최근 해저 전력 케이블의 수요가 세계적으로 급증하고, 오래된 지중케이블을 새로운 케이블로 교체하는 사업이 대규모로 이루어짐에 따라 ‘지중케이블 진단 및 모니터링 기술’에 대한 관심이 매우 높아지고 있다.

특히 깊은 바다 밑에 건설하는 해저케이블은 한 번 고장이 발생하면 정확한 사고 지점을 찾기가 극도로 어렵고, 수리하는 데 막대한 비용과 시간이 들어간다. 하지만 그동안 전 세계 전력 시장에서는 이러한 장거리 해저케이블의 고장을 정밀하게 찾아내고 상용화할 수 있는 기술이 크게 부족한 실정이었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 한전 전력연구원은 자체 기술로 실시간 고장점 탐지 기술(SFL-R: Smart Fault Locator - Real Time)과 오프라인 고장점 탐지 기술(SFL: Smart Fault Locator)을 개발하였다. 이 기술들은 전선 내부로 전달되는 복잡한 신호를 처리하고 변환하는 과정을 획기적으로 개선하였으며, 주변에서 유입되는 전기적 노이즈를 완벽에 가깝게 제거하는 최첨단 알고리즘을 탑재하여 고장 위치 판단의 정확도를 비약적으로 높인 것이 핵심 특징이다.

SFL 기술의 핵심 원리와
기술적 특징

SFL 기술은 기존의 일반적인 교류(AC) 지중케이블은 물론, 차세대 대규모 송전 방식으로 각광받는 HVDC(고전압 직류 송전) 지중 송전선로 모두에 적용 가능한 진단 솔루션이다.

지중케이블이나 해저케이블은 겉보기에는 단단한 파이프 형태처럼 보이지만, 내부에는 높은 전압의 전기가 흐르는 정밀한 도체와 절연체로 구성되어 있다. 케이블에 외부 충격이 가해지거나 장기간 사용으로 절연이 파괴되면 순식간에 고장이 발생한다. 땅속이나 바닷속 수십 미터 아래 묻힌 수십~수백 ㎞ 길이의 케이블에서 고장 지점을 눈으로 확인하는 것은 불가능에 가깝다.

기존의 고장 탐지 방식은 주로 신호가 되돌아오는 데 걸린 ‘시간’만을 측정하는 ‘시간 영역 반사파 처리법(TDR)’에 의존하였다. 이 방식은 구조가 복잡한 전력망에서 신호 왜곡이 심하게 발생하고, 오직 엔지니어 개인의 경험과 숙련도에만 의존해야 한다는 치명적인 단점이 있었다. 이로 인해 시스템이 복잡한 경우 고장 지점을 전혀 찾지 못하는 한계가 드러나곤 하였다. 실제로 2024년 핀란드와 2016년 호주에서 발생한 장거리 해저케이블 고장 사고 당시에도 기존 기술의 한계로 인해 정확한 위치를 찾지 못해 탐지에만 수개월의 시간이 소요되는 등 큰 어려움을 겪었다.

반면, 전력연구원의 SFL 기술은 케이블 고장 지점에서 반사되어 돌아오는 반사파 신호(Reflection Signal)를 ‘시간 영역’과 ‘주파수 영역’에서 동시에 정밀 분석하는 독자적인 방식을 채택하였다.

케이블 물리적 특성 맞춤형 기준신호 사용: 케이블의 두께, 길이, 절연 재질에 맞춰 가장 정밀한 진단 신호를 쏘아 보냄으로써 기존 기술 대비 탐지 정확도를 극대화한다.

자동 표정 및 운용 용이성: 자동 표정(標定), 즉 진단 결과가 컴퓨터 화면에 정밀한 위치 데이터로 자동 표시되므로, 운용자의 숙련도나 경험과 관계없이 누구나 신속하고 정확하게 고장 지점을 파악할 수 있다.

이 기술은 제주 #1 HVDC 케이블(해저케이블 길이: 101㎞), 제주 #2 HVDC 케이블(해저케이블 길이: 113㎞) 등 국내 장거리 실전 현장과 육상 AC 케이블에서 이미 성공적으로 성능 검증을 마쳤다. 또한 미국 전력연구원(EPRI)과의 공동 연구를 거쳐 HVDC, HVAC, 해저케이블 전반에서 세계 최고 수준의 성능 우수성을 정밀하게 입증받았다.

