2.1 국내 전기안전사고 발생현황

한국전기안전공사에서 발표한 2021년도 전기재해분석에 따르면 2012년부터 2021년까지의 감전사고 발생현황은 그림 1과 같이 발생 건수는 2012년 571건에서 2021년에는 412건이 발생하여 약 27.8% 감소한 것으로 나타났다. 이중 사망사고는 2012년에 32명에서 2021년에 24명으로 줄었으나 여전히 높은 수치를 보인다.

그림 1. 최근 10년간 감전사고 발생 분포

Fig. 1. Electric Shock Accidents in the Last 10 Years

2.2 인천공항 전기 안전사고 발생현황

인천공항에는 전기설비 신설과 유지보수를 위한 공사가 상시적으로 이루어지고 있다. 이에 따라 다양한 형태의 전기안전사고가 발생하고 있는데 가장 대표적인 원인은 기기에 대한 미숙련, 절차 미준수, 굴착공사 중 전기관로 파손 사고 등이다. 표 1은 개항 이후 인천공항에서 발생한 전기안전 사고 중 산업재해로 기록된 사고 현황이다.

3.1 주요 전기설비

인천공항 전기설비는 공항 지역의 고도 제한으로 인해 송전과 배전을 위한 공동구 시설을 잘 갖추고 있다. 또한 신규 건축물에 대한 전원 공급과 노후설비 교체를 위한 공사가 이루어지고 있고, 유지보수를 위한 예방점검이 지속적으로 진행되고 있다. 이러한 업무 수행 중 전기안전사고 발생을 방지하기 위해서는 전력종합상황실의 전력 공급 통제, 전문 감리원의 현장지휘, 계통과 기기에 대한 이해, 작업절차의 준수 등이 요구된다. 이중 GIS, 배전반, 변압기, CT, PT, 개폐기 등은 평상시 활선 상태에 있어 기기 조작방법에 대한 숙지가 어렵다. 인천공항의 건축물에는 여객터미널 2곳, 탑승동 1곳과 화물터미널을 비롯한 150여 동의 부대건물이 있다. 여객터미널과 탑승동 그리고 부대건물에 다수의 22.9kV/380V 변전실과 옥외 변압기가 설치되어 운영 중이며, 이들을 연결하기 위한 22.9kV 케이블이 설치되어 있다. 또한 16MW 규모의 태양광발전설비가 설치되어 있다. 주요 전력설비를 정리하면 표 2와 같다.

3.2 운영 및 유지보수 인력 구성

인천공항 종사자 수는 인천국제공항공사 및 자회사, 항공사, 공무원 등 8만여 명에 이른다. 이중 인천국제공항공사에는 1,946명 중 140여명, 자회사에는 8,800여 명 중 890여명의 전기직렬 직원이 근무 중이다. 공사직원의 경우 중장기 전략 수립, 공사발주 및 감독 업무에 종사하고 있고, 자회사 직원들은 건물에 설치된 조명기구 교체, 공간 재구획에 따른 회로 변경, 예방점검, 구내 전기공사와 항공등화 공사에 대한 현장 입회 등의 업무를 수행 중이다. 표 3는 2023년 8월 현재 종사자 현황을 정리한 것이다.

3.3 구내 전기공사

인천공항은 1992년 시작된 1단계 건설과 2008년과 2018년에 각각 준공된 2단계 및 3단계 건설공사에 이어 2024년 말 준공을 목표로 4조 8천억원을 들여 4단계 건설공사를 진행하고 있다. 이중 전기공사는 전체 공사비의 약 5% 정도를 차지한다. 4단계까지 발주된 전기분야 공사는 73개 사업에 약 8.8천억원에 이른다. 이를 표 4에 정리하였다.

건설공사와는 별개로 기존 전기시설 개선공사와 태양광발전시설공사, 노후 시설 교체공사 등 매년 10여 건의 공사가 진행되고 있으며 집행금액은 100억 여원에 이른다. 전기공사가 진행되는 가운데 절차 미준수나 전력기기에 대한 이해부족 등으로 인해 안전사고가 발생하고 있다.

3.4 구내 전기공사 절차

인천공항은 전기안전 확보를 위해 변전소 내 차단기와 옥외 다회로개폐기의 조작 전에 관리부서와 의견을 충분히 조율한다. 이후 조작승인요청서를 작업책임자가 작성하여 관리부서에 보내고 관리부서는 내부 검토를 거쳐 승인여부를 통보한다. 조작 당시에는 자회사 직원들이 현장에 입회하여 미숙련자의 조작에 따른 사고 발생을 방지를 위해 노력하고 있다. 현장 입회 전에 자회사 직원들은 가상현실로 구현된 교육장에서 사전에 기기와 작업절차를 교육받고, 전력종합상황실의 지시와 실습용 배전반에서의 조작 실습 절차로 이루어진 시뮬레이션을 통해 연습해 본 후 현장에 투입된다.

