생산액/점유율

<표 4-5>는 전력기기(차단기, 변압기, 수배전반, 저압보호장치 등,

회전기는 제외)를 생산하는 국내 주요 업체와 그 점유율을 나타내고

있으며, 세계시장에서의 점유율을 표시하기 위해서 차단기 및 GIS

이외에도 변압기, 저압 보호장치 등을 포함하 다. 2002년을 기준으

로 했을 때 우리나라의 4대 업체 전체의 세계시장에서의 점유율은

약 4.4% 정도로 추정된다.

구분 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

금액 0.33 0.44 0.35 0.33 0.36 0.42 0.39 -

제 4 장 시장동향 분석 97

<표 4-5> 국내 주요 생산업체 및 생산액/점유율 (2002년 기준)

자료 : 국내 해당업체별 문의(2003. 6월)

The World Market for Transformers, Goulden Report 2001

The World Market for High Voltage Switchgear , Goulden Report

2001

The world Market for Low Voltage Protection components, Goulden

Report 2001

나. 해외 시장동향 분석

(1) 수요 예측

아래 <표 4-6>은 1000V를 초과하는 스위치기어 전체의 세계시장

규모에 대한 전망치이며 2000년도는 그래도 신빙성이 있는 Goulden

Report의 2001년도 판의 추정치를 사용하 으며 그 이후로는 연평균

3%의 성장률을 가정하여 예측하 다.

주요 생산자생산액/점유율(억, %)

생산능력 생산액 자국내 세계

㈜효성 6,500 5,000 23 1.0

현대중공업 10,000 7,500 35 1.5

LG산전 11,500 8,500 40 1.8

일진전기 750 500 2 0.1

계 28,750 21,500 100 4.4

초고압 GIS98

<표 4-6> 초고압 GIS의 세계 수요 전망 (단위: 억불)

자료: 1. The World Market for High Voltage Switchgear, Goulden Report

2001

2. 2000년부터 연평균 성장률 3% 추정(USA EIA, 2000)

(2) 생산실적

아래 <표 4-7>은 1000V를 초과하는 스위치기어 전체의 세계 생산

실적이다. 따라서 배전급 스위치기어가 포함이 되었으므로 순수하게

초고압 GIS(GCB 포함)만의 시장규모에 비해 커졌으며 그 비율은 대

략 2배 정도일 것으로 추정된다.

<표 4-7> 초고압 GIS의 세계 생산실적 (단위: 억불)

자료: 1. The World Market for High Voltage Switchgear, Goulden Report

2001

구분 2000년 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 2006년

시장 139 143 147 152 156 161 166

구분 1995년 1996년 1997년 1998년 1999년 2000년 비 고

생산

139 149 145 143 128 1391000V 이상의 Switchgear

전체

70 75 73 72 64 80

초고압(50kV 이상)

Switchgear, 전체

Switchgear의 약 50%로 추

산

제 4 장 시장동향 분석 99

(3) 주요 국가의 시장규모

현재 초고압 GIS만의 세계시장을 정확히 추정하기는 매우 어렵다.

업체마다 여러 가지 방법을 사용하여 나름대로 추정하고 있지만 신

뢰성에는 의문의 여지가 있다. 따라서 공신력이 있는 기관에서 초고

압 GIS 시장에 대한 신뢰성이 있는 자료를 공표할 때까지는 부득이

하게 간접적인 방법을 사용할 수밖에 없을 것으로 보인다. 현재로서

는 가장 공신력이 있는 자료가 Goulden Report이나 여기에서도 고

압 개폐장치 (1000V 이상) 전체에 대한 결과만 제공되므로 50kV급

이상의 초고압 GIS에 대한 결과는 이 자료를 이용하여 추정할 수밖

에 없다. 결과적으로 1000V 이상의 모든 개폐장치에서 50kV급 이상

의 초고압 개폐장치의 비율을 추정해야 하며, 이 경우에도 시기적으

로나 지역 또는 국가에 따라서 그 비율도 유동적이다. 그러나 평균

해서 대략 40-50%로 보면 큰 차이는 없을 것으로 보인다. 아래 사항

은 Goulden Report에서 밝힌 “1000V 이상의 개폐장치”에 대한 세계

시장에 대한 개요이나 초고압 GIS에 대한 세계시장 동향과도 거의

일치할 것이다.

