가정용 및 유사 전기제품의 안전 - EN 60335
2020년 12월 15일
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EN 60335의 요건을 충족하도록 설계할 때 엔지니어는 다른 사고방식을 채택해야 한다. 익숙한 IT와 의료 표준에 비해 일부 설계 한계는 다를 뿐 아니라 잠재 사용자 및 최종 제품도 훨씬 다양하다. 안전 평가에서 예외적으로 다중 결함은 EMI의 영향과 동시에 고려되어야 한다.


• EN 60335가 가정 솔루션을 설계할 때 어떤 영향을 미치는가.
• 안전성 평가 시 EMI의 영향과 동시에 복수의 결함을 고려해야 한다.
• 이중 고장 방지 기능을 통해 어플라이언스를 안전하게 유지하는 방법


표준의 범위


EN 60335 파트 1은 '저전압 지시' LVD 2006/95/EC 및 '기계 지시' 2006/42/EC 또는 '건설 제품 지침' 89/106/EEC와 같은 기타 제품의 전반적인 요구 조건을 어떻게 충족시킬 수 있는지를 정의하는 가정용 및 이와 유사한 전기 제품의 안전 표준이다. 이 다양성은 일반적인 가정에서 다양한 용도로 사용되는 모든 종류의 전기 장비를 사용할 수 있다.


제품들은 종류에 따라 다양하고 많이 사용될 수 있기 때문에 EN 60335는 현재 장난감에서부터 곤충제거장치에 이르기까지 특정 제품의 요구 조건과 관련된 114개의 '파트 2' 표준을 포함하고 있다. 이 때문에 관련 '제2부' 문서도 협의해야 하며, 제1부의 '일반 요구사항'보다 우선한다. 표준 EN 60664-1, '저전압 시스템 내의 장비에 대한 절연 조정. 원칙, 요건 및 시험'에서도 자주 언급된다.


현대의 주방에는 표준으로 적용되는 '전문' 등급의 가전제품이 있을 수 있다. 마찬가지로, 상업용 건물도 국내 시장을 위한 장비를 가질 수 있다. 예를 들어, 돌봄 시설과 같은 '가정 유지' 기능이 있는 호텔, 상점, 사무실 및 모든 곳이 해당될 수 있다. 표준은 이러한 영역도 포함하며, 사무실, 가정 및 의료의 구분이 점점 모호해지고 있다. 전기 울타리 컨트롤러 등 실외 장비도 엄폐돼 있다.


또 다른 적용 가능성 계층은 예상 사용자다. EN 60335는 일반인이 취급, 운영하는 장비를 다루지만, 특히 3세 이하의 매우 어린아이, 3~8세 이하의 보호자 없는 어린아이, 광범위하고 복합적인 장애를 가진 매우 취약한 사람에 대한 규정은 제외한다. 일반적으로 EN 60335는 배터리 작동 장비뿐만 아니라 250VAC 단상 및 480VAC 3상 이하의 정격 입력 전압도 포함하지만, 전원 도구와 같은 일부 특정 가정용품은 자체 별도의 표준으로 적용된다. 이 표준은 특히 오디오, 비디오 및 이와 유사한 전자기기, 의료용 가전제품, 휴대용 전동기 전동공구, 개인용 컴퓨터 및 이와 유사한 장비 또는 운송 가능한 전동공구에는 적용되지 않는다.


전원 공급 장치 설계에 대한 실제적 의미


EN 60950, EN 60065 및 그 후속 EN 62368은 정보 기술 및 시청각 장비에 적용되는 공통 표준이다. EN 60601은 의료분야에 해당하는 것이다. 일부 지역에서는 EN 60335가 덜 엄격하지만 이러한 표준을 충족하는 전력 제품은 EN 60335의 요건을 반드시 충족하지는 않을 것이다.


예를 들어 EN 60950은 조건성이 거의 없는 접근성 부품의 강화 절연에 대해 0.4mm의 고형 절연을 허용하지만 EN 60335는 48시간 건조 열 시험 및 후속 고전압 유전 시험과 함께 소재의 특정 평가가 수행되지 않는 한 2mm로 기본 설정된다. 그 후에도 표준은 과전압 등급 II 환경의 대상 장비의 경우 0.6mm 이상, 등급 III의 경우 1.2mm 이상을 요구한다. 다른 예로는 크립페이지와 간극이 있다.


