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VOL. 516 태양광시장 격변하는�태양광발전�시장동향(2) CEO Insight 블록체인�산업 “규제�개선위한�속도감�있는�결단�필요해” Design & Development 제품�신뢰성과�고장�예측을�위한�새로운�접근�방법 완전한�전기�회로�시뮬레이션�수행하기 머신러닝�연재 머신러닝�프로젝트, 똑똑한�왕자(SmartPrince) 만들기 Technical Series 전기설비�접지�및�피뢰�트러블�예방대책 고압회전기�예방진단�및�관리기술 전기저장장치�개발을�위한�요소기술의�이해(4) Electric Information 2018 05 13509 경기도 성남시 분당구 야탑로 338(야탑동 191) T.(031) 724-6100(代) 등록일자 2016년 10월 5일·등록번호 성남, 라00045 www.kemc.co.kr

VOL. 516 태양광시장 CEO Insight Design & Development 머신러닝 ……„_05월_전기정보지.pdf · 내구성과 휴대성이 좋은 고급하드케이스 충전식 리튬

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VOL. 516

태양광시장• 격변하는�태양광발전�시장동향(2)

CEO Insight• 블록체인�산업 “규제�개선위한�속도감�있는�결단�필요해”

Design & Development• 제품�신뢰성과�고장�예측을�위한�새로운�접근�방법

• 완전한�전기�회로�시뮬레이션�수행하기

머신러닝�연재• 머신러닝�프로젝트, 똑똑한�왕자(SmartPrince) 만들기

Technical Series• 전기설비�접지�및�피뢰�트러블�예방대책

• 고압회전기�예방진단�및�관리기술• 전기저장장치�개발을�위한�요소기술의�이해(4)

Electric Information

2018 05

13509 경기도 성남시 분당구 야탑로 338(야탑동 191) T.(031) 724-6100(代) 등록일자 2016년 10월 5일·등록번호 성남, 라00045www.kemc.co.kr

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전기정보 | 2018년 05월 1

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2 www.kemc.co.kr

본사�및�공장 11181 경기도�포천시�소흘읍�죽엽산로 196번길 12(이가팔리 612-2)대표�전화 031.541.1625 / 영업문의 031.541.2625 / 1793~4 / 팩스 031.541.0863~4홈페이지 www.wonyoungeng.com / 이메일 [email protected]

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전기정보 | 2018년 05월 32 www.kemc.co.kr

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현대전기방호시스템의솔루션

접지 및 서지의 토탈 솔루션을 제공합니다.

본 사 : 경기도 안양시 동안구 호계동 1027-19 LNP센터 5층 TEL : (031)384-1091(代) FAX : (031)384-2177

Noise Premier SolutionNoise Premier Solution

설비의 HW 그리고SW 진단분석에 의한 장비운용 최적화와최고 효율 달성을 위한 해결사 Noise Premier Solution.설비의 HW 그리고SW 진단분석에 의한 장비운용 최적화와최고 효율 달성을 위한 해결사 Noise Premier Solution.

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•최고 성능의 접지 설계 엔지니어링

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■ 생산 및 취급품목

•XIT 서지저접 감지시스템

•전력 및 통신용 서지보호기(SPD)

•접지모니터링 시스템

•Transient Surge 보호설비

•NCT(Noise Cut Transformer)

•전력용 보호계전기(SEPAM)

•PQ 측정 분석 장비

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현대전기방호시스템의솔루션

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8 www.kemc.co.kr

전력기기의 절연 상태진단은Midas 시리즈로

DKSH Korea / 기계 사업부 | 홍 국환 상무이사 (HP 010-3020-0943 / Tel 02-2192-9722) | [email protected]

1. Midas 2881G - Tan delta and Power factor - Short circuit impedance and Excitation Current - Low PD Level : < 300pC - Variable Frequency 15~400Hz - Automatic control and measuring - Max. 15kV 4kVA (Resonat extension up to 15kV, 100kVA)

2. Midas Micro 2883 - Tan delta and Power factor for Transformer - Compact one-box with only 25kg - 12kV High Voltage Source - Variable Frequency 15~400Hz - Accuray of 1x10-4 (tan δ)

Multi Player의 최강자 Type 2293(다기능&측정시간 단축)

