본질안전방폭용 의 신뢰도barrier 향상에 관한 신뢰성향상지원부품...

중소기업신뢰성향상지원사업 최종보고서중소기업신뢰성향상지원사업 최종보고서중소기업신뢰성향상지원사업 최종보고서중소기업신뢰성향상지원사업 최종보고서

본질안전방폭용 의 신뢰도본질안전방폭용 의 신뢰도본질안전방폭용 의 신뢰도본질안전방폭용 의 신뢰도BARRIERBARRIERBARRIERBARRIER

향상에 관한 신뢰성향상지원향상에 관한 신뢰성향상지원향상에 관한 신뢰성향상지원향상에 관한 신뢰성향상지원

2004. 6. 302004. 6. 302004. 6. 302004. 6. 30

주관기관 태창시스텍 주주관기관 태창시스텍 주주관기관 태창시스텍 주주관기관 태창시스텍 주( )( )( )( )

위탁기관 한국해양대학교위탁기관 한국해양대학교위탁기관 한국해양대학교위탁기관 한국해양대학교

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

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제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하ㆍㆍㆍㆍ

본 보고서를 본질안전방폭용 의 신뢰도 향상에 관한 연구에 관한 신뢰성“ BARRIER

향상지원 개발기간 과제의 최종보고서로 제출합니다”( :2003. 7. ~ 2004. 6.) .

2004. 7. 30.2004. 7. 30.2004. 7. 30.2004. 7. 30.

주관기관명 태창시스텍 주주관기관명 태창시스텍 주주관기관명 태창시스텍 주주관기관명 태창시스텍 주: ( ): ( ): ( ): ( )

주관책임자 고 준 수주관책임자 고 준 수주관책임자 고 준 수주관책임자 고 준 수::::

연 구 원 방 창 기연 구 원 방 창 기연 구 원 방 창 기연 구 원 방 창 기::::

연 구 원 고 준 경연 구 원 고 준 경연 구 원 고 준 경연 구 원 고 준 경::::

연 구 원 이 상 태연 구 원 이 상 태연 구 원 이 상 태연 구 원 이 상 태::::

연 구 원 오 진 석연 구 원 오 진 석연 구 원 오 진 석연 구 원 오 진 석::::

연 구 원 한 주 희연 구 원 한 주 희연 구 원 한 주 희연 구 원 한 주 희::::

연 구 원 임 명 규연 구 원 임 명 규연 구 원 임 명 규연 구 원 임 명 규::::

연 구 원 유 병 랑연 구 원 유 병 랑연 구 원 유 병 랑연 구 원 유 병 랑::::

연 구 원 곽 준 호연 구 원 곽 준 호연 구 원 곽 준 호연 구 원 곽 준 호::::

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중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록

관리번호관리번호관리번호관리번호 예( ) A00-951-2203-01-4-5

사 업 명사 업 명사 업 명사 업 명 본질안전방폭용 의 신뢰도향상에 관한 연구BARRIER

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 정격전압 정격전류 에너지 제한 신뢰도/ / /

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종 목표최종 목표최종 목표최종 목표1.1.1.1.

가 갖추어야할 핵심기술은 절연기술과 에너지 제한 기술이다 절연기술은 스위칭Barrier .

시에 발생하는 스파크가 안전영역에서 위험영역으로 전달되지 못하게 기능을 확보해야

하며 에너지 제한기술은 위험영역에서 저에너지 폭발범위이하 에서 동작을 할 수 있어, ( )

야 한다 그리고 제작시 반드시 확보해야 하는 안전전류 범위는 이하를 만. Barrier 12

족해야 하고 전압은 이하를 만족해야 한다 그리고 단자와 케이스 사이의 절연저항, 10V .

은 이상이고 전기적 절연부의 절연저항도 이상이어야 한다 이러한 조건100 , 100 .

을 만족하도록 개발하며 더불어 관련된 실험장비를 설계 및 개발하는 것이 본 연구의,

최종 목표이다.

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2.2.2.2.

정확한 에너지 제한 기능 갖추지 못한 경우1)

기계적인 수명 및 전기적인 수명을 확보하지 못한 경우2)

규정 절연저항을 확보하지 못한 경우3)

고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과3.3.3.3.

에너지 제한기능에 의한 오동작 전압리플 방지회로 일정 전류 유지회로 채터링 방1) : , ,

지회로 등을 갖추도록 함.

재료 및 저류에 의한 기계적 및 전기적 고장 설계과정에서 재료의 재질 선정2) : Barrier

을 철저하게 고려하고 최저전류 동작회로를 설계하여 전기적인 수명을 확보함, .

절연파괴에 따른 오동작 내절연성회로를 갖춘 가 되도록 설계함3) : Barrier .

신뢰성 적용결과 사업전 후 정략적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정략적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정략적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정략적 비교4. ( )4. ( )4. ( )4. ( )ㆍㆍㆍㆍ

사업전사업전사업전사업전 전압 및 전류 정격치 이하: 15 V, 12

사업후사업후사업후사업후 전압 및 전류 정격치 이하: 10 V, 10

기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과3. ( )3. ( )3. ( )3. ( )

선박용 폭발방지시스템의 핵심 부품인 는 대부분 외국에서 수입하여 활용하고 있Barrier

는 실정이다 이를 국산으로 대체할 수 있다. .

적용분야적용분야적용분야적용분야4.4.4.4.

석유화학 가스 폐기물 분야 등, ,

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목 차목 차목 차목 차

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 연구배경제 절 연구배경제 절 연구배경제 절 연구배경1111

제 절 특성 및 기능제 절 특성 및 기능제 절 특성 및 기능제 절 특성 및 기능2222

제 절 핵 심 요소기술제 절 핵 심 요소기술제 절 핵 심 요소기술제 절 핵 심 요소기술3333

제 장 신뢰성향상 지원제 장 신뢰성향상 지원제 장 신뢰성향상 지원제 장 신뢰성향상 지원2222

제 절 개요제 절 개요제 절 개요제 절 개요1111

제 절 지원내용제 절 지원내용제 절 지원내용제 절 지원내용2222

고장원인 및 분석고장원인 및 분석고장원인 및 분석고장원인 및 분석1.1.1.1.

가 정확한 에너지 제한 기능을 갖추지 못한 경우가 정확한 에너지 제한 기능을 갖추지 못한 경우가 정확한 에너지 제한 기능을 갖추지 못한 경우가 정확한 에너지 제한 기능을 갖추지 못한 경우....

나 기계적인 수명 및 전기적인 수명을 확보하지 못한 경우나 기계적인 수명 및 전기적인 수명을 확보하지 못한 경우나 기계적인 수명 및 전기적인 수명을 확보하지 못한 경우나 기계적인 수명 및 전기적인 수명을 확보하지 못한 경우....

다 규정 절연저항을 확보하지 못한 경우다 규정 절연저항을 확보하지 못한 경우다 규정 절연저항을 확보하지 못한 경우다 규정 절연저항을 확보하지 못한 경우....

고장원인 해결방안고장원인 해결방안고장원인 해결방안고장원인 해결방안2.2.2.2.




제 장 국내 외 관련 기술의 현황제 장 국내 외 관련 기술의 현황제 장 국내 외 관련 기술의 현황제 장 국내 외 관련 기술의 현황3333 ㆍㆍㆍㆍ

제 절 기술개발의 동향제 절 기술개발의 동향제 절 기술개발의 동향제 절 기술개발의 동향1111

선진국선진국선진국선진국1.1.1.1.

국내국내국내국내2.2.2.2.

제 절 기존기술 또는 제품 의 문제점과 개선방안제 절 기존기술 또는 제품 의 문제점과 개선방안제 절 기존기술 또는 제품 의 문제점과 개선방안제 절 기존기술 또는 제품 의 문제점과 개선방안2 ( )2 ( )2 ( )2 ( )

기존 기술의 실정 및 문제점기존 기술의 실정 및 문제점기존 기술의 실정 및 문제점기존 기술의 실정 및 문제점1.1.1.1.

개선 방안개선 방안개선 방안개선 방안2.2.2.2.

제 절 기대효과 및 활용방안제 절 기대효과 및 활용방안제 절 기대효과 및 활용방안제 절 기대효과 및 활용방안3333

기대효과기대효과기대효과기대효과1.1.1.1.

활용방안활용방안활용방안활용방안2.2.2.2.

제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용4444

제 절 기술개발의 목표제 절 기술개발의 목표제 절 기술개발의 목표제 절 기술개발의 목표1111

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제 절 개발내용제 절 개발내용제 절 개발내용제 절 개발내용2222

제 장 신뢰도 향상제 장 신뢰도 향상제 장 신뢰도 향상제 장 신뢰도 향상5 BARRIER5 BARRIER5 BARRIER5 BARRIER

제 절 시스템 개요제 절 시스템 개요제 절 시스템 개요제 절 시스템 개요1111

제 절 알고리즘제 절 알고리즘제 절 알고리즘제 절 알고리즘2222

의 알고리즘의 알고리즘의 알고리즘의 알고리즘1. Barrier1. Barrier1. Barrier1. Barrier

신뢰성 실험장치의 알고리즘신뢰성 실험장치의 알고리즘신뢰성 실험장치의 알고리즘신뢰성 실험장치의 알고리즘2.2.2.2.

가 기계적 수명 실험 제어 알고리즘가 기계적 수명 실험 제어 알고리즘가 기계적 수명 실험 제어 알고리즘가 기계적 수명 실험 제어 알고리즘....

나 전기적 수명 실험 제어 알고리즘나 전기적 수명 실험 제어 알고리즘나 전기적 수명 실험 제어 알고리즘나 전기적 수명 실험 제어 알고리즘....

다 진동 실험 제어 알고리즘다 진동 실험 제어 알고리즘다 진동 실험 제어 알고리즘다 진동 실험 제어 알고리즘....

제 절 하드웨어의 개요제 절 하드웨어의 개요제 절 하드웨어의 개요제 절 하드웨어의 개요3333

제 절 제어기제 절 제어기제 절 제어기제 절 제어기4444

기존 제품기존 제품기존 제품기존 제품1.1.1.1.

신뢰도를 향상시켜 개발한 시제품신뢰도를 향상시켜 개발한 시제품신뢰도를 향상시켜 개발한 시제품신뢰도를 향상시켜 개발한 시제품2.2.2.2.

제 장 신뢰도 실험장치제 장 신뢰도 실험장치제 장 신뢰도 실험장치제 장 신뢰도 실험장치6666


제 절 전기 기계적 수명 실험장치제 절 전기 기계적 수명 실험장치제 절 전기 기계적 수명 실험장치제 절 전기 기계적 수명 실험장치2222 ㆍㆍㆍㆍ

제 절 진동 실험장치제 절 진동 실험장치제 절 진동 실험장치제 절 진동 실험장치3333

제 장 시제품제 장 시제품제 장 시제품제 장 시제품7777


제 절 성능실험 내용 및 결과제 절 성능실험 내용 및 결과제 절 성능실험 내용 및 결과제 절 성능실험 내용 및 결과2222

의 기본 실험에 따른 파형의 기본 실험에 따른 파형의 기본 실험에 따른 파형의 기본 실험에 따른 파형1. Barrier1. Barrier1. Barrier1. Barrier

가 스위치 에 따른 파형가 스위치 에 따른 파형가 스위치 에 따른 파형가 스위치 에 따른 파형. “on”, “off”. “on”, “off”. “on”, “off”. “on”, “off”

나 전압과 전류 제한 기능 실험나 전압과 전류 제한 기능 실험나 전압과 전류 제한 기능 실험나 전압과 전류 제한 기능 실험....

다 위험물질 농도에 따른 실험다 위험물질 농도에 따른 실험다 위험물질 농도에 따른 실험다 위험물질 농도에 따른 실험....

라 접지 실험라 접지 실험라 접지 실험라 접지 실험....

전기 기계적 수명 실험장치의 각 전류에 따른 파형전기 기계적 수명 실험장치의 각 전류에 따른 파형전기 기계적 수명 실험장치의 각 전류에 따른 파형전기 기계적 수명 실험장치의 각 전류에 따른 파형2.2.2.2. ㆍㆍㆍㆍ

진동에 의한 실험장치의 각 파형진동에 의한 실험장치의 각 파형진동에 의한 실험장치의 각 파형진동에 의한 실험장치의 각 파형3.3.3.3.

