6대 핵심 전기부품·소재의 신뢰성 제고 추진

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산업자원부 반도체전기과 2110-5682

o 산업자원부는 핵심 전기부품·소재에 대한 신뢰성을 선진국 수준으로 제

고하기 위하여 금년부터 2003년 4월(12개월)까지 사업비 25억원을 투입

하여 신뢰성 평가기준(안)을 제정하고 관련장비를 구축하여 신뢰성평가

사업을 수행할 예정임.

o 본 신뢰성향상사업은 진공차단기, 개폐기, 전력변환장치(UPS), 건식 변

성기, 일반조명용 램프, 형광램프용 안정기등 6개 품목에 대해 국제기준

과 일치되는 신뢰성시험평가를 실시하고 산업자원부 기술표준원에서 신

뢰성 인증을 부여함으로써 국내기업의 혁신적인 기술력 향상 및 수출제

품의 국제경쟁력 강화와 국가 브랜드이미지를 제고하게 될 것임.

o 신뢰성향상사업을 실시하고 있는 「한국전기연구원」은 신뢰성 평가에서

한걸음 나아가 각 품목별로 신뢰성 향상 방안을 마련함으로써 향후 기술

개발과 경영혁신의 토대를 제공할 계획임.

o 본 사업은 신뢰성 인증을 통해 국산 전기부품의 수요 확대 및 수출 증대

로 생산성 증대 효과에 기여할 뿐 아니라, 불량률과 고장률의 감소등 제

품안정성제고에 기여함으로써  금년 7월부터 시행되는 제조물 책임법(PL

법)에 사전대응하는 역할을 수행하고 있음.

<참고1> 사업 개요

1. 부품소재 신뢰성향상(전기분야) 개요

가. 사업개요

o 연구기간 : 2002.5.1∼2003.4.30(12개월)

o 연구비 : 3,250백만원(정부 : 2,439백만원, 민간 : 813백만원)

o 주관부처 : 산업자원부

o 실시기관 : 한국전기연구원

* 평가기관 : 한국전기연구원(전기분야), 조명기술연구소(조명분야)

o 사업책임자 : 신영준(055-280-1560)

나. 기술개발의 최종목표(세부목표 및 구체적 실적 예상치)

o 진공 차단기 신뢰성 제고

- 신뢰성 평가설비 구축 : 설비 2종 구축

- 신뢰성 평가기준 제정 : 1건 이상

- 신뢰성 인증서 발급 : 1건/년 이상

- 신뢰성 향상 방안 제시 : 1건/년 이상

o 개폐기 신뢰성 제고

- 신뢰성 평가설비 구축 : 설비 2종 구축

- 신뢰성 평가기준 제정 : 1건 이상

- 신뢰성 인증서 발급 : 1건/년 이상

- 신뢰성 향상 방안 제시 : 1건/년 이상

o 전력변환장치(UPS) 신뢰성 제고

- 신뢰성 평가설비 구축 : 설비 2종 구축

- 신뢰성 평가기준 제정 : 1건 이상

- 신뢰성 인증서 발급 : 1건/년 이상

- 신뢰성 향상 방안 제시 : 1건/년 이상

o 건식 변성기 신뢰성 제고

- 신뢰성 평가설비 구축 : 설비 1종 구축

- 신뢰성 평가기준 제정 : 1건 이상

- 신뢰성 인증서 발급 : 1건/년 이상

- 신뢰성 향상 방안 제시 : 1건/년 이상

o 일반조명용램프 신뢰성 제고

- 신뢰성 평가설비 구축 : 설비 3종 구축

- 신뢰성 평가기준 제정 : 1건 이상

- 신뢰성 인증서 발급 : 1건/년 이상

- 신뢰성 향상 방안 제시 : 1건/년 이상

o 형광램프용안정기 신뢰성 제고

- 신뢰성 평가설비 구축 : 설비 2종 구축

- 신뢰성 평가기준 제정 : 1건 이상

- 신뢰성 인증서 발급 : 1건/년 이상

- 신뢰성 향상 방안 제시 : 1건/년 이상

o 국제협력 사업 추진

- 수출제고를 위한 신뢰성평가의 국제 상호 협력방안 제시

. 중동 및 동남아 3개국의 전력사 대상으로 신뢰성 세미나/수출상

담회 개최(4개국 이상 1회 실시)