실시간 고장 탐지(SFL-R)와 오프라인 고장 탐지(SFL)의 상세 작동 구조

SFL 시스템은 목적과 환경에 따라 실시간 탐지 방식(SFL-R)과 오프라인 탐지 방식(SFL)으로 나누어진다.

• ① 실시간 고장점 탐지 기술 (SFL-R: Smart Fault Locator - Real Time) 실시간 탐지 기술(SFL-R)은 전기가 실제로 흐르는 정상 운전 상태에서 24시간 내내 전력망을 모니터링하다가, 고장이 발생하는 그 순간에 실시간으로 위치를 탐지해 내는 시스템이다.
  
  이중 감시모드 및 노이즈 제거 기술: 전선에 고장이 발생하면 양쪽 끝(단말부)으로 강한 고장 전류 신호가 튀어 나가게 된다. SFL-R은 양쪽 단말에서 신호를 동시에 감지하는 이중 감시 방식을 취하며, 웨이브렛(Wavelet) 정밀 분석 방식과 최첨단 노이즈 제거 기법(Noise Can-cellation Technique)을 적용하여 주변의 전기적 노이즈를 깔끔하게 제거한다.
  
  고장 위치 환산 공식: 장거리 HVDC 케이블에서는 신호가 멀리 이동하면서 강도가 약해지는 ‘감쇠 현상’이 크게 나타난다. 따라서 단일 신호만으로는 감지하기 어렵다. SFL-R은 HVDC 케이블의 양 단말에서 측정한 고장전류의 신호 변환 과정을 거쳐 케이블 양 끝 단말부에 최초로 도달하는 신호인 TAp1과 TBp1의 미세한 시간 차이를 측정하여 수학적으로 정확한 고장 거리(X)를 도출한다.
• ② 오프라인 고장점 탐지 기술 (SFL: Smart Fault Locator) 오프라인 탐지 기술(SFL)은 고장이 이미 일어난 후, 정밀 검사를 위해 전선에 신호를 직접 주입(Signal Injection)하여 정확한 지점을 추적하는 시스템이다.
  
  SFL 알고리즘: 케이블 내부로 정밀 검사 신호를 보낸 후 되돌아오는 반사파를 주파수 축에서 상호 결합(Cross-correlation) 처리하여 고장 지점을 찾아낸다.
  
  획기적인 오차율 감소: 기존의 해외 오프라인 장비(오스트리아 BAUR사의 TDR 방식 등)는 고장점 탐지 오차가 2~3% 수준에 달했으나, 한전의 SFL 기술은 이를 1% 이내로 개선하여 비약적으로 성능을 향상시켰다.

지중케이블 시장 전망과 글로벌 경쟁력 비교

현재 전 세계 전력 시장은 해상풍력 발전 등 친환경 재생에너지 단지의 대규모 건설과 더불어 기존 도심지의 노후 전력망 교체 주기가 맞물리면서 지중케이블 및 해저케이블 수요가 폭발적으로 급증하고 있다. 세계적 전력 케이블 분석 보고서인 『HV and EHV Cable Market Out-look 2023』의 시장 분석 데이터에 따르면, 초고압 해저케이블 시장과 육상 지중케이블 시장은 매우 높은 성장률을 기록할 것으로 전망된다.

초고압 해저케이블(HV/EHV Subsea) 시장: 2022년부터 2029년까지 연평균 성장률(CAGR)이 무려 27.8%에 달하는 엄청난 폭발력을 보일 것으로 예측된다. 특히 대규모 해상풍력사업이 본격화되는 북미 지역의 경우, 초고압 해저케이블 시장 연평균 성장률이 96.1%라는 경이적인 수치를 기록할 것으로 집계되고 있다.

초고압 육상케이블(HV/EHV Land) 시장: 노후 전선 교체 주기 및 도시 재개발 수요에 힘입어 연평균 6~8.8%의 안정적인 성장을 이어갈 것으로 보인다.

유럽 지역의 HVDC 투자 계획: 유럽 지역은 2026년부터 2030년까지 진행되는 송전선로 설비투자(CAPEX) 전체 금액 중 70%를 해저케이블, 11%를 육상 지중케이블에 집중 투입할 계획을 확정하였다.