고압 개폐장치의 2000년 세계시장은 139억불로 추정되며, 가장 큰

시장은 전체 세계시장의 20% 이상을 차지하는 미국이며 시장규모는

29억불로 추정되며 그 다음으로는 중국(18억불), 독일(16억불), 일본

(12억불) 순이다. 고압 개폐장치의 수요에 대한 추세는 지역적으로

차이가 있다. 유럽지역에서의 수요는 1990년대 후반의 하락에 이어

다시 상승세에 있으며 아시아 지역에서는 1997년부터 시작된 경제위

기 이후 회복 기미만을 보이고 있을 뿐 1995년 이전의 수준을 회복

하지 못하고 있다. 반면에 미국은 지속적인 경제 성장에 따라 꾸준

초고압 GIS100

한 상승세에 있다. 1999년도에 고압 개폐장치의 전체 생산액은 128억

불로 추정되며, 가장 큰 생산국은 미국으로 28억불이었다. 1999년의

총 수출액은 41억불이며 가장 큰 수출국은 독일(7억불)이며, 미국(5.9

억불), 프랑스(5.2억불)가 뒤를 잇고 있다. 1999년도의 수입 총액는 42

억불이며 가장 큰 수입국은 미국(3.5억불)이며 다음으로 중국(2.7억

불), 멕시코(2.4억불)순이었다. Alstom과 ABB는 이 분야의 선도적인

제조업체이지만 판매시장은 주로 유럽지역에 편중되어 있으며, 북아

메리카에서는 GE와 Cooper사가 주요 업체이며, 미쯔비시, 도시바,

히타치 및 후지사는 아시아-태평양 지역의 주요 제조업체이다. <표

4-8>은 세계적인 주요 업체들의 1988-2000년 사이의 고압 개폐장치

매출규모와 2000년의 해당업체들의 전체 매출규모를 나타내고 있다.

제 4 장 시장동향 분석 101

<표 4-8> 주요 업체별 고압 개폐장치 매출규모 (단위 : 백만불)

업체명 1998 1999 2000

Alstom 1,168.02 1,112.67 1,064.79

ABB 1,001.85 1,034.97 1,062.15

Siemens 909.99 760.20 770.50

Schneider 540.88 543.70 640.69

Mitsubishi 574.54 561.90 616.37

Toshiba 457.04 412.08 486.58

GE 445.95 455.61 469.13

VA Tech 246.14 403.92 455.76

Hitachi 402.61 380.92 400.78

Cooper 338.93 336.70 395.69

Fuji 299.03 270.91 302.11

S&C 204.15 221.90 241.87

Eaton 171.60 181.92 192.24

Meidensha 192.35 185.36 191.95

Nissin 140.67 133.86 128.29

BHEL 122.84 121.27 119.80

Sub-Total 7,216.59 7,117.88 7,538.70

Other 7,053.75 5,667.59 6,385.22

Total 14,270.35 12,785.47 13,923.92

출처: The World Market for High Voltage Switchgear , Goulden Report 2001

초고압 GIS102

다. 국내 생산업체 동향 분석

국내는 대기업으로 기존의 효성, 현대중공업, LG산전 외에 일진전

기가 새로 진입하 으며, 지금까지 지속적인 연구개발 결과로 대부분

의 세계시장을 커버할 수 있는 초고압 GIS 기종의 국산화 개발은 완

료한 상태이며, 향후에는 초고압 전력기기의 Compact화, Cost

Down, System화, Automation화에 주력할 것으로 전망된다. 그러나

규모가 작고 기술력이 다소 뒤떨어지고 Brand Power가 약해 해외

거대기업과의 경쟁에서 불리한 입장이다. 국내 초고압 GIS업계의 당

면한 문제점을 열거하면 다음과 같다.

- 국내 설비투자가 이미 성숙단계에 진입하고 있어 해외시장의 개

척이 필요하나 해외시장에서의 경쟁도 매우 치열하다.

