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국가기술은행 www.ntb.or.kr

기술성․시장성 평가서

기술명: 합성수지 애자 제조방법

주제어 : 애자, 합성수지, 폴리머, 재활용

자문인 : (주)마크프로 / 김 옥

작성일 : 2007. 03. 09.

e-Mail : [email protected]

전화번호 : 02-785-3040

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Ⅰ. 기술개요

특허현황 :

특허국가 권리구분 권리상태 특허번호

대한민국 특허 등록 10-0411818

특허명칭 합성수지 애자 제조방법

1. 기술 개요

본 기술은 합성수지(폴리머, 고분자) 애자제조 방법에 관한 것으로서, 종래의 애자는 자

기(세라믹)로 되어 있어 파손이 용이하고 제작이 번거로울뿐더러, 폐 자기애자는 재활용이

곤란한 환경오염물질이라는 문제점이 있었다. 이에 본 기술은 환경오염 문제성과 파손이

용이한 자기애자를 합성수지애자로 대체함과 더불어 이 합성수지애자 또한 폐수지를 재활

용하여 성형함으로써, 2중으로 환경오염을 저감할뿐더러 제작이 간편하고 경량이며 파손의

위험성이 경감된 합성수지애자 제조방법을 제공한 것으로, 폐수지류를 파쇄하여 압출기에

서 용융시키고 여기에 햇빛차단제를 첨가시켜 열화 장지처리를 수행한 다음, 성형기를 통

해 애자 형상으로 압축성형시키고 용도에 따라 구별되는 채색으로 도장하여 냉각시킨 것이

며, 이때 합성수지로의 도장을 수행하기 위해 착색기법으로 합성수지애자를 성형한 후 도

장기에서 150℃에서 분초분말 분사도장을 수행하는 한편, 상기 성형과 도정공정에서 15

0℃를 유지하여 파손예방처리를 수행한 것이다.

옥외절연물은 기계적, 전기적 스트레스를 항상 받고 있을 뿐만 아니라 사용환경 (도심,

공업지역, 해안 등)에 따라 오염물질에 노출되는 것을 피할 수 없다. 또한, 산업의 대규모화

와 도시의 과 화로 매연과 분진에 의한 오손이 증가하고 있으며 전력부하가 집된 도시

의 공단지역은 대부분이 연해가 있는 해안지역에 위치하고 있기 때문에 절연물의 오손에

의한 사고는 늘어나고 있는 추세이다. 이와 같은 문제는 양질의 전력공급을 요구하는 고도

산업사회, 고도 정보화 사회로 되어감에 따라 더욱 심각해질 것이다.


■ 폴리머 애자의 개발역사와 사용현황

1959년 GE사에서 epoxy로 만들어져 무게가 간소화되고 전기적, 기계적 특성이 향상된

폴리머 애자가 개발되어 사용되어 왔으나, 심각한 트래킹 및 erosion 현상으로 실패하 다.

그러나 폴리머의 적용이 계속 요구되어짐에 따라 연구가 진행되었고 1960년대 초에

aluminium trihydrate (ATH)라는 무기첨가제가 고분자의 취약점인 내트래킹성에 탁월한

효과를 나타낸다는 것이 확인되면서 이에 대한 연구도 급속도로 발전하게 되었다.

폴리머 애자의 사용재료가 뒷받침됨에 따라 유럽의 제조회사들을 중심으로 1960년대에

송전급 폴리머 애자가 개발되었으며 1967년에 field test를 시작하는 과정을 거쳐서 1970

년대에는 송전급의 제 1세대 애자가 본격적으로 생산되기 시작하 다. 한편으로는 1980년

대 이후로 북미를 중심으로 송전급에의 사용이 급증하게 되었고 현재는 신규설치되는 애자

의 80% 이상을 폴리머 애자가 차지하게 되었다.

국내에서도 폴리머 애자를 선호하는 세계적 추세에 따라 십년전부터 대수용가인 한전

을 중심으로 폴리머 애자의 적용을 검토하 고 22.9 kV의 일부 배전선로에 외국제품을 수

입하여 시험 사용한 결과 10년이상 경과한 현재까지 아무런 문제없이 우수한 특성을 나타

내고 있다. 또한 일부 국내업체에서도 폴리머 애자 개발에 성공하여 전체 사용량의 50%이

상을 폴리머 애자로 사용중이다. 154kV이상의 송전급 폴리머 애자의 경우 공업단지의 중

오손지역에서 기존의 자기애자의 섬락사고가 빈발하여 내오손 성능이 우수한 폴리머 애자

의 사용이 요구됨에 따라 한전에서 적극적으로 사용량을 늘리고 있다.

2. 기술의 적용분야 및 사례

폴리머 애자의 적용분야는 기존의 자기애자가 사용되는 분야와 동일하며, 앞에서 언급

한바와 같이 자기애자의 가격 및 무게, 성형등의 단점으로 인해 송배전용으로 적용에 어려

움이 있어 상대적으로 저가이며 자기애자와 유사 수준의 특성을 보이는 폴리머 애자가 그

시장을 잠식하고 있다.

애자 부분에서 국내 최대 소비지는 당연 한국전력이다. 한국전력은 국내 배전용 애자

장단기운용계획으로 2005년까지 전체 애자의 80%이상을 폴리머애자로 변경하 다. 또한

이러한 수요에 힘입어 초창기 수입에 의존하던 폴리머 애자를 현재는 전량 국내 기업들이

개발 생산하고 있다. 그 예로는 1990년대 말부터 개발에 박차를 가한 (주)평일과, 기존 자

기애자를 공급하던 (주)고려애자도 폴리머 애자를 개발하여 시 제품을 내 놓고 있다. 이러

한 기업들은 한국전력의 공개입찰을 통해 물건을 납품하고 있다.


■ 국내외 폴리머 애자 적용 현황 및 사례

폴리머 애자의 사용은 전세계적으로 점점 증가하는 추세에 있다. 미국에서는 송배전 선

로에만 전체 애자의 약 30%를 고분자 애자로 사용하고 있으며, 유럽국가들 중에서도 국,

프랑스, 이탈리아, 덴마크, 스위스, 노르웨이, 헝가리 등이 송배전선로 뿐만 아니라 전철용

으로도 상당수 사용하고 있다. 또한 아시아 지역에서도 일본을 비롯하여 중국에서도 많이

사용하고 있는 실정이다.

특히, 일본에서는 1985년에 전력중앙연구소가 옥외 전력용 케이블 말단에서 세계적인

지분을 갖는 레이켐사의 고분자 재료를 이용하여 전력기기로의 연구를 개시하 다. 또한

EVA재료를 갓하우징으로 사용한 고분자 애자의 개발에 따라서 전력중앙연구소나 철도총

합기술연구소(JR총연)에서 각종 고분자 재료를 사용한 폴리머 애자의 옥외 과전폭로시험을

진행하고 있다. 일본에서도 철도분야가 선행하여 경량에서 내오손성능에 우수한 폴리머 애

자를 채용하고 시공작업의 합리화나 유지보수 비용의 저감을 도모하여 철도분야에서도 이

미 본격적인 폴리머 애자의 시대에 접어들게 되었다.

국내에서는 폴리머 애자를 선호하는 세계적인 추세에 따라 20년 전부터 한국전력을 중

심으로 폴리머애자의 적용을 검토하 고 일부 배전선로에 1990년대 초반부터 외자로 도입

하여 외국제품을 수압하여 시험 사용한 결과 아무런 문제없이 우수한 특성을 나타내었으

며, 1997년부터 국산품이 시사용품을 시작으로 2000년도부터 본격적으로 확대 사용하기

시작하 다.

전차선로에 폴리머 애자가 도입이 된 것은 1995년에 국내업체에서 폴리머 장간애자의

개발이 완료되어 철도청 인정시험 및 공인기관 인증시험을 거쳤으며, 1997년 철도청 폴리

머 장간애자 구매시방이 재정되어 1998년부터 폴리머 장간애자의 실용화가 가능하게 되었

다. 현재 전차선로에 사용되고 있는 애자는 장간애자와 지지애자가 사용되고 있다.

국내현황을 간략히 정리하면 다음과 같다.