이처럼 천문학적인 규모로 팽창하는 세계 전력 케이블 시장에서 케이블의 고장을 즉각 감지하고 유지보수 비용을 획기적으로 낮춰주는 SFL 기술의 가치가 주목받고 있다. 글로벌 시장에서 경쟁하는 영국 ABB사, 오스트리아 BAUR사 등 글로벌 선도 기업의 기술과 한전 KEPCO의 SFL 기술을 비교해 보면 한전의 압도적인 기술적 우위가 명확히 드러난다.

실계통 적용 성과 및 글로벌 사업화 진출 현황

한전 전력연구원의 SFL 기술은 국내뿐 아니라 해외 전력망 현장 적용을 위한 독보적인 사업화 성과를 거두고 있다.

• ① 국내 실계통 완벽 적용 SFL-R 시스템은 각 현장에 설치되는 계측부(Local Station)를 중앙 제어실에 설치되는 중앙 제어부(Master Station)와 연결하여 구축한다. 현장 계측부에서 측정된 고장 전류 신호는 GPS 시각 동기화를 거쳐 광케이블 통신망을 통해 중앙 제어부로 전송된다. 중앙 제어부에서는 케이블 계통도 위에 고장 위치를 표시하고, 탐지거리, 발생 시간, 고장 전류 크기, 파형 데이터를 실시간으로 자동 표시해 준다.
  
  이 시스템은 2017년 제주 #1 HVDC 케이블 적용을 시작으로, 2020년 북당진~고덕 HVDC 케이블, 2024년 제주 #3 HVDC 케이블 등 대한민국을 대표하는 핵심 초고압 전력선에 적용되어 상시 모니터링 및 진단 업무를 완벽히 수행하고 있다.
• ② 국제 기구 기술 검증 및 세계적 수상 실적 미국 전력연구원(EPRI) 기술 검증: 미국 EPRI 시험실에서 수년간 혹독한 실증 시험과 검증을 거쳤으며, 그 우수성을 인정받아 총 4편의 공식 기술보고서가 발간되었다.
  
  EPRI 올해의 기술상(Tech Transfer Award) 수상: SFL 기술은 2025년 3월, EPRI 송전 분야 최고 기술로 인정받아 ‘EPRI Tech Transfer Award’를 수상하였으며, 글로벌 전력회사에 소개되는 공식 성공 사례(Success Story)로 당당히 선정되었다. 나아가 EPRI와 공식 기술이전 계약까지 체결하는 쾌거를 달성하였다.
  
  세계대전력망 회의(CIGRE) 등재: 세계 최고 권위의 전력계통 기구인 CIGRE 기술보고서에 혁신 기술(Innovation)로 등재되어 전 세계 전력 분야 전문가들의 집중적인 조명을 받았다.
• ③ CES 2026 글로벌 사업화 계약 및 해외 진출 전력연구원은 최근 미국 뉴욕전력청(NYPA), 콘에디슨(Con-Edison) 등 북미 거대 전력회사 경영진과의 연쇄 미팅을 통해 SFL 기술의 우수성을 인정받았으며, 북미 현지 실계통 실증 및 사업화 협력을 성사시켰다.
  
  특히 미국 라스베이거스에서 개최된 ‘CES 2026’ 한국전력 전시관에서는 국내 최고의 케이블 제조기업인 LS전선과 ‘지중 및 해저케이블 상태판정 기술 사업화 계약’을 전격 체결하였다. LS전선이 보유한 글로벌 해저케이블 자산관리 플랫폼 내에 한전의 SFL-R 기술을 탑재함으로써, 대한민국 독자 기술 기반의 진단 솔루션을 가지고 전 세계 해저케이블 입찰 시장에 공동 진출하는 강력한 발판을 구축한 것이다.
  
  현재 한전 전력연구원은 유럽 11개 기관, 북미 3개 기관 등 전 세계 17개 해외 전력 분야 네트워크와 긴밀히 협력하고 있다. 땅속과 바닷속 깊은 곳에서 전력망의 안전을 지키는 ‘지능형 탐정’ SFL 기술은 이제 대한민국을 넘어 세계 전력 시장의 표준 기술로 빠르게 도약하고 있다.