제 절 고찰제 절 고찰제 절 고찰제 절 고찰3333

제 장 개발현황 및 실용화 계획제 장 개발현황 및 실용화 계획제 장 개발현황 및 실용화 계획제 장 개발현황 및 실용화 계획8888

제 절 개발현황제 절 개발현황제 절 개발현황제 절 개발현황1111

제 절 실용화 계획제 절 실용화 계획제 절 실용화 계획제 절 실용화 계획2222

제 절 후언제 절 후언제 절 후언제 절 후언3333

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참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

표차례표차례표차례표차례< >< >< >< >

표 특성표 특성표 특성표 특성1 Barrier1 Barrier1 Barrier1 Barrier

표 의 특징표 의 특징표 의 특징표 의 특징2 Isolator2 Isolator2 Isolator2 Isolator

표 릴레이의 특징표 릴레이의 특징표 릴레이의 특징표 릴레이의 특징3333

표 사업 전 평가항목표 사업 전 평가항목표 사업 전 평가항목표 사업 전 평가항목4444

표 사업 후 평가항목표 사업 후 평가항목표 사업 후 평가항목표 사업 후 평가항목5555

표 사업내용표 사업내용표 사업내용표 사업내용6666

표 평가방법 및 장치표 평가방법 및 장치표 평가방법 및 장치표 평가방법 및 장치7777

그림 차례그림 차례그림 차례그림 차례< >< >< >< >

그림 본질안전방폭 계통도그림 본질안전방폭 계통도그림 본질안전방폭 계통도그림 본질안전방폭 계통도1111

그림 설계도그림 설계도그림 설계도그림 설계도2 Barrier2 Barrier2 Barrier2 Barrier

그림 계통도그림 계통도그림 계통도그림 계통도3 Barrier3 Barrier3 Barrier3 Barrier

그림 의 제어 알고리즘그림 의 제어 알고리즘그림 의 제어 알고리즘그림 의 제어 알고리즘4 Barrier4 Barrier4 Barrier4 Barrier

그림 기계적 수명 실험 제어 알고리즘그림 기계적 수명 실험 제어 알고리즘그림 기계적 수명 실험 제어 알고리즘그림 기계적 수명 실험 제어 알고리즘5555

그림 전기적 수명 실험 제어 알고리즘그림 전기적 수명 실험 제어 알고리즘그림 전기적 수명 실험 제어 알고리즘그림 전기적 수명 실험 제어 알고리즘6666

그림 진동 실험 제어 알고리즘그림 진동 실험 제어 알고리즘그림 진동 실험 제어 알고리즘그림 진동 실험 제어 알고리즘7777

그림 하드웨어 설계 개요그림 하드웨어 설계 개요그림 하드웨어 설계 개요그림 하드웨어 설계 개요8888

그림 기존 제어기 외형도그림 기존 제어기 외형도그림 기존 제어기 외형도그림 기존 제어기 외형도9 Barrier9 Barrier9 Barrier9 Barrier

그림 시제품 전원 공급단 회로도그림 시제품 전원 공급단 회로도그림 시제품 전원 공급단 회로도그림 시제품 전원 공급단 회로도10 Barrier10 Barrier10 Barrier10 Barrier

그림 시제품 전원 공급단 외형도그림 시제품 전원 공급단 외형도그림 시제품 전원 공급단 외형도그림 시제품 전원 공급단 외형도11 Barrier PCB11 Barrier PCB11 Barrier PCB11 Barrier PCB

그림 시제품 동작단 회로도그림 시제품 동작단 회로도그림 시제품 동작단 회로도그림 시제품 동작단 회로도12 Barrier12 Barrier12 Barrier12 Barrier

그림 시제품 동작단 외형도그림 시제품 동작단 외형도그림 시제품 동작단 외형도그림 시제품 동작단 외형도13 Barrier PCB13 Barrier PCB13 Barrier PCB13 Barrier PCB

그림 시제품 제어기 기판 외형도그림 시제품 제어기 기판 외형도그림 시제품 제어기 기판 외형도그림 시제품 제어기 기판 외형도14 Barrier14 Barrier14 Barrier14 Barrier

그림 시제품 제어기 외형도그림 시제품 제어기 외형도그림 시제품 제어기 외형도그림 시제품 제어기 외형도15 Barrier15 Barrier15 Barrier15 Barrier

그림 실험대상에 설치한 시제품그림 실험대상에 설치한 시제품그림 실험대상에 설치한 시제품그림 실험대상에 설치한 시제품16161616

그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 회로도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 회로도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 회로도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 회로도17171717

그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 외형도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 외형도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 외형도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 외형도18 PCB18 PCB18 PCB18 PCB

그림 전기 기계적 수명 실험장치의 회로도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 회로도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 회로도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 회로도19191919 ㆍㆍㆍㆍ

그림 전기 기계적 수명 실험장치의 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 외형도20 PCB20 PCB20 PCB20 PCBㆍㆍㆍㆍ

그림 전기 기계적 수명 실험장치의 시제품 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 시제품 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 시제품 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 시제품 외형도21212121 ㆍㆍㆍㆍ

그림 진동 실험장치의 회로도그림 진동 실험장치의 회로도그림 진동 실험장치의 회로도그림 진동 실험장치의 회로도22222222

그림 진동 실험장치의 외형도그림 진동 실험장치의 외형도그림 진동 실험장치의 외형도그림 진동 실험장치의 외형도23 PCB23 PCB23 PCB23 PCB

그림 진동 실험장치의 시제품 외형도그림 진동 실험장치의 시제품 외형도그림 진동 실험장치의 시제품 외형도그림 진동 실험장치의 시제품 외형도24242424

그림 스위치 순간 시 릴레이 전압파형 스위치단 전류그림 스위치 순간 시 릴레이 전압파형 스위치단 전류그림 스위치 순간 시 릴레이 전압파형 스위치단 전류그림 스위치 순간 시 릴레이 전압파형 스위치단 전류25 “on” ( 12 )25 “on” ( 12 )25 “on” ( 12 )25 “on” ( 12 )

그림 스위치 시 릴레이 정상파형그림 스위치 시 릴레이 정상파형그림 스위치 시 릴레이 정상파형그림 스위치 시 릴레이 정상파형26 “on”26 “on”26 “on”26 “on”

그림 스위치 시 릴레이 전압그림 스위치 시 릴레이 전압그림 스위치 시 릴레이 전압그림 스위치 시 릴레이 전압27 “off”27 “off”27 “off”27 “off”

그림 정전압 출력그림 정전압 출력그림 정전압 출력그림 정전압 출력28282828

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그림 에서의 출력그림 에서의 출력그림 에서의 출력그림 에서의 출력29 30% LEL 1st Alarm Signal29 30% LEL 1st Alarm Signal29 30% LEL 1st Alarm Signal29 30% LEL 1st Alarm Signal

그림 에서의 출력그림 에서의 출력그림 에서의 출력그림 에서의 출력30 60% LEL 2nd Alarm Signal30 60% LEL 2nd Alarm Signal30 60% LEL 2nd Alarm Signal30 60% LEL 2nd Alarm Signal

그림 에서의 출력 및 입력 전원 차단그림 에서의 출력 및 입력 전원 차단그림 에서의 출력 및 입력 전원 차단그림 에서의 출력 및 입력 전원 차단31 60% LEL 2nd Alarm Signal Signal31 60% LEL 2nd Alarm Signal Signal31 60% LEL 2nd Alarm Signal Signal31 60% LEL 2nd Alarm Signal Signal

그림 에서의 출력그림 에서의 출력그림 에서의 출력그림 에서의 출력32 100% LEL Range Error Alarm Signal32 100% LEL Range Error Alarm Signal32 100% LEL Range Error Alarm Signal32 100% LEL Range Error Alarm Signal

그림 릴레이 구동 시 각 상황에 따른 파형과 전류에 따른 저항 값 측정 위치그림 릴레이 구동 시 각 상황에 따른 파형과 전류에 따른 저항 값 측정 위치그림 릴레이 구동 시 각 상황에 따른 파형과 전류에 따른 저항 값 측정 위치그림 릴레이 구동 시 각 상황에 따른 파형과 전류에 따른 저항 값 측정 위치33333333

그림 부분의 전류가 인 파형그림 부분의 전류가 인 파형그림 부분의 전류가 인 파형그림 부분의 전류가 인 파형34 CH2 0.9434 CH2 0.9434 CH2 0.9434 CH2 0.94


그림 부분의 전류가 진동 인 경우의 파형그림 부분의 전류가 진동 인 경우의 파형그림 부분의 전류가 진동 인 경우의 파형그림 부분의 전류가 진동 인 경우의 파형36 CH2 2.00 , 1036 CH2 2.00 , 1036 CH2 2.00 , 1036 CH2 2.00 , 10



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제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 연구배경제 절 연구배경제 절 연구배경제 절 연구배경1111

선박이 자동화되면서 다양한 자동화 시스템이 연구 개발되어 운용되고 있다 이러.

한 자동화 시스템은 고용인력을 감소하는 경제적인 효과를 창출한다 또한 첨단 기.

술에 의한 자동화는 선박 및 산업현장의 위험한 분야에 안전을 확보하기 위해 활용

되고 있다 는 다양한 안전시스템에 활용되는 중요한 부품이다 특성. Barrier . Barrier

은 가스등의 인화물이 있는 곳에 전기적인 스위칭 작용이 일어날 경우에 스파크로

인한 폭발이 발생한다 이를 방지하기 위해 사용하는 것으로 산업분야 및 선박에.

대단히 중요한 것이다 여러 방폭구조 중에 를 쓰는 방폭구조는 본질안. Barrier Ex"i"(

전방폭 구조이다 본질 안전이란 폭발이 예상되는 환경에서 점화를 야기 시키는 정) .

상 또는 비정상 상태 하에서 전기적 에너지나 열적 효과를 제한함으로서 폭발을 막

을 수 있는 방폭구조이다 위험지역에 설치되는 기기들은 전기적인 효과를 받아야.

만 동작을 한다 따라서 이것은 안전지역에서 위험지역으로 흘러가는 모든 위험한.

전기적 수위를 막아주는 역할을 한다 이것은 폭발이 일어나지 않을 정도의 전기적.

레벨을 가진 것을 위험지역으로 보내 주어야 함을 말한다 즉 가 없이는 본. Barrier

질안전 방폭을 달성할 수 없다.

본 연구는 를 활용한 다양한 선박안전시스템을 국산화하기 위하여 우수한Barrier ,

성능을 갖춘 국산 를 요구하는 선박용 안전시스템 생산업체의 욕구를 만족시Barrier

키고자 하는 것이 연구수행의 동기이다.

선박 및 산업 현장의 위험한 곳에 사용되는 기기가 안전하게 동작하기 위해서는 스

파크를 억제해야만 한다 본 연구는 태창시스텍이 개발한 의 신뢰성향상을 위해. IGS

수행된 것이다 신뢰성향상을 통하여 개선된 를 태창시스텍 주 가 생산하고. Barrier ( )

있는 시스템을 대상으로 실험을 수행하여 그 성능을 확인하고자 한다 또한IGS .

및 선박 등과 같은 위험물 취급선박에 필요한 폭발방지시스템용으로 활LNG LPG

용이 가능하도록 의 성능을 향상시키고자 한다 선박용 폭발방지시스템의 핵Barrier .

심 부품인 는 대부분 외국에서 수입하여 활용하고 있는 실정이다 위험물을Barrier .

취급하는 선박 척 당 사용되는 수량은 수십 개에서 수백 개에 달한다 그1 Barrier .

리고 석유화학 가스 폐기물 분야 등 를 활용한 시스템은 매우 많다, , Barrier .

본 신뢰성향상지원사업을 수행하여 부품의 신뢰성을 확보하고 나면 본사에Barrier ,

서 생산하고 있는 폭발방지시스템에 사용함은 물론이고 많은 양을 수입에 의존하,

고 있는 조선소 등에 납품하여 수입대체효과를 극대화하고자 한다 더불어 이번 사.

업을 계기로 석유화학 및 가스산업 분야의 안전시스템 개발 및 생산에도 참여하는

기회를 태창시스텍 주 가 확보하고자 한다( ) .

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제 절 특성 및 기능제 절 특성 및 기능제 절 특성 및 기능제 절 특성 및 기능2222

는 이런 비정상상태의 특성과 에너지를 폭발 가능성이 잠재되어 있는 위험Barrier

지역에서 점화되지 않는 에너지 한계 안전 레벨 로 유지하기 위한 것이다 이 기술( ) .

은 각종 비정상 상태 또는 회로의 최대 정전용량과 인덕턴스를 고려한 상태에서,

전압과 전류를 공히 제한하도록 설계되어 있다.

가스등의 인화물이 있는 곳에 전기적인 스위칭 작용이 일어날 경우에 스파크로 인

한 폭발이 발생한다 이를 방지하기 위해 를 사용하며 산업분야 및 선박에. Barrier

대단히 중요한 부품중 하나이다 여러 방폭구조 중에 를 쓰는 방폭구조는. Barrier

본질안전방폭 구조 이다 본질 안전이란 폭발이 예상되는 환경에서 점화를 야Ex"i"( ) .

기 시키는 정상 또는 비정상 상태 하에서 전기적 에너지나 열적 효과를 제한함으로

서 폭발을 막을 수 있는 방폭구조이다 위험지역에 설치되는 기기들은 전기적인 효.

과를 받아야만 동작을 한다 따라서 이것은 안전지역에서 위험지역으로 흘러가는.

모든 위험한 전기적 수위를 막아주는 역할을 한다 이것은 폭발이 일어나지 않을.

정도의 전기적 레벨을 가진 것을 위험지역으로 보내주어야 함을 말한다 즉. Barrier

가 없이는 본질안전 방폭을 달성할 수 없다 위험지역은. Gas zone(or group),

및 온도등급으로 정의된다 는 가연성 혼합기체가 존재하는 곳의 점Division . Barrier

화곡선을 활용하여 다양한 가스그룹의 최소점화전류 이하로 본질안전회로와 장비를

구동하는 기능을 가지고 있어야 한다.

제 절 핵심요소기술제 절 핵심요소기술제 절 핵심요소기술제 절 핵심요소기술3333

본질안전 인터페이스 장비 의 기본기능은 일반안전(Intrinsic Safety: IS) (IS -Barrier)

지역에 산재한 많은 장비들에 대한 검증의 필요성 을 제거(Necessity for certifying)

하기 위한 것이다 그림 은 본질안전방폭 계통도이며 다음과 같은 특성을 가지고. 1 ,

있다.

상당히 복잡한 회로를 가지고 있음.①

유연성을 필요로 함.②

많은 전원시스템 등을 포함하고 있음.③

- 10 -

그림 본질안전방폭 계통도그림 본질안전방폭 계통도그림 본질안전방폭 계통도그림 본질안전방폭 계통도1111

따라서 비정상 상황 하에서는 엄청난 량 의 에너지를 위험(Fault Conditions: FC) (?)

지역으로 유입시킬 수 있는 소지를 항상 갖고 있다 이상적인 인터페이스 장비. (IS

는 가능한 최소한의 자체 전압강하 아주 약간의 신호 감쇄회로로 구성되-Barrier) ,

어 정상적인 저 에너지 신호는 통과시키고 비정상적인 고 에너지 레벨의 신호는 위

험지역 허용치 이내로 제한하여 통과시키는 것이다 그러나 만약 및 방폭. Barrier

설비가 미비한 지역에 설치된 장비류에서 비정상 상태가 발생하였다면 당연히 방폭

지역에서는 심각한 상황이 발생할 소지가 있다 는 이런 비정상상태의 특성. Barrier

과 에너지를 폭발 가능성이 잠재되어 있는 위험 지역에서 점화되지 않는 에너지 한

계 안전 레벨 로 유지하기 위한 것이다 이 기술은 각종 비정상 상태 또는 회로의( ) . ,

최대 정전용량과 인덕턴스를 고려한 상태에서 전압과 전류를 공히 제한하도록 설계

되어 있다 최근에 개념을 도입하는 이유는 다음과 같이 정리할 수 있다. IS .