- 1994~1997년까지 미국에서 14만개를 수입해 사용

- 2001년 폴리머 현수애자, 폴리머 피뢰기에 대한 한전 규격을 제정하여 확대사용

- 송전급 중간애자가 국내에서 개발되어 철도청 고속전처에 적용 진행

- 폴리머 현수애자, 폴리머 파워휴즈 송전용 폴리머 장간애자 폴리머 변압기 붓싱등의

KS표준화 규격 제정 완료

- 폴리머 COS애자에 대한 한전 구매 규격 제정 및 국내업체 개발 완료


■ 미국 현황

1) 배전계통

미국에서는 폴리머애자의 개발이래 광범위하게 사용되고 있으며 특히 해안의 오손 지

역에 실리콘 애자를 사용하여, 이미 그 성능이 우수함이 확인 되었다. 특히 초기에는

EPDM과 EPDM/실리콘 블랜드 또한 사용되었으나, 실리콘 소재가 수명이 길고 전체적

성능이 우수하여 실리콘 재질을 주로 배전계통에 이용하고 있다.

2) 송전계통

1990년 이후 표준규격을 재정하여 송전계통에도 폴리머 애자를 적용하고 있다. 230kV

급 현수애자 및 line post 애자에 적용되어 사용되고 있다.

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Ⅱ. 기술 및 시장현황

1. 기술 동향

■ 유기합성 애자의 구조

그림 1-1에 일반적인 폴리머 애자의 형상을 나타내었다.

<그림 2-1> 폴리머 애자의 구조 (현수애자)

고강도 FRP rod를 기본축으로 하고, 그 위에 절연성능을 위한 shed(갓)이 씌워져 있으

며 양단에 연결금구가 압착되어 있으므로 기본개념은 매우 간단하지만 동시에 주의 깊은

설계가 요구된다.

시멘트를 사용하여 자기재 절연물을 연결금구와 접착하는 기존의 자기재 애자와는 달

리 폴리머 애자는 기계적 강도를 유지하기 위하여 유리섬유강화 플라스틱(Fiber

Reinforced Plastics, FRP)을 내부 core 재질로 사용하고 있다. 이러한 FRP는 금속보다

휠씬 가벼우면서 우수한 인장특성을 나타내므로 여러 가지 종류의 폴리머 애자에 매우 유

용하게 사용되고 있다. 그러나 옥외고전압 절연물로서 FRP core만으로 절연특성을 유지하

기에는 내오손성, 습기의 침투, 트래킹 발생 등의 원인으로 적합하지 않으므로 고무와 같은

shed를 FRP 위에 성형가공하여 표면 누설거리를 늘려주고 절연성능을 보강해 주게 되며

FRP core 는 실제로 표면에 노출되지 않는 것이다. 또한 FRP core 양단에 압착 등에 의한

방법으로 금구가 연결되어 있으며 이 금구는 일반적으로 주물에 용유아연도금을 하여 부식

을 방지하거나 배전급의 경우 알루미늄 재질을 사용하는 제품도 나와 있다.

개발초기의 shed는 누설거리를 늘려주기 위해 기존의 가지재 애자의 형상대로 성형되


었으나 금형으로부터의 탈형성 등이 문제가 되어 점차 현재와 같은 disk 형태로 개선되었

으며 직경이 가는 FRP core 덕분에 누설전류가 길어지게 되어 충분한 절연설계가 가능하

게 되었다.

한편, 양단의 금구 연결부분에서의 방수, 기 처리는 폴리머 애자의 설계에 있어서 가

장 중요한 요인 중 하나이다. 방수처리가 잘못되어 FRP core가 대기중의 공해나 습기와

직접 접착하게 되면 트래킹이나 절연파괴로 이어지게 되어 애자의 수명에 결정적인 향을

미치게 되므로 core와 금구사이에 접착제로 처리를 하여 압착하고 최종제품의 금구와

shed 경계면에 다시 실리콘등으로 sealing하는 방법이 널리 사용되고 있다.

<표1-1>에 폴리머 애자의 설계, 제조시 고려되어야 하는 재료 및 구조에 대한 필요성

능을 요약하 다.

<표 2-1> 설계요소와 필요성능

설계요소 필요성능 재료 및 구조

재료

외피고무

1. 내후성 (자외선, 오존 등)2. 내열성 3. 내구성4. Tracking 및 erosion 성능

- Silicone rubber- EPDM rubber - Silicone/EPDM alloy

FRP core 1. 전기적 특성 2. 기계적 특성 3. 하중-시간 특성에 대한 저하율일 작을 것

- 유리섬유 강화- 폴리에스테르 또는 에폭시 rod

지지금구자기애자와 동등이상의 성능을 갖

을 것 - 탄소강 또는 주철

구조

외피고무- F R P core 계면부 구조

1. 접착력이 강하고 gap이 없을 것 2. 접착계면이 필요 최소한일 것3. 제품품질에 flash가 없을 것

- 외피고무와 FRP core의 가류접착 (화학접착)

FRP core-지지금구 접합부의

구조

1. 접합부가 벗겨지지 않는 구조일 것

2. 인장, 굴곡하중의 요구성능을 만족할 것

3. 응력집중이 없는 구조일 것

- 균등 압축- 다단계 압축 (축방향)

외피고무-지지금구의 실링부 구조

사용중 실링부에 gap이 생기지 않을 것

- Silicone-sealant에 의한 실링 대책

자료 : 전철용 고분자 애자 및 열화특성, 전기전자재료, 2004

■ Shed의 재료


개발초기에 사용이 검토되었던 고분자 재료로는 테프론, 에폭시 수지, 폴리에틸렌, 상온

경화형(RTV) 실리콘 고무, 고온경화형(HTV) 실리콘 고무, EPDM, EPDM/silicone

alloy, EVA, 폴리우레탄 등 여러 가지 으나 내후성과 내트래킹성 및 성형가공성 등의 이

유로 현재는 EPDM과 실리콘 고무 및 EPDM/silicone alloy 등이 주로 사용되고 있다.

EPDM은 ethylene과 propylene 및 diene이 공중합된 고무 고분자로서 무극성이며 분

자 구조내에 이중결합이 없어서 절연특성, 내오존성, 내수성, 내후성이 우수한 특성을 나타

낸다. 개발초기에는 트래킹성과 자외선에 대한 저항성이 약하여 문제가 되었으나 그 후 내

후성과 내트래킹성이 많이 보강되고 silicone에 비해 저렴한 가격으로 현재는 배전급 애자

의 대부분이 EPDM으로 만들어지고 있으며 765kV까지의 송전급용으로 사용되고 있다.

실리콘 고무는 가공용 절연재료로서 상온경화형 (Room temperature vulcanized,

RTV), 액상실리콘 고무 (Liquid silicone rubber, LSR) 및 고온경화용 (High

temperature vulcanized, HTV)의 3가지가 있다. 실리콘은 무기고분자로서 내후성이 강

하고 분자의 주쇄에 유기탄소가 없으므로 불꽃방전이 발생하여도 도전성 카본이 납지 않기

때문에 내트래킹성이 상당히 우수하며 특히 뛰어난 발수성으로 누설전류가 억제되어 옥외

용 애자의 shed 재질로서 가장 각광을 받고 있으나 가격이 비싸고 EPDM보다 기계적 강

도가 떨어지는 단점이 있다. 최근에는 각자의 단점을 보완하는 의미에서 EPDM에 silicone

oil을 첨가한 EPDM/silicone alloy가 상품화 되고 있다.