- 권선저항, 권수비, 각변위 측정 및 단락임피던스 - 마그네틱 밸런스(Magnetic Balance) - Demagnetisation - Heat Run(Temperature curve and cooling curve) - 1회 측정 케이블 접속후, 모든 측정 수행(시간절감) - Data 전송 : USB 또는 LAN - 100V 16A x 2 Power supply

Partial Discharge(New Virsion)Type DDX 9121 - Modular Design - Simultaneous PD and RIV 측정 - PD pattens like Φ-q-n(phase, magnitude, occurrence) - High resolution spectrum analyzer with oscilloscope - Data acquisition and test report generation - AC and DC measuring modes - Window base software - max. 4 input unit(manual selected)

HAEFELYHIPOTRONICS

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8 www.kemc.co.kr

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DKSH Korea / 기계 사업부 | 홍 국환 상무이사 (HP 010-3020-0943 / Tel 02-2192-9722) | [email protected]

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2. Midas Micro 2883 - Tan delta and Power factor for Transformer - Compact one-box with only 25kg - 12kV High Voltage Source - Variable Frequency 15~400Hz - Accuray of 1x10-4 (tan δ)

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10 www.kemc.co.kr

www.kemc.co.kr

전기조합은 조합원의 기술개발, 인력양성, 판로확보, 인증 등

공동이익 창출을 위한 다양한 사업을 적극 개발, 전개해 나가고 있습니다.

경기도 성남시 분당구 야탑로 338 (야탑동 191) Tel. 031-724-6100 | Fax. 031-704-8337

한국전기공업협동조합 공동상표

땀과 열정, 장인 정신으로 만든최고의 전기기기

KAS V체크마크 인증

인증대상품목

•차단기류 •보호계전기류 •피뢰기류

•변성기류 •개폐기류 •콘덴서

•애자류 •변압기 •케이블 및 접속재

※ 상기 이외의 기계기구와 보호장치

인증획득의 혜택

• 자가용수전설비 사용전검사시 제작사 자체시험 성적서 인정

산업통상자원부 국가기술표준원 인정(제KAS-P-020호)

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전기정보 | 2018년 05월 1110 www.kemc.co.kr

2018 05

등록일자 | 2016. 10. 5

인 쇄 일 | 2018. 5. 5

발 행 일 | 2018. 5. 10

발 행 인 | 곽 기 영

발 행 처 | 한국전기공업협동조합

주 소 | 경기도 성남시 분당구 야탑로 338(야탑동, 한국전기공업협동조합)

Tel. (031)724-6100(代)

Fax. (031)704-8337

홈페이지 | www.kemc.co.kr

편집 및 광고문의 | 스마트앤컴퍼니(주)

Tel. (02)841-0017

Fax. (02)841-0584

인 쇄 처 | (주)에스제이피앤비 (02)3159-9101

본지는 한국간행물 윤리위원회의 윤리강령 및 실천요강을 준수합니다.

Electric Information

ContentsKEMC News(조합 소식) 12

동향뉴스 한전, ‘CIO 100 Awards’ 3년 연속 수상 16산업부, 해상풍력발전사업 허가기준 고시 개정 추진 17현대일렉트릭, 독일 ‘하노버메세’에 ‘전력설비 자산관리 솔루션’ 등 선보여 18LS산전, 독일 하노버 메세 참가 19한전, ‘CIO 100 Awards’ 3년 연속 수상 23

태양광시장격변하는 태양광발전 시장동향(2) 20

Design & Development제품 신뢰성과 고장 예측을 위한 새로운 접근 방법 24완전한 전기 회로 시뮬레이션 수행하기 28차량 추적 시스템 용의 배터리 충전 겸 전원 백업 관리 IC 34차세대 스마트 LED 조명의 핵심,디밍과 레귤레이션 38

머신러닝 연재머신러닝 프로젝트, 똑똑한 왕자(SmartPrince) 만들기 42

Technical Series 전기설비 접지 및 피뢰 트러블 예방대책 56고압회전기 예방진단 및 관리기술 62전기저장장치 개발을 위한 요소기술의 이해(4) 68

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12 www.kemc.co.kr

태양광시장

Kemc

News

전기사랑 마라톤대회 참가

우리조합은 산업통상자원부와 한국전기신문사가 공

동주최하고, 전기조합 등 관련단체들이 후원하여 지

난달 14일(토)에 서울 상암동 월드컵공원 평화의 광장

에서 개최된 「제15회 전기사랑 마라톤대회」에 직원들

의 단합과 공감대 형성을 위해 참가하였습니다. 이 대

회 취지는 “전기의 고마움과 소중함을 국민에게 널

리 알려 전기사랑! 나라사랑! 을 실천할 수 있는 범국

민적 공감대를 형성”하는 것이었으며, 이날 다채로운

퍼포먼스도 진행되고, 우리 조합 직원들은 오랜만에

10KM 및 5KM의 마라톤을 뛰었으며, 타 조합 직원들

과 교류의 시간도 가졌습니다.