전자기술의 발달로 성능이 향상되고 가격도 저렴함.①

유지보수를 위하여 플랜트를 정지하면 경제적인 손실과 생산성에 심각한 문제가②

발생함으로 공장이 살아있는 상태에서 유지 보수행위를 할 수 있는 본질안전방폭, ㆍ

을 함.

의 성능 가격 등이 믿을 만한 수준임Barrier , .③

약간의 문제점은 전 세계적으로 공통 표준을 작성 적용하여야 하나 국가마다 다른,

접지 개념과 위험이 상존하는 지역 또는 에서의 설치(Zone 0, Class 1, Division 1)

개념이 일치하지 않아 전 세계적인 공통 표준사양의 통일이 아직은 미결상태로 남

아 있는 점이 해결해야할 과제다 신뢰성 구축 대상인 가 반드시 확보해야. Barrier

하는 핵심 기술요소는 안전성이다.

- 11 -

가연성 혼합기체가 존재하는 구역에서 가 안전하게 동작하기 위해서는 출력Barrier

접점이 갖추어야할 핵심사항은 기계적 수명 만회 이상 전기적 수명 만회 이100 , 40

상 동작시간 이하 복귀시간 이하의 조건을 만족해야 한다 그리고 안전회, 5 , 5 .

로의 정격은 전압 전류 을 만족해야 한다 그리고 외부허용 인덕턴스는10V, 12 .

이하 외부허용 캐퍼턴스는2.0mH , o.3μ 이하를 만족해야 한다 이러한 조건을F .

만족하기 위해서 가 갖추어야할 핵심기술은 절연기술과 에너지 제한 기술이Barrier

다 절연기술은 스위칭시에 발생하는 스파크가 안전영역에서 위험영역으로 전달되.

지 못하게 기능을 확보해야 하며 에너지 제한기술은 위험영역에서 저 에너지 폭발, (

범위 이하 에서 동작을 할 수 있어야 한다) .

그림 설계도그림 설계도그림 설계도그림 설계도2 Barrier2 Barrier2 Barrier2 Barrier

그림 는 설계도이다 그림에서 핵심기술이 요구되는 부분은 폭발이 발생되2 Barrier .

지 않은 범위 내에서 동작이 가능하게 하는 저 전류 및 저 전압부와 전기적인 절연

이 요구되는 절연부이다 제작시 반드시 확보해야 하는 안전전류 범위는. Barrier 12

이하를 만족해야 하고 전압은 이하를 만족해야 한다 그리고 단자와 케이, 15V .

스 사이의 절연저항은 이상이고 전기적 절연부의 절연저항도 이상이100 , 100

어야 한다 이상의 조건을 만족하도록 를 제작하는 것이 핵심요소기술이다. Barrier .

그림 에 도시한 가 신뢰도를 갖춘 부품이 되기 위해서는 성능개선 및 보완2 Barrier

을 통해 신뢰성을 갖춘 새로운 를 시험할 수 있는 실험장비가 갖추어져야 한Barrier

다 이를 위해 신뢰성 실험용 실험장치를 병행하여 개발하였다. .

- 12 -

개발한 실험장치를 이용하여 신뢰도를 확보한 새로운 부품의 신뢰도 및 성Barrier

능을 실험하였다 실험결과를 분석하여 신뢰성향상을 위한 회로설계에 반영하였다. .

그림에서 핵심기술이 요구되는 부분은 폭발이 발생되지 않은 범위 내에서 동작이

가능하게 하는 저 전류 및 저 전압부와 전기적인 절연이 요구되는 절연부이다.

- 13 -

제 장 신뢰성향상 지원제 장 신뢰성향상 지원제 장 신뢰성향상 지원제 장 신뢰성향상 지원2222


신뢰성 구축은 일반적인 산업분야 뿐만 아니라 선박 선박 탱크Barrier , LNG , LPG ,

선박 등에 반드시 사용해야 하는 것이다 는 가연성 혼합기체와 같은 폭발성. Barrier

이 있는 위험장소에서 다양한 장비를 안전하게 구동하기 위하여 반드시 필요한 부

품이다 또한 는 세계 각 국의 검사기준을 만족해야만 사용이 가능하다 이. Barrier .

러한 기준의 핵심은 동작의 신뢰성과 안전성이다 본 연구를 수행하고자하는 태창.

시스텍 주 은 선박용 폭발 방지시스템을 개발하여 탑재하고 있는 중이다 이 시스템( ) .

의 핵심 부품인 는 대부분 수입 제품을 사용하였다Barrier .

현재 핵심부품의 비용절감과 기술력 확보를 위해 를 개발하였고 그 신뢰성Barrier ,

을 확보하여 활용하기 위해 본 사업을 수행하고자 한다.

신뢰성 확보를 위해 수행하고자하는 사업의 범위는 차와 차에 걸쳐 수행하고자1 2

한다 먼저 차적으로 수행하고자하는 사업범위는 가 갖추어야할 핵심기술. 1 Barrier

분야인 절연기술과 에너지 제한 기술 분야의 신뢰성을 확보하는 것이다 절연기술.

은 스위칭시에 발생하는 스파크가 안전영역에서 위험영역으로 전달되지 못하게 기

능을 확보해야 하며 에너지 제한기술은 위험영역에서 저 에너지 폭발범위이하 로, ( )

동작을 할 수 있어야 한다 이를 위해 제작시에 안전전류 범위는 이하. Barrier 12

를 만족해야 하고 전압은 이하를 만족해야 한다 그리고 단자와 케이스 사이, 15V .

의 절연저항은 이상이고 전기적 절연부의 절연저항도 이상이어야 한100 , 100

다 이러한 동작조건을 만족하도록 점화곡선을 활용한 알고리즘 등을 도출하여 회.

로설계에 활용하고자 한다.

현재 국내기술은 대부분 외국의 기술을 모방하는 수준이다 본사는 위험장소의 다.

양한 위험요소를 고찰하여 개발과정에 반영하였다 현재 요구 기준은 선진, Barrier .

국의 기준을 만족하도록 부품을 개발하였고 사용 환경이 열악한 특수 선박에도 활,

용이 가능하도록 신뢰성을 향상시키는 중이다.

그러나 미국 등의 선진국은 규정 북미규정인 규정 등의 다양한 규정을IEC , NEC

만족하도록 개발하고 있는 중이다 그리고 이러한 규정을 강화하여 새로운 개념의.

규정을 만들고 있으며 새로운 규정을 만족하는 를 요구하고 있다Barrier , Barrier .

본 연구는 개발되어 활용되고 있는 의 신뢰도를 향상시켜 를 활용하는Barrier Barrier

선박 등의 중요시스템의 신뢰성을 향상시키고 안전을 확보할 수 있도록 하는 것이,

다.

- 14 -

제 절 지원내용제 절 지원내용제 절 지원내용제 절 지원내용2222

신뢰성 구축 대상인 가 반드시 확보해야 하는 핵심 기술과 요소 기술은 안전Barrier

성이다 가연성 혼합기체가 존재하는 구역에서 가 안전하게 동작하기 위해서. Barrier

는 출력 접점이 갖추어야할 핵심사항은 기계적 수명 만회 이상 전기적 수명100 ,

만회 이상 동작시간 이하 복귀시간 이하의 조건을 만족해야 한다 그리40 , 5 , 5 .

고 안전회로의 정격은 전압 전류 을 만족해야 한다10V, 12 .

이러한 목표를 만족하기 위해서 가 갖추어야할 핵심기술은 절연기술과 에너Barrier

지 제한 기술이다 절연기술은 스위칭시에 발생하는 스파크가 안전영역에서 위험영.

역으로 전달되지 못하게 기능을 확보해야 하며 에너지 제한기술은 위험영역에서,

저 에너지 폭발범위이하 에서 동작을 할 수 있어야 한다 는 본질방폭안전구( ) . Barrier

조에 활용되는 부품이다 본질방폭시스템이 전기적 안전특성을 만족하기 위해서는.

다음과 같은 고장이 발생하지 않아야 한다.

고장원인 및 분석고장원인 및 분석고장원인 및 분석고장원인 및 분석1.1.1.1.


고장원인 분석 가 제한 네트웍 기능을 수행 시 위험지역 으: Barrier (hazardos area)

로의 출력신호가 갖추어야 할 전압 전류 신호가 안전범위에 있지 못할 경우에 발생

한다 안전범위에 있더라도 출력 신호의 스위칭 특성이 채터링을 발생하면 안전을.

확보하지 못한다 그러므로 안전범위 내에서 동작을 할 수 있도록 에너지 제한을.

위해 전압 및 전류가 정확히 제어되어야 한다.


고장원인 의 수명에 해당하는 것으로 국제 기준을 만족해야 한다 이는: Barrier .

설계과정에서 재료의 재질 선정을 철저하게 고려해야 한다 접촉부의 재질Barrier .

불량이 원인이다.


고장원인 부품의 케이스와 전기적 절연부의 절연저항이 규정치 이하가 되면 정확:

한 출력신호를 얻을 수 없다 이것은 구동부의 노이즈가 에너지 제한역할을 담당하.

는 부분에 영향을 주기 때문이다.

- 15 -

고장원인 해결방안고장원인 해결방안고장원인 해결방안고장원인 해결방안2.2.2.2.


가 갖추어야할 기능 중에서 가장 중요한 부분이다 일반적으로 에너지 제한Barrier .

기능을 화보하기 위해서 제한 전압 및 제한 전류를 규정하고 있다 가 본질. Barrier

안전방폭 시스템에 활용되기 위해서는 위험지역용 의 출력신호가 규정을 만Barrier

족해야 한다 본 연구에서도 신뢰도 향상을 위해 확보해야 하는 전압 및 전류 규정.

치는 이하 이하이다 이러한 에너지 제한기능의 오동작을 방지하기 위해10V , 12 .

서 전압리플 방지회로 일정 전류 유지회로 채터링 방지회로 등을 에 부가, , Barrier

하여 정격전압 정격전류 에서도 안정적으로 동작하도록 신뢰성을 개선하였8V 10

다.


가 기계적인 안전유지상태에서 출력을 하기 위해서는 반복적인 동작에 변형Barrier

이 없이 정확히 동작을 해야한다 이를 위해 설계과정에서 재료의 재질 선. Barrier

정을 철저하게 고려해야 한다 설계과정에서 접촉부의 수명이 확보된 제품으로 설.

계를 함으로써 기계적인 수명을 확보한다 전기적인 수명은 일반적인 전기부품의.

경우에 발생하는 고장원인을 제거함과 동시에 에너지 제한 범위 내에서 스위칭 동

작을 연속적으로 수행하는 수명이다 이를 위해 가능한 에 가까운 범위에서 동. 0

작할 수 있도록 최저전류 동작회로를 설계과정에 반영하였다 특히 기계적Barrier .

인 수명과 전기적인 수명을 만족하기 위하여 저 전류 이하 에서도 동작이 가능(4 )

하도록 설계하였다.


절연이 파괴되면 누설전류와 노이즈 등으로 인해 부품의 성능 및 수명에 치명적인

영향을 미친다 이러한 영향을 억제하기 위하여 절연이 반드시 유지되어야 한다 절. .

연파괴를 막기 위하여 내절연성회로를 갖춘 가 되도록 설계를 한다Barrier .

를 이용하여 절연회로를 설계하여 에 부가함으로써 절연특성을Opto-Coupler Barrier

만족하였다.

- 16 -

제 장 국내 외 관련 기술의 현황제 장 국내 외 관련 기술의 현황제 장 국내 외 관련 기술의 현황제 장 국내 외 관련 기술의 현황3333 ㆍㆍㆍㆍ

제 절 기술개발의 동향제 절 기술개발의 동향제 절 기술개발의 동향제 절 기술개발의 동향1111

선진국선진국선진국선진국1.1.1.1.

오래 전에 선진국에서는 반도체 산업의 발달로 저 가격 고 신뢰성 광범위한 적용, ,

성 및 최고등급인 본질안전방폭 으로 사용하고 있다 미국 등의 선진국은(Ex i) . IEC

규정 북미규정인 규정 등의 다양한 규정을 만족하도록 개발하고 있는 중이, NEC

다 그리고 이러한 규정을 강화하여 새로운 개념의 규정을 만들고 있으며. Barrier ,

새로운 규정을 만족하는 를 요구하고 있다Barrier .

국내국내국내국내2.2.2.2.

국내에서도 인명 및 재산의 중요성을 인식하여 위험장소 분류 위험존재 가능성 발, ,

화 온도 가스등급 및 위험물의 등급에 맞게 본질안전인 로 바뀌고 있으며 이, Ex i

는 국제 규정 및 국내 방폭설비 관련법규를 따르고 있으며 국내 인증관계는 한국산

업안전공단 과 한국가스안전공사 에서 업무를 관장하고있다 현재 국내(KISCO) (KGS) .

기술은 대부분 외국의 기술을 모방하는 수준이다 현재 요구 기준은 선진국의 기준.

을 만족하도록 부품을 개발하고 사용 환경이 열악한 특수 선박에도 활용이 가능하,

도록 개발하고 있는 중이다.

제 절 기존기술 또는 제품 의 문제점과 개선방안제 절 기존기술 또는 제품 의 문제점과 개선방안제 절 기존기술 또는 제품 의 문제점과 개선방안제 절 기존기술 또는 제품 의 문제점과 개선방안2 ( )2 ( )2 ( )2 ( )

기존 기술의 실정 및 문제점기존 기술의 실정 및 문제점기존 기술의 실정 및 문제점기존 기술의 실정 및 문제점1.1.1.1.

최근 본질안전개념 도입을 많이 하는 이유는 전자기술의 발달로 성능이 향상되고,

가격도 저렴해진 이유라고 보아야지 기본적인 구조가 변경되어 그런 것은 아니다.