4.1 가상현실 교육장 개발

시스템의 개발 과정은 2020년 9월에서 2021년 9월까지 1년간 진행되었다. 과업은 그림 2과 같이 분석, 설계, VR 시뮬레이터 구축, 소프트웨어 개발, 시스템 테스트, 시스템 전개 순으로 진행되었다.

분석 단계에서는 요구사항과 운영 현황을 분석하였다. 이를 위해 사용자 인터뷰 및 요구사항을 분석하였고, 건축도면, 구내 154kV와 22.9kV 송배전 계통도, 단선도, 예방점검절차 등과 대규모 정전 발생 시 대응 시나리오를 비롯한 인천 공항에서 운용 중인 표준운영절차(SOP)와 비상대응절차(OCP)들을 분석하였다. 설계단계에서는 Database와 프로그램을 설계하였다.

그림 2. 시스템 개발과정

Fig. 2. System Development Procedure

VR 시뮬레이터 구축 단계에서는 계측장비, GIS, 수배전설비, 비상전원설비, 개폐기, 그리고 조명탑에 대한 3D 모델링을 구축하고 동작 체험 VR 시뮬레이터와 환경을 구현하였다. 개발자들이 6주간 인천공항 지역에 상주하며 현장답사를 진행하였는데 대상 장소는 그림 3과 같이 주변전소A에 위치한 전력종합상황실, 주변전소B에 있는 GIS실, 급유시설과 공항청사 인근의 다회로개폐기, 여객터미널1과 여객터미널2의 수배전설비, 통합운영센터와 스카이돔, 동력동C와 여객터미널2 등의 비상전원설비, 조명탑 등 13개 지역이다. 현장 답사를 통해 현장의 이미지, 점검절차, 계측장비 20여 종에 대해 동영상을 촬영하였고 4,847개의 사진과 189개의 동영상 등 95GB의 방대한 자료를 확보하였다.

그림 3. 주요 답사 지역

Fig. 3. Field Survey Area

소프트웨어 개발단계에서는 학습평가, 화면과 UI 제작, 자체 서버 시스템 개발, 그리고 관리화면을 개발하였다. 시스템 테스트 단계에서는 단위테스트와 통합테스트 그리고 인수 테스트를 실시하였다. 시스템 전개에서는 매뉴얼 작성, 사용자에 대한 교육 등이 실시되었다.

4.2 시스템 구현

시스템 구성도를 도식화하면 그림 4와 같다. 시스템 서버는 Web server, File Server, DB server 등으로 구성되고 사용자 정보, 권한 정보, 시뮬레이터 파일, 전기설비 정보, 시나리오 정보, 학습보조자료 정보, 평가정보로 구성된다. 관리시스템은 전기설비, 시나리오, 사용자 정보와 평가정보를 관리한다. 런처는 사용자 로그인, 시스템 업데이트, 강의 모드와 학습 모드를 지원한다. 교육 시뮬레이터는 안전, 기기이해, 계측점검, 조작절차, 비상훈련, 평가 과정으로 구성하였다.

그림 4. 시스템 구성도

Fig. 4. System Configuration Chart

4.3 교육장 구현

교육장은 PC기반 교육과 HMD 기반 체험교육을 병행할 수 있으며, 그림 5와 같이 교육용 PC 11대, 강의용 서버 1대, HMD 2세트로 구성하였다.

그림 5. 교육장 구성

Fig. 5. Composition of Training Center

4.4 수배전반 모듈 구현

수배전반 판넬은 그림 6과 같이 LBS, MOF, VCB, TR, ACB 등 교육장의 기능별, 용량별로 900mm로 모듈화된 최신 설비를 구축하여 체계적인 관리 및 학습효과 극대화가 가능하도록 구현하였다. 이를 통해 운전원은 계전기 정정과 차단기 조작 등을 체험해 볼 수 있다. 이들 배전반에는 부하가 연결되어 있지 않고 조작 전원만 공급되고 있다.