납품단가 조정 신청·협의제도 안내

■납품단가 조정 신청�협의 제도란?

공급원가 변동으로 납품단가 조정이 불가피한 경우,

수급기업이 원사업자에게 직접 납품단가조정을 신청

하거나, 조합이 수급기업신청을 받아 납품단가조정

협의를 신청할 수 있게 한 제도로서 원사업자는 10일

안에 협의를 개시하여야 함(하도급거래공정화에 관한

법률 제16조의 2).

■납품단가 조정 신청·협의 요건 변경사항

•현행 : ‘원재료 가격’변동 반영

•변경 : ‘공급원가’변동 반영

※ 공급원가는 재료비, 노무비, 경비를 포함

(2018.7.17부터 변경 시행)

■신청방법

수급사업자 수급사업자

수급사업자가 직접 원사업자에게 납품단가 조정을 신청시

수급사업자의 신청을 받아 조합이 납품단가 조정을 신청시

원사업자(10일 이내에 협의개시)

조정신청 분쟁조정신청

조정신청조정협의신청

분쟁조정신청

1 2

34

중소기업 협동조합(신청 20일이내

원사업자에게 협의신청)

수급사업자원사업자(10일 이내에 협의개시)

수급사업자

전기조합 2018 미국 IEEE 송배전 전시회 참가

한국전기공업협동조합(이사장 곽기영)은 지난달 17

일(화)부터 3일간 미국 콜로라도 덴버에서 개최된 세

계최대 송배전기기산업 전시회인 “IEEE PES 송배전

전시회 2018”에 한국전력공사, 한국전기산업진흥회와

함께 참가하여 북미시장에 우리나라 우수 전력기업

및 기자재의 판로개척을 수행하였습니다.

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전기정보 | 2018년 05월 1312 www.kemc.co.kr

태양광시장

전기정보 | 2018년 05월 13

한국관 전경

참가기업의 제품설명을 듣고 있는 곽기영 이사장 (왼편 세 번째)

동 전시회는 1963년에 설립된 세계최대의 전기, 전

자 기술자 협회조직인 IEEE에서 격년으로 주최하는

세계최대 송배전기기산업 전시회로 금년에는 80여개

국 800여개 기자재업체들이 참가하여 다양한 제품과

기술을 선보였습니다.

특히 이번 전시회에는 한국전력과 전기조합, 전기산

업진흥회가 공동으로 주관하고 20개 중소기업이 공동

으로 한국관을 구성하여 참가하였으며, 참여기업으로

는 신성산전, 파워맥스, 중원, 영화산업전기, 동방전기

공업, 선도전기, 국제전기, 제이앤디전자, 신영중전기,

코스탈, 이디에스, 디투엔지니어링, SW인더스트리, 서

남, 아이캡코리아, 프라임솔루션, 대한광통신, 디티알

전기, 에이치투, 한산AMS텍크가 참가하여 현지 바이

어 및 관련 산업 관계자들의 큰 관심을 받았습니다.

이번 전시회에서는 총 4천만불의 수출상담 실적을

거두는 한편 현지 주요 전력기관 및 바이어와의 협력

네트워크를 강화하였으며 국가관으로는 대한민국, 중

국 2개관이 구성되었습니다.

전기조합은 이번 전시회 이외에도 한전과 함께 중동

지역 수출촉진회 및 베트남, 미얀마, 유러피안 유틸리

티 위크 전시회에 참가할 예정이며 지속적인 수출 교

류확대를 추진할 계획입니다.

단체표준인증 경영간부 교육 실시

우리조합은 2018.04.24(월)~25(수) 까지 1박2일간

단체표준인증 경영간부 교육을 외부 전문기관인 중소

기업중앙회에 위탁하여 실시하였습니다.

단체표준인증 품질관리 담당자 교육 및 경영간부 교

육 문의사항은 제품인증본부 안호균 주임에게 연락

주시기 바랍니다(TEL : 031-724-6162).