또한 무한경쟁시대에 접어들면서 유지 보수행위를 위하여 플랜트를 셧다운ㆍ

하면 경쟁사에 밀리는 것이 현실이다 따라서 공장이 살아있는 상태에서(shutdown) .

유지 보수행위를 할 수 있는 본질안전방폭이 경제성과 실용성 측면에서 유리하다.ㆍ

- 17 -

또한 콤팩트 한 플랜트건설을 짓기 위해서는 묵직한 방폭하우징 구조물들(compact)

이 활용되었지만 최근에는 의 성능 가격 등이 믿을 만한 수준에 이르렀기, Barrier ,

때문에 더욱 실용적이다 따라서 요즈음의 추세는 본질안전으로 간다 약간의 문제. .

점은 전 세계적인 공통 표준을 작성 적용하여야 하나 국가마다 다른 접지개념과,

위험이 상존하는 지역 또는 에서의 설치개념이 일치(Zone 0, Class 1, Division 1)

하지 않아 전 세계적인 공통 표준사양의 통일이 아직은 미결상태로 남아 있는 점이

겠지만 을 쫓아가는 추세이다ATEX direction .

의 대표적인 것으로 션트다이오드 및 가 있다 션트다이오드Barrier Barrier Isolator .

는 위험지역에서 계장 장비류를 사용하기 위한 에너지 전압 전류 제한기술Barrier ( , )

로 가장 간단하고 효율적인 고전적 해결방법이며 기본적으로 다음과 같은 특성을, ,

가지고 있다.

이중 또는 삼중의 제너 다이오드를 사용하여 전압을 제한함.①

저항 을 사용하여 전류를 제한함(Current Limiting Resistor-CLR) .②

휴즈를 사용하여 제너 다이오드가 취급하기 힘든 비정상 전원을 차단하는 기능③

을 함.

이것의 장점으로는 다음과 같다.

전달하고자 하는 신호를 거의 정확 및 고 선형성 하게 전달할(0.1% Accuracy )①

수 있음.

내부 부품들이 상대적으로 적은 수량이므로 발열량도 낮고 보다 안정적(500 ),②

임.

부품이 적어 크기도 상대적으로 적어짐.③

가격도 저렴함.④

단점으로는 비정상적인 상태가 형성되었을 때 누전 전류가 안전지역에 위치한

접지쪽으로 흐른다는 점이다Neutral Star .

다만 중요한 차이점은 버스바와 접지사이 의 과도전압차Barrier Neut.al Star (X1, X)

이이다 경로로 보아 위험지역까지 일점 접지형태가 되는 관계로 저전압상태. (10V

이하 로 유지하기 위하여 버스바와 사이의 연결은 확실) , Barrier Neutral Star Point

한 저 저항 상태를 유지시켜야 한다는 점이 안전상 결정적으로 중요한 사항이라는

점이다 따라서 거리가 미터 이상 떨어진 장비 사이에서는 현실적으로 사용이. 200

쉽지 않은 점도 있고 설사 그렇게 설치를 하더라도 비용적인 측면 및 일부,

전압이 상존하는 경우는 사용하기 어렵다는 점이다Floating .

- 18 -

일반적인 접지 연결과 션트다이오드 의 접지 연결을 보면 두 경우의 커다란Barrier ,

차이점은 션트다이오드 의 접지연결인 경우 접지 연결이 잘되어 있는지를 파Barrier

악하기 위한 도선 하나가 더 필요하다 그리고 이러한 접지연(Monitoring Purpose).

결이 아주 적은 저항상태를 를 유지하여야 한다 또한 션트다이오드 는(<0.1 ) . BarrierΩ

전압자체를 제한하는데 목적을 두고 있으므로 현장의 장비가 사용하기 위한 전압에

아주 근접시켜서 사 같은 경우 약 여유밖에 없음 제작되므로 만약 현(MTL 787S 0.9V )

장 여건상 다른 장비를 추가적으로 연결하기가 쉽지 않다는 점이다 또한 주변의.

외란 번개나 다른 써지 에 타입에 비해서 상대적으로 취약하므로 전압을 제( ) Isolator (

한하는데 목적을 두고있으므로 접지 문제가 민감함 따라서 이러한 외란을 방어할),

수 있는 써지 프로텍터와 함께 사용하여야 한다.

스위치용 는 상기의 션트다이오드 와 비슷한 시기부터 개발되기 시작Isolator Barrier

하였으며 아날로그용 도 년경부터 개발이 시작되었다 요즈음 들어, Isolator 1953 .

타입의 사용이 증가하는 이유는 기초 원리 변화로부터 기인한 것이 아니라Isolator

의 성능이 향상되고 가격을 낮출 수 있었기 때문으로 보는 것이 보다 정확Isolator

하다 의 기본은 안전지역과 위험지역의 회로를 완충장치를 사용하여 근본. Isolator

적으로 분리 시키는 방법이다 전원은 트랜스포머를 통하여 전달되며 신(Isolation) . ,

호전달은 또는 등을 통하여 이뤄진다 일종의Opto-coupler, Transformer, Relay .

와 같은 맥락이지만 흥미있는 점은 도 위험지역의 에너지 제한은 상기DMZ , Isolator

에서 언급한 션트다이오드 와 같은 회로인 다이오드 저항 네트웍을 통하여 해Barrier

결하고 있다는 점이다.

의 장점으로는 회로를 완전히 분리시킬 수 있으므로 현장에서 접지형 계기Isolator ,

류 등 를 사용하는 경우도 문제없이 사용할 수 있으며(Grounded T/C, pH meter ) ,

접지를 잡지 않아도 되므로 접지를 하기가 상대적으로 어려운 곳 원격사이트 선박( , ,

광산 등 에 사용할 수 있어 사용량이 지속적으로 증가추세에 있다 가격이Offshore, ) (

비싸고 단점을 많이 가지고 있음에도 불구하고 요즈음은 무조건적으로 방Isolator

식을 채택함).

는 상기의 션트다이오드 에 비해 외란 번개와 다른 써지 으로부터 소Isolator Barrier ( )

손 가능성이 상대적으로 낮다 대개 까지 견디는 경우가 많음( 2.5 rms ).

또한 단점으로는 회로가 복잡하므로 션트다이오드 에 비하여 신호전달의 정, ( Barrier )

확도 가 떨어지고 주파수 관련전달도 제한적 정도 이며 또한 고장날(0.25%) , (50 ) ,

확률이 증가한다 그리고 중요한 변수중 하나인 발열량 도 높다 따라(MTBF) . (1~2W) .

서 열량을 정확히 계산하여 적절한 환기용 팬을 설치하여야한다 왜냐하면 온도는.

내구수명을 줄이는 문제만이 아니라 사양서 상 본 정확도 를 심히 왜곡시(Accuracy)

킨다 서류상 는 주변온도를 도씨라고 가정한 경우가 많고. 0.25% 25 1당 몇 또%

는 등의 단위로 정확도가 떨어진다 따라서 꼭 사양서상 권고하는 온도치 이PPM .

내로 유지해야 한다 또한 상대적으로 부피도 크다. .

- 19 -

예로서 멀리 떨어진 미터이상 리모트 싸이트인 경우는 일점 접지를 현실적으, (200 )

로 할 수 없으며 접지저항을 근처로 유지하기가 어렵다 또한 현실적으로도 이0.1 .Ω

렇게 광대한 접지망 공사가 비용적인 측면에서 대단히 문제가 많다 그리고 현장에.

산재한 기계류 등의 설계가 확실치 않다면 타입 여유가 있다면 더불어 써Isolator (

지프로텍터까지 으로 설계를 하면 밤중에 불려 나올리는 없다) .

표 특성표 특성표 특성표 특성1 Barrier1 Barrier1 Barrier1 Barrier

Shunt-Zenner Diode TypeShunt-Zenner Diode TypeShunt-Zenner Diode TypeShunt-Zenner Diode Type Isolator TypeIsolator TypeIsolator TypeIsolator Type

회로가 간단 복잡 낮은, MTBF

다양한 적용분야 특정한 적용분야

저발열성 고발열성

Loop Powered 필요Power System

전압제어가 아주 타이트함 전원시스템의 여유

설치면적이 작음 넓은 설치면적 필요

안전 어스회로가 기본 안전 어스회로 개념에 여유

의 사용기기에 영향0 Volt Reference 완전 신호 분리

위험지역의 회로는 철저히 어스와 분리 일점 어스를 할 수 있음

정확도 선형도 양호, (0.1%) 낮음 디지털인 경우 영향 없음(0.25%)-

저가 고가

주파수 응답성 양호 (100 ) 주파수 응답성 떨어짐

일회용 수리가 가능함

주변 외란에 노출 가능성 높음 주변 외란을 어느 정도 차단함

특히 대형 펌프를 사용하여 을 하여야 하는 경우, Loading, Unloading(Ship-Jetty)

는 더 더욱 필요하다 왜냐하면 선박에서 흘러 다니는 전류는 음극적으로.

보호되어있으며 전기도금까지는 일어나지 않더라도 양극(Cathodically Protected) ,

과 음극이 만나서 부식도 추진시키고 따개비도 많이 달라붙게 만들뿐만 아니라 델(

타결선을 하여 전체를 플로팅 시킨다 델타결선에서 사고로 접지 되었을 때 최대전.

압은 상전압이 된다 상대적으로 육상인 는 전력구조가 대부분 결선이며.) Jetty Star

중간점을 접지 시킨다 문제는 육상과 선박을 연결하고 나면 자동적으로 상기의 연.

결구도가 형성이 되는데 여기에 대형 펌프 등의 가동시 전자장 역기전력 등이 순, ,

간적으로 발생하게 되는 경우가 생기면 순간적으로 고에너지를 형성하게되고 이는, ,

장비의 파손뿐 아니라 나아가 재앙을 초래할 확률이 있다 따라서 선박전장은 관련.

규정을 엄격히 적용한다 선박 수주가 늘고 있는 시점에서 이러한 부분은 특. LNG

수선박 전장 설계시에 고려사항이 된다 션트다이오드 에서는 기본적으로 낮. Barrier

은 저항을 위하여 접지시스템이 중요하였지만 선박과 부두는 음극과 양극의 궤환

정전류가 형성되므로 이를 방해한다.

- 20 -

따라서 용 장비와 선박은 을 사용하는 것이 유리하다 물론Jetty ESD Isolator Type .

화객선 원유 운반선 및 해상플랫폼 등은 내부의 장비들이 얼키고 설킨 경우가 많,

고 접안은 하지만 일부 연료공급 등의 행위만을 행하므로 션트다이오드 를 사Barrier

용한다 또한 선박 내부구조상 전원공급 용 이 용이하지 않다면 당연히. (Barrier )

인 션트다이오드 를 선택하여야 한다 결국 주변 상황에 따른Passive Type Barrier .

디자인 개념으로 전체를 따져보아야 할 것이다 표 은 두 가지 형의 특성을 정리. 1

한 것이다.

개선 방안개선 방안개선 방안개선 방안2.2.2.2.




저 에너지 폭발범위이하 에서 동작을 할 수 있도록 개선해야 한다( ) .

고 신뢰성과 안전성을 위해 자가진단 기능을 갖춘 가System Intrinsic safer barrier

되도록 개선해야 하며 과 전압 및 과 전류를 접지전압의 변경에 따른 오동작을 방,

지하기 위해 접지를 통해 시키는 대신에 회로를By-Pass Low-power dissipation

포함시켜야 한다 또한 에 오동작하기 쉬운 의 신뢰성 확보를 위해 저. Noise System

전압 저 전류회로의 정밀 제어기술을 갖도록 해야한다, .

제 절 기대효과 및 활용방안제 절 기대효과 및 활용방안제 절 기대효과 및 활용방안제 절 기대효과 및 활용방안3333

기대효과기대효과기대효과기대효과1.1.1.1.

현재 국내에서 사용하고 있는 제품은 대부분 수입품을 이용하고 있다 왜냐Barrier .

하면 를 사용하는 곳은 대부분 위험한 구역의 안전을 확보하기 위한 시스템Barrier

에 사용되는 것으로 높은 신뢰도와 안정성이 요구된다 의 신뢰성향상을 달, . Barrier

성함으로써 특수선의 폭발방지시스템에 활용함은 물론이고 석유화학분야 및 가스, ,

산업분야에도 활용할 수 있다.

활용방안활용방안활용방안활용방안2.2.2.2.

- 21 -

현재 대부분의 는 수입하여 활용하고 있다 최근에 선박용 및 선Barrier . LNG LPG

박 등과 같은 위험물 취급선박에 필요한 폭발방지시스템을 개발하여 탑재를 하고

있다 선박용 폭발방지시스템의 핵심 부품인 는 대부분 외국에서 수입하여. Barrier

활용하고 있는 실정이다 위험물을 취급하는 선박 척 당 사용되는 수량은. 1 Barrier

수십 개에서 수백 개에 달한다 그리고 석유화학 가스 폐기물 분야 등 를. , , Barrier

활용한 시스템은 너무나 많다.

본 신뢰성향상지원을 받아서 부품의 신뢰성을 확보하고 나면 본사에서 생Barrier ,

산하고 있는 폭발방지시스템에 사용함은 물론이고 많은 양을 수입에 의존하고 있,

는 조선소 등에 납품하여 수입대체효과를 극대화하고자 한다 더불어 이번 사업을.

계기로 석유화학 및 가스산업 분야의 안전시스템 개발 및 생산에도 참여하는 기회

를 확보할 수 있을 것이다.

현재 개발된 의 성능은 선진국에서 개발하여 시판하고 있는 수준의 성능을Barrier

확보하였다 상품성을 확보하기 위하여 체계적인 실용성 및 신뢰성 실험과 외형디.

자인을 새롭게 하는 것이 과제로 남아있다.

- 22 -

제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용4444

제 절 기술개발의 목표제 절 기술개발의 목표제 절 기술개발의 목표제 절 기술개발의 목표1111

특성은 가스 등의 인화물이 있는 곳에 전기적인 스위칭 작용이 일어날 경우Barrier

에 스파크로 인한 폭발이 발생한다 이를 방지하기 위해 사용하는 것으로 산업분야.