가. 국내 기술개발 현황

지난 60년대 폴리머 애자의 개발 초기에 사용이 검토됐던 고분자 재료로는 테프론, 에

폭시 수지, 폴리에틸렌, 상온경화용(RTV) 실리콘 고무, 고온경화용(HTV) 실리콘 고무,

EPDM(Ethylene Propylene Diene Terpolymer), EVA, 폴리우레탄 등 여러 가지 으나

내후성과 내트래킹성, 성형가공성 및 가격 등의 이유로 현재는 EPDM과 실리콘 고무가 주

로 사용되고 있다. 폴리머 애자 하우징용 절연재료로 사용하기 위해서는 순수한 EPDM이

나 실리콘을 기본으로 하고 여기에 필러(filler), oil, 산화금속, 가교제, 가교조제, 산화방지

제 등 각종 첨가제를 혼합하여야 한다. 이와 같이 각종 첨가제가 혼합된 전의 재료 상태를

컴파운드(compound)라 하고, 순수한 EPDM이나 실리콘은 기저고분자(base polymer)라

한다. 실제로 EPDM이나 실리콘 컴파운드에서 순수 기저고분자가 차지하는 비율은 약 3분

의 1 정도밖에는 되지 않으므로 사용되는 첨가제의 종류와 양이 최종 컴파운드의 특성을

좌우하게 된다. 따라서 기저고분자와 첨가제가 적절하게 처방돼야 폴리머 애자용 재료로서

사용가치가 있게 되며, 현재 폴리머 애자용으로 세계적으로 인정받고 있는 EPDM이나 실


리콘 컴파운드가 몇 종류밖에 되지 않는 이유도 여기에 있는 것이다. EPDM은 가격과 기

계적 특성에서 장점을 갖는다. 실리콘에 비하여 쉽게 찢어지지 않아 설치 시 안전하고 외

물접촉 및 조류 등에 손상 받지 않는 반면, 실리콘은 내후성과 발수성이 우수하여 섬락사

고가 발생할 가능성이 적다는 점이 장점이나 부드러워 외부의 충격에 찢어지기 쉬운 것이

단점이다. 폴리머 애자로의 적용 EPDM과 실리콘은 폴리머 애자에 가장 널리 사용되는 재

료로 어느 재료를 사용하는 것이 유리한지는 다음과 같은 면을 평가하여야 한다. 첫 번째

는 단순히 EPDM인지, 실리콘인지 구분하는 것은 위험하며 각종 배합제가 혼합된 최종 재

료인 컴파운드 특성을 고려하여야 한다. 즉, 폴리머 애자에서 요구하는 중요 특성을 만족하

느냐가 중요한 문제이기 때문에 출발원료의 종류만 가지고 완제품 컴파운드의 특성을 평가

하는 것은 함정에 빠질 위험이 크다. 예를 들어 중국 등으로부터 무분별하게 수입되는 저

급의 실리콘 컴파운드가 고급 실리콘의 행세를 할 수 있다는 뜻이다. 두 번째는 사용하는

용도에 적합하면서 경제성이 있느냐 하는 문제이다. 폴리머 애자의 세계적 권위자인 미국

애리조나주립대학의 Gorur 교수는 국제 폴리머 애자 심포지엄(99년·스페인)에서 송전급은

실리콘과 EPDM이 선택될 수 있는 재료이고 배전급에서는 그 외에 에폭시나 EVA 등까지

도 성공적으로 사용되고 있다고 요약, 발표하 다. 또한 그는 99년 한전 전력연구원에서 전

문가로 초청하 을 때 국내 배전급 폴리머 애자에 대한 견해에서 구매시방서의 누설거리가

매우 길고 국외의 CEA, ANSI, IEC 등의 규격을 참고로 하 으므로 제조 시 품질관리만

문제가 없으면 장기신뢰성은 문제가 없을 것이라고 하 다. 즉 35 ㎸ 급을 22.9 ㎸ 선로에

서 사용하고 있으므로 하우징의 재질구분은 큰 의미가 없다는 뜻이다. 예를 들어 표면에너

지가 아주 작고 안정한 구조의 테프론을 하우징 재료로 사용하면 실리콘보다도 발수성과

내후성이 훨씬 우수한 폴리머 애자를 제조할 수 있게 되지만 제조 및 경제성이 문제가 된

다. 비유하면 케이블 도체의 재질에 대하여 도전율이 기존 동보다 우수한 금이나 은으로

하면 케이블의 품질이 훨씬 좋아지고 동으로 제조된 제품은 품질이 뒤떨어진다는 경제성을

도외시한 잘못된 논리가 유사하게 적용될 수 있다는 것이다. 이러한 요구 성능과 경제성이

종합적으로 고려되어 배전급에서 세계적으로 가장 널리 사용되는 재료는 EPDM이며 각종

다양한 환경에서 폴리머 애자, 폴리머 피뢰기, 폴리머 COS, 케이블 종단접속재 등의 재료

로 성공적으로 사용되고 있다. 국내에서는 EPDM이 종단접속재의 재료로서 특고압 선로에

서 20년 이상 아무런 문제없이 사용되어 오고 있다. 한전 전력연구원에서는 99년 한전 선

로에서 13년 동안 운전되어 오던 EPDM 종단접속재를 수거하여 분석한 결과 전기적 특성

은 신품과 거의 차이가 없으며 열화도 표면에서만 진행되어 접속재의 성능에 큰 향을 미

치지 않았다고 전기학회지에 보고한 바 있다.

세계 시장에서, 특히 배전급에 사용되는 재질별 사용 통계는 세계적인 애자 잡지인

'Insulator New & Market Report'사에서 발표한 적이 있으며 다음과 같다. 필요 성능과

열화 폴리머 애자에 필요한 품질과 성능에 대하여 전문가들의 의견을 종합하면 다음과 같

다. 첫 번째, 가장 중요한 문제는 제조에 있어서의 품질관리라는 것이 공통된 의견이다. 양


쪽 금구의 봉, FRP 코아와 하우징 사이의 계면에서의 접착력이 완벽하여 수분이 침투하

는 것을 방지해야 한다. 수많은 양산 제품의 제조과정에서 완벽한 품질관리 시스템으로 일

정한 제품이 양산돼 나오도록 제조업체가 시행해야 한다. 두 번째로는 치수(코어의 직경,

누설거리, 섬락거리 등)와 형상(갓의 간격, 지름, 기울기 등) 및 전계를 제어하는 설계가 중

요한 요소이다. 그 다음 세 번째로 중요한 사항이 FRP 코어 및 하우징의 재료이다. 폴리머

원료의 배합비에 따라 재료의 특성이 달라질 수 있으므로 폴리머 애자 제조업체는 시험을

통과한 종류의 재료라 하더라도 계속 그 특성을 유지하는 것을 확인하고 사용하여야 한다.

네 번째로는 보관, 운반 및 설치가 포함되는 취급(handling)이다. 깨지지 않고 취급이 편하

다는 점이 폴리머 애자의 장점이지만 이 점이 너무 간과되면 던지고, 밟고, 내동댕이쳐지는

등 오히려 폴리머 애자의 장점이 단점으로 작용되어 사고로 이어질 수 있다. Gorur 교수는

폴리머 애자의 열화에 대한 각종 현상이 발생할 경우 실제 사용현장에서 성능에 어떤 향

을 미치는지를 정리하고 이를 'Gorur Aging Chart'라 하여 발표하 다. 폴리머 애자의 하

우징에서 갓에 문제가 생기면 상대적으로 가벼운 열화이지만 시스에 문제가 생기면 FRP

코어가 노출되고 이로 인한 트래킹 등의 발생으로 절연이 파괴되므로 심각한 열화로 분류

된다. 하우징의 발수성 상실도 경미한 열화로 분류되는데 이는 만약 폴리머 애자의 발수성

이 상실돼도 표면이 자기 애자와 같은 상태의 발수성이 되므로 사용상에 큰 문제점은 없다

는 뜻으로 해석할 수 있다. 초킹이란 폴리머 재료의 표면에 첨가제로 사용된 필러(filler)가

노출되는 현상을 말하며 초킹이 발생하면 발수성이 저하되는 현상이 나타난다. 폴리머 애

자의 열화에 가장 민감한 부분은 금구 봉, 코어·하우징(시스) 등 계면의 완전성으로서 이

러한 계면의 봉효과가 불안정하면 수분이 침투하고 고전압에 의한 트래킹 사고로 이어지

기 때문이다. 한전 규격과 외국 규격 한전 배전선로의 정격전압은 22.9 ㎸이고, 계통 최고

전압은 25.8㎸이므로 이에 부합하는 외국 규격 형식은 DS28이 된다. 한전 B호의 모든 요

구 특성치가 외국 규격보다 동등하거나 높고 A호는 외국의 35㎸ 규격치보다 동등하거나

높음을 알 수 있으며 한전의 폴리머 애자 사양은 충분한 여유를 갖고 있는 것이다. 폴리머

애자에 있어서 누설거리는 장기간 사용 시의 특성과 관계가 깊으므로 중요한 설계 치수이

다. IEC 60815는 오손도에 따라 적합한 누설거리를 제시하고 있으며, 청정지역(light)은 16

㎜/㎸, 경오손(輕汚損, medium) 지역은 20㎜/㎸, 중오손(中汚損, heavy) 지역은 25㎜/

㎸, 중오손(重汚損, very heavy) 지역은 31㎜/㎸로 설계하도록 권고하고 있다. 바닷가 근

처의 염해 지역이며 중(中)오손지역의 누설거리 기준인 25㎜/㎸에 한전의 배전 전압인

22.9㎸를 곱하면 573㎜가 계산되는데 이는 폴리머 애자 B호의 누설거리 기준 580㎜ 이하

가 된다. 이 것은 한전의 B호 애자가 바닷가 근처의 염해 지역에서도 사용될 수 있는 누설

거리를 갖도록 설계됐다는 것을 뜻한다. 또한 바람이 심한 해안가 바로 옆 등 가장 심각한

오손 지역인 重오손 지역에서 한전의 배전 전압으로 누설거리를 계산하면 710㎜가 되며

역시 한전 폴리머 애자 A호 누설거리 기준인 760㎜에 못 미친다. 또한 폴리머 애자 A호의

누설거리가 자기 애자 3련보다 130㎜ 이상 길기 때문에 훨씬 더 우수한 내오손성을 보유


하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서 원래 35㎸급인 한전의 A호 애자는 우리나라 22.9㎸ 선

