여러 산업분야에서, 폭발이 발생할 경우 인명이나 장비에 심각한 피해를 입히게 되며, 폭발에 의한 피해를 최대한 줄이기 위하여 대부분의 국가는 나름대로의 법률이나 규칙, 규정 등의 적용을 강제하고 있으며, 그에 따른 인증 절차를 거치도록 하고 있다. 방폭형 전기기기에 대한 국제규격은 IEC와 북미의 NEC가 권위가 있다. 본 연구에서는 방폭형 전기기기에 대한 규격을 분석하기 전단계로 위험지역 분류에 대한 IEC, NEC 규격별 차이를 먼저 비교 분석하였으며, 또한 향후 대형 전동기의 방폭형 시장 확대가 예상되는 '압력'형 전동기에 대해 적용 규격을 분석하고 설계에 반영할 수 있도록 하였다.
산업현장의 안전을 이룩하는데 화재 및 폭발 사고의 방지는 매우 중요하다. 또한 우리 제품의 수출활성화를 위해서도 국제적으로 표준화되고 인정받는 방폭전기기기의 규격 및 성능보장이 필수적인 요건으로 대두되고 있다. 이를 위해 정부차원에서도 본격적으로 법규를 개정하고 관련규격을 제정하는 등의 제도적 뒷받침을 시작하였으며, 그 일환으로서 폭발위험지역에서의 방폭형 전기기기의 사용을 의무화하고 이들 기기의 성능검정을 실시하게 되었다. 그러나 우리나라의 전기기기 방폭기술은 아직 초기단계에 있는 만큼 관련업체, 성능 검정기관 및 정부기관의 적극적인 설비투자와 학계 및 연구기관 등의 적극적이고 지속적인 연구개발을 통하여 이를 본격적인 궤도에 올려 놓아야 할 것이다. 최근 매스콤의 잦은 보도를 통하여 알 수 있듯이 재산에 막대한 손실을 가져오므로 철저한 사전 대비에 의하여 예방토록 하여야 할 것이다. 이를 위해 위험지역에서 사용하는 전기기기의 방폭화는 필수적이다.
본 논문은 풍량 및 운전시간을 제어할 수 있는 방폭 타입 배풍기의 인버터 단자함 연구에 관한 것이다. 국내에서는 열악한 환경에서 작업 시에 풍량 및 운전 시간을 조정할 수 있는 배풍기가 없는 실정이다. 유해가스 및 폭발 위험성이 있는 환경에 적정한 방폭 배풍기의 운전 시간과 풍량을 제어할 수 있는 방폭 단자함을 제작하는 것이 목적이다. 2개의 방폭형 스위치를 사용하여 운전시간을 1 시간, 3 시간, 그리고 연속 시간으로 운전할 수 있도록 하였고, 유도전동기 회전 속도는 2000rpm, 2600rpm, 그리고 3000rpm으로 3 단계로 설정하여 풍량 제어하였다. 실험한 모터는 1/2 마력 3상 유도전동기 사용하였으며 풀 브리지 인버터를 제작하여 원하는 풍량과 운전시간 설정할 수 있도록 연구하였다.
본 연구에서는 가연성가스가 존재하는 위험지역에서 사용되는 본질안전방폭형 전기기기가 외부로부터 직류전원을 공급받을 때 방폭 성능을 유지하기 위한 부품의 조건을 실험을 통하여 알아보았다. 따라서 제너다이오드의 역방향 특성을 실험하였으며, IEC형 불꽃점화시험기를 사용하여 제너다이오드와 저항으로 구성된 전원부의 점화특성효과를 실험하였다. 이 실험을 통하여 안정화된 전원부에서 사용되는 제너다이오드와 저항의 필요용량 값을 계산하고 본질안전시스템을 유지하기 위한 본질안전방폭형 전원공급방법을 설계하여 제시하였다.
최근 들어서는 지구환경보호와 에너지자원 고갈의 위기감 속에 에너지절약기기의 니즈가 급속하게 가속화되고 있다. 산업분야에서의 에너지절약기기로서는 고효율모터나 인버터가 사용되고 있는데 아직 이들 기기의 보급률은 낮은 실정이다. 점차 에너지절약기기에 대한 관심이 높아 가는 가운데, 한편 산업용전력 사용량의 약 70$\%$를 모터가 차지하고 있다고 알려지고 있으며 모터 유닛의 손실 삭감으로 큰 에너지절약 효과를 기대할 수 있기 때문에 3상모터의 고효율화 요구와 인버터구동에 의한 에너지절약니즈가 급속히 퍼지고 있다. 3상모터의 에너지절약 니즈에는 위험지구(폭발성 분위기) 안에서 사용되는 용도도 많아 이와 같은 위험장소에서 사용되는 방폭전기기기에서는 1993년의 국제규격(IEC 규격)에 정합(整合)된 신JIS 방폭규격의 발행으로 정전의 일본독자적인 방폭규격은 폐지되고 이 새로운 JIS 방폭규격에의 통합 움직임이 있었다. 미쓰비시전기는 이와 같은 동향에 대응하기 위하여 고성능$\cdot$에너지절약 모터 ''수퍼라인 에코시리즈''로서 고효율 시리즈, 인버터구동 전용토크 시리즈, 신JIS방폭규격대응 안전증(安全增) 방폭형 시리즈를 제품화하였다. 수퍼라인 에코시리즈는 동사 독자의 강판프레임을 사용하여 철저한 저손실 설계의 채택으로 업계 톱클래스의 고효율$\cdot$에너지절약을 실현하였다. 인버터구동에 최적한 특성, 내환경성의 강화와 베어링의 장수명화에 의한 장기(長期) 메인터넌스프리화 및 저소음$\cdot$저진동화를 실현한 고성능모터이다.
본 연구는 폭발하중을 받는 보강판으로 구성된 방폭벽 구조에 대하여 유한요소 동적해석을 수행하였다. 수치 시뮬레이션은 서로 다른 재료로 구성된 경우에 대하여 비교 검증하였으며, 폭발 시뮬레이션 데이터를 기반으로 폭발하중에 대한 방폭벽의 동적거동을 상세 규명하였다. 충격흡수력이 좋은 고망간 강재로 구성된 방폭벽의 경우 충격에 대한 성능이 상대적으로 우수한 것으로 나타났다. 본 연구에서는 LS-DYNA 프로그램을 적용하여 유한요소 충격해석을 수행하였으며, 고속 변형률 속도 효과를 추가로 고려하여 고망간 강재로 보강된 방폭벽에 대하여 확장하였다. 다양한 매개변수를 적용한 수치해석 결과는 폭발 시뮬레이션으로부터 보강된 방폭벽 구조의 동적 효과를 비교 분석하여 서로 다른 재료의 적용효과를 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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