및 선박에 대단히 중요한 것이다 여러 방폭구조 중에 를 쓰는 방폭구조는. Barrier

본질안전방폭 구조 이다Ex"i"( ) .




만회 이상 동작시간 이하 복귀시간 이하의 조건을 만족해야 한다 그40 , 5 , 5 .

리고 안전회로의 정격은 전압 전류 을 만족해야 한다 그리고 외부허용10V, 12 .

인덕턴스는 이하 외부허용 캐퍼턴스는2.0mH , o.3μ 이하를 만족해야 한다F .




저 에너지 폭발범위이하 에서 동작을 할 수 있어야 한다( ) .

그리고 제작시 반드시 확보해야 하는 안전전류 범위는 이하를 만족해Barrier 12

야 하고 전압은 이하를 만족해야 한다 또한 단자와 케이스 사이의 절연저항, 10V .

은 이상이고 전기적 절연부의 절연저항도 이상이어야 한다 이상의100 , 100 .

조건을 만족하도록 개발하는 것이 본 연구의 최종 목표이다.

제 절 개발내용제 절 개발내용제 절 개발내용제 절 개발내용2222

는 저 전력 제어회로 설계 기술이 필요하고 저 전압 조절 기술 또한 필요하Barrier ,

다 그에 따른 저 전력 접지기술도 필요하다 환경적 측면서는 고온 고압에서의 동. . ,

작유지를 위한 설계 및 제작 기술이 필요하다.




만회 이상 동작시간 이하 복귀시간 이하의 조건을 만족해야 한다40 , 5 , 5 .

- 23 -

그리고 안전회로의 정격은 전압 전류 을 만족해야 한다 그리고 외부허용10V, 12 .

인덕턴스는 이하 외부허용 캐퍼턴스는2.0mH , o.3μ 이하를 만족해야 한다F .

이러한 조건을 만족하기 위해서 가 갖추어야할 핵심기술은 절연기술과 에너Barrier



저 에너지 폭발범위이하 에서 동작을 할 수 있어야한다 더불어 위험지역의 혹( ) . Gas

은 의 농도에 따른 전압 및 전류의 제어가 가능하도록 를 개발한다Vapor Barrier .

(a)(a)(a)(a)

(b)(b)(b)(b)

그림 계통도그림 계통도그림 계통도그림 계통도3 Barrier3 Barrier3 Barrier3 Barrier

그림 은 의 계통도이다 그림 의 처럼 설치를 하면 배선이 복잡하여 파3 Barrier . 3 (a)

워로스가 생기지만 를 내압 방폭형을 산면 그림 의 처럼 배선이 간단해, Barrier 3 (b)

진다.

- 24 -

그림에서 핵심기술이 요구되는 부분은 폭발이 발생되지 않은 범위 내에서 동작이

가능하게 하는 저 전류 및 저 전압부와 전기적인 절연이 요구되는 절연부이다.

제작시 반드시 확보해야 하는 안전전류 범위는 이하를 만족해야 하고Barrier 12 ,

최대 전압은 이하를 만족해야 한다 그리고 단자와 케이스 사이의 절연저항은15V .

이상이고 전기적 절연부의 절연저항도 이상이어야 한다 이상의 조건100 , 100 .

을 만족하도록 를 제작하는 것이 핵심요소기술이다Barrier .

- 25 -

제 장 신뢰도 향상제 장 신뢰도 향상제 장 신뢰도 향상제 장 신뢰도 향상5 BARRIER5 BARRIER5 BARRIER5 BARRIER

제 절 시스템 개요제 절 시스템 개요제 절 시스템 개요제 절 시스템 개요1111

일반 안전지역에 설치된 장비들은 대체적으로 복잡하고 유연성을 필요로 하며 많, ,

은 전원시스템을 포함하고 있다 왜냐하면 비정상 상황하 에서는. (Fault Conditions)

많은 양의 에너지를 위험지역으로 유입시킬 수 있는 소지를 항상 갖고 있기 때문이

다.

이상적인 인터페이스는 가능한 최소한의 자체 전압강하 아주 약간의 신호 감쇄회,

로로 구성되어 정상적인 저 에너지 신호는 통과시키고 비정상적인 고 에너지 레벨

의 신호는 위험지역 허용치 이내로 제한하여 통과시킨다 그러나 만약 이러한.

나 방폭설비가 미비한 플랜트의 안전지역에 설치된 장비류에서 비정상 상태Barrier

가 발생하였다면 당연히 방폭 지역에서는 심각한 상황이 발생할 소지가 있다.

는 이런 비정상상태의 특성과 에너지를 폭발 가능성이 잠재되어 있는 위험Barrier

지역에서 점화되지 않는 에너지 한계 안전 레벨 로 유지하기 위한 것이다 따라서( ) .

는 아주 중요한 인터페이스중의 하나이다Barrier .

이 기술은 각종 비정상 상태 또는 회로의 최대 정전용량과 인덕턴스를 고려한 상,

태에서 전압과 전류를 공히 제한하도록 설계되어야 한다.

가 갖추어야할 특징을 요약하며 다음과 같다Barrier .

미만의 로 폭발위험 지역의 감시 및 제어회로가 가능해야 함1 Watt Low power .

외부 및 에 강하도록 설계되어 오동작 방지가 가능해야 함Surge Noise .

그에 따른 핵심기술은 다음과 같다.

설계 기술Low power control circuit

기술Low-voltage regulating

접지 기술Low-power

고온 고압에서의 동작유지를 위한 설계 및 제작 기술,

- 26 -

제 절 알고리즘제 절 알고리즘제 절 알고리즘제 절 알고리즘2222

의 알고리즘의 알고리즘의 알고리즘의 알고리즘1. Barrier1. Barrier1. Barrier1. Barrier

다양한 운전 조건에 부합하며 본질안전에 맞게 운전될 수 있는 시스템을 개발하기

위해서는 이를 그대로 구현할 수 있는 알고리즘을 도출하여야 한다 따라서 본 기.

술 개발에서는 다음과 같이 알고리즘을 도출하여 시스템의 구축에 그대로 반영하였

으며 그 구체적인 내용은 다음과 같다.

위험지역에서 작업하기 위해 기기의 스위치를 누르면 안전지역의 가 폭발을Barrier

야기할 수 있는 전류를 제한하여 위험지역의 기기를 안전하게 작동시킨다 이 알고.

리즘을 그림 에 도식화했다4 .

의 신뢰도 향상을 위해 저 에너지 특성을 갖도록 회로를 설계하고 더불어Barrier ,

으로 개선하였다 또한 채터링 등에 강한 특성을 갖도록 채터링 방지Isolator type .

회로를 부가하여 신뢰도를 향상시켰다.

그림 의 제어 알고리즘그림 의 제어 알고리즘그림 의 제어 알고리즘그림 의 제어 알고리즘4 Barrier4 Barrier4 Barrier4 Barrier

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신뢰성 실험장치의 알고리즘신뢰성 실험장치의 알고리즘신뢰성 실험장치의 알고리즘신뢰성 실험장치의 알고리즘2.2.2.2.

가 기계적 수명 실험 제어 알고리즘가 기계적 수명 실험 제어 알고리즘가 기계적 수명 실험 제어 알고리즘가 기계적 수명 실험 제어 알고리즘....

그림 는 의 기계적 수명을 실험하기 위한 알고리즘을 도식화하였다 마이크5 Barrier .

로프로세서로 릴레이 구동신호를 주고 이 구동 신호에 의해 릴레이의 접점 상태,

변화를 파악한다 의 클럭과 릴레이 접점상태를 비교하여 일치하면 무한 루프. CPU

를 수행하게 되고 만약 같지 않으면 를 검출하고 실험을 멈춘다 이때 릴레, ERROR .

이 접점 상태를 카운팅한 수를 하나씩 증가 시켜 저장해 놓았기 때문에 어디까지

카운팅하고 멈췄는지를 보면 의 기계적 수명을 확인할 수 있다 만회 이Barrier . 100

상에서 멈추었다면 이 는 기계적 수명을 만족시켰으므로 신뢰성을 얻을 수Barrier

있는 것이다 시제품 를 실험하여 평균적인 수명을 판단한다. 5 SET .

그림 기계적 수명 실험 제어 알고리즘그림 기계적 수명 실험 제어 알고리즘그림 기계적 수명 실험 제어 알고리즘그림 기계적 수명 실험 제어 알고리즘5555

- 28 -

나 전기적 수명 실험 제어 알고리즘나 전기적 수명 실험 제어 알고리즘나 전기적 수명 실험 제어 알고리즘나 전기적 수명 실험 제어 알고리즘....

그림 은 전기적 수명 실험을 위한 제어 알고리즘을 도식화한 것이다 마이크로프6 .

로세서에서 클럭을 발생시켜 전기적 절연을 맡고 있는 를 구동시킨다Photocoupler .

가 구동되면 시킨 부분이 로 떨어진다 이를 의 클럭Photocoupler Pull-up Low . CPU

과 비교하여 일치하면 무한 루프를 수행하게 되고 일치하지 않으면 를 검출하, Error

고 동작을 멈추게 된다 이때 저장된 카운팅 수가 전기적 수명인 만회보다 크면. 40

이 는 전기적 수명을 신뢰할 수 있게 된다 정확한 데이터를 위해 시제품Barrier . 5

를 실험하여 평균적인 수명을 판단한다SET .

그림 전기적 수명 실험 제어 알고리즘그림 전기적 수명 실험 제어 알고리즘그림 전기적 수명 실험 제어 알고리즘그림 전기적 수명 실험 제어 알고리즘6666

- 29 -

다 진동 실험 제어 알고리즘다 진동 실험 제어 알고리즘다 진동 실험 제어 알고리즘다 진동 실험 제어 알고리즘....

그림 은 진동 실험 제어 알고리즘을 도식화하였다 오른쪽 루틴은 마이크로프로세7 .

서를 이용하여 진동모터를 구동하는 알고리즘이고 이로 인해 만들어진 진동에서,

가 제대로 작동되는지를 기계적 수명 실험을 수행한다 왼쪽 루틴이 기계적Barrier .

수명 실험 알고리즘을 나타낸다 인버터 주파수를 변화시켜 진동모터의 진동크기를.

변화시킨다 각 변화하는 진동에서 의 기계적 수명 실험을 수행하여 기계적. Barrier

수명 신뢰 조건을 만족하는지 관찰한다.

그림 진동 실험 제어 알고리즘그림 진동 실험 제어 알고리즘그림 진동 실험 제어 알고리즘그림 진동 실험 제어 알고리즘7777

- 30 -

제 절 하드웨어의 개요제 절 하드웨어의 개요제 절 하드웨어의 개요제 절 하드웨어의 개요3333

하드웨어의 설계는 전압 전류를 제한하여 안전하게 기기를 작동시키는 것에 초점,

을 맞추어 설계하였다 하드웨어의 가장 기본이 되는 사항은 그림 에 도식한 것과. 8

같고 자세한 설명은 다음과 같다.

저항이 전류 레벨을 제한함.

제너 다이오드가 전압을 제한함.

퓨즈가 연속적으로 들어오는 전압을 차단함.

그림 하드웨어 설계 개요그림 하드웨어 설계 개요그림 하드웨어 설계 개요그림 하드웨어 설계 개요8888

제 절 제어기제 절 제어기제 절 제어기제 절 제어기4444

의 주 제어부는 연구과제에 적합하게 구성하였다 일반적으로 선박에 사용될Barrier .

는 육상과 달리 진동 및 소음에 강한 시스템을 탑재해야만 하기 때문에 이러Barrier

한 요구 조건을 만족하기 위하여 신뢰성이 높은 부품들을 사용하여 시스템을 구축

하였다 입출력부는 크게 두 부분으로 나누어 설계하였다 작동을 위한 전. . Barrier

원부와 기기 동작을 위한 스위치 입력부 다른 하나는 스위치 작동으로 인해 접점,

이 붙어서 기기를 작동시킬수 있도록 접점의 출력부이다 입력과 출력부분은 외부.

신호와 분리하기 위해 옵토 커플러 를 이용하여 내부회로를 보호하였- (opto-isolator)

다 안전지역에서도 기기가 작동중인지를 알수 있도록 에 를 사용하여. Barrier LED

표시장치를 구축했다.

기존 제품기존 제품기존 제품기존 제품1.1.1.1.

그림 는 기존에 선박에서 사용하던 의 외형을 나타낸다 기존의 는9 Barrier . Barrier

그림에서 볼 수 있듯이 부품수가 많고 회로 구성이 복잡하다.

- 31 -

때문에 작동하게 되면 열이 나게 되고 면적 또한 많이 차지하게 되어 콤펙트한 부

품에 부적절하다 또한 이것의 신뢰성을 확인하기 위해서는 신뢰성을 테스트할 수.

있는 실험장치가 필요하다 전기적 기계적 수명이라든지 진동에서의 신뢰성을 반. ㆍ

드시 확보하기 위해서는 신뢰성 테스트용 실험장치 개발이 병행되어야 한다.

기존 의 조립된 외형기존 의 조립된 외형기존 의 조립된 외형기존 의 조립된 외형(a) Barrier(a) Barrier(a) Barrier(a) Barrier

기존 조립전의 외형기존 조립전의 외형기존 조립전의 외형기존 조립전의 외형(b) Barrier(b) Barrier(b) Barrier(b) Barrier

그림 기존 제어기 외형도그림 기존 제어기 외형도그림 기존 제어기 외형도그림 기존 제어기 외형도9 Barrier9 Barrier9 Barrier9 Barrier

- 32 -

신뢰도를 향상시켜 개발한 시제품신뢰도를 향상시켜 개발한 시제품신뢰도를 향상시켜 개발한 시제품신뢰도를 향상시켜 개발한 시제품2.2.2.2.

의 주 제어부는 연구과제에 적합하게 으로 구성하였다 일반적Barrier Isolator Type .