[2018년 중동지역 수출촉진회]

참가기업 모집 안내

한국전기공업협동조합은 7. 9(월) ~ 13(금)까지 요르

단(암만) 등 중동지역에서 개최되는 수출촉진회 참가

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14 www.kemc.co.kr

Kemc

News

14 www.kemc.co.kr

기업을 모집하고 있사오니 관심 있는 기업의 많은 참

여를 바랍니다.

•행 사 명 : 2018년 중동지역 수출촉진회

•�행사기간

- 요르단(암만) : 7. 9(월) ~ 7. 10(화) [확정]

- 쿠웨이트 혹은 케냐 예정 : 7. 12(목) ~ 7. 13(금)

※ 터키의 경우 대통령 선거 등 국내정세 불안으로

취소

•�모집규모 : 송배전, 발전분야, IT, 에너지 신산업

분야 10개사

※ 조합 홈페이지(www.kemc.co.kr) 공지사항

(392번 참조)을 통해 참가업체 신청을 접수받고

있습니다.

(참고: 조합홈페이지 공문시행란 275번 긴급수요조사)

※ 문의 : 기술연구소 전석현 차장 (031-724-6148)

[2018년 말레이시아 전기전력, 엔지니어링 및

기계산업 전시회] 참가기업 모집 안내

한국전기공업협동조합은 7. 17(화) ~ 19(목)까지 3일

간 말레이시아 쿠알라룸프르 컨벤션센터에서 개최되

는 “2018년 말레이시아 전기전력, 엔지니어링 및 기계

산업전시회” 참가기업을 모집하고 있사오니 관심 있

는 기업의 많은 참여를 바랍니다.

•�행 사 명 : 2018년 말레이시아 전기전력, 엔지니어

링 및 기계산업전시회 (www.aseanmne.com)

•행사기간 : 7. 17(화) ~ 7. 19(목) [3일간]

•행사장소 : 쿠알라룸프르 컨벤션센터 (KLCC)

•모집규모 : 송배전, 태양광, 신재생�그린에너지,

부스바, 케이블 등 11개사

※ 조합 홈페이지 공문시행란(263번 참조)을 통해 참

가업체 신청서를 5. 11(금)까지 접수받고 있습니다.

※ 문의 : 기술연구소 전석현 차장

우수단체표준 인증업체 추가

우리조합은 지난달 20일(금)에 단체표준인증 운영위

원회를 개최하여 (주)금정기전을 배전반 단체표준 인증

업체에 추가하였습니다. 현재까지 우리조합의 단체표준

인증을 받은 업체는 배전반 74개사, 변압기 7개사, 발전

기 10개사, UPS 7개사, 태양광발전장치 21개사입니다.

인증관련 안내는 조합 ‘홈페이지(www.kemc.co.kr) →

품질인증 → 단체표준인증(EQ)’을 참조하여 주시고 문

의는 전기조합 안호균 주임에게 연락 주시기 바랍니다.

삼가 고인의 명복을 빕니다.

•(주)동신이에이 김명용 대표이사 빙부상[4/27(금)]

동호회 동향

■�한국전기공업인 산악회 제324회 산행

- 일 시 : 2018년 5월 19일(토) 오전 9시 30분

- 장 소 : 아차산(만남의 장소 : 용마산역)

■�한국전기공업인 골프회 2018년 5월 모임 안내

- 일 시 : 2018년 5월 10일 (목)

- 장 소 : 코리아컨트리클럽(경기 용인시 처인구

이동읍 기흥단지로 579)

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전기정보 | 2018년 05월 15

신규가입 조합원

업체명 대표자 주생산품 소 재 지 가 입 일

(주)일진산업 김기찬 전기자재 도소매업 경기 화성시 남양읍 현대연구소로 44-14 2018. 4. 17.

(주)부강 이전우 수배전반 대구 북구 검단공단로21길 54-31 2018. 4. 25.

삼우플랜트(주) 황용연 태양광구조물 충북 음성군 원남면 원남산단로 194 2018. 4. 25.

월드시스템 임대욱 수배전반 부산 사상구 낙동대로 992-21 2018. 4. 25.

