In a wireless high-power transfer system with a distance of several tens of centimeters apart between the transmitter and receiver coils, one of the most challenging issues is to detect metallic foreign objects between the transmitter and receiver coils. The metallic foreign objects must be detected and removed since these reduce the transmission efficiency and cause heat generation of the transmitter and receiver. This paper presents two-layer symmetric balanced coil array so that if there are metallic foreign objects, it can be detected through the change of the inductance of the balanced coils. Since the balanced coil is composed of coils that are in a symmetrical relationship in position, there is no need for a reference coil, and interference between coils is reduced by dividing the coil into two layers. In addition, a novel serial-resonance Maxwell bridge circuit to improve the inductance change detection performance is presented in this paper. The proposed metallic foreign object detection system is implemented using two-layer balanced coil array with a serial-resonance Maxwell bridge and the experimental results show that voltage changes of hundreds of mV to several V occur when a metallic foreign object is inserted, so that even small metals such as clips can be detected.

바다의 바람자원을 이용한 신재생에너지의 생산을 위해 연안에 해상풍력단지의 조성이 활발해지고 있다. 해상풍력발전을 통해 생산된 전기를 육지로 송전하기 위해 상당한 길이의 전력케이블이 해저에 포설되어 있다. 해저에 포설된 전력케이블에서는 전류가 흐름에 따라 전자기장(Electromagnetic Fields, EMFs)이 환경으로 방출되어 확산하게 된다. 인위적으로 방출되는 전자기장은 지구자기장(Geomagnetic Field, GMF)을 교란시키며, 지구자기장을 활용하여 방향 탐색, 이동(migration), 먹이 탐색 등 상어류와 같은 연골어류의 생태 활동에 영향을 미칠 수 있을 것으로 예측된다. 해저 전력케이블에서 인위적으로 방출되는 전자기장의 세기를 제주 한경면 인근과 전북 고창군 인근 서남해 해역에 설치, 운영 중인 해상풍력단지에서 측정하였다. 전자기장의 세기는 15~100 Hz 주파수 범위에서 측정하였으며, 두 곳 모두 60 Hz에서 최고 값이 측정되었다. 최고값은 제주 한경면 인근 단지에서 0.0378 ± 0.0039 μT 였으며, 전북 고창군 인근 서남해 해역의 단지에서는 2.4168 ± 0.0478 μT 였다. 두 곳의 전자기장 세기의 차이는 약 63.6배 정도였으며, 이는 전력케이블 해저 포설 방식과 측정 당시 전력케이블에 흐르는 전류 세기의 차이에 기인한 것으로 추정된다. 전자기장을 감지할 수 있는 생물의 민감도와 비교한다면, 상당한 수준의 세기인 것으로 판단된다. 인위적으로 방출되는 전자기장은 제주해역에서 흔하게 출현하는 두툽상어류(Scyliorhinidae), 붕장어류(Congridae) 등, 서남해 해역에서는 홍어류(Rajidae) 등과 같은 연골어류가 직·간접적으로 영향을 받을 수 있을 것으로 예측된다. 본 연구에서는 해저에 포설된 전력케이블에서 방출되는 전자기장의 세기를 수중환경에서 측정할 수 있는 기술을 소개하고, 그 결과를 제시하였으며, 전자기장에 노출되는 해양생물에 미치는 유의한 생물/생태적 영향에 대해 고찰하였다. 인위적으로 방출되는 전자기장이 미치는 잠재적 영향을 적절하게 평가하기 위해서는 해양환경으로 방출되는 전자기장에 대한 정확한 측정과 서식 생물의 생리, 생태적 특성이 함께 고려되어야 할 것이다. 본 연구 결과는 해저 전력케이블에서 해양환경으로 방출되는 전자기장 모니터링 결과를 활용한 환경기준의 마련 및 해양생물 영향평가의 기초자료 등으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.