EN 60335는 일반적으로 스위치 모드 전원 공급기의 경우와 같이 격리된 작동 전압에 30kHz 이상의 주기적 파형이 부과된 경우 IEC 60664를 참조한다. IT 표준 EN 60950과 의료용 IEC 60601은 '실제 RMS 값 또는 DC' 를 사용했을 뿐 이에 대한 규범성은 낮은 반면, 새로운 표준 EN 62368은 IEC 60664를 언급하기도 한다. 이 차이가 연면 거리에서 발생하는 차이는 모든 격리 수준의 기본/보강된 격리/보강된 오염도(PD) 1 환경에 대한 그래프에 나타난 것과 같은 최소 재정의 값이다. 오염도 2와 3의 경우 각각 1.2와 1.4를 곱한다.


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그림 1. 그래프 - 크립페이지 거리는 전압뿐만 아니라 주파수에 따라 달라진다.

실제로 최소값은 더 높은 주파수와 전압에 대한 EN 60335 기본값만 재정의한다. 예를 들어 EN 60335는 1kV 작동 전압, 기본 절연에서 2.4mm PD1이 필요하다. 이 경우 200 kHz 이상의 경우, 3mm의 연면적에 대한 고주파 피크 값이 적용된다.


그렇지 않으면 EN 60335는 일부 영역에서 덜 엄격하다. 예를 들어 EN 60950과 비교했을 때, '기본' 레벨의 내전압 테스트는 1500Vrms와 비교했을 때 1250Vrms이며, 간극 거리는 약간 적고, 접지 임피던스 테스트 전류는 32A가 아닌 25A이다. 그러나 EN 60335의 SELV는 부하가 없는 50V에서 더 낮다. EN 62368, EN 60950의 교체는 어쨌든 개념을 폐기하고 안전하다고 간주되는 최대 전압이 예상 전류와 주파수에 따라 달라지는 에너지 소스(ES) 한계를 참조한다.


이중 고장 보호


최신판에서는 EN 60335-1 표준의 작성자들이 현대 생활 장비의 실상을 정확히 파악했다. 그것은 '스마트'하고 전자 제어장치를 가지고 있고 심지어 인터넷에 연결되어 있을 수도 있다. 예를 들어, 많은 ON/OFF 제어장치가 이제 제품을 '대기' 모드로 전환하는 프로세서에 대한 디지털 입력일 수 있다. 전자 장치가 온도를 모니터링하고 있고 장치를 분리하기 위해 ON/OFF 제어에 의존하는 경우, 전자 장치는 확실히 안전의 일부분이다. 따라서 이 표준은 역사에서 벗어나 다른 곳의 또 다른 단일 결함과 함께 전자 장치의 고장을 고려하며, 사실상 두 가지 결함을 고려한다.


전자적 결함은 단순히 전원 차단 중에 프로세서를 계속 살려두는 코인 셀 배터리가 일상적으로 교체되지 않는다는 것일 수 있는데, 이는 아마도 우리 모두가 인지한 것이다. 이를 테스트하기 위해 표준은 보호 전자 회로(PEC)가 장착된 장비에 기능이 손실되지만 백업 배터리가 분리된 수준으로 천천히 감소하는 입력 전압을 적용하도록 요구한다. 제품은 안전한 상태를 유지해야 한다. PEC의 다른 결함은 기본 절연재의 브리징과 같은 '첫 번째' 결함과 함께 부과되며, 다시 위험이 없는지 점검해야 한다.

 

상상할 수 있듯이, 가능한 결함의 조합은 무엇을 테스트할 것인지에 대한 신중한 엔지니어링 판단을 요한다. 이는 단일 결함을 부과한 후에만 안전한 작동을 추구하는 IT 및 의료 안전 표준과 대비된다.