- 전기부품·소재의 국제상호인증 협력 제시

. 해외선진 네덜란드 KEMA, 이탈리아 CESI 자료조사 및 협력

다.  사업내용 및 범위

<운영적 측면>

o 신뢰성평가 전문인력 양성

- 전기분야 6개 품목에 대한 전문지식, 평가기법 개발 능력 제고

- 평가장비 운용 능력 제고

(사업범위 등)

. 신뢰성평가 기준 제정(6건 이상)

. 구축된 전기분야 평가 장비 운용

<기반조성 측면>

o 신뢰성평가설비 구축

- 전기분야 6개 품목의 신뢰성평가 설비 구축

* 진공차단기, 개폐기, 전력변환장치(UPS), 건식변성기, 일반조명

용램프, 형광램프용 안정기

(사업범위 등)

. 부품 및 시스템의 고장 특징

. 고장 기구 분석

. 신뢰성 평가 설비 구축

<성과활용 측면>

o 신뢰성 인정서 발급

- 6개 품목의 신뢰성 인정서 발급

* 진공차단기, 개폐기, 전력변환장치(UPS), 건식변성기, 일반조명

용램프, 형광램프용 안정기

(사업범위 등)

. 품목별 신뢰성 측정/분석/시험

. 품목별 가속 수명시험 실시

. 설계 수명평가 및 신뢰성 인증서 발급

o 국제협력 사업추진

- 수출제고를 위한 신뢰성평가의 국제 상호 협력 제시

- 전기부품·소재의 국제상호인증협력 제시

(사업범위 등)

. 수출주요국가인 동남아 3개국 및 중동국가와의 국제협력서 교환

을 위한 세미나/수출상담회 개최

. 해외선진 네델란드KEMA, 이탈리아 CESI 자료조사 및 협력

* 전기부품·소재평가의 국제인증기관 인정획득을 위한 협력

<사업종료후 운영 측면>

o 신뢰성 향상 방안 제시 및 기업체와의 공동연구

- 6개 품목의 신뢰성 향상 방안 제시

(사업범위 등)

. 신뢰성 향상 방안

라.  추진전략

o 신뢰성 평가기준(안) 작성

- 부품별 소단위 Working Group 구성

- 국내외 규격조사 및 분석

- 신뢰성 평가기준(안)작성 및 검토

o 신뢰성평가대상 품목의 환경특성 파악

- 사용환경에 따른 전기적 요소 파악

- 사용환경에 따른 열적 요소 파악

- 사용환경에 따른 기계적 요소 파악

- 사용환경에 따른 환경적 요소 파악

- 해당 산업체의 품목에 대한 설계 검증

- 산업체의 제품 품질관리 및 절차 검증

o 시험장 증축공사 및 연구시험 설비보강

- 시험장 설계, 발주

- 시험장 증축공사

- 연구시험설비 설계, 발주

- 연구시험설비 설치, 시운전

o 신뢰성 평가 기준 연구

- 부품별 working Group 구성(전문인력충원 등)

＊ 신뢰성 평가기준(안) 검토 및 적용 시행

- 전문시험평가 방법 및 시뮬레이션 기법개발

＊ 고장율 데이터 수집, 분석

＊ 고장모드 해석, 분석

＊ modelling기법 연구

＊ 신뢰성 예측 기법 연구

- 신뢰성 평가제도 제정

o 신뢰성 평가실시 및 원인규명, 진단

- 신뢰성 평가 실시

＊ 신뢰성 평가

＊ 원인규명

＊ 진단

o 신뢰성 평가 기준 개선 및 인증 발행

- 신뢰성 기준 개선, 보완

- 신뢰성 평가 인증제도 시행

- 신뢰성 평가 인증서 발행, 국제협력사업 추진*

o 신뢰성 향상 방안 제시

- 신뢰성 분석 결과 산업체로의 feed back

＊ 현지 고장/사고 해석결과 제공

＊ 신뢰성 평가 결과 제공

＊ 신뢰성 향상 방안 제공

<국제협력사업의 추진방향>

. 전기분야의 수출 주력국가인 중동 및 동남아 국가의 전력회사를

대상으로 신뢰성관련 국제 세미나 및 수출 상담회를 개최(각 국

의 유관연구기관과 상호인증 MOU체결을 위한 국제교류실시)