2018년 2월 공동판매 사업 계약(발주) 현황

다수공급자계약

(단위:천원)

품 목 건 수 금 액(VAT별도)

배전반 3 588,705

분전반 3 520,159

공동상표 6 535,285

합 계 12 1,644,149

중소기업자간경쟁입찰(한국전력공사변압기)

(단위:천원)

품 목 발주 수량(대) 발주 금액(VAT별도)

고효율주상 382 564,431

아몰퍼스주상 193 164,436

내염형주상(스테인레스) 380 598,514

컴팩트형지상 128 1,122,153

부하개폐형지상 30 296,850

합 계 1,113 2,746,384

지명경쟁추천

(단위:천원)

품 목 건 수 금액(VAT별도)

배전반 4 1,014,743

합 계 4 1,014,743

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제3회 전기�자율주행차 국제표준포럼, 제주도에서 열려

전기�자율주행차 산업의 표준화 동향을 업계에 전파

하고 표준화 관련 이슈 논의와 표준화 전략 발표를 위

한 ‘전기�자율주행차 국제표준 포럼’이 이번달 3일(목)

강병구 국가기술표준원 표준정책 국장, 가브리엘라 엘

리히 국제전기기술위원회(IEC) 글로벌홍보총괄, 일본

경제산업성, 현대 자동차, 폭스바겐, 르노, 자동차부품

연구원, 한국자동차공학회 등 산�학�연�관 전문가 약

250여명이 참석한 가운데 제주 국제컨벤션센터에서

성황리에 열렸다.

국가기술표준원은 이번 포럼에서 4차 산업혁명의 핵

심 동력인 전기차와 자율주행차의 기술경쟁력 강화 및

보급확산 지원을 위해 ‘전기�자율주행차 표준화 전략’

을 발표했다.

국제표준을 선점하기 위하여 우리나라가 기술우위에

있는 자율주행차 시뮬레이션 시험방법 및 전기 자동차

무선충전 상호 호환성 등 5개의 전기차 및 자율주행차

국제표준안을 올해 제안하고, 10개의 자율주행 국제표준

대응위원회 구성해 국제표준화 활동을 강화하기로 했다.

자율주행차 성능평가는 실주행 시험에 의존해야 했

으나, 우리나라가 국제표준으로 제안하는 모의 시험

(시뮬레이션)을 통한 가상주행시험이 가능해, 향후 자

율주행차 시험 비용과 시간이 대폭 감소할 전망이다.

또한 400kW 급 초고속 충전시스템 표준화 등을 통해

충전시간을 획기적으로 감소해 전기차 보급을 촉진하

는 기반을 마련할 계획이다.

포럼에는 현대차, 폭스바겐, 르노 등 전기�자율차 글

로벌 제조업체가 참여해 업계의 기술개발 동향과 표

준화 대응 현황을 공유하고, 현재 개발중인 표준화 이

슈에 대해서 논의했다. 폭스바겐은 400kW 충전이 가

능한 커넥터 기술�표준 현황, 르노는 차량-충전 인프

라 간 통신�서비스�충전 방식인 스마트 충전 표준, 현

대차는 자율주행차의 국제표준 현황을 발표했다. 일

본 경제산업성은 일본 자율차 국제 표준화 활동 전략

과 표준과 기술규제 상호 연계 추진, 쓰리엠(3M)은 미

국의 자율주행 촉진을 위한 법�제도 지원 및 인프라

구축 현황�계획을 소개했다. 또한 한국전지산업협회

및 한국전기연구원에서는 전기차의 배터리�모터�충전

에 대하여 연구개발 및 표준화 동향을 설명하였으며,

자동차부품연구원과 국민대학교는 저속구간 자율주행

표준개발과 차간의 통신을 활용한 자율주행의 상용화

촉진 방안을 논의했다.

국가기술표준원은 이번 포럼을 통해 국내외 전문가

에게 전기�자율주행차의 기술 개발 및 국제표준화 동

향을 공유하고 IEC�ISO 의 국제표준화 활동에 적극 참

여하여 미국�일본�독일 등 주요국가와 전기�자율차

분야의 표준화 협력을 강화하기로 했다. KEMC

2018년전기차및자율차국제표준제안예정목록

기술위원회 (TC/SC) 제안 시기 표준명 (영문, 국문)

TC204/WG14 ’18.10Intelligent transport systems - Cooperative - Partially automated in-lane driving systems(C-PADS) - Performance requirements and test procedures

TC22/SC33/ WG11 ’18.6Road vehicles - Vehicle dynamic simulation and validation - lateral transient response test methods

TC204/ WG3 ’18.7 Shareable Geospatial Databases for ITS Applications - Part 4 : Common Data Structure

IEC TC69 ’18.4 Electric characteristics test methods of EDLC module for Electric road vehicles

IEC TC69 ’18.11 Inter-operability of wireless power transfer system for electric vehicles

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동 향 뉴 스

전기정보 | 2018년 04월 17

산업부, 해상풍력발전사업 허가기준 고시 개정 추진지역 수용성 제고와 풍황자원 계측기 적용기준 등 마련

산업통상자원부는 태양광 등 신재생에너지 발전사

업 추진지역에서의 사전고지, 허가신청 구비 서류

간소화, 풍력발전에 대한 1년 이상의 풍황자원 계측

등의 내용을 담은 발전사업 세부허기기준을 개정�

시행한다.