으로 선박에 사용될 는 육상과 달리 진동 및 소음에 강한 을 탑재해Barrier System

야만 하기 때문에 이러한 요구 조건을 만족하기 위하여 신뢰성이 높은 부품들을 사

용하여 시스템을 구축하였다 제어기의 주요 부품의 특징은 다음과 같다. .

표 의 특징표 의 특징표 의 특징표 의 특징2 Isolator2 Isolator2 Isolator2 Isolator

ParameterParameterParameterParameter UnitRatingUnitRatingUnitRatingUnitRating

InputInputInputInput Forward currentForward currentForward currentForward current 50505050 mAmAmAmA

Peak forward currentPeak forward currentPeak forward currentPeak forward current 1111 AAAA

Reverse voltageReverse voltageReverse voltageReverse voltage 6666 VVVV

Power dissipationPower dissipationPower dissipationPower dissipation 70707070 mWmWmWmW

OutputOutputOutputOutput Collector-emitter voltageCollector-emitter voltageCollector-emitter voltageCollector-emitter voltage 35353535 VVVV

Emitter-collector voltageEmitter-collector voltageEmitter-collector voltageEmitter-collector voltage 6666 VVVV

Collector currentCollector currentCollector currentCollector current 50505050 mAmAmAmA

Collector power dissipationCollector power dissipationCollector power dissipationCollector power dissipation 150150150150 mWmWmWmW

Total power dissipationTotal power dissipationTotal power dissipationTotal power dissipation 200mw200mw200mw200mw

Isolation voltageIsolation voltageIsolation voltageIsolation voltage 5kV5kV5kV5kV

Operating temperatureOperating temperatureOperating temperatureOperating temperature -30-30-30-30 to +100to +100to +100to +100

Storage temperatureStorage temperatureStorage temperatureStorage temperature -55-55-55-55 to +125to +125to +125to +125

Soldering temperatureSoldering temperatureSoldering temperatureSoldering temperature 260260260260

는 허용 전압과 전류를 고려하여 선택하였다 에서Isolator . Oprerating Temperature

알 수 있듯이 -30에서 +100까지 가능하여 고온에서도 운전 가능하다 이 소자.

는 로써 입력 측과 출력 측을 격리시켜 과 전류의 흐름을 차단한다Opto-Coupler .

그러므로 위험지역으로 과 전류가 흘러 에 의한 폭발을 사전에 방지할 수 있Spark

다.

또한 릴레이로는 허용 전압과 전류를 고려하여 표 와 같은 특징의 것을 선택하였2

다 타사 제품보다 부피 면에서 상당히 작아 회로를 구성하는데 차지하는 면적이.

적게 차지하고 무엇보다 신뢰성의 가장 중요한 요소인 기계적 접점의 수명이, 108

번 가능하여 선택하였다.

이 부품들로 제어기를 만들어 위험지역의 폭발을 방지하기 위한 절연과 저Barrier

전압 저전류 상태에서의 전기 기계적 수명과 진동이 있는 곳에서의 특성 실험들, ㆍ

을 수행하여 의 신뢰도를 향상 시켰다Barrier .

- 33 -

표 릴레이의 특징표 릴레이의 특징표 릴레이의 특징표 릴레이의 특징3333

DS-RELAYS(NAIS)DS-RELAYS(NAIS)DS-RELAYS(NAIS)DS-RELAYS(NAIS)

Rating(resistive)Rating(resistive)Rating(resistive)Rating(resistive) Mat. switching powerMat. switching powerMat. switching powerMat. switching power 60W, 125VA60W, 125VA60W, 125VA60W, 125VA

Max. switching voltageMax. switching voltageMax. switching voltageMax. switching voltage 220V DC, 250V AC220V DC, 250V AC220V DC, 250V AC220V DC, 250V AC

Max. switching currentMax. switching currentMax. switching currentMax. switching current 2A DC, AC2A DC, AC2A DC, AC2A DC, AC

Max. carrying currentMax. carrying currentMax. carrying currentMax. carrying current 3A DC, AC3A DC, AC3A DC, AC3A DC, AC

Expected life(min. operations)Expected life(min. operations)Expected life(min. operations)Expected life(min. operations) Mechanical (at 600 cpm)Mechanical (at 600 cpm)Mechanical (at 600 cpm)Mechanical (at 600 cpm) 108108108108

ElectricalElectricalElectricalElectrical

2A 30VDC resistive2A 30VDC resistive2A 30VDC resistive2A 30VDC resistive

5×1055×1055×1055×105

그림 시제품 전원 공급단 회로도그림 시제품 전원 공급단 회로도그림 시제품 전원 공급단 회로도그림 시제품 전원 공급단 회로도10 Barrier10 Barrier10 Barrier10 Barrier

그림 과 그림 는 시제품 제어기의 회로도를 나타내고 그림 과 그림10 12 Barrier , 11

은 이를 기판으로 제작한 외형을 나타낸다 제어기를 콤팩트하고 안전하게13 PCB .

만들기 위해 제어기 보드를 전원 공급단과 동작단 두 부분으로 나누어 제작하였다.

- 34 -

그림 은 전원 공급단 회로도이다 브릿지 다이오드와 콘덴서 저항 제너다이오드10 . , ,

등을 사용하여 위험지역으로부터 스위치의 접점이 붙어도 안정된 전원 공급과 스파

크가 일어나지 않도록 저 전류를 유지하여 안전하도록 설계하였다 그림 은 이. 11

전원 공급단의 기판 앞면과 뒷면을 나타낸다PCB .

앞면앞면앞면앞면(a)(a)(a)(a) 뒷면뒷면뒷면뒷면(b)(b)(b)(b)

그림 시제품 전원 공급단 외형도그림 시제품 전원 공급단 외형도그림 시제품 전원 공급단 외형도그림 시제품 전원 공급단 외형도11 Barrier PCB11 Barrier PCB11 Barrier PCB11 Barrier PCB

그림 는 시제품 동작단의 회로도이다 그림 의 회로도로부터 연결되는12 Barrier . 10

스위치 신호선에 신호가 들어오면 가 작동하게 되고 이로 인해“on” Photocoupler ,

절연된 동작단이 작동하게 된다 동작단의 릴레이의 접점에 의해 위험지역에 있는.

장비가 폭발의 위험 없이 안전하게 작동되게 된다 위험지역으로부터 스위치를.

시켰는지를 에서 바로 확인할 수 있도록 를 사용하였다 또한 릴레“on” Barrier LED .

이의 접점이 정확히 동작했는지도 를 통해 제어기에서 바로 확인할 수LED Barrier

있도록 하였다 그림 은 이 동작단의 기판 앞면과 뒷면의 외형을 나타낸다. 13 PCB .

- 35 -

그림 시제품 동작단 회로도그림 시제품 동작단 회로도그림 시제품 동작단 회로도그림 시제품 동작단 회로도12 Barrier12 Barrier12 Barrier12 Barrier

앞면앞면앞면앞면(a)(a)(a)(a) 뒷면뒷면뒷면뒷면(b)(b)(b)(b)

그림 시제품 전원 동작단 외형도그림 시제품 전원 동작단 외형도그림 시제품 전원 동작단 외형도그림 시제품 전원 동작단 외형도13 Barrier PCB13 Barrier PCB13 Barrier PCB13 Barrier PCB

그림 는 그림 과 그림 각각의 에 신뢰성 테스트에서 각종 신뢰성을 만14 11 13 PCB

족한 부품들을 사용하여 제어기 기판을 완성한 시제품 외형이다 는 전원 공급단. (a)

기판이고 는 동작단 기판 외형을 나타낸다(b) .

- 36 -

그림 는 그림 의 기판을 단자와 케이스 사이의 절연저항 테스트에서 신뢰성을15 14

만족한 케이스에 제어 기판을 조립한 후의 외형을 나타낸다 그리고 사용자에게 편.

리함을 주기 위해 각 단자에 라벨을 붙여 단자의 잘못된 연결을 방지하도록 하였

다 각각의 는 슬롯 식으로 여러 개를 연결하여 사용할 수 있도록 하였다. Barrier .

신뢰성향상을 통해 개선된 를 태창시스텍 주 가 생산하고 있는 시스템을Barrier ( ) IGS

대상으로 실험을 수행하여 그 성능을 확인하였다 그림 은 실험대상에 설치한 시. 16

제품의 사진이다.

시제품 전원 공급단시제품 전원 공급단시제품 전원 공급단시제품 전원 공급단(a) Barrier(a) Barrier(a) Barrier(a) Barrier

기판 외형기판 외형기판 외형기판 외형

시제품 동작단시제품 동작단시제품 동작단시제품 동작단(b) Barrier(b) Barrier(b) Barrier(b) Barrier

기판 외형기판 외형기판 외형기판 외형

그림 시제품 제어기 기판 외형도그림 시제품 제어기 기판 외형도그림 시제품 제어기 기판 외형도그림 시제품 제어기 기판 외형도14 Barrier14 Barrier14 Barrier14 Barrier

- 37 -

그림 시제품 제어기 외형도그림 시제품 제어기 외형도그림 시제품 제어기 외형도그림 시제품 제어기 외형도15 Barrier15 Barrier15 Barrier15 Barrier

그림 실험대상에 설치한 시제품그림 실험대상에 설치한 시제품그림 실험대상에 설치한 시제품그림 실험대상에 설치한 시제품16161616

- 38 -

제 장 신뢰도 실험장치제 장 신뢰도 실험장치제 장 신뢰도 실험장치제 장 신뢰도 실험장치6666


신뢰도를 개선한 의 성능을 평가하고 신뢰성 보완과정에 이를 반영하기 위하Barrier

여 용 신뢰도 평가용 실험장치를 설계 및 제작하여 활용하였다 신뢰도 평가Barrier .

로는 의 전기적 수명과 기계적 수명 진동에 따른 신뢰도 실험을 하였다 또Barrier , .

한 자가진단이 가능한 제어기도 개발하여 고 신뢰성 부품으로써의 를 개발하Barrier

였다.

제 절 전기 기계적 수명 실험장치제 절 전기 기계적 수명 실험장치제 절 전기 기계적 수명 실험장치제 절 전기 기계적 수명 실험장치2222 ㆍㆍㆍㆍ

그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 회로도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 회로도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 회로도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 회로도17171717

- 39 -

앞면앞면앞면앞면(a)(a)(a)(a)

뒷면뒷면뒷면뒷면(b)(b)(b)(b)

그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 외형도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 외형도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 외형도그림 신뢰성 테스트용 제어기의 전원 공급단 외형도18 PCB18 PCB18 PCB18 PCB

- 40 -

각 신뢰도 실험을 위한 제어기들의 안정적인 전원 공급을 위해 전용 전원 공급 제

어기를 개발하였다 의 전원을 스위치를 사용하여 전원 상태를 를. 220V Lamp Lamp

통해 동시에 확인할 수 있도록 하였고 변압기 출력단에 선박 및 산업현장에서 주,

로 사용하는 등 다양한 전원 공급이 가능하도록 하였다 또한+5V, ±12V, +24V .

브릿지 다이오드 레귤레이터 저항 콘덴서 등을 사용하여 안정적인 전원 공급을, , ,

가능하게 하였고 각 전원마다 를 사용하여 상태를 바로 확인할 수 있도록 설, LED

계하였다 그림 은 전원 공급단의 회로도이다 그림 은 이의 기판의 앞면. 17 . 18 PCB

과 뒷면의 외형을 나타낸다.

그림 는 의 전기수명 신뢰도를 실험하기 위한 회로도를 나타낸다 전기수19 Barrier .

명 신뢰도 실험은 의 부품중 절연부의 핵심인 의 수명을 실험Barrier Photocoupler

하는 것과 같다 위험지역의 스위치가 를 함에 따라 의 동. “on”, “off” Photocoupler

작과 수명이 신뢰할 수 있는지를 테스트하는 것이다.

그림 전기 기계적 수명 실험장치의 회로도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 회로도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 회로도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 회로도19191919 ㆍㆍㆍㆍ

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그림 전기 기계적 수명 실험장치의 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 외형도20 PCB20 PCB20 PCB20 PCBㆍㆍㆍㆍ

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그림 전기 기계적 수명 실험장치의 시제품 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 시제품 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 시제품 외형도그림 전기 기계적 수명 실험장치의 시제품 외형도21212121 ㆍㆍㆍㆍ

본 실험장치에서는 스위치의 대신에 일정 주기와 반복적인 동작을 주“on”, “off”

기 위해 마이크로프로세서인 을 사용하였다 마이크로프로세서로부터 만PIC16F877 .

들어진 신호가 스위치처럼 를 반복하게 되고 이때 가PWM “on”, “off” Photocoupler

작동하게 된다 가 작동하게 되면 절연부와 연결되어 있는 구동부의. Photocoupler

릴레이가 동작하게 되고 릴레이에 의해 접점들이 동작하게 된다 마이크로프로세서.

가 지시한 펄스 개수만큼 릴레이 접점들이 동작했다면 는 정확하게 동작하고Barrier

있는 것이다 마이크로프로세서에게 전기적인 수명을 실험하기 위해 만회를 카운. 40

팅 하도록 하고 기계적인 수명을 실험하기 위해서는 만회의 카운팅을 하도록, 100

설정하였다 카운팅은 스위치를 사용하여 자동으로 카운팅 횟수를 정할 것인지. Dip

를 사용한 수동모드로 할 것인지를 선택할 수 있도록 하였다 또한 카운팅Keypad .

상황을 바로 볼 수 있도록 를 설치하였고 통신을 통한 컴퓨터 모니터LCD , RS232

상에서도 감시할 수 있도록 설계하였다 그림 은 전기 기계적 수명 실험 장치의. 20 ㆍ

기판의 앞면과 뒷면 외형을 나타낸다 그림 은 전기 기계적 수명 실험 제PCB . 21 ㆍ

어기의 외형을 나나낸다 전기 기계적 수명 실험을 위한 카운팅을 바로 볼 수 있. ㆍ

도록 위에 가 외부에 나와 있고 개발한 와 연결할 수 있도록 아래에 단LCD , Barrier

자대가 외부에 나와 있다 또한 카운팅 수를 수동으로 변화시킬 수 있도록. Keypad

가 외부에 나와 있도록 설계하였다.