로 어느 곳에서 사용하여도 충분한 누설거리를 확보하고 있는 것이다. 요약하면 한전의 폴

리머 애자 구매시방서에 준한 개발 시험을 정확히 통과한 제품은 설계 및 재료의 장기 신

뢰성이 충분히 보장되지만 우수한 품질을 유지하는 품질관리가 무엇보다 중요하며, 한전

선로에서의 폴리머 애자의 신뢰성은 200만개 이상이 아무런 문제없이 사용되고 있는 것으

로 충분히 입증된다. 한전의 폴리머 애자 A호의 경우 배전 전압에 비하여 충분한 누설거리

를 갖고 있으므로 재질구분은 필요치 않다.

국내 폴리머 애자 개발 생산 업체는 1990년대 말 초기에는 (주)평일, LS전선, 제룡산업

등이 개발에 착수하여 2003년까지는 (주)평일이 한국전력 대부분의 물량을 공급하 으며,

현재는 위의 업체와 함께 고려애자공업과 구주기술(주), 대한전선(주), 동아타이어공업(주),

세명전기공업주식회사, (주)이앤아이, (주)조양, (주)DTR, 주식회사 오리엔탈코등이 생산에

가세하여 한국전력 공개입찰에서 경합을 벌이고 있다. 특히 2004년에는 7년 연속 입찰 납

품을 하던 (주)평일을 제치고 동아타이어공업이 A형과 B형 모두 1순위가 되면서 폴리머

애자 시장의 경쟁이 심화되었다.

폴리머 애자 분야에서 가장 앞서 있는 (주)평일은 2006년도 B형에 1순위가 되면서 다

시금 폴리머 애자 시장에서 향력을 미치고 있다. 기존에 자기 애자를 생산하던 고려애자

공업은 애자 시장이 폴리머 애자로 급속히 바뀌면서 자체적으로 폴리머 애자를 개발하여

입찰에 뛰어들었다. 그 외 보성파워텍은 69kV급 폴리머 현수애자를 세계최초로 개발하여

세계시장에의 진출을 도모하고 있다.

나. 해외 기술개발 현황

폴리머 애자는 국내보다 외국에서 먼저 개발이 되었으며, 1996년 이전까지 한국전력에

서는 외산 폴리머 애자를 수입하여 초기에 적용 하 다. 오랜 경험을 통해 국내 기업들 보

다 우수한 기술력을 확보하고 있으며, 전 세계적으로 폴리머 애자의 수요가 늘어나면서 많

은 기업들이 폴리머 애자 시장에 진입을 하고 있다.

주요 기업으로는 Maclean, NGK Locke, Sediver 등은 주로 실리콘 재료를 이용하여

폴리머 애자를 제조 판매하고 있으며, Sediver, K-line등은 EPDM과 실리콘 제품을 생산

하고 있다. 또한 Ohio Brass등은 EPDM/Silicone Alloy를 이용한 제품을 생산 판매하고

있으며, 표 1-2에 업체별 적용 재료를 정리했다.


<표 2-2> 업체별 폴리머 애자 적용 재료

·

업체 적용 재료

Maclean Silicone

NGK Locke Silicone

Sediver EPDM, Silicone

K-line EPDM, Silicone

Ohio Brass EPDM/Silicone alloy

자료 : 고전압 옥외 절연용 EPDM의 신뢰성, 화인폴리머(주), 1998

이들 선진 기업들의 기술력은 다른 무엇보다 오랜 기간 동안 적용하면서 확보한 장기 신

뢰성에 대한 기술력으로 국내는 1997년부터 약 10년 정도의 장기신뢰성 기술을 확보한 반

면 이들 기업들은 20년 이상의 신뢰성 기술을 바탕으로 세계 시장을 장악하고 있다. 또한

세계적으로 이슈가 되고 있는 기술은 불량애자에 대한 검출기법이 발달되어 있다.

다. 국내외 경쟁기술 현황

폴리머 애자의 경쟁기술은 기존에 애자로 사용된 자기재 애자이다. 폴리머 애자와 자기

재 애자의 특징이 장단점은 다음 같다.

자기(porcelain)은 소재가 저렴하고 옥외에서 화학안정성이 좋으며 내열성과 내아크성

이 우수하여 실제 절연물의 주종을 이루어 왔다. 그러나 충격강도가 약하고 소결시 부피감

소가 커서 재질의 두께변화폭이 큰 절연물 제작에 어려움이 있으며 최종제품의 취성도 크

다. 또한 자기 소재로는 기계적 강도를 만족하는 일체형의 큰 절연물 제조가 어려운 단점

이 있다. 다른 한편으로 자기는 표면에너지가 커서 친수특성을 가지고 있으므로 오손된 상

태의 절연물 표면에 물이 적절하게 기여하게 되면 누설전류가 증가하고 부분정전이 일어난

다. 이것으로 인하여 열의 발생이 반복되면 금구, 시멘트, 자기 등의 접합부 소재간의 열팽

창계수 차이가 커서 계면탈리 현상이 나타나고 그 부위에 전계가 집중되므로 절연열화가

과속되어 절연파괴로 진행이 된다.


<표 2-3> 폴리머 애자와 자기재 애자의 특징비교.

구 분 폴리머 애자 자기재 애자

장 점

- 경량성

- 우수한 오손내압특성 및 절연성

- 경비절감 (구매비용, 설치비용)

- 보수가 용이

- 높은 충격하중가동

- 표면발수성이 우수

- 절연파괴시 비산이 없음

- 성형이 용이

- 자기 세정성

- 불활성, 내후성 우수

- 장기상요에 따른 성능변화 적음

- 부분교체가능

- 장시간의 현장운전경험

단 점

- 상대적으로 짧은 운전경험

- 경년에 따른 열화

- 불량애자 검출의 어려움(진단기술부족)

- 세계적 기준의 부재

- 코로나 발생시 재질약화 우려

- 중량이 무거움

- 고비용, 다양한 형상제작 어려움

- 물리적 충격에 약함

자료 : 전력용 폴리머애자의 사용현황과 전망, 전기전자재료, vol. 17, No. 3,

p14-22, 2004

위의 <표 1-3>은 폴리머애자와 자기재애자의 장단점을 비교한 것이다. 표에서

와 같이 자기재애자는 물리적 충격에 약한 특징과 고비용의 단점을 가지고 있는

데 이러한 단점을 보완하기 위해 합성수지 애자, 즉 폴리머(고분자) 애자가 개발

되어 대체 중에 있다. 옥외용 애자 등의 절연물로 개발된 합성수지는 저항이 크

고 절연파괴강도가 높으며 유전손실이 작고 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라

대량생산이 가능하여 전기절연재료로 값싸게 이용할 수가 있다. 다만, 고분자는

탄소를 골격으로 하는 유기물질이라 대체로 열에 약하고, 내후성과 내트래킹성이

좋지 않다는 단점을 가지고 있으므로 열가소성 고분자보다는 열적, 기계적 특성

이 우수한 경화성 수지들을 복합화한 composite들이 전기절연물 분야에 주로 사

용되고 있다. 고무를 포함한 경화성 수지들은 여러 종류의 첨가제와 혼합이 가능

하므로 물성제어의 폭이 넓어 옥외에서 사용이 가능한 몇 종 안 되는 기초수지

를 가지고도 다양한 기능의 복합재료들을 만들 수 있다. 다만, 장기특성의 예측

을 위한 평가기술이 고분자 재료의 특성상 쉽지 않으므로 현장적용이 조심스러

웠으나 20년 가까운 현장적용의 결과가 일부 소재의 경우 아주 우수한 것으로

평가되고 있다.