이번 개정안은 재생에너지 3020 이행계획, 제 8차

전력수급기본계획 등 정부의 에너지전환 정책의 충

실한 이행과 지역에서의 갈등을 최소화하자는 차원

에서 관련 업계와 지자체의 의견을 수렴해 마련했다.

지금까지 신재생에너지 발전사업은 사업주체가 해당

주민에게 사전고지 없이 발전사업 허가를 추진함에

따라 허가과정에서 주민과의 갈등*이 상존했다. 또

한 풍력발전사업(육상+해상) 사업수행능력이 부족함

에도 알박기식의 부지 및 전력계통 선점을 위한 발

전사업 허가신청 남발과 풍황자원에 대한 확인도 거

치지 않은 무분별한 난개발 위험 등의 문제가 많다

는 지적이 있어왔다.

이러한 문제를 해결하기 위해 업계들은 풍력발전 사

업의 경제성과 안정성을 제고하기 위해 풍력발전기가

설치되는 장소에서의 최소 1년 이상의 풍황자원 계측

이 선행되어야 한다고 주장해 왔다.

이 밖에 발전설비 배치계획 증명서류는 조감도로

충분하나 설계도까지 요구하고 있으며, 설계 변경 사

례가 많아 설계도 구비가 무의미하여 조감도만 제출

토록 하는 구비서류 간소화와 환경영향평가를 제외

하는 소규모 태양광 발전 사업에 대해서는 원활한

사업이행을 위해 사업 준비기간을 축소해달라는 의

견도 반영했다.

이번 개정되는 고시의 주요내용은 이행 가능성이 높

은 사업을 중심으로 발전사업 허가 기준을 개정함으로

써, 재생에너지 3020 이행계획을 촉진하는 것으로서

크게 4가지 사항을 담고 있다.

① 발전사업 허가신청 전(前) 사업내용 사전 고지를

통한 주민수용성 제고

발전사업 허가신청 이전에 발전사업자가 지자체

장에게 사업내용을 고지하고, 지자체장은 전자관

보 및 지역주민이 쉽게 알아볼 수 있는 곳에 7일

이상 게시

② 풍력 발전사업 이행능력 기준 강화

사업이행능력이 없는 사업자가 발전부지와 전력

계통 선점을 위해 발전사업허가 신청을 남발하

는 경우를 방지하기 위해, 풍력 발전사업에 대한

풍황자원 계측기 적용기준을 마련하고, 발전사업

허가 신청 시 최소 1년 이상의 풍황자원계측 자

료를 제출토록 개정

③ 발전사업 허가 심사 시 구비서류 간소화

발전설비 배치계획 증명서류는 조감도로 충분하

나 설계도까지 요구하고 있어 조감도만 제출토록

개정

④ 발전사업 허가 이후 사업준비 기간 조정

발전사업 허가 이후 준비기간을 사업규모와 관

계없이 3년을 적용하던 것을 환경영향평가조차

제외되는 소규모 태양광 사업의 경우 18개월로

축소 KEMC

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현대일렉트릭, 독일 ‘하노버메세’에서 ‘전력설비 자산관리 솔루션’ 등 선보여전력설비 운영 최적화, 유지 및 보수 비용 최소화 관람객 호평

현대일렉트릭은 지난달 23일부터 27일까지 독일 하

노버에서 개최된 ‘하노버메세 2018’에 총 128㎡ 규모

의 부스를 마련해 참가했으며, 사물인터넷(IoT)을 기

반으로 한 최신 스마트 에너지 관리사업을 선보여 호

평을 받았다.

이 박람회에서 현대일렉트릭은 ‘전력설비 자산관리

솔루션’ 등 다양한 에너지 솔루션 사업에 대한 활발한

마케팅 활동을 펼쳤다.

