선박에 설치되는 항해등은 해상교통 수단으로 상호간의 충돌을 사전에 예방하고 안전을 확보하는데 아주 중요한 역할을 한다. 항해등의 사용은 주로 야간에 사용되며, 주간일지라도 강우, 연기 등에 의하여 제한된 시정 내에서는 사용되어야 하며, 특히 국제해상충돌예방규칙(COLREG)의 항해 규정을 잘 이해하고 정확하게 파악하여 설치되어야 한다. 선박용 항해등(Masthead)제품의 구성은 LED모듈, 콘트롤 보드, 컨버터, 프레넬 렌즈, 외함 등으로 구성된다. 현재 대우조선해양에서 건조하여 납품되는 선박 중 러시아 선급(RMRS)에서 항해등의 사용 환경이 $-52^{\circ}C$ 이하에서 신뢰성이 보증된 제품을 요구하고 있다. 기존의 LED 항해등은 $-25{\sim}40^{\circ}C$에서 품질을 보증하고 있으며, 저온에서 발생할 수 있는 전자부품의 우발고장이나 장시간 운용 시 발생할 수 있는 신뢰성 저하문제에 대한 검증이 시급한 상황이다. 따라서 본 연구는 지금까지의 신뢰성 현황과 앞으로 방안을 제시하고자 한다.
선박에 설치되는 항해등은 해상교통 수단으로 상호간의 충돌을 사전에 예방하고 안전을 확보하는데 아주 중요한 역할을 한다. 항해등의 사용은 주로 야간에 사용되며, 주간일지라도 강우, 연기 등에 의하여 제한된 시정 내에서는 사용되어야 하며, 특히 국제해상충돌예방규칙(COLREG)의 항해 규정을 잘 이해하고 정확하게 파악하여 설치되어야 한다. 선박용 항해등(Masthead)제품의 구성은 LED 모듈, 콘트롤 보드, 컨버터, 프레넬 렌즈, 외함 등으로 구성된다. 현재 대우조선해양에서 건조하여 납품되는 선박 중 러시아 선급(RMRS)에서 항해등의 사용 환경이 $-52^{\circ}C$ 이하에서 신뢰성이 보증된 제품을 요구하고 있다. 기존의 LED 항해등은 $-25{\sim}40^{\circ}C$에서 품질을 보증하고 있으며, 저온에서 발생할 수 있는 전자부품의 우발고장이나 장시간 운용 시 발생할 수 있는 신뢰성 저하문제에 대한 검증이 시급한 상황이다. 따라서 본 연구는 지금까지의 신뢰성 현황과 앞으로 방안을 제시하고자 한다.
LED navigation light installed on the ship performs a important role to ensure safety and prevent collisions with other ships. LED navigation light is mainly used in the night and within the limited visibility by smoke, rainfall. In particular, LED navigation light installed with a clear understandi...
LED navigation light installed on the ship performs a important role to ensure safety and prevent collisions with other ships. LED navigation light is mainly used in the night and within the limited visibility by smoke, rainfall. In particular, LED navigation light installed with a clear understanding. LED navigation light is consist of LED module, a control board, a converter, a Fresnel lens, such as enclosure. Russian Society of LED navigation light (RMRS) of the ship to be delivered by drying at Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering requires guaranteed reliable products at below $-52^{\circ}C$. conventional LED navigation light has to ensure quality at $-25{\sim}40^{\circ}C$. So, LED navigation light should ensure a problems of random failure or long time operation. In this paper, we present the current status and future plans of reliability so far.
LED navigation light installed on the ship performs a important role to ensure safety and prevent collisions with other ships. LED navigation light is mainly used in the night and within the limited visibility by smoke, rainfall. In particular, LED navigation light installed with a clear understanding. LED navigation light is consist of LED module, a control board, a converter, a Fresnel lens, such as enclosure. Russian Society of LED navigation light (RMRS) of the ship to be delivered by drying at Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering requires guaranteed reliable products at below $-52^{\circ}C$. conventional LED navigation light has to ensure quality at $-25{\sim}40^{\circ}C$. So, LED navigation light should ensure a problems of random failure or long time operation. In this paper, we present the current status and future plans of reliability so far.
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문제 정의
KS B ISO 9022-14(광학 및 광학기기-환경시험방법-14부:이슬, 서리, 얼음)에 따른 극저온 조건에서의 환경시험 및 가속수명시험을 개발할 예정이다. 또한 EN 14744(Inland navigation vessels and sea-going vessels-Navigation light)[2] 및 IEC 60945(Maritime navigation and radiocommunication equipment and systems－General requirements－Methods of testing and required test results) [3]기준에 의거하여, 선급인증을 위한 성능평가와 세계적 수준의 제품군와 동등한 수준의 신뢰성 특성을 확보하는데 있다.
제안 방법
열 해석 프로그램(FloEFD)은 기구설계가 완료된 3D CAD에서 형상 변경 없이 해석을 실시하였으며, LED 패키지 및 히트싱크 부분의 온도를 예측함으로써 목표로 하는 온도 이하로 관리 할 수 있도록 최적의 방열설계를 위한 구조를 예측하였다. 다음 그림 8은 열해석 시뮬레이션이 되겠다.