<표 1-4>는 애자 소재에 따른 기본 물성을 비교 하 다. 다른 재료에 비해 폴


리머 애자는 도와 열전도율이 현저히 낮음을 확인 할 수 있다. 또한 절연물질

의 가장 중요한 특성중의 하나인 체적저항 값도 1015-1017 Ωm으로 다른 재료에

비해 월등히 높아 우수한 애자의 특성을 나타내게 된다.

<표 2-4> 애자 소재에 따른 기본 물성 비교

특 성 단 위Glazed

porelain

Toughend

glassPolymer FRP

도 g/cm 2.3-3.9 2.5 0.9-2.5 2.1-2.2

인장강도MPa

lb/in2(×10

3)

100-120

4.0-14.0

100-120

14.5-17.4

20-35

3.0-13

1300-1600

190-230

압축강도MPa

lb/in2(×10

3)

240-820

34-120

210-300

30-40

80-170

11-24

700-750

100-107

인장율GPa

lb/in2(×106)

50-100

7-147.2

0.6-16

0.1-2

43-60

6.0-8.0

열전도율 W/m°K 1-4 1.0 0.17-0.9 0.2-1.2

팽창력

(20-100℃)(×10

-6)/K 3.5-9.1 8.0-9.5 45-200 7.5-20

유전율

(50-60Hz)Air=1 5.0-7.5 7.3 2.3-5.5 2.5-6.5

유전정접

(50-60Hz)(×103) 20-40 15-50 0.1-5.0 5.0-20

파괴강도 kV/mm 10-20 >25 >25 3.0-20

체적저항율

(at 20℃)Ωm 1011-1013 1012 1015-1017 1011-1014

<표 1-4>에서 정리한 것과 같이 절연물의 소재가 자기에서 복합재료로 바뀌

는 경우 장점은 다음과 같다.

① 무게가 자기재의 20% 정도에 불과하므로 생산, 보관, 운반 및 설치작업이

용이하고 이에 따라 철탑 간격을 길게 할 수 있으며 지지금구도 간소화된다.

② 우수한 발수특성으로 누설전류에 의한 섬락현상이 감소되어 오손환경에서

도 절연특성이 우수하다.

③ 기계적 강도가 우수하여 인장강도는 자기재의 2배, 충격강도는 5배이므로

운반 및 설치시 유리하다.

④ 대량생산 및 긴급제조가 가능하며 가격이 저렴하다. 즉, 우수한 생산성과

생산시 에너지 소모가 적으며 급할 경우 하루만에 완제품 제조가 가능하기 때문

에 납기조절이 용이하다.

⑤ 누설거리 확대 및 연결금구를 용도에 맞게 압착할 수 있으므로 상황에 따

른 금구의 간소화가 가능하고 설계의 가변성이 우수하다.


⑥ 재질의 특성상 폭발하지 않으므로 사고시 파편의 신산으로 인한 주변설비

의 2차 사고를 일으키지 않으며 총이나 투석 등에 쉽게 부서지지 않아서 절연단

락사고로 이어지지 않는다.

이상과 같은 장점이 있는 반면 폴리머 애자에 있어서 우려되는 대표적인 단

점은 장기신뢰성에 대한 문제이다 즉, 기존의 자기재 애자는 태양관의 자외선에

안정하기 때문에 장기 사용에 대하여 표면의 열화가 거의 발생하지 않으나 고분

자는 구조의 골격이 유기카본이기 때문에 자외선에 의하여 광분해가 일어난다.

또한, 표면이 각종 오염물질로 오손되면서 습기의 도움으로 누설전류가 흐르고

방전에 의한 트래킹 현상이 발생할 수 있다. 이러한 내후성과 내트래킹성의 성능

향상이 폴리머 애자에 있어서의 가장 중요한 과제이며 연구대상이다.

절연물의 절연성능에 향을 주는 인자들은 절연물의 형상, 오손물질의 종류

와 오손도, 절연물의 재질, 표면에서 오손액의 젖음성 등 다양하다. 절연물의 표

면을 통하여 흐르는 누설전류의 크기는 표면이 건조할 때와 젖어 있을 때가 크

게 다르므로 사용중인 절연물의 섬락사고에는 오손물질과 물이 결정적으로 기여

를 한다. 오손이 실할수록 건조상태에서의 누설전류 값에 비해 젖은 상태에서의

누설전류 값이 훨씬 크게 증가하므로 표면의 젖음성(wettability)이 매우 중요하

다. 자기재 애자의 경우 표면에너지(표면장력)가 커서 표면에 물질이 닿으면 필

름형태로 퍼지므로 오손물질이 전도성 역할을 하여 누설전류가 커지며 절연성을

상실하게 되고 섬락사고로 이어지는 것이다.

반면에, 고분자는 표면에너지가 작아서 표면에 물이 닿아도 퍼지지 않고

drop형태로 뭉치므로 그만큼 누설전류가 흐르지 않게 되고 섬락사고도 줄어들어

절연특성이 향상하게 되며 이것이 폴리머 애자의 절연특성이 우수한 이유이다.

고분자 표면이 자기재에 비해 흐르는 누설전류 값이 작기는 하지만 오손물의

향으로 일단 누설 전류가 흐르면 이 누설전류의 열로 표면이 건조되어 국부적

인 건조대 (dry band)를 형성시키고 이 건조대로 인하여 불평등 전계가 형성되

며 건조대 양단에 고전압이 집중되어 전기적 부분방전 또는 불꽃방전이 발생하

게 된다. 이것은 순간적으로 공기-고체 계면에 있는 공기의 절연파괴 한계를 넘

어섬으로써 발생하는 현상이다. 이 때 부분방전에 의해 생성된 열은 고분자를 분

해시키기에 충분하며 이렇게 고분자 재료가 탄화되어 도전로를 형성하는 현상을

트래킹(tracking)이라 하며 이와 같은 과정을 <그림 1-2>에 나타내었다.

<그림 2-2> 폴리머 애자와 자기재 애자의 특징비교

위 그림은 (a) 깨끗한 상태에서 표면이 젖기 시작하여 아주 적은 양의 누설전

류가 흐르고 (b)(c) 누설전류의 열에 의해 건조대가 형성되고 이 건조대가 한곳


으로 집중하여 폭이 넓어지고 (d) 이러한 건조대의 저항이 커져서 전계의 집중에

의한 아크방전이 발생하며 (e) 방전이 확장되고 (f) 트래킹의 발생으로 도전로가

형성되면서 커다란 양의 누설전류가 흘러 섬락되는 현상을 설명하고 있다.


라. 국내외 특허출원 동향

한국과 일본의 폴리머 애자 재료 관련 특허를 조사하고 아래 표에 정리하 다. 국내에

는 애자의 제조 방법에 관한 특허는 다수 발견되었으나, 재료 관련 특허는 건수가 많지 않

은 것으로 나타났다. 일본에서는 1998년과 1999년 각각 5건으로 가장 많은 건이 출원된 이

후 출원건수가 줄어들었다. 다 출원인으로는 GE TOSHIBA에서 5건을 출원하 고, SHIN

ETSU에서 5건을 각각 출원하 다.

<표 2-5> 국내 폴리머 애자 재료 관련 특허 리스트

No 특허번호 출원인 발명의 명칭

1 2001-0025894 한국하이테크공업

주식회사애자

2 2002-0024868 한국과학기술원 유리섬유강화 고분자 복합재료 애자

3 2002-0042086 조규삼 옥외용 애자 성형재료

4 2002-0048653 정도화성 주식회사 난연성 고강도 에폭시 수지 조성물

5 2002-0060469 주식회사 비엠코리아 애자의 제조 방법

6 2003-0021088 윤송현 플라스틱 애자 및 그 제조 방법

7 2003-0035432 한국전력공사 합성수지 애자 제조 방법

8 2003-0039804 정도화성 주식회사옥외 전기절연물을 위한 고내후성의 에폭시 수지

조성물

9 2004-0041134 ㈜제이케이엠티코리아폴리카보네이트 애자 및 그 제조 방법10 2005-0045656 강명순 고전압용 탄성형 에폭시 및 그의 제조 방법