‘전력설비 자산관리’는 정보통신기술(ICT)을 활용해

빌딩과 공장, 선박 등에 전력을 공급하는 설비의 운영

을 최적화 해 고객사의 유지�보수 비용을 최소화하는

지능형 솔루션이다.

현대일렉트릭은 전 세계에 공급된 현대일렉트릭 제품

의 상태를 원격으로 확인하고 유지�보수 비용이 어떻게

절감되는지 한눈에 확인할 수 있는 전력설비 자산관리

솔루션 체험 부스를 운영, 현지 고객들의 호평을 받았다.

이외에도 현대일렉트릭은 빌딩이나 공장의 에너지

사용을 최적화하는 ‘에너지 관리 솔루션’과 선박기관

및 전력 계통을 원격으로 관리하며 경제운항을 지원하

는 ‘스마트십 솔루션’ 등을 소개했다.

현대일렉트릭 관계자는 “산업의 패러다임 변화에

발맞춰 최신 정보통신기술을 적용한 스마트 서비스

로 고객만족을 추구할 것”이라며 “다양한 전력설비들

을 편리하게 관리하고 유지�보수할 수 있는 인티그릭

(INTEGRICT)을 통해 자산관리 분야에 획기적인 변화

를 이끌어낼 것”이라고 말했다. KEMC

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전기정보 | 2018년 05월 19

동 향 뉴 스

LS산전이 지난달 23일부터 5일간 독일 하노버에

서 열린 세계 최대 산업전시회인 ‘하노버 메세 2018

(Hannover Messe 2018)’에서 ‘Integrated Solution in

Campus Microgrid’를 메인 콘셉트로 글로벌 수준의

스마트 에너지 분야 통합 솔루션 기술을 선보였다.

LS산전은 총 14부스(125㎡) 규모의 전시 공간에 ▲

캠퍼스 마이크로그리드 체험 ▲디지털트랜스포메이션

(Digital Transformation) ▲플랫폼 기반 고객맞춤형 솔

루션 등 3개 테마를 중심으로 글로벌 고객들이 직접

자사의 솔루션을 체험할 수 있도록 내용을 구성했다.

캠퍼스 마이크로그리드 체험존은 LS산전의 스마트

에너지 대표 프로젝트인 서울대 캠퍼스 마이크로그리

드에 적용된 솔루션을 게임을 통해 고객들이 직접 체

험할 수 있는 기회를 제공했다. 특히 한전과 공동으

로 서거차도에 구축하고 있는

DC(직류) 아일랜드 프로젝트

를 축구 게임과 ESS 충전의

개념을 결합한 체험형 미디어

를 통해 소개, 참관객들의 호

평을 받았다.

또한 유럽을 중심으로 수요

가 급증하고 있는 글로벌 DC

솔루션 시장을 본격적으로 공

략하기 위해 세계 최고 수준

의 기술력을 갖춘 DC 전력기

기 솔루션과 함께 PEBB(펩;

Power Electronic Building

Block)을 용량 단위로 모듈화

해 스마트 독립 운전이 가능한

Modular Scalable PCS(전력

변환장치; Power Conditioning System)도 선보였다.

이와 함께 ▲차세대 배전진단시스템 ▲아마존 웹

서비스를 적용한 클라우드 모니터링서비스(Cloud

Monitoring Service) ▲컴팩트 AIS(공기절연개폐장

치; Air Insulated Switchgear) ▲글로벌 배전반 기

업인 리탈(Rittal)과 공동으로 제작한 배전반 솔루션

도 선보였다.

LS산전 관계자는 “캠퍼스 마이크로그리드와 DC 솔

루션을 통해 글로벌 시장 선점을 위한 경쟁이 치열해

지고 있는 스마트 에너지 솔루션 분야의 경쟁력을 보

여주었다”라며 “하노버 메세에 꾸준히 참가해온 만큼

기존 전력과 자동화 사업은 물론 스마트 에너지 분야

를 선도하고 있는 한국 대표 기업으로서의 역량을 충

분히 알렸다”고 설명했다. KEMC

LS산전, 독일 하노버 메세 참가체험형 미디어로 스마트 에너지 솔루션 소개

전기정보 | 2018년 04월 19

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태양광시장

일본의 태양광발전 동향

1. 일본의 태양광 발전 출하량 추이

일본 태양광발전협회의 출하통계에 따르면 2016년

도 일본 태양전지모듈의 출하량은 6.59GW로, 전년

대비 11,2% 감소했다. 2012년도에 FIT법에 의한 고정

가격매입제도를 도입한 이래 2014년도를 정점으로 그

이후 도입이 감소하여 안정성장기에 접어들면서 분야

별 출하 상황은 주택용과 비주택용이 거의 비슷한 감

소세를 유지하고 있다. 또, 2017년도 2분기까지 일본

내 출하량은 2.5GW로 전년 동기 대비 11% 감소하였

고 시장분야별로는 비주택 분야

가 10% 감소했는데 비해 주택분

야는 24% 감소로 크게 침체되었

다(JPEA 통계모듈 DC 기준).