EMI 유도 고장


예를 들어 IT 및 의료 표준을 충족하는 장비는 EMI를 정의하는 적절한 표준과 EN 61000-4 시리즈의 심각도를 준수해야 하는 EMC 지침 2014/30/EU의 조항을 충족해야 한다. 제품은 계속 기능하는지, 중단하는지, 고장인지에 따라 분류된다. 그러나 장비의 다른 안전 보호 기능을 손상시키는 방법으로 고장을 평가하지 않는다. EN 60335에서는 다시 한번 환경이 잘 제어되지 않고 장비가 일상적으로 유지되지 않을 수 있다는 사실을 인정하여 이 점을 고려한다. 결과적으로, 모든 PEC와 안전 위험의 확인을 위해 수행된 EMC 시험에 고장이 부과된다.


EN 61000에 따른 EMI의 심각도 수준은 일반적으로 높게 설정되며,(표 1 참조) 시험 중 주전원 공급 입력의 서지 피뢰기가 분리된다. 이에 대한 근거는 이러한 구성요소가 마모 메커니즘을 가질 수 있으며 사용 기간 후 효과가 있다고 가정할 수 없다는 것이다. 우리는 지금 세 가지 '비정상적인' 조건을 가지고 있는데, 고장난 PEC, 노후된 서지 억제기, EMI 서지 또는 과도현상이다.


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일반적인 EMC 테스트의 심각도 수준은 높다.

따라서 일체형 전원 공급 장치는 서지 피뢰기 없이 이러한 응력 수준을 견딜 수 있도록 설계되어야 하며, 위험한 방법으로 고장을 일으키거나 유도하지 않아야 한다. 또한 첫 번째 PEC 고장으로 설정된 안전 대기 또는 오프 조건에서 작동 상태로 전환하여 EMI 자극과 PEC 고장에 응답하지 않아야 한다.


소프트웨어 및 안전


EN 60335를 충족하는 가정용 장비의 특정 요건은 단일 고장 조건과 EMI가 적용된 상태에서 제품의 소프트웨어 또는 펌웨어 제어는 견고해야 한다는 것이다. 소프트웨어는 어떤 체계적인 '버그'를 가지고 있지 않아야 하며 안전성이 훼손되지 않도록 개발 중인 검증 및 검증 프로그램의 대상이 되어야 한다. 프로그램 전자장치를 구성하는 하드웨어는 FMEA(Failure Mode and Effect Analysis)로 평가해야 한다. 이 모든 것은 기존의 첫 번째 고장 및 EMI와 프로그램 실행에서 확인된 중요 지점에서 이루어진다.


포괄적인 보호에 대해서는 중복 하드웨어나 효과적으로 자체 시험 및 보고 체계 추가되어야 할 수 있다. 전력 공급 제품의 최신 기술은 종종 디지털 프로세싱과 현장 업데이트 가능한 펌웨어를 통한 제어를 포함할 것이다. 물론 이것 또한 영향을 받는다. EN 60335는 확실히 현대적인 가정용 장비의 현실을 다루고 있으며, 아마도 향후 버전은 무선 연결의 안전성에 대한 영향도 다루어야 할 것이다.

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그림 2. XP Power의 3와트 VCE03 시리즈는 EN 62368과 EN 60335를 충족한다.


EN 60335 응용 프로그램에 전력 제품을 통합한 경험이 있는 전력 설계자 및 제조업체와 협력하여 EMC 및 안전 승인 프로세스를 통해 새로운 가전 제품의 출시 시간과 비용을 절감한다. XP의 제품은 3 ~ 수백 와트의 전력 정격을 가진 EN 60335 승인이 필요한 가열 애플리케이션, 펌프, 수동 건조기, 열 교환기 및 기타 많은 제품에 성공적으로 사용되고 있다.


글/ 게리 보콕(Gary Bocock), XP Power 기술 책임자


저자소개
게리 보콕(Gary Bocock)는 자격을 갖춘 전자공학 엔지니어 겸 공학기술연구소(MIET)의 회원이다. 그는 30년간 전력 공급 산업에서 설계, 개발, 응용, 관리 역할 분야에서 일했다. 그는 XP에서 20년 넘게 다양한 엔지니어링 및 관리 업무를 역임했으며, 현재 기술 이사직을 맡고 있다.


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