11 2005-0068344 주식회사 케이씨씨 절연 애자용 선택 부착성 실리콘 고무 조성물

자료 : 마크프로


<표 2-6> 일본 폴리머 애자 재료 관련 특허 리스트

No 특허번호 출원인 발명의 명칭

1 1995-057574 - 애자

2 1995-066013 TOSHIBA CORP 지지 애자

3 1995-179680 -에틸렌계 수지 오르가노폴리실록산혼련물 및 에

틸렌계엘라스토머를 함유하는폴리머애자용 수지

조성물

4 1995-179681 - 에틸렌계 수지 오르가노폴리실록산혼련물을 함

유하는폴리머애자용 수지 조성물

5 1997-157526 SHIN ETSU CHEM 실리콘 제조 고분자 애자6 1997-171729 NGK INSULATORS 폴리머애자7 1997-190729 NGK INSULATORS 반도전성 복합 애자8 1998-050159 TOTO LTD 방오성과 이슬 맺힘 방지성을 겸비한 애자

9 1998-130503 TOSHIBA SILICONE 난연성 실리콘 고무 조성물 및 그것을 이용한 실리콘 고무애자

10 1998-134660 TOTO LTD 방오성와 물방울부착 방지성을 겸비한 애자

11 1998-273596 SHIN ETSU CHEM 고전압 전기 절연체용 실리콘 고무 조성물 및 폴리마 애자

12 1998-324783 NIPPON UNICAR 난연성 절연 커버용 조성물13 1999-111087 TOSHIBA SILICONE 실리콘 고무 애자14 1999-152408 SHIN ETSU CHEM 고전압 전기 절연체용 실리콘 고무 조성물 및

폴리마 애자

15 1999-246767 GENERAL ELECTRIC 고전압 애자용 실리콘 조성물16 1999-263913 SHIN ETSU CHEM 고전압 전기 절연체용 실리콘 고무 조성물 및

폴리머 애자

17 1999-329124 NGK INSULATORS 폴리머 애자 및 그 제조 방법18 2000-044804 GE TOSHIBA

SILICONES 전기 절연성 실리콘 고무 조성물 및 실리콘 고

무 애자

19 2003-292782 SHIN ETSU CHEM 고전압 전기 절연체용 실리콘 고무 조성물 및 폴리머 애자

20 2005-071829 NIPPON UNICAR 폴리머 애자용 수지 조성물 및 폴리머 애자21 2006-143761 NIPPON UNICAR 폴리머 애자용 수지 조성물 및 폴리머 애자

22 2007-035337 MEIDENSHA CORP 절연성 고분자 재료 조성물 및 애자자료 : 마크프로

2. 시장 동향


가. 국내 시장 현황

아래 표는 1999년 한국전력이 제시한 구내배전용 현수애자 장단기운용계획으로 2005

년도 이후에는 폴리머애자가 전체 애자의 80%이상을 차지할 것을 계획하 다.

<표 2-7> 국내 배전용 현수애자 장단기운용계획

단계 1단계(1999~2001) 2단계(2002~2004) 장기(2005~)

폴리머애자 30% 50% 80%

자기재애자 70% 50% 20%

운용계획- 폴리머애자개발

- 경년성능 검증- 폴리머애자 사용확대 - 폴리머애자 사용표준화

적용기준

- B급 이상 염/진해지역 대

상

- 첨단 산업단지 공급등 신

뢰성요구선로, 낙뢰다발지

역 우선사용

- B급 이상 염/진해지역 선

로

- 기타역 공업단지, 기간시

설등 신뢰성 요구선로

- 낙뢰 다발지역선로

- 자기애자 제한사용

- 기설보강/교체

- 폴리머애자 수급 불안정

시 대체

자료 : 전력용 폴리머애자의 사용현황과 전망, 전기전자재료, vol. 17, No. 3,

p14-22, 2004

표 1-6은 한국전력의 연간 현수애자구매 통계자료이다. 표에서와 같이 1994년부터 외

산 폴리머 애자가 수입되기 시작하여 소량씩 적용 되었고, 1997년부터 국산 폴리머애자의

사용이 처음으로 시작되었으며 이때를 기점으로 매년 증가하던 자기애자의 수요가 감소하

고 있다. 그리고 1999년 이후로는 외산 폴리머 애자가 국산 폴리머 애자로 전량 교체되어

완전한 국산화가 이루어 졌다. 국산 폴리머 애자의 수요는 1997년 2만5천개를 시작으로

2001년에는 38만개로 한국전력의 구매수량이 급속히 늘어났음을 알 수 있다. 이러한 증가

추세는 최근에도 계속 진행되고 있으며 한국전력의 사용 계획에 비추어 보면 2005년에 전

체 애자의 80%를 폴리머 애자로 적용하므로, 한국전력 전체 수요량을 연 200만개로 볼 때

약 160만개정도 폴리머 애자 수요가 있는 것으로 볼 수 있다. 이 수치는 향후로 더 증가할

것으로 판단된다.


<표 2-8> 폴리머현수애자 구매사용현황 (단위 : 만개)

구분 ‘94 ‘95 ‘96 ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01

국산자기재 152 151 124 148 107 208 186 117

폴리머 - - - 2.5 2.5 2 16 38

외산자기재 20 60 60 80 - - - -

폴리머 1 3 3 7 9 - - -

합계 173 214 187 237.5 118.5 210 202 155

자료 : 한국전력, 2001년

2006년도 한국전력 폴리머 애자 공개입찰에서는 A형, B형 합쳐서 약 75만개의 폴리머

애자를 단기계약을 맺었다. 위의 표 1-6과 비교해보면 2001년도 폴리머애자 38만개에서

2006년 75만개로 최근 5년동안 사용량이 약 2배정도 증가하여 폴리머애자의 수요량이 급

속히 증가하고 있음을 알 수 있다.

한편 애자의 수출입 동향을 살펴보면, 아래 그림에서 보는 바와 같이 애자의 수출은 연

도별로 변동 폭이 매우 큰 것으로 나타났다. 수출이 가장 활발했던 기간은 1991년부터

1996년까지로, 1992년도에 약 5백만불, 1995년도에 490만불의 수출 실적을 올렸다. 최근에

는 수출 실적이 저조한 편이다.

<그림 2-3> 애자의 수출 현황 (HSK 8546 애자(재료의 종류를 불문한다))

0

1 0 0 0

2 0 0 0

3 0 0 0

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6 0 0 0

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

년 도

금액

(천

만불

)


자료 : 한국무역협회 무역통계, 2007.

아래 그림에서 보는 바와 같이 애자의 수입은 1997년을 전후로 수입이 큰 폭으로 늘었

다. 1997년에는 약 8천만불의 수입이 이루어졌고 그 이후로 수입이 줄어들어 최근에는 약

2천만불 선에서 수입이 이루어지고 있는 것으로 나타났다.

<그림 2-4> 애자의 수입 현황 (HSK 8546 애자(재료의 종류를 불문한다))

0

1 0 , 0 0 0

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8 0 , 0 0 0

9 0 , 0 0 0

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

년 도

금액

(천

불)



나. 해외 시장 현황

미국, 일본, 중국의 애자 수출입 동향을 아래에 정리하 다. 미국의 경우 아래 표에서

보는 바와 같이 수출은 큰 변동 없이 약 2억불에서 3억불 사이로 이루어지고 있으며, 수입

은 1993년 이후로 지속적으로 늘어나고 있는 추세이다.

<표 2-9> 미국의 애자 수출입 현황 (단위 : 천불)

연도 수출 수입

1993 225,826 61,0291994 223,831 78,8001995 252,144 88,6751996 201,350 84,9801997 215,733 106,8051998 225,991 94,8971999 249,373 106,4322000 293,887 122,2092001 270,220 109,3252002 251,710 124,5572003 219,271 108,9732004 256,700 143,6352005 275,782 161,3722006 292,646 197,518


일본의 경우 아래 표에서 보는 바와 같이 수출은 1997년 이후로 점차 감소하기 시작

하여 2006년에는 가장 수출이 많이 이루어졌던 1997년과 비교하여 약 52%까지 감소하

다. 반면, 수입은 1990년 이후로 지속적으로 증가하는 경향을 보이고 있다.


<표 2-10> 일본의 애자 수출입 현황 (단위 : 천불)

연도 수출 수입

1990 19,863 4021991 19,216 3911992 19,367 3321993 19,562 2631994 14,587 3691995 17,455 6821996 21,013 1,0141997 24,817 9461998 21,201 1,6091999 17,138 1,3842000 12,972 1,8092001 15,415 2,3622002 16,395 1,9542003 13,949 1,8982004 12,703 2,0102005 12,218 2,0792006 11,795 2,842


중국의 경우는 미국, 일본 등 선진국과 달리, 수출, 수입 모두 큰 폭으로 상승하고 있는

추세이다. 개발이 급속도로 이루어지고 있는 만큼 전력 공급도 급속도로 이루어지고 있어

애자의 수입이 늘어나는 것으로 파악되며, 저가를 무기로 애자의 수출도 증가하고 있는 것

으로 나타났다.