. 유럽의 대표적 인증기관 및/또는 시험기관인 CESI, KEMA와 협력

을 통하여 기반 조성 및 기술을 확보하여, 전기제품·부품에 대

한 제품인증서 발행할 수 있는 국제적 공인 제품인증기관으로 추진

.. 제품인증기관 설립 및 운영 추진전략

국제규정에 적합한 인증기관 품질시스템 구축

품질시스템 구축을 위하여 KEMA, CESI 방문 및 자료 조사

EA 회원기구인 SINCERT 방문 및 인증기관 인정 절차 조사

SINCERT에 제품인증기관 신청, 현장심사(한국전기연구원)

마. 기대성과

1) 직접적 기대효과

o 생산성 증대효과

- 생산유발효과 : 전기기기산업 중전기기 및 부품 분야에서 2005년

세계시장 점유율 3% 달성효과가 예상됨.

o 고용창출 효과

- 고용유발효과 : 중전기기 및 부품분야는 건실한 산업체의 경우 고

용인력 1인당 1.5억원∼2.5억원 규모의 생산성이

있으므로 2005년 연간 5,000명의 고용유발 효과가

예상됨.

o 매출증대효과 등

- 소득유발효과 : 중전기기 및 부품분야에서 2005년 12억불의 생산

증대가 예상됨.

2) 간접적 기대효과

o 잠재적 경제효과

- 중전기기산업의 기술 혁신 및 산업구조 고도화 달성(환경 친화 제

품, 고부가가치제품, 초고압·대용량 기기의 신뢰성 제고를 위한

부품 개발)

- 신뢰성 정보망의 운영을 통한 산업의 정보화 촉진

- 신뢰성 평가기준의 개발로 규격의 자체생산 know-how 확보

o 인프라 향상 수준 등

- 구축된 국제수준의 장비·설비를 사용한 신뢰성 평가에 의해 부품

의 불량원인 규명, 성능개선 자료제공을 통하여 원가 및 기술면에

서 국제경쟁력 제고

- 구축된 국제수준의 장비·설비와 이를 사용한 신뢰성평가로 인한

국제적 인지도 및 신뢰성 향상으로 국산제품의 고부가가치화 및 수

출증대에 기여

<참고2> 용어 설명

1) 신뢰성

신뢰성이란 어떤 부품·소재나 제품, 시스템 등이 주어진 조건(사용, 환

경조건)하에서 고장 없이 일정기간(시간, 거리, 사이클 등)동안 최초의

품질 및 성능을 유지하는 특성을 말하며, 신뢰성이 좋은 제품은 고장 없

이 오래 쓸 수 있고, 소비자가 만족하는 제품을 말한다.

신뢰성 평가기술은 제품 사용중의 고장발생이나 사용수명 등에 대한 평가

를 실시하여 이를 입증하는 대표적인 선진국형 기술임.

2) 진공차단기

진공차단기란 전력의 송수전(송수전), 절체(절체) 및 정지 등을 계획적으

로 수행하는 이외에 전력계통에 고장이 발생시 신속히 자동적으로 전력

수송을 차단하기 위한 보호 장치인 전력용 차단기의 한 종류로서 진공을

소호매질로 이용하고 있음.

차단이란 전력용 회로를 닫고 열고 하는 경우, 전극간에 발생하는 아크

(ARC)를 완전히 소멸시키는 것으로, 아크를 강제적으로 늘리는 방법이나

소호실을 설치하여 신속히 아크를 냉각하는 방법을 사용한다. 진공차단기

는 진공 중에서의 확산 효과로 아크를 소호시키는 방법을 채용한 차단기

이다.

진공차단기의 특성은 소형으로서 수명이 길고 차단기로서 기본적으로 필

요한 고속도, 고신뢰 개폐의 가능 및 차단성능이 우수하다는 것이 가장

큰 장점이다. 이러한 진공차단기는 발전소, 변전소 등의 전력설비나 전철,

고속철도 등의 교통용이나 석유, 화학 공장 등의 산업분야에 널리 보급되

어 이용되고 있는데, 전력계통의 고장 발생시 신속하게 차단을 하지 못하

는 경우 전력공급에 막대한 장해를 가져오므로 진공차단기 대한 신뢰성을

확보하는 것은 매우 중요하다.

* 진공 : 물질이 전혀 존재하지 않은 극히 저압상태의 공간

* 소호매질 : 전기에 의해 발생된 아크를 효율적으로 없애는데 사용되는

물질

3) 개폐기

개폐기(Load break switch)란 전기 에너지의 안정적인 전기 에너지 공급

을 위하여 정상적인 전기 선로의 구분, 절체와 전기설비의 점검 또는 수

리 시 안전을 확보하기 선로를 차단시키거나 접지시키기 위하여 사용하는

기기를 말한다.