**한전계획: 2001-2010년 사이 송전선로 8000km, 변전소 241개 신

설, 송변전설비에 총 12.3조 투입 계획(출처: 한국전력공사

2001-2010년 장기송변전설비 확충 계획)

- PL법 발효 (‘02. 7. 1부터 국내 적용): 전력기기 제품에 대한 무한

보증 및 사고시의 무과실에 대한 증명책임이 제조업자에게 부과

되므로 많은 어려움이 예상된다.

- 국내외 시장에서의 과당경쟁 문제

170kV 50kA 3상 GIS의 국내 가격이 1995년에 2.5억이었으나

2000년에는 과당경쟁으로 인하여 2.0억으로 오히려 80%선까지 하

락하 다. 그리고 수출용인 145kV 40kA 3상 GIS도 주력 수출시

장인 중동지역에서 치열한 가격경쟁으로 인하여 28만불(‘93), 13만

불(‘00), 12만불(‘01)로 계속 하락하고 있다.  

제 4 장 시장동향 분석 103

<표 4-9> 국내 주요 업체별 동향

업체명 생산품 정격 현 황장래 R&D

방향

(주)

효성

72.5kV 20kA

145kV 40kA 1P (수출용)

170kV 31.5kA 1P

170kV 50kA 1P

300kV 40kA 1P (수출용)

362kV 40kA 1P

362kV 63kA 2P

420kV 50kA 1P (수출용)

550kV 50kA 2P (수출용)

800kV 50kA 2P

세계시장의

대부분의 수요를

만족시킬 수 있는 제품의

Series화 완료

개발계획

245kV 40kA 1P (수출용)

(복합소호형)

Compact화

Cost

Down

System화

Automatio

n화

현대

중공업

72.5kV 20kA

145kV 40kA 1P (수출용)

170kV 31.5kA 1P

170kV 50kA 1P

245kV 40kA 1P

300kV 40kA 1P (수출용)

362kV 40kA 2P

362kV 63kA 2P

800kV 50kA 2P

시장규모가 큰

주종제품에 집중

개발계획

362kV 40kA 1P (개폐제어형)

420kV 50kA 1P (수출용)

550kV 50kA 2P (수출용)

Compact화

Cost

Down

System화

Automatio

n화

LG

산전

72.5kV 20kA

145kV 40kA 1P (수출용)

170kV 31.5kA 1P

170kV 50kA 1P

362kV 40kA 2P

개발계획

245kV 40kA 1P (수출용)

300kV 40kA 1P (수출용)

362kV 50kA 1P

550kV 50kA 2P 수출용)

Compact화

Cost

Down

System화

Automatio

n화

일진

전기

170kV 31.5kA 1P

170kV 50kA 1P

개발계획

362kV 50kA 1P

Compact화

Cost

Down

초고압 GIS104

라. 해외 생산업체 동향 분석

(1) 시스템 기술 개발에 주력

기존의 개별 기기를 대상으로 하는 시장에서 탈피하여 시스템화된

시장구조를 대상으로 해서 전력공급 시스템 전체에 대한 Total

engineering 기술을 적극적으로 개발하고 있으며, 특히 대부분의 해

외 거대기업들은 변전소 자동화 기술개발에 막대한 투자를 해 왔으

며 일부 업체에서는 상용화 초기단계에 진입하 다. 결과적으로 시스

템 구성에 필요한 모든 제품들의 사양을 전체 시스템 공급사가 자사

에 유리하게 결정하여 타사의 제품이 들어갈 여지를 최소화시킬 것

으로 전망된다.

 

(2) 친환경 및 유지보수 기술 개발

사고 시 화재위험이 큰 전력용 변압기의 절연유를 대체하기 위한

기술개발과, 지구 온난화 가스 중의 하나인 SF6 가스를 대체 또는

저감시키기 위한 혼합가스(SF6 + 질소), 질소가스, 공기, 고체 절연물

등의 적용기술 개발에 관심이 크다. 그리고 전력설비에 대한 자산관

리 기술, 유지보수 비용 절감기술, 수명연장 기술 등을 적극적으로

개발하고 있다 .