<표 2-11> 중국의 애자 수출입 현황 (단위 : 천불)

년도 수출 수입

1998 30,072 16,0351999 20,616 33,3972000 29,769 26,8072001 50,518 38,5502002 42,839 61,2412003 44,937 71,9872004 61,266 78,8822005 79,297 89,5722006 129,739 119,490



한편 일본의 전력기자재 관련기업의 중국시장이 진출이 활발하게 이루어지고 있는데,

외자에는 엄격한 중국의 전력산업이 중국의 세계무역기구(WTO) 가입으로 자유화할 움직

임을 보이면서, 일본의 전력관련 기업들은 국내시장의 정체로 인한 어려움을 급성장하는

중국시장에서 새로운 활로를 찾고 있다. 중국의 전력사업은 정부의 일괄관리 체제 지만

2002년 말 발전과 송전사업이 분리됐고, 대형 수요가를 대상으로 한 시장개방도 검토 중이

다. 사단법인의 해외전력조사회(도꾜)에 의하면 중국의 전력소비는 2001년에 1조4,682억㎾

h로 10년전에 비해 2배 이상 성장했다. 또한 중국에서는 대형의 전원개발 프로젝트가 추진

되고 있어 초고압송전용 현수애자 수요가 높을 것으로 전망되고 있다.


Ⅲ. 기술성․시장성 평가

1.. 대상 기술의 혁신성 (기술자체의 속성)

가. 기술의 우수성

신기술로 독창성은 높으나 기술의 타당성에 대한 보완이 요구된다.

- 본 기술은 폐 합성수지를 이용하여 폴리머 애자를 만드는 기술로 자기 애자의 단점을

보완하여 현재 많이 적용되고 있는 폴리머 애자보다 더 저렴하게 제조 하는 기술로서 환경

문제 까지 고려하여 기술의 독창성은 우수하다. 그러나 폴리머 애자는 사용되는 shed 재료

에 따라 특성에 많은 향을 미치고 특히 불량이 발생할 경우 큰 문제가 발생하기 때문에

본 기술에서 폐합성수지의 재료별로 구체적인 특성 및 사용 가능수준에 대한 명확한 실험

및 추가적인 실험이 필요하다고 판단된다.

나. 기술의 수명

성장기 초/중기의 기술로서 상당 기간 기술 수명이 존재한다.

- 본 기술을 적용하여 현재 사용중인 폴리머 애자와 동등수준의 특성이 확보될 경우 본

기술은 상당기간 기술 수명이 존재 할 것으로 판단된다. 그 이유는 본 기술은 폐 유기합성

소재를 주 원료로 사용하기 때문에 기존에 사용중인 폴리머 애자의 원료인 EPDM이나 실

리콘보다 가격 경쟁력이 우수하다. 그러나 언제까지나 본 기술이 기존 폴리머 애자와 동등

수준의 특성을 나타내는 것을 전제로 한다.

다. 기술의 전용성

모방으로 인하여 사업의 이익 감소가 우려된다.

- 본 기술의 모방 가능성은 상당히 크다고 평가된다. 그 이유는 기존 폴리머 애자 보다

제조 공정이 간단하며, 사용 재료의 수배 또한 용이하기 때문이다.


라. 기술의 권리성

경쟁자들이 보호수단을 효과적으로 회피할 수 있다.

- 본 기술은 폐 합성 수지를 이용하여 폴리머 애자를 제조하는 기술로서 폐 합성수지의

종류에 따라 특허권이 필요하며, 제조 공정이 일반적인 공정이므로 이 폐 합성수지 사용

애자 제조 공정으로 특허권을 추가적으로 보호 받을 수 있도록 추가 작업이 필요하다.

마. 기술의 완성도

아이디어 단계로 기술구현성이 불투명하고 기술의 타당성이 입증되어 있지 않다.

- 본 기술은 재활용 합성 수지를 이용하여 애자를 제조할 수 있다는 아이디어 수준의

기술로서 각 폐수지 종류에 따른 특성, 첨가제의 함량 및 종류에 따른 특성, 제조 공정법에

따른 특성 등 추가적인 연구를 통해 본 기술을 이용하여 폴리머 애자를 제조 하여 기본 폴

리머 애자와 동등 수준의 특성이 나타나는지에 대한 규명이 필요하다.

바. 기술의 신뢰도

기대 성능이 많은 제약조건 하에서 발휘되나, 주된 사용이 예상되는 환경 하에서는 무리 없이 안전하게 발휘할 수 있거나, 쉽게 보완할 수 있다.

- 본 기술을 이용하여 기대 수준의 애자 특성이 나온다면 경제적으로 상당한 기대효과

가 있으며, 또한 환경적으로 폐 합성수지 문제를 일부분 해소할 수 있기 때문에 큰 효과가

있다고 평가 된다.

2. 대상 기술의 환경성 (다른 기술과의 관계)

가. 기술의 인프라

주요 기술개발인프라가 갖추어져 있어, 인프라와 관련하여 사업에 어려움이 예상되지는 않는다.

- 폴리머 애자는 1997년부터 국내 기술로 제품이 제조 되고 있으며 이미 국내 여러 업

체에서 다양한 제품을 생산 판매하고 있다. 뿐만 아니라 애자의 주된 수요기관은 한국전력

으로 한국전력 및 산하 연구기관에서 다양한 실험 노하우를 가지고 있기 때문에 주요 기술

및 인력, 장비 인프라는 갖추어져 있다고 판단된다. 또한 폐 수지의 가공공정은 기존 합성

수지 산업에서 쓰이고 있는 기술로서 본 기술 적용에 큰 문제가 없을 것으로 판단된다.


나. 대체기술 출현 가능성

경쟁/대체 기술이 일부 존재하나 기술상의 단점이 없는 기술이다.

- 본 기술의 경쟁 기술로 기존 폴리머 애자의 적용 재료인 합성수지가 고가인 실리콘이

나 EPDM이 아닌 저가인 범용수지로 제조하는 기술이 개발된다면 특성을 보장할 수 없는

폐합성수지를 재처리하는 공법을 적용할 필요성이 없을 것이다. 그러나 폴리머 애자 개발

초기에 이미 범용적인 합성수지뿐만 아니라 다양한 재료에 대해서 많은 연구가 진행 되었

고 그 결과 현재 사용 중인 실리콘이나 EPDM 계열이 선정되었으므로, 저가인 합성수지로

개발 될 가능성은 적다고 볼 수 있다.

다. 기술의 파급성

소수 산업분야와 소수의 제품분야에서 지속적으로 활용된다.

- 본 기술의 이용이 가능한 분야는 폴리머 애자 중에서도 적용 재료의 향이 상대적으

로 크지 않은 지지애자에 한정된다. 현수애자, 장간애자, 내무애자에 적용하기는 요구특성

이 높아 이와 같은 애자에 본 기술을 적용하기 위해서는 추가적은 많은 연구가 수반되어야

할 것으로 판단된다.

라. 기술의 지원 및 규제

기술에 대한 지원/규제가 평가대상기술에 매우 유리하다.

- 플라스틱은 가격, 특성, 제조 등의 여러 가지 장점을 가지고 있어 최근 들어 그 사용

량이 기하급수적으로 늘어나고 있다. 그러나 이러한 플라스틱은 자연 환경에서 분해가 되

지 않으며, 소각 시에는 다이옥신과 같은 환경 유해 물질이 다량 발생하여 환경적인 문제

가 대두 되고 있는 실정이다. 이러한 환경 규제는 전 세계적으로 더욱 강화되고 있다. 본

기술은 언급한 바와 같은 환경문제를 야기하는 플라스틱, 즉 합성수지를 재활용하는 기술

이므로 본 기술에 대한 정부의 지원 측면에서 볼 때 매우 유리할 것임이 확실하다.

3. 관련 산업 및 시장 특성

가. 시장의 다양성


다양한 진출 가능 시장이 존재하고 그 규모도 경제성이 있다.

- 본 기술은 폴리머 애자의 시장에서 요구물성이 상대적으로 낮은 지지애자에 선적용

된다. 지지애자는 기타애자에 비해 요구물성이 낮기 때문에 아직 자기애자가 많이 적용되

고 있다. 그러므로 본 기술은 먼저 지지애자 분야에서 자기 애자를 대체할 수 있으며, 특성

개선 연구를 통해 현수 애자 등에 적용 가능한 수준이 된다면, 폴리머 애자 전체 시장에 적

용이 가능 할 것으로 판단된다.