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제 절 진동 실험장치제 절 진동 실험장치제 절 진동 실험장치제 절 진동 실험장치3333

선박은 고정되어 있는 것이 아니므로 항상 움직이고 여러 기계들이 함께 동작하므

로 진동과 소음 등이 매우 많은 환경에서 운항된다 이런 곳에 사용하는 부품들은.

특히 높은 신뢰성이 요구된다 또한 선박과 산업 현장들에서 사용되므로 높. Barrier

은 신뢰성이 요구된다.

그림 진동 실험장치의 회로도그림 진동 실험장치의 회로도그림 진동 실험장치의 회로도그림 진동 실험장치의 회로도22222222

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그림 진동 실험장치의 외형도그림 진동 실험장치의 외형도그림 진동 실험장치의 외형도그림 진동 실험장치의 외형도23 PCB23 PCB23 PCB23 PCB

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그림 진동 실험장치의 시제품 외형도그림 진동 실험장치의 시제품 외형도그림 진동 실험장치의 시제품 외형도그림 진동 실험장치의 시제품 외형도24242424

따라서 선박이나 산업 현장들에서 만들어지는 소음과 진동 등에 대해 반드시 실험

을 통해 신뢰도를 확보해야 한다 이런 목적으로 개발한 진동 실험장치에서는 인버.

터를 사용하여 주파수를 변화시키면서 를 작동시켜 진동을 만들어Vibrating motor

내고 이 진동에서 가 정확하게 동작할 수 있도록 설계하였다 스위치로, Barrier . Dip

자동모드와 수동모드를 선택하여 동작시킬 수 있도록 하였다 자동모드의 경우 타.

이머 칩을 별도로 설치하여 각각의 주파수당 동작 시간을 시퀜스적으로 바꿔가며

진동을 달리하도록 프로그램하여 실험을 수행하였다 수동모드의 경우에는 마찬가.

지로 를 사용하여 수치를 임의로 바꿀 수 있도록 하였다 이 실험 장치 역Keypad .

시 가 진동에도 불구하고 제대로 동작하는지를 보여주기 위해서 릴레이 접점Barrier

의 동작을 카운팅 하도록 하였다 역시 로 바로 볼 수 있도록 설계하였고 통신. LCD ,

을 통한 컴퓨터 모니터 상에서 감시가 가능하도록 설계하였다 그림 는 진동 실. 22

험장치의 회로도이다 그림 은 진동 실험장치의 기판의 앞면과 뒷면의 외형. 23 PCB

을 나타낸다 그림 는 진동 실험장치의 제어기 외형을 나타낸다 진동에도. 24 .

가 정확하게 동작하는지를 볼 수 있도록 위에 가 보이고 수동 모드시Barrier LCD ,

진동을 변화시키기 위한 가 보이도록 설계하였다Keypad .

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제 장 시제품제 장 시제품제 장 시제품제 장 시제품7777


선박에 탑재될 시스템은 진동 및 소음 등의 다양한 운전 조건을 만족하기 위하여

각종 실험 및 테스트를 거쳐 검증을 받아야 한다 따라서 본 기술개발에서도 선박.

용 장착 를 설계 및 제작하여 반복적인 실험 및 성능 테스트를 거쳐 그 신뢰Barrier

성을 검증하였다 특별히 신뢰도에 가장 영향을 많이 미치는 제어 장치의 개발 내.

용을 요약하면 다음과 같다.

과 전압 및 과 전류를 접지전압의 변경에 따른 오동작을 방지하기 위해 접지를

통해 시키는 대신에 회로로 구성함By-Pass Low-Power Dissipation .

에 오동작하기 쉬운 의 신뢰성 확보를 위해 저 전압 저 전류 회로Noise System ,

의 정밀 제어기법을 추가 함.

개발된 는 위험지역의 혹은 의 농도에 따른 전압 및 전류의 제Barrier Gas Vapor

어가 가능하도록 함.

고 신뢰성과 안전성을 위해 자가진단 기능을 갖춘System Intrinsic Safer

로 신뢰도를 향상 함Barrier .

제 절 성능실험 내용 및 결과제 절 성능실험 내용 및 결과제 절 성능실험 내용 및 결과제 절 성능실험 내용 및 결과2222

성능 실험으로는 의 기본 실험과 전기 기계적 수명실험 진동에 따른 신뢰Barrier ,ㆍ

성 실험 자가진단 등을 수행하였다 각각은 반복적인 실험 및 성능 테스트를 거쳐, .

그 신뢰성을 검증하였다.

의 기본 실험에 따른 파형의 기본 실험에 따른 파형의 기본 실험에 따른 파형의 기본 실험에 따른 파형1. Barrier1. Barrier1. Barrier1. Barrier

기본 실험으로는 스위치 에 따른 전압 변화를 관찰하였고 전압Barrier “on”, “off” ,

과 전류 제한 기능 실험 위험 물질 농도에 따른 실험 접지 관련 실험을 수행하여, , ,

연구 대상의 신뢰성을 부가하는 실험을 수행하였다.

가 스위치 에 따른 파형가 스위치 에 따른 파형가 스위치 에 따른 파형가 스위치 에 따른 파형. “on”, “off”. “on”, “off”. “on”, “off”. “on”, “off”

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그림 스위치 순간 시 릴레이 전압파형 스위치단 전류그림 스위치 순간 시 릴레이 전압파형 스위치단 전류그림 스위치 순간 시 릴레이 전압파형 스위치단 전류그림 스위치 순간 시 릴레이 전압파형 스위치단 전류25 “on” (25 “on” (25 “on” (25 “on” (

12 )12 )12 )12 )

그림 스위치 시 릴레이 정상파형그림 스위치 시 릴레이 정상파형그림 스위치 시 릴레이 정상파형그림 스위치 시 릴레이 정상파형26 “on”26 “on”26 “on”26 “on”

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그림 스위치 시 릴레이 전압그림 스위치 시 릴레이 전압그림 스위치 시 릴레이 전압그림 스위치 시 릴레이 전압27 “off”27 “off”27 “off”27 “off”

시제품을 만들어 전압 및 전류 특성을 중심으로 성능실험을 수행하였다 실험 내용.

에 대한 결과는 그림 와 같은 파형으로 측정되었다 그림 는 기기 작동을 위해25 . 25

스위치를 시켰을 때 접점을 붙게 하기 위한 릴레이의 전압 파형이다 거리가“on” .

변해도 정상적으로 작동이 되고 유지하고자 하는 전류도 안정되게 유지했다 그림.

은 기기가 작동중일 때 릴레이의 정상 파형을 나타낸다 그림 은 스위치26 . 27 “off”

시 전압 파형을 나타낸다 모두 항상 안정된 전압을 유지하였다. .

나 전압과 전류 제한 기능 실험나 전압과 전류 제한 기능 실험나 전압과 전류 제한 기능 실험나 전압과 전류 제한 기능 실험....

기준전압 이상의 전압과 전류를 흐르게 하여 실제 설계된 회로에 맞게 안정된 수준

의 정전압을 유지하여 구동하는지에 대하여 점검하였다 그림 은 한쪽에는 기준. 28

전압 이상의 전압을 걸어 변화를 주면서 다른 한쪽에는 실제 내부에 유지, Barrier

되어 구동되는 전압을 표시한 파형이다 그림 에서 볼 수 있듯이 상단부 파형의. 28

지속적인 변화에도 하단부의 내부에 걸리는 전압은 항상 거의 일정한 상태Barrier

를 유지하도록 하고 있음을 구동되는 전압의 파형으로 쉽게 알 수 있다 이것으로.

의 정전압 유지가 가능한 것을 증명 할 수 있다Barrier .

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그림 정전압 출력그림 정전압 출력그림 정전압 출력그림 정전압 출력28282828

다 위험물질 농도에 따른 실험다 위험물질 농도에 따른 실험다 위험물질 농도에 따른 실험다 위험물질 농도에 따른 실험....

는 폭발 위험이 있는 장소에서 폭발 없이 안전하게 기기를 작동시키고자 하Barrier

는 곳에 사용한다 특히 및 선박 등에 주로 사용된다 따라서 이처럼 위. LNG LPG .

험장소에서 위험물질 농도에 따른 동작시에 발생하는 전기적인 를Switching Spark

억제하기 위하여 제한 전압 및 전류 이하에서 동작하도록 을 구축하기 위, System

하여 동작실험을 수행 하였다.

위험물질 농도를 판별하는 기준가스로 메탄가스 를 사용하였으며 폭발범위의(CH4)

메탄가스 농도 사이에서 전류 신호를 이용한0~5% vol 4~20 GDS(Gas

를 이용하여 실험하였다 에서Detector Sensor) . 30% LEL(Lower Explosive Limit)

을 발생시키고 에서는 을 발생시킨 후 입력1st Alarm , 60% LEL 2nd Alarm Barrier

측의 전원을 차단하도록 하였고 에서는 이 발, 100% LEL REA(Range Error Alarm)

생하도록 하였다 그림 는 의 에서 이 출력되는 파형이. 29 30% LEL 1st Alarm Signal

고 그림 은 에서 출력 파형 그림 은 에, 30 60% LEL 2nd Alarm Signal , 31 60% LEL

서 및 입력 전원 차단 출력 파형 그림 는2nd Alarm Signal , 32 REA(Range Error

이 출력되는 모습을 나타낸 파형이다Alarm) Signal .

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그림 에서의그림 에서의그림 에서의그림 에서의29 30% LEL 1st Alarm Signal29 30% LEL 1st Alarm Signal29 30% LEL 1st Alarm Signal29 30% LEL 1st Alarm Signal

출력출력출력출력

그림 에서의그림 에서의그림 에서의그림 에서의30 60% LEL 2nd Alarm Signal30 60% LEL 2nd Alarm Signal30 60% LEL 2nd Alarm Signal30 60% LEL 2nd Alarm Signal

출력출력출력출력

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그림 에서 상단에 있는 파형의 변화에서 의 농도가 에 이르렀음을 나타30 Gas 30%

내는 전기적 신호가 발생하였을 때 하단의 파형에서 출력 전압의 변화를 알 수 있

다 이때 발생 이후 전압변화의 파형이 안정적인 형태를 지속적으로 유. First Alarm

지하고 있음을 알 수 있다 이것은 의 작동상태 및 검출에서 안정적. Barrier Signal

인 상태를 지속적으로 유지하고 있음을 알 수 있다.

그림 에서의 출력 및그림 에서의 출력 및그림 에서의 출력 및그림 에서의 출력 및31 60% LEL 2nd Alarm Signal31 60% LEL 2nd Alarm Signal31 60% LEL 2nd Alarm Signal31 60% LEL 2nd Alarm Signal

입력전원 차단입력전원 차단입력전원 차단입력전원 차단 SignalSignalSignalSignal

그림 은 그림 에서처럼 의 출력이 되며 이와 함께 입31 30 2nd Alarm Signal Barrier

력측의 전원이 차단되는 회로의 파형을 나타낸 것이다 파형을 통해서 알 수 있듯.

이 동일한 위치에서 발생과 함께 입력전원이 즉시 차단됨을 알 수 있60% Alarm

다.

그림 에서 검출한 검출 파형과 마찬가지로 하단의 전압 파형이 농도의29 30% Gas

에 해당하는 상단 파형의 부분에서 과 입력전원 차단 에 해60% Alarm Signal Signal

당하는 전압의 변화가 나타남을 알 수 있다 그리고 이 변화된 전압의 변화도 마찬.

가지로 외부요인이 없을 경우는 지속적으로 유지되어 의 안정도가 양호함을Barrier

나타내 주고 있다.

그림 는 농도에서도 상기의 두 경우와 마찬가지로 에서32 100% Gas Gas Detector

을 하였으며 이 경우는 의 에 해당하는 전압 파형이 형Detecting Range Error Signal

성되어 하단의 파형과 같은 형태를 가지고 있으며 상단의 농도 에 해당하Gas 100%

는 지점과 일치됨을 통하여 의 안정도를 확인 할 수 있다Barrier .

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그림 에서의그림 에서의그림 에서의그림 에서의32 100% LEL Range Error32 100% LEL Range Error32 100% LEL Range Error32 100% LEL Range Error

출력출력출력출력Alarm SignalAlarm SignalAlarm SignalAlarm Signal

라 접지 실험라 접지 실험라 접지 실험라 접지 실험....

임의 접지전원을 입력측 단자에 연결하여 접지상태 및 그때의 상황을 점검Barrier

하였다 실제로 본 의 는 고집적도의 접지 이 필요 없. Isolators Type Barrier System

으므로 접지 문제를 피할 수 있어 실제 기기에 적용이 상당히 용이한 편이나Loop

본 의 성능 실험에서는 의 입력측 단자에 접지전원을 연결하여 상태를Barrier Barrier

파악하여 보호회로에 의한 안정적인 상태가 유지됨을 확인 할 수 있었다.

전기 기계적 수명 실험장치의 각 전류에 따른 파형전기 기계적 수명 실험장치의 각 전류에 따른 파형전기 기계적 수명 실험장치의 각 전류에 따른 파형전기 기계적 수명 실험장치의 각 전류에 따른 파형2.2.2.2. ㆍㆍㆍㆍ

그림 은 신뢰성 테스트를 위해 신뢰성 실험장치로 를 동작시킨 후33 Barrier Barrier

의 전류와 전압을 측정한 위치를 나타낸다 는 오실로스코프의 번 채널을 사. CH2 2

용하여 파형을 측정하였고 은 오실로스코프의 번 채널 는 번 채널을, CH3 3 , CH4 4

나타낸다 로 측정한 위치는 위험지역에서 전기기기를 작동시키기 위해 스위치. CH2

와 연결된 곳으로 스파크에 의한 폭발이 일어나지 않게 하기 위해 이하의 전, 12

류만이 흘러야한다 그러기 위해서 적당한 저항 값을 구하기 위해 을 가변저항을. R1

사용하여 저항 값을 달리하면서 즉 전류 값을 변화시키면서 전압특성 파형을 얻었,

다.