국내에서는 22.9kV급 배전선로 및 수용가의 수전설비에서 사용되고 있으

며, 일명 고압개폐기(High voltage switch)라고도 한다. 최근에는 이러한

개폐기의 안정성과 신뢰성을 향상시키기 위하여 외부의 환경 조건에 영향

을 거의 받지 않도록 금속함에 기기를 설치하고, 절연성능이 우수한 SF6

가스를 사용하고 있다.

국제 규격인 IEC(International Electrotechnical committee : 국제전기

기술위원회) 60265-1 : 1998에는 개폐기가 구비하여야 하는 주요 기능은

o 사용전압에서 안정적인 전기에너지의 공급이 가능토록 필수적인 절연성능

o 선로의 구분, 절체시의 동작 기능과 정상조건의 각종전류에 대한 개폐성능

o 고장선로에서 발생하는 높은 전류에 대한 내구성능과 투입성능

o 선로 전압과 전류 등의 선로 상태에 관한 정보를 수신하고 이를 통하여

개폐기의 동작을 제어하는 제어함의 기능

o 장기간 사용에 대한 내구성 확보를 위한 구비 조건 등이 있다.

개폐기는 현대의 문화 사회에서 필수적인 전기에너지의 안정적인 공급을

목적으로 한국전력공사의 배전 계통, 대형 상가 또는 공장과 같은 대형

수용가의 수전설비에 사용되는 중요 기기이므로, 신뢰성 확보가 매우 중

요하다.

4) 전력변환장치(UPS)

전력변환장치(UPS)란 전력회사(한국전력 등)에서 만든 전기에너지(우리나

라의 경우, 주파수가 60Hz인 교류전력이 상용임)를 사용자의 용도에 가장

적절하게 변환시켜 주는 장치를 말하며, 그 예로서 전자식 안정기, 전철

구동장치, 전기자동차 구동장치, 컴퓨터 및 휴대폰 전원장치, UPS(Unint-

erruptible Power Systems, 무정전 전원장치) 등이 있다. 이 중 전력변환

장치(UPS)는 상용전원에서 발생 가능한 전원장애(정전, 서-지, 순시전압

강하 등)를 차단하고 부하에 양질의 안정된 교류전원을 공급하는 장치이

다. 따라서 순간적인 정전을 허용하지 않는 중요부하에는 UPS의 채용이

필수적이나 UPS의 고장으로 인한 정전사태가 발생할 수 있으므로 UPS 시

스템 자체의 신뢰성 확보가 매우 중요하다.

5) 건식 변성기

건식 변성기란 고전압 또는 대전류를 계측하기 위하여 사용되는 변성기로

서, 기기의 절연을 에폭시(Epoxy) 등의 고체 절연물을 사용하는 것이다.

우리나라의 송전 전압은 345,000 V(Volt), 154,000 V, 22,900 V 등이 있

고, 전류는 1,000 A(Ampere)∼63,000A로, 전압 및 전류의 크기가 광범위

하고 위험하기 때문에 직접 계측기에 접속하기 곤란하다. 그래서 고전압

또는 대전류를 계측기기에 안전하고, 적합하게 전압 또는 전류를 변환하

는 전력기기가 필요하며, 이 전력기기를 변성기라 부른다.

변성기는 고전압을 계측에 필요한 저전압(110V 등) 변환하는 계기용 변압

기(PT : Potential Transformer)와 대전류를 계측에 필요한 소전류(5A 등)

로 변환하는 변류기(CT : Current Transformer) 두 종류가 있다.

변성기는 전력계통의 전압 전류를 계측하는 중요한 기기이므로, 계측에

있어서 정확도가 요구될 뿐만 아니라, 제품이 고장없이 일정기간 동안 최

초의 품질을 유지하는 신뢰성이 좋아야 하므로, 이에 대한 검증이 필요하다.

건식(건식) 변성기는 유입식(유입식) 변성기와는 달리, 즉, 절연유(절연

유)를 사용하지 않고 에폭시(Epoxy)등의 고체 절연물을 사용하므로, 과열

등에 의한 화재의 위험이 없이 안전하지만, 고체 절연물의 트래킹(Track-

ing) 현상 등에 의한 고장이 발생될 가능성이 있다.