그림 8의 열해석 시뮬레이션 후 실제 제품에서의 사용온도를 측정하여 시뮬레이션을 통한 온도예측 데이터를 검증하였다. 측정에 사용된 장비는 타점식 온도측정계와 열화상카메라이며 모듈상태와 커버를 포함한 밀폐상태를 측정하여 사용조건에 대한 분석을 실시하였고 표 2와 그림 9를 통하여 확인했다.
후속연구
KS B ISO 9022-14(광학 및 광학기기-환경시험방법-14부:이슬, 서리, 얼음)에 따른 극저온 조건에서의 환경시험 및 가속수명시험을 개발할 예정이다. 또한 EN 14744(Inland navigation vessels and sea-going vessels-Navigation light)[2] 및 IEC 60945(Maritime navigation and radiocommunication equipment and systems－General requirements－Methods of testing and required test results) [3]기준에 의거하여, 선급인증을 위한 성능평가와 세계적 수준의 제품군와 동등한 수준의 신뢰성 특성을 확보하는데 있다.
따라서, 고장원인의 DB화 및 유형별 대응 설계 및 극저온 환경 개선사항 적용을 통한 열소자 보완이 필요하고, 완제품 장착을 통한 검증 및 개선효과 분석 등 수명시험법 개발 과 구조 해석 및 고장분석을 통한 극저온에서의 HALT극저온 스트레스(-60℃)에 따른 예비시험설계 공학해석 모델링 기법 조사 및 제안할 예정이다.
국제 규격은 광 특성뿐만 까다로운 안전성능 및 신뢰성도 만족해야 하므로 광 특성 설계와 동시에 신뢰성 설계도 진행되어야 하며 자사가 가지고 있는 기술을 기반으로 신뢰성이 확보된다면 수요처(현대/대우/삼성중공업)에 항해등 납품이 가능하다. 현재 LED 항해등은 세계 최초로 독일(Aqua Signal사)에서 개발하여 판매 중이며, 향후 모든 선박에 적용예정으로, 초기 시장선점을 위한 기술개발 및 신뢰성 확보가 시급하다. 국내 선박용 조명기기의 경우 대기업 조선회사와 납품계약 시 다른 선박용 부품과 턴키방식으로 이루어지므로 자격조건이 까다로워 국내에서 대양전기공업과 극동일렉콤이 100% 국내시장을 점유하고 있다, 특히 선박용 LED 항해등은 대양전기공업이 유일하게 개발하여 제조하고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기존에 항해등 광원은 백열전구를 사용했는데, 이때 단점은?
LED 항해등은 COLREG Rule을 만족하는 프레넬 렌즈 및 기구 설계, 해양에 적합한 LED 전원장치 및 유지보수를 위한 컨트롤러 개발 등 최고의 기술력이 요구된다. 기존에 항해등 광원은 백열전구가 사용되었으나 기관실 진동 탓에 가느다란 필라멘트가 쉽게 파괴되었고, 내진성 백열전구를 도입하기도 했지만, 장거리 항해 후엔 다수 조명을 신규 교체해야 하므로 유지보수 비용이 상대적으로 높았다. LED 조명은 내부에 필라멘트를 포함하지 않기 때문에 진동에 강한 특성이 있을 뿐만 아니라 에너지 소비량도 적어 LED를 선박용 조명 광원으로 채택하려는 사례가 늘어나는 추세이다.
백열전등을 사용한 선박용 항해등의 고장율 분석 결과는?
해당제품에 대한 고객 만족도 조사에서 현재 백열전등을 사용하고 있으며, 백열전구수명이 짧고, Navigation Light에 눈보라 등에 결로 현상의 결점을 갖고 있다. 제품의 고장율을 분석한 결과 저온 조건에서의 부품의 선정 및 환경을 고려한 신뢰성 설계가 미흡해서 고장율이 중요 부품인 LED, 반도체 소자 및 트랜스 등에서 발생되고 있다. 또한 극저온환경에서 사용하기 위한 보완부품으로 발열부품이 필요하며 이를 사용함으로써 발생할 수 있는 고장을 예상하기 위한 예비시험이 필요하다. [3][4]
LED 항해등의 요구되는 기술력은?
LED 항해등은 COLREG Rule을 만족하는 프레넬 렌즈 및 기구 설계, 해양에 적합한 LED 전원장치 및 유지보수를 위한 컨트롤러 개발 등 최고의 기술력이 요구된다. 기존에 항해등 광원은 백열전구가 사용되었으나 기관실 진동 탓에 가느다란 필라멘트가 쉽게 파괴되었고, 내진성 백열전구를 도입하기도 했지만, 장거리 항해 후엔 다수 조명을 신규 교체해야 하므로 유지보수 비용이 상대적으로 높았다.
참고문헌 (5)
Research of demonstration for LED lighting in ship 천우영, 김진홍, 김재환, 구복재, 전재성, 김영철 -한국조명.전기설비학회 2011 추계학술대회 논문집2011.11, 83-85 (3 pages)
EN 14744(Inland navigation vessels and sea-going vessels-Navigation light)
IEC 60945 (Maritime navigation and radiocommunication equipment and systems-General requirements-Methods of testing and required test results)
RS-KTC-2011-002 LED모듈전원공급용 컨버터 신뢰성규격
선박용 LED 조명의 최신 동향 조명.전기설비 제29권 제1호, 2015.1, 9-13 (5 pages)
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