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부분은 전기적 기계적 수명과 진동에 의한 신뢰도 테스트 등에서CH3, CH4 ㆍ

가 정상적으로 작동되는지를 전압 파형을 통해 확인하였다 또한 실제 선박Barrier .

과 같은 환경에서 실험하기 위해 선박에서 사용하는 를 릴레이Magnetic Conductor

에 부착하여 실험하였다.

그림 릴레이 구동 시 각 상황에 따른 파형과 전류에 따른 저항 값 측정그림 릴레이 구동 시 각 상황에 따른 파형과 전류에 따른 저항 값 측정그림 릴레이 구동 시 각 상황에 따른 파형과 전류에 따른 저항 값 측정그림 릴레이 구동 시 각 상황에 따른 파형과 전류에 따른 저항 값 측정33333333

위치위치위치위치

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그림 는 본 연구에서 개발한 로 부분의 전류가 일 때의 파형34 Barrier CH2 0.94

을 나타낸다 그림에서 보는 것 같이 파형이 많이 찌그러져 있다 그림 는. . 35 CH2

부분의 전류가 일 때의 파형을 나타낸다 그림 와 달리 파형이 정확하고2.00 . 34

안정된 것을 볼 수 있다.

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그림 는 전기 기계적 실험에서 신뢰성을 만족하도록 실험이 끝난 상태에서의 파35 ㆍ

형이다 기존 는 의 전류를 유지하므로 수명 테스트를 만족하지 못하. Barrier 8.00

였다 하지만 본 연구에서 개발한 는 에서도 안정적으로 정상 작동하. Barrier 2.00

므로 동작 전류가 낮기 때문에 부품의 수명도 길어지고 궁극적으로 의 수명, Barrier

이 길어진다 따라서 본 연구를 통해 의 신뢰도를 향상시킬 수 있었다. Barrier .

진동에 의한 실험장치의 각 파형진동에 의한 실험장치의 각 파형진동에 의한 실험장치의 각 파형진동에 의한 실험장치의 각 파형3.3.3.3.

그림 에서 그림 은 진동 실험 장치 위에 를 고정시키고 카운터 실험을36 38 Barrier

하였을 때의 파형을 나타낸다 진동 실험 장치의 진동 주파수를 변화시키면서 파형.

을 실험하였다 그림 은 진동 주파수가 인 경우의 파형이고 그림 은 진동. 36 10 , 37

주파수가 인 경우의 파형 그림 은 진동 주파수 일 때의 파형을 나타30 , 38 50

낸다 그림에서 보는 바와 같이 전류 상태에서 사이의 진동을 주었. 2.00 0-60

을 때 개발된 는 정상적인 동작을 수행하였다 의 시제품을 진Barrier . 5 SET Barrier

동 실험장치 위에서 테스트한 결과 전기 기계적 수명을 모두 만족하였고 파형 또,ㆍ

한 안정되고 정확하게 출력되었다 따라서 본 연구를 통해 진동에 대한 의. Barrier

신뢰도를 향상시킬 수 있었다.

그림 부분의 전류가 진동 인그림 부분의 전류가 진동 인그림 부분의 전류가 진동 인그림 부분의 전류가 진동 인36 CH2 2.00 , 1036 CH2 2.00 , 1036 CH2 2.00 , 1036 CH2 2.00 , 10

경우의 파형경우의 파형경우의 파형경우의 파형

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제 절 고찰제 절 고찰제 절 고찰제 절 고찰3333

본 신뢰성 사업을 통하여 설계 및 제작된 의 성능을 개선하고 신뢰도 실험을Barrier

수행하였으며 그 결과를 토대로 신뢰도가 향상된 부품으로 개선함으로써 부Barrier

품의 가치를 향상시켰다 연구초기에 설정한 연구개발내용을 만족할 수 있도록 평.

가 방법에 대한 많은 노력을 하였다 그 결과 평가용 실험장치인 전기 및. Barrier

기계적 수명 실험장치 등을 개발하여 활용함으로써 신뢰도 사업의 사업목적을 추가

로 달성하였다 본 개발과정에서 예측되는 요구사양을 모두 개발항목에 반영하여.

최종적인 개발목표로 정하였다 최종 연구 개발 내용으론 자가 진단 고장기능 알람. ,

모니터링 기능 기능 통신방식의 신호전송 등이다, Fail Safe , .

아래의 표 는 연구계획단계의 평가항목을 정리한 것이다 그리고 표 는 신뢰성4 . 5

사업 수행 후 성능평가 결과를 정리한 표이다.

표 사업 전 평가항목표 사업 전 평가항목표 사업 전 평가항목표 사업 전 평가항목4444

평가항목평가항목평가항목평가항목

기술적 성능지표기술적 성능지표기술적 성능지표기술적 성능지표( )( )( )( )

단위단위단위단위 전체 항목에서전체 항목에서전체 항목에서전체 항목에서

차지하는 비중차지하는 비중차지하는 비중차지하는 비중(%)(%)(%)(%)

세계 최고수준세계 최고수준세계 최고수준세계 최고수준

보유기업 국가보유기업 국가보유기업 국가보유기업 국가( / )( / )( / )( / )

최종최종최종최종

목표목표목표목표

시험기준시험기준시험기준시험기준

평가규격평가규격평가규격평가규격( )( )( )( )

전압 에너지제한전압 에너지제한전압 에너지제한전압 에너지제한1. ( )1. ( )1. ( )1. ( ) V 20 미국 이하10V IEC

전류 에너지제한전류 에너지제한전류 에너지제한전류 에너지제한2. ( )2. ( )2. ( )2. ( ) A 25 미국 이하12 IEC

기계적인 수명기계적인 수명기계적인 수명기계적인 수명3.3.3.3. 회 10 일본 만회100 KS

전기적인 수명전기적인 수명전기적인 수명전기적인 수명4.4.4.4. 회 10 미국 만회40 KS

절연부 저항절연부 저항절연부 저항절연부 저항5.5.5.5. 10 - 100 -

케이스부 저항케이스부 저항케이스부 저항케이스부 저항6.6.6.6. 5 - 100 -

외부허용 인덕턴스외부허용 인덕턴스외부허용 인덕턴스외부허용 인덕턴스7.7.7.7. mH 5 - 2.0mH -

외부허용 캐퍼턴스외부허용 캐퍼턴스외부허용 캐퍼턴스외부허용 캐퍼턴스8.8.8.8. μ F 5 - 0.3 μ F -

신뢰성 공정신뢰성 공정신뢰성 공정신뢰성 공정9.9.9.9. - 10 - - 자체기준

합계합계합계합계 - 100%

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표 사업 후 평가항목표 사업 후 평가항목표 사업 후 평가항목표 사업 후 평가항목5555

평가항목평가항목평가항목평가항목

기술적 성능지표기술적 성능지표기술적 성능지표기술적 성능지표( )( )( )( )

단위단위단위단위 전체 항목에서전체 항목에서전체 항목에서전체 항목에서

차지하는 비중차지하는 비중차지하는 비중차지하는 비중(%)(%)(%)(%)

세계 최고수준세계 최고수준세계 최고수준세계 최고수준

보유기업 국가보유기업 국가보유기업 국가보유기업 국가( / )( / )( / )( / )

신뢰성신뢰성신뢰성신뢰성

평가 결과평가 결과평가 결과평가 결과

시험기준시험기준시험기준시험기준

평가규격평가규격평가규격평가규격( )( )( )( )

전압 에너지제한전압 에너지제한전압 에너지제한전압 에너지제한1. ( )1. ( )1. ( )1. ( ) V 20 미국 이하8V IEC

전류 에너지제한전류 에너지제한전류 에너지제한전류 에너지제한2. ( )2. ( )2. ( )2. ( ) A 25 미국 동작2 IEC

기계적인 수명기계적인 수명기계적인 수명기계적인 수명3.3.3.3. 회 10 일본 만회100 자체평가

전기적인 수명전기적인 수명전기적인 수명전기적인 수명4.4.4.4. 회 10 미국 만회40 자체평가

절연부 저항절연부 저항절연부 저항절연부 저항5.5.5.5. 10 - 100 -

케이스부 저항케이스부 저항케이스부 저항케이스부 저항6.6.6.6. 5 - 100 -

외부허용 인덕턴스외부허용 인덕턴스외부허용 인덕턴스외부허용 인덕턴스7.7.7.7. mH 5 - 2.0mH -

외부허용 캐퍼턴스외부허용 캐퍼턴스외부허용 캐퍼턴스외부허용 캐퍼턴스8.8.8.8. μ F 5 - 0.3 μ F -

신뢰성 공정신뢰성 공정신뢰성 공정신뢰성 공정9.9.9.9. - 10 - - 자체기준

합계합계합계합계 100%

표 에 표기한 것과 같이 신뢰성 목표를 만족하고 있으며 일부 항목은 안전성 측5 ,

면에서 신뢰도가 크게 향상된 사업결과를 얻었다 특히 저 에너지 동작영역을 확보.

함으로써 의 활용영역을 넓히는데 기여할 것으로 사료됩니다Barrier .

평가를 위해 수행한 사업내용은 표 과 같고 평가를 위해 활용한 것을 정리한 것6 ,

이 표 이다7 .

표 사업내용표 사업내용표 사업내용표 사업내용6666

항목항목항목항목 사업내용사업내용사업내용사업내용 비고비고비고비고

신뢰도 개선신뢰도 개선신뢰도 개선신뢰도 개선BarrierBarrierBarrierBarrier 저 에너지특성 이하(8V 8 ) 신뢰도 향상

전기수명 실험 장치전기수명 실험 장치전기수명 실험 장치전기수명 실험 장치 실험장치 개발 컴퓨터 및 로 확인가능LCD

기계수명 실험 장치기계수명 실험 장치기계수명 실험 장치기계수명 실험 장치 실험장치 개발 컴퓨터 및 로 확인가능LCD

진동 실험장치진동 실험장치진동 실험장치진동 실험장치 범위 진동발생0-60 진동시스템 확보

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표 평가방법 및 장치표 평가방법 및 장치표 평가방법 및 장치표 평가방법 및 장치7777

평가내용평가내용평가내용평가내용 평가방법 혹은 장치평가방법 혹은 장치평가방법 혹은 장치평가방법 혹은 장치( )( )( )( ) 비고비고비고비고

전기적 수명전기적 수명전기적 수명전기적 수명 전기 수명 실험 장치 설계 및 제작

기계적 수명기계적 수명기계적 수명기계적 수명 기계 수명 실험 장치 설계 및 제작

진동 내구성진동 내구성진동 내구성진동 내구성 진동 실험 장치 설계 및 제작

절연특성절연특성절연특성절연특성 테스터기로 측정

케이스 저항케이스 저항케이스 저항케이스 저항 테스터기로 측정

외부 상수외부 상수외부 상수외부 상수

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제 장 개발현황 및 실용화 계획제 장 개발현황 및 실용화 계획제 장 개발현황 및 실용화 계획제 장 개발현황 및 실용화 계획8888

제 절 개발현황제 절 개발현황제 절 개발현황제 절 개발현황1111

본 연구개발과정을 통하여 개발된 내용을 간략히 정리하면 다음과 같다.

가연성 혼합기체가 존재하는 구역에서 가 안전하게 동작하기 위한 안전회로Barrier

의 정격 전압 전류 을 만족한다 또한 동작시간 이하 복귀시간10V, 12 . 5 , 5

이하의 조건도 만족한다 그리고 외부허용 인덕턴스는 이하 외부허용 캐퍼. 2.0mH ,

턴스는 o.3μ 이하를 만족한다 그리고 단자와 케이스 사이의 절연저항은F . 100

이상이고 전기적 절연부의 절연저항도 이상이다, 100 .

제 절 실용화 계획제 절 실용화 계획제 절 실용화 계획제 절 실용화 계획2222

본 연구를 통하여 개발한 는 선박의 안전 운항 시스템에 필수적인 시스템이Barrier ,

다 그러므로 선박 자동화 분야의 기술적인 자립을 위해 확보되어야 하는 기술이다. .

본 연구개발은 단순한 연구개발 수준을 넘어서 실용화를 위한 기초적인 연구를 병

행하여 수행하였다 연구개발 결과를 완벽히 실용화하기 위해서는 국제본질안전 규.

정 및 한국본질안전의 기준을 만족하도록 추가적으로 실용화 분야의 연구 및 실험

을 수행해야 한다.

현재의 개발 수준은 일부 조선소 및 선주의 요구사항을 만족할 수 있도록 설계하였

으며 더욱이 대부분의 선급 규정을 만족하도록 설계하였다, .

본 연구개발 결과는 개발완료와 더불어 의 신뢰성향상을 달성함으로써 생산Barrier ,

하고 있는 특수선의 폭발방지시스템에 활용함은 물론이고 석유화학분야 및 가스,

산업분야에도 활용할 수 있도록 우수한 신뢰성을 확립하고자 한다.

제 절 후언제 절 후언제 절 후언제 절 후언3333

본 연구 개발은 개발내용에 기술한 모든 조건을 만족하도록 설계 제작하였다.

앞으로도 연구개발에 참여한 모든 연구원은 연구결과가 실용화 되도록 최선을 다,

하고

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참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

[1] William L. Schweber, “Data Communications”, McGRAW-HILL Inc., 1988

오진석 인버터용 설계 한국산업안전학회지[2] , “PWM SNUBBER ” , , Vol.8, No.4,

pp.95-100, Dec. 1993.

[3] PEPPERL+FUCHS, “Ex-i-Interface DIN-Rail Housing” 1996

[4] PEPPERL+FUCHS, “Interface DIN-Rail Housing” , 2001

[5] NAKAMURA ELECTRIC MFG. CO., LTD., “Explosion-proof control devices”

, 1996

[6] “INTRINSIC SAFETY” , 1995

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본질안전방폭용 의 신뢰도barrier 향상에 관한 신뢰성향상지원부품...

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