초록 ▼

핵심기술
- 전기기기 회로의 완전단락 상황 시 유입되는 높은 과전류에 대한 폭발 내성을 가지는 초소형 퓨즈 및 퓨즈 가용체 기술

최종목표
- 한정된 공간에서 높은 차단용량을 구현할 수 있는 한류형 퓨즈 가용 체의 한계 전류를 설계하고 실제 가용 체의 설계에 적용하여 안전한 퓨즈 차단용량 설계 방법을 제시하는 것이 본 연구 과제의 목표이다.

- 차단 용량에 대한 퓨즈의 동작 특성을 지연 동작형 퓨즈의 한계 시간인 1000% 이상전류(abnormal current)에서 20ms에 근접하기 위한 퓨즈

핵심기술
- 전기기기 회로의 완전단락 상황 시 유입되는 높은 과전류에 대한 폭발 내성을 가지는 초소형 퓨즈 및 퓨즈 가용체 기술

최종목표
- 한정된 공간에서 높은 차단용량을 구현할 수 있는 한류형 퓨즈 가용 체의 한계 전류를 설계하고 실제 가용 체의 설계에 적용하여 안전한 퓨즈 차단용량 설계 방법을 제시하는 것이 본 연구 과제의 목표이다.

- 차단 용량에 대한 퓨즈의 동작 특성을 지연 동작형 퓨즈의 한계 시간인 1000% 이상전류(abnormal current)에서 20ms에 근접하기 위한 퓨즈 가용 체의 합금 설계 방법 및 표면 처리 방법, 선경 구성 방법을 제시 한다.

- 퓨즈 가용체의 폭발 동작 특성 경향을 데이터화 분석하여, 폭발이 화재로 이어지 않은 최적의 재료, 구조, 동작 등을 설계한다.

개발내용 및 결과
- 단락 회로에 의한 전체 저항 하락이 가장 위험한 상황으로 현재 시판 중인 휴대폰 이차전지 충전기의 단락 회로 상황에서 최대 순간 전류 180A 이상의 높은 전류가 유입되는 것으로 확인되었음

- 본 연구에서 차단 용량 특성을 만족하기 위해서는 형상적 한계에서 합금 조성의 설계와 함께 퓨즈 가용 체의 양을 최소로 사용하는 가용 체를 구성하여 폭발의 에너지를 최소한으로 줄여 높은 차단 용량을 구현할 계획이며, 줄어든 fuse-link 거리로 인한 특성의 차이는 선행 연구를 통해 보유한 기술로 열 이동거리의 해석에 따른 도금 두께와 금속 와이어 합금 비율을 변경하여 원하는 퓨즈 가용체 폭발 특성을 구현 할 수 있음

- 정격전류의 1000%이상 높은 이상 전류에서 퓨즈의 동작시간을 지연동작 시간 기준인 20ms에 최대한 근접 시키는 동작 설계를 하여 폭발의 에너지를 감소시킬 계획이다. 이를 위하여 높은 비저항과 높은 저항온도계수를 가진 합금을 적용 할 계획이고 절연 case의 강도 상승도 일부 필요

- 이와 같은 동작 및 설계에 대한 경향을 데이터 분석 기법을 활용하여 최적의 sub-miniature fuse를 설계

기술개발 배경
- 퓨즈의 차단 용량은 퓨즈 가용 체를 보호하고 있는 절연성 fuse body와 가용체 간의 공간이 가장 중요한 결정 요인으로 보통 해당 공간이 증가함에 따라 차단 용량이 증가
- 차단 용량을 증가 시키려면 퓨즈의 size를 증가 시키는 것이 제 1 접근 방법임
- 하지만 현재 국내에서 가장 보급률이 높은 스마트폰 충전기의 경우에서와 같이, 전자 제품임에도 불구하고 size의 한계 때문에 메인 퓨즈를 휴대폰 안에 장착할 수 없다.

- 휴대폰 충전기에서 퓨즈 적용 위치의 구조를 확인해 보면 해당위치에는 원통형의 sub-miniature나 더 큰 cartridge fuse가 적용 될 수 없음
- 때문에 각형 sub miniature type을 적용하였지만 아직 해당 품목의 높은 차단용량의 제품이 없어 낮은 차단용량의 제품을 적용하고 있는 실정임

- 각형 낮은 차단용량 제품을 적용할 경우 해당 제품은 먼지, 습기 등으로 인한 단락 회로 상황에서 유입되는 돌입 전류 서지에 대해 아주 취약하며, 해당 상황을 재현한 open-short 시험에서도 급격하게 유입되는 100A 이상의 전류를 감당하지 못한 퓨즈가 폭발하여 화재로 이어지고 있다.

- 이차전지 충전기뿐만 아니라 최근 백열전구의 규제로 인해 각광 받고 있는 LED의 경우도 정격전력 용량의 증가와 광범위한 적용에 의해 기존의 UMF(universal module fuse)가 정격전압(250V)을 만족하지 못하고 있으며 이로 인해 각형 sub miniature fuse가 대체로 사용 되고 있지만, 13.5W이상의 실외용 LED의 차단용량을 만족하지 못하고 있어 화재와 폭발이 우려되는 상황이다.
- 때문에 이와 같이 좁은 공간에서 적용 가능한 높은 차단용량의 퓨즈 혹은 퓨즈 가용 체의 개발이 필요함

핵심개발 기술의 의의
- 본 연구를 통하여 개발된 퓨즈의 설계 기술은 국내 제작 판매되는 전자기기에 적용, 높은 안정성으로 전기에 의한 화재 사고를 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 판단된다.

- 국산화율 4.56%로 국산화가 가장 이루어지지 않은 부품인 퓨즈에 대하여, 본 연구를 통한 기술력의 축적은 이와 같은 산업 환경에서 국내 부품 자립을 위한 기반이 될 수 있으며, 향후 제품화 시 높은 시장성을 확보할 수 있다

- 퓨즈 가용체 설계 기술은 인가되는 전류와 소재의 저항에 의한 발열 용단 시간을 해석하는 기술로, 해당 기술이 개발 완료될 시, 퓨즈뿐만 아니라 전기, 저항 발열을 기본으로 하고 있는 전열선 계통에 단락이나 화재가 없는 안정적인 소재 선정 solution을 제공 할 수 있다.

적용 분야
- 이차전지 SMPS, LED 조명 및 메인퓨즈로 전자 제품 일체

(출처 : 최종보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 제품안전기술기반조성사업 최종보고서 초록 ... 3
• 제품안전기술기반조성사업 주요 연구성과 ... 8
• 목차 ... 11
• 표목차 ... 13
• 그림목차 ... 15
• 수식목차 ... 18
• 제1장 서론 ... 19
• 1절 과제의 개요 ... 19
• 가. 개발 대상 제품(안전 기준) 개요 ... 19
• 나. 퓨즈의 이론적 배경 ... 28
• 2절 연구의 필요성 ... 42
• 가. 연구의 배경 및 목적 ... 42
• 나. 연구의 필요성 ... 45
• 제2장 과제수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 51
• 1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 51
• 2절 개발 범위 및 개발 내용 ... 72
• 3절 수행 결과의 보안 등급 ... 88
• 4절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 89
• 제3장 결과 및 사업 계획 ... 90
• 1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 90
• 가. 연구 개발 최종 결과 ... 90
• 2절 연구 개발 추진 체계 ... 102
• 3절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 103
• 4절 고용 창출 효과 ... 111
• 5절 자체 보안관리 진단표 ... 112
• 끝페이지 ... 113