* 트래킹(Tracking) : 고체절연물을 장시간 사용함에 따라, 절연물 표면

에 누설전류가 흘러 고체절연물이 갈라져 탄화(탄

화)된 통로를 트래킹이라 함. 이 트래킹이 원인이

되어 표면이 섬락(섬락)하여 사고를 일으키게 됨.

6) 일반조명용 램프(Lamps of general lighting service)

일반조명용 램프는 교류회로에서 점등되는 백열전구, 형광램프, 안정기내

장형램프를 총칭하고 있다. 백열전구(Incandescent lamps)는 유리구내의

필라멘트에 전원을 인가하였을 때 발생된 열에 의한 빛이 방출되는 것을

이용한 광원으로, 10W∼200W까지의 백열 텅스텐 전구가 있다. 백열전구는

크기가 작고 연색성이 높으며, 점등이 간단하고 조광이 쉬운 장점이 있고,

가격이 싸다.

형광램프(fluorescent lamps)는 관내에 수은을 봉입하여 저 전압으로 방

전시키기 위한 저압수은 램프의 일종으로, 유리내벽에 코팅된 형광체와

부딪쳐 가시광선이 방출하는 원리이다. 형광램프는 백열전구에 비하여 장

수명, 고효율 및 형광물질에 따라 다양한 광색과 연색성을 갖도록 할 수

있다.

안정기내장형램프(Lighting fittings fluorescent lamps)는 콤팩트형광램

프 또는 이와 동일한 목적으로 제작된 형광램프와 점등장치(안정기)를 일

체화시켜 다른 장치나 보조기구의 도움 없이도 백열전구와 대체하여 E26/

E27소켓에 직접 사용할 수 있도록 제조된 램프이다. 일반조명용 램프는

생활에 기본이 되는 생활필수품을 제공하는 중요한 위치를 차지하고 있으

며 인류의 발전과 더불어 계속 안정적으로 성장하는 특징을 갖고 있으므

로, 신뢰성평가가 중요하다.

7) 형광램프용안정기(AC supplied ballasts for fluorescent lamps)

형광램프를 안전하게 점등하기 위해서는 별도의 점등회로, 즉 안정기가

필요하다. 형광램프용안정기는 형광램프의 시동전압을 공급하고, 램프전

류를 제한하기 위한 한류소자로서의 기능을 하며, 방전유지를 위한 재점

호 전압을 공급하는 역할을 한다. 또한. 에너지 절약은 물론, 회로손실의

절감과 램프 발광효율의 향상에 의한 절전화, 소형경량화, 램프시동시간

의 단축, 전원전압과 주위온도의 환경변화에 대한 적응성의 개선, 조광

및 자동점멸제어 기능, 전자파 잡음 억제 및 저소음기능, 안전성 및 고신

뢰성 등의 특성향상을 위한 각종 기능이 추가될 수 있다. 형광램프용 안

정기는 전자식안정기(AC supplied electronic ballasts for fluorescent

lamps)와 자기식안정기(AC supplied magnetic ballasts for fluorescent

lamps)로 크게 구분된다.

전자식안정기는 반도체소자와 변압기, 쵸크 코일, 커패시터 등의 전부 또

는 일부 조합에 의한 시동 및 점등회로를 가지며, 램프의 시동 및 점등

중 모두 반도체 소자에 의한 교류-교류변환을 하여 램프를 적정하게 점등

시키는 기능이 있는 안정기이다. 또한 잡음방지기, 역률개선기구, 보호기

구 등의 보호 장치를 포함한 안정기도 있다. 전자식안정기의 장점은 고효

율, 소형화, 경량화 및 플리커현상이 없으며, 저온시동이 용이하다는 점

이다. 자기식안정기는 변압기, 쵸크코일, 커패시터 등의 전부 또는 일부

로 구성되며 램프를 적정하게 동작시키기 위해 사용하는 것, 잡음방지용

커패시터, 역률개선용 커패시터, 커패시터 방전저항, 보호장치, 시동용반

도체소자 등을 포함하여 안정기라고 하는 경우도 있다. 자기식안정기의

장점은 가격이 저렴하고 신뢰성이 있으며, 견고하고, 내구성이 있으며,

전자파장해가 적다는 점이다. 형광램프용안정기는 자기식안정기에서 전자

식안정기로 점차 사용량이 증가되고 있으며 국내 내수시장은 물론 수출

증대에도 상당히 기여하고 있으므로, 신뢰성 확보는 그 중요성을 가진다.