그림 6. 수배전반 모듈

Fig. 6. Distribution Panel Module

4.5 기기 설치 현장 구현

기기설치 현장은 그림 7과 같이 학습 및 강의 시나리오에 따라, 전력종합상황실, GIS 실, 수배전설비, 비상전원설비, 다회로개폐기, 조명탑 등 주요 현장을 VR로 구현하여 상황에 맞는 교육을 효과적으로 진행할 수 있도록 하였다.

그림 7. 현장 구성 계획

Fig. 7. Site configuration plan

4.6 가상현실 시스템과 실제 운영설비 부합성 검증

기기조작시 가상현실과 실제 운영 설비간 차이가 클 경우 교육 효과를 저감시키고, 예상하지 못한 사고를 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위해 170kV GIS와 25.8kV GIS의 경우, 공급사인 LS산전의 협조를 얻어 공장을 방문하여 기기 내부를 동영상으로 촬영하였고, 다회로개폐기 등의 내부구조에 대해 제작사의 협조를 통해 3D영상을 구현하여 실제 운영설비와 가상현실 시스템과의 부합성을 확보하였다.

또한 개발과정은 물론 단위테스트, 통합테스트, 인수 테스트 등 전체 단계에 실제 운전원이 직접 참여하고 의견을 제시하고 개발자가 반영하는 방식으로 진행하였다.

4.7 인천공항 가상현실 기반 교육장의 특징

인천공항에 구현된 시스템은 다음과 같은 특징이 있다. 인천공항에 설치된 154kV 변전소 중 1개소에 ‘전력종합상황실’을 운영 중인데 이곳에서 인천공항에서 일어나는 전기분야 사고 대응과 차단기와 다회로개폐기 개폐 등 일상적인 유지보수 업무를 일괄하여 관리하고 있다. 이러한 ‘전력종합상황실’에서 수행하는 업무를 발생 가능한 상황별 시나리오로 만들어 사전에 모의해 볼 수 있도록 구현하였다. 예를 들면, 다회로개폐기 퓨즈 고장 복구 시 상황실과 현장 근무자 간에 주고받는 TRS(무전기) 통화 내용을 순차적으로 구성하여, 초심자가 복구 과정을 가상으로 체험할 수 있도록 구현하였다. 이는 인천공항에서 실제 수행하고 있는 업무에 기반한 절차를 구현한 것으로서 작업자와 상황실 근무자는 시나리오를 통해 절차를 숙지할 수 있고, VR 구현 장비 조작을 통해 실제 조작시 오류를 최소화 할 수 있다.

5.1 가상현실 체험 교육 개요

시뮬레이터 구동을 위해서는 처음에 프로그램을 설치한 후, 로그인한다. 이후 화면을 공유하거나 다중 모니터링 모드를 선택할 수 있다. 시뮬레이터 학습 모드는 인터페이스 둘러보기, 3D 시뮬레이션 환경 알아보기, 기본기능, 안전, 기기의 이해, 계측점검, 조작절차 & 비상훈련 등의 순서로 이루어진다. 3D 인터페이스에는 그림 8과 같이 기본 네비게이션의 시야 회전 기능 평행 이동 기능이 있다.

그림 8. 3D 인터페이스 평행이동 기능

Fig. 8. 3D interface parallel movement Function

HMD 모드에서는 그림 9와 같이 헤드셋을 착용하고 좌우 컨트롤러를 착용하여 설비를 조작할 수 있다.

그림 9. HMD와 컨트롤러를 이용한 가상현실 구현

Fig. 9. Virtual reality implementation using HMD and controller

보조자료를 선택하여 상세자료를 확인하거나 학습영상을 통해 작업 전 동영상으로 미리 학습할 수 있으며, 그림 10은 GIS 학습영상 화면의 예이다.

그림 10. GIS 학습영상 화면

Fig. 10. GIS Learning course Image Screen

5.2 전력기기 과정

해당 기능을 선택할 경우, 3D 랜더링이 제공되며 나레이션과 자막을 통해 기기에 대한 기능을 설명한다. 구현된 기기는 UPS, 비상발전기, LBS, PF, PT, CT, MOF, LA, 조명탑이다. 170kV와 25.8kV GIS, 다회로개폐기, VCB, 몰드형 변압기, 154kV 변압기, ACB, CTTS, MCCB, 보호계전기 등도 구현되어 있다. 그림 11은 이들 기기 중 170kV GIS 설명 화면이다.