(3) 생산설비의 이전

지속적인 원가상승으로 인한 가격 경쟁력을 제고시키기 위해 연구

제 4 장 시장동향 분석 105

개발은 자국에서, 제조는 인건비가 싼 후발국에서 함으로써 급변하는

국제시장의 환경에 능동적으로 대처하고 있다. 특히 후발국에의 진출

은 시장개척과 원가절감을 동시에 꾀할 수 있는 방향으로 접근하고

있다.

(4) 지속적인 M&A

해외 전력기기업체들은 1980년부터 효율적인 경 환경을 조성하기

위하여 지속적인 M&A를 실시해 왔으며 그 대표적인 예는 ABB,

Alstom, Japan AE power systems corp., T&M T&D, Va Tech,

Siemens 등이다.

107

제5장

결 론

국내 초고압 GIS 산업은 1970년대부터의 지속적인 연구개발과 국

내 전력설비의 지속적인 증설로 인한 내수시장의 안정적인 성장 덕

분으로 이제는 800kV 50kA 2점절 GIS를 국산화 개발할 정도로 양

적, 질적으로 크게 성장하 다.

지금까지 국내의 초고압 GIS 업계는 전 세계시장을 대상으로 할

수 있을 정도로 대부분의 기종을 국산화 개발을 완료하 으며 현재

는 품질과 가격 경쟁력 제고를 위한 신뢰도 향상 기술, Compact화

기술, 시스템화 기술 등의 개발에 주력하고 있다.

향후 세계시장에서의 초고압 GIS 분야도 전력산업의 IT화 추세에

따라 새로운 전기를 맞이할 것으로 전망되며 개별 전력기기, 정보통

신, 전력전자 등의 분야에서의 국내기술의 강점을 충분히 활용하여

이 분야를 선도해 나갈 필요가 있다.

결론적으로 고임금 등으로 인한 해외 선진업체들의 경쟁력 저하,

세계적인 전력산업의 IT화 추세, 내수시장의 견실한 성장, 그리고 유

럽 및 미국에서의 전력설비의 노후화로 인한 교체시기 도래 등의 호

기를 잘 활용하면 우리나라가 이 분야에서 충분히 세계시장을 주도

할 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 109

참고문헌

1. SEFETY INSTRUCTION No 33, Rev. 1, June 1999

2. ANSI for Electric Power Systems and Equipment-Voltage

Ratings (60Hertz), 1995

3. 산업기술 주요통계요람 2003, 한국산업기술진흥협회 2003

4. 전기공업통계, 한국전기공업진흥회, 각 년도

5. 광공업통계조사보고서, 통계청 2003

6. 조합원명부, 한국전기공업협동조합 2003

7. International Trade statistics Yearbook, UN, 1997-2001

8. 관련기업 web site

9. 국내 해당업체별 문의(2003. 6월)

10. The World Market for Transformers, Goulden Report 2001

11. The World Market for High Voltage Switchgear , Goulden

Report 2001

12. The world Market for Low Voltage Protection components,

Goulden Report 2001

13. BOSMA, A., Franz-Josef Koerber, Roberto Cameroni, and

Richard Thomas, Motor Drive with Electronic Control for

HVAC Circuit-Breakers, CIGRE session 2002, 13-203

14. BOSMA, A. and SCHREURS, E., Cost optimization versus

function and reliability of HVAC circuit-breakers, CIGRE

session 2000, 13-102

15. CIGER Technical brochure 83: final report of the second

international enquiry on high-voltage circuit-breaker failures

초고압 GIS110

and defects in service, June 1994

16. IEC 60694, 1995 : Common specifications for high-voltage

switchgear and controlgear standards

17. IEC 60255 : Electrical relays (in applicable parts)

18. IEC 62271-100, 2001 : High-voltage switchgear and controlgear

Part 100 : High-voltage alternating current circuit-breakers

19. IT적용 신전력기기 개발에 관한 산업 분석, 한국전기연구원,

2003. 6

20. 초고압 전력기기 기술개발을 위한 연구기획, 통상산업부, 1997.

11