나. 산업의 특징

평가대상기술이 속한 산업분야는 기술적 요소의 향이 큰 산업이다.

- 폴리머 애자 산업 분야는 국산화가 이루어 진지는 약 10여년이 지났으나, 아직까지

모든 애자에 적용가능 한 것은 아닌 실정이다. 특히 아직까지 장기신뢰성 분야에서는 더

오랜 기간 동안 사용 결과를 확인해야 하는 절차가 필요하다. 자기재 애자와는 달리 합성

수지 애자의 최대 단점은 태양의 열이나 자외선에 의해 합성수지가 서서히 노화가 되기 시

작하는데 이러한 문제를 해결하는 것은 많은 기술과 노하우가 축척되어야 한다. 특히 본

기술은 폐합성수지를 재활용하는 기술이므로 장기신뢰성을 확보하는 것에 대한 더 많은 기

술적 완숙도가 필요하다.

다. 시장의 특성

진출 가능한 시장의 성장성, 안정성에서 장점이 우세하다..

- 애자 시장은 급속히 성장하는 산업은 아니지만 송배전 관련된 산업에 속하므로 장기

적으로 안정된 산업이다. 특히 기존에 자기애 애자를 폴리머 애자로 변경 하고 있는 추세

에 있기 때문에 자기재 애자가 전량 교환 될 때까지 그 수요가 더 크다고 볼 수 있다. 또한

송배전뿐만 아니라 철도배선에서도 사용되고 있는 추세이므로 시장은 더욱 확대 될 것으로

예상된다.

라. 유사기술의 실용화 정도

유사한 아이디어들이 입증되어 왔지만 상업화 되지는 못했다.

- 본 기술과 유사한 아이디어를 가질 수 는 있지만 현재 까지는 본 기술과 유사하게 폐

합성수지를 이용한 폴리머 애자 제품이 나와 있지 않은 상황이고, 관련된 연구가 구체적으

로 진행 되고 있지 않다.


4. 대상 기술의 경쟁성

가. 시장 진입장벽

규제가 없어서 시장진입이 매우 용이하다.

- 본 기술은 환경적 문제가 되는 폐합성수지를 이용하는 기술로서 애자 시장에서 요구

하는 물성에 상응하는 특성을 확보할 경우 시장진입이 매우 용이할 뿐만 아니라 각종 혜택

을 받을 수 있는 기술이다.

나. 경쟁의 형태

경쟁이 있으나, 사업에 미치는 위험은 적을 것이다..

- 본 기술은 자기재 애자는 물론 폴리머 애자보다 가격 경쟁력이 우수한 기술이므로 일

부 경쟁이 있을 수 있으나 사업화 및 경제성 측면에서 기존 애자보다 훨씬 유리할 것으로

판단된다.

다. 대체재 및 보완재

대체재/보완재로 인한 큰 이득이 예상된다.

- 폐합성수지를 이용하여 폴리머 애자를 만드는 본 기술은 기존 자기재 애자의 대체 및

보완재인 폴리머 애자의 보완재이므로 본 기술을 이용하여 사업화가 진행 될 경우 큰 이득

이 예상된다.

5. 기술의 사업화 용이성

가. 원자재 조달 상황

원자재 수급이 용이하고 가격변동도 심하지 않다.

- 본 기술은 폐합성수지를 이용하는 기술로서 원자재인 폐합성수지의 산업 및 생활 쓰

레기로 많이 배출되고 있으며 가격변동도 크지 않고 가격 또한 저렴하기 때문에 원자재 조


달은 양호한 기술이라고 볼 수 있다.

나. 초기 투자 비용

필요한 투자비는 평균 수준이다.

- 본 기술의 적용 공정은 필요한 설비는 다음과 같다. 폐합성수지를 폐쇄하는 파쇄기,

압출기, 혼합기, 성형기, 냉각기 등으로 이상과 같은 장비들은 본 기술을 위해 신규로 제작

해야하는 장비가 아닌 일반적으로 사용하고 있는 장비이므로 필요한 설비 투자비는 평균

수준으로 판단된다. 이중에서 설비투자에 가장 큰 향을 미치는 장비는 압출기이다. 그러

나 이들 장비들은 기존 폴리머 애자를 제조하는 업체에서 대부분 setup되어 있으므로, 기

존 폴리머 애자에서 본 기술을 이용한다면 설비투자에 큰 부담이 되지 않는 것으로 판단된

다.

다. 투자 대비 사업 이윤 규모

산업계 리더가 되기 충분한 가격/이윤상 잇점이 발휘될 수 있다.

- 앞에서 언급한 바와 같이 본 기술을 기존 폴리머 애자를 제조하던 업체에서 적용을

한다면 초기 투자비용이 상당부분 절감되며, 반면에 원자재비용은 기존에 사용하던

Silicone이나 EPDM보다 훨씬 저렴하기 때문에 본 기술을 통해 일정부분 이상의 이윤을

창출할 수 있을 것이다


Ⅳ. 종합검토의견

본 기술은 송배전기의 애자에 관한 것으로서, 폴리머 애자를 Silicone이나

EPDM 및 Silicone/EPDM alloy가 아닌 폐합성수지를 이용하는 기술로서 본 기

술을 이용하여 폴리머 애자를 제조 할 경우 경제적인 측면에서 원자재 구매비용

을 절감할 수 있으며, 또한 폐합성수지를 이용하기 때문에 환경적인으로 문제가

되는 폐합성수지를 재사용하기 때문에 제도적인 측면에서도 혜택을 받을 수 있

는 기술이다.

기존 폴리머 애자 제조업체에서 본 기술을 이용할 경우 가장 큰 경제적 효과

를 누릴 수 있을 것이다. 그 이유는 본 기술을 적용하기 위해서는 파쇄기, 압출

기, 혼합기, 성형기, 도장 및 냉각기 등의 설비가 필요하며 특히 압출기는 고가의

장비이기 때문에 이와 같은 장비들이 기존 폴리머 애자 제조업체에 이미 setup

되어 있기 때문이다.

애자 시장은 기존 자기재 애자가 100% 적용되다가 국내에서는 1997년부터 국

산 폴리머 애자가 적용되기 시작하여 현재는 전체 애자 시장의 80%이상을 폴리

머 애자가 사용되고 있다. 또한 선진국에서는 국내보다 먼저 폴리머 애자를 적용

하 고 장기신뢰성 부분에서도 검증이 되어 가고 있다. 그렇기 때문에 폴리머 애

자의 시장은 상당히 유망이 있고 대부분의 수요는 한국전력이나 철도공사등의

기업이기 때문에 시장의 성격상 안정적인 산업이다. 이러한 시장에 페합성수지를

재활용하여 폴리머 애자를 만드는 본 기술은 상당한 장점을 가진 기술이다.

그러나 본 기술을 이용하여 실제 산업체 적용하기 위해서는 보다 구체적인

연구가 선행 되어야한다. 폴리머 애자는 전력부분에 사용되는 만큼 다양하고 비

교적 높은 특성을 요구한다. 특히 송배전기가 외부에 노출되어 있기 때문에 태양

의 열이나 자외선, 지역에 따른 염분, 먼지 및 비 등의 수분이 있는 상황에서 내


고 특성을 보여야 하기 때문에 초기에 폴리머 애자가 개발될 당시 합성수지의

선정에 많은 연구가 진행 되었다. 그러므로 모든 종류의 폐합성수지를 모두 적용

할 수는 없을 것으로 판단되며, 폐수지의 종류에 따른 특성 및 가공 방법 등에

대한 추가 적인 연구가 있어야 할 것으로 판단된다.


Ⅳ. 참고자료

(1) 폴리머 애자의 신제품 개발동향, 전기설비지, 2001

(2) 전력용 폴리머애자의 사용현황과 전망, 한국전기전자재료학회, 2004

(3) 고전압 옥외 절연용 EPDM의 신뢰성, 화인폴리머(주), 1998

(4) 전철용 고분자 애자 및 열화특성, 전기전자재료, 2004

(5) 폴리머 애자의 특성과 한전 선로에서의 적용, 평일산업(주), 2003

(6) 전기공업신문, www.elenews.co.kr

(7) 일렉타임즈, www.electimes.com

(8) 한국전력신문, www.kept.co.kr/news

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