그림 11. 170kV GIS와 설명 화면

Fig. 11. 170kV GIS and Description Screen

5.3 계측 점검 과정

계측점검 메뉴선택시 안전장구 착용이 안내된다. 대상 기기로는 SF6 가스 분석기, 열화상카메라, 접지저항 측정기, 소음측정기, 내부저항 측정기, 진동측정기, 자외선 코로나측정기, 가스누설검출기 (손전등), 검상기, 부분방전 측정기, 누설 전류계, 멀티테스터기, 절연저항계, 특고압 검전기, 전원 품질분석기, 클램프 메타, 3상전력분석기, 단락 접지, 조명탑 리모트 컨트롤, 잠금장치 등이다. 그림 12는 이들 중 열화상카메라에 대한 구현 장면이다.

그림 12. 열화상 카메라 구현 화면

Fig. 12. Thermal Imaging Camera Implementation Screen

5.4 조작 절차 및 비상훈련 과정

구내 계통 운영과 유지보수를 위해 자체 구현된 인천공항 SCADA 시스템과 전력기기들의 조작훈련을 위해 다양한 절차와 훈련 시나리오가 구현되어 있다. 구현 내용은 종합상황실(공통, 전체화면, 다회로개폐기)과 수배전 장비 조작, 다회로개폐기 장비조작, GIS 장비 조작 등이다. 그림 13은 종합상황실의 SCADA 화면이다. 비상훈련과 관련하여 블랙아웃, 제1여객

그림 13. 종합상황실 SCADA 구현 화면

Fig. 13. SCADA Implementation Screen in Electrical Work Control Room

터미널 변압기 장애, 개폐기 간 지중케이블 절연불량 장애 등에 대한 비상대응훈련 기능이 구현되었다. 전력종합상황실과 연계하여 정전/복전 절차를 학습하고, 장애발생에 따른 대응훈련을 해당 시나리오에 따라 진행할 수 있다.

5.5 평가 과정

평가를 선택하면 전기설비 및 안전에 관한 문제를 풀 수 있고, 사번, 부서명을 입력한 후 답안을 제출하면 자동으로 평가된다. 그림 14는 평가 화면이다.

그림 14. 평가 화면

Fig. 14. Evaluation Screen

6.1 교육시행 효과 분석

위에 언급된 가상현실을 활용한 교육장을 개설한 2021년 이후 체험교육 실시 현황은 표 5와 같다. 2021년은 6월부터 공사 신입직원들을 교육을 시작하였고, 이후 공사직원을 대상으로 한 교육은 실시되지 않았다. 또한, 공사와 자회사 소속 전기분야 종사자 1,020명 중 ‘24.1월까지 349명이 교육을 수강하여 약 34.28%의 누계 수강률을 보이고 있다. 인천국제공항공사 직원은 전체 140명 중 누계 교육 수강인원은 24명으로 전체 공사직원의 약17%가 수강하였다. 주로 신입사원 위주로 시행초기에 진행되었다. 전반적인 교육 시행 횟수와 수료 인원수는 대체로 매해 상승하고 있다.

한편, 산업재해로 등록된 사고 발생 건수 및 인명피해는 표 6과 같다. 약 3년마다 사고가 1건씩 발생하고 있는데, 가상현실 기반 전기안전교육장의 구축으로 인해 전기안전사고 발생이 줄었다고 평가하기에는 아직 누적된 Data가 충분하지 않다.

현재까지 교육을 수료한 종사자의 경우 전기 안전사고로 피해를 입은 사례는 없어 교육장 개설의 효과를 확인할 수 있다. 교육 시행의 효과로 수강자가 기기의 구조를 이해하고, 실제와 같은 조작버튼을 동작해 보면서 이해도를 높혀 실제 작업 수행시 오조작을 줄일 수 있다. 향후 다년간의 트랜드 분석을 통해 교육 효과가 더 명확해질 것으로 기대한다.

또한, ‘조작절차 및 비상훈련’과정을 통해 고장 복구절차를 사전 모의할 수 있고 전력종합상황실 근무자와 현장 근무자 상호 간에 역할을 바꾸어 훈련할 수 있으므로, 상대방의 입장을 이해할 수 있어 실제 상황 발생시에 신속하고 정확하게 고장을 복구할 수 있는 효과가 있다.

6.2 향후 과제

교육시행과 관련된 전담 인력배치, 원격접속 교육 허용, 항공등화 과정 신설, 신규로 설치되는 전기설비에 대한 지속적인 현행화가 필요하다. 전기분야 종사자를 대상으로 초기교육, 정기교육, 특별교육 프로그램을 편성하여 매년 1회 이상 교육 수강을 의무화할 필요가 있다. 또한, 교육 대상을 공항종사자 뿐 아니라 전기공사에 투입되는 작업자를 대상으로 확대 시행이 필요하다.