일본의 태양광발전협회가 발표

한 태양전지모듈 출하통계는 일

본 국내용 태양전지모듈 관련업

체 약 40개사의 자율보고를 기

준으로 한 통계이며, 시장동향의

경향을 파악하는 정보로서 연속

성을 가진 출하동향변화(DC 기

준)를 모니터링하는 데는 효과적

이다. 한편, FIT 법이 도입된 이후

해외 태양전지모듈의 소규모 로

트 및 수입회사를 통해 유통 출하량도 확대되고 있기

때문에 반드시 일본 태양광발전협회의 통계에 100%

반영되어 있다고는 말할 수 없다. 후술하는 FIT 법의

설비인정 도입량의 도입용량에 대해서는 계통에 접속

된 운전 개시 설비용량(PCS 기준의 인정용량)에 대한

시장분석에서는 JPEA 통계에서는 전체 모듈 출하 반

영 비율은 70~80% 정도로 추정되는 것에 유의할 필

요가 있다.

2. 태양광발전설비 인정상황에 대해

2012년 7월부터 2017년 3월말까지 설비인정용량의

격변하는 태양광발전 시장동향(2)

2015년12월「파리기후변화협약」의채택에따라참가국은국제사회가지향하는탈탄소화를향한장기목표와비전을

설정하고금세기후반에는온실가스실질배출량「제로」를목표로한도전이시작됐다.또한2015년9월에는지속가능

한개발목표(SustainableDevelopmentGoals,SDGs로줄임)가유엔정상회의에서채택되어유엔회원국193개국이

2016년부터2030년까지15년간지속가능한사회를목표로행동하는움직임도진행하고있다.2015년부터2016년은

이러한배경에서도세계적인환경�에너지정세가크게변화하는역사적인시기가되었다.

<출처 : 일본신에너지재단 “태양에너지위원회” 조사보고서, 2018. 3.>

그림10.일본의태양전지모듈의출하량추이(JPEA통계자료에서작성)

총계 8,625일본 8,545 총계 7,957

일본 7,137총계 6,859일본 6,340

총계 9,872일본 9,216

총계 2,660일본 2,543

수출일본 비주택(공공,산업)

일본주택

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전기정보 | 2018년 05월 2120 www.kemc.co.kr

태양광시장

누적용량은 84.5GW를 기록했다. 2015년 3월말에 활

발하게 인정되었던 82.6GW 이후 설비 인정의 실효

또는 취소 안건이 신규 인정 신청을 상쇄하여 이후

연간 인정 증가 속도는 거의 보합 수준이다. 시설 규

모 구분에서 보면 표 1에 나타낸 것처럼 10kW 미만

의 주택용은 5.4GW,

비주택용(10kW 이

상)은 79.1GW를 기

록했다(시설 인정

AC 기준).

2017년도의 개정

FIT 법은 2017년 3월

말까지 접속계약을

체결하지 않은 경우

에는 기존의 설비인

정이 실효되어 운용

된다. 개정 FIT 법은

매입가격 기준이 전

력 접속계약이 체결

된 때이므로 인정범

위가 정리되어 실질

적으로 당해연도 내

에 접속계약이 가능

한 안건이 주체가 되

기 때문에 지속적인

도입으로 이행한다고 상정할 수 있다.

일본 경제산업성은 2017년 3월말의 추정 실효인정량

을 4월에 공개하고 있다. 각 전력회사의 접속 검토기

간이 9개월 걸리는 등, 2018년 6월말까지 인정을 취

득하지 못한 안건 및 전원 입찰 과정 참가자 과정 종

표1.2017년말현재도입량과설비인정량 <2017년3월말시점에서재생에너지발전설비도입상황>

설비도입량(운전을 개시한 것) 인정용량

재생에너지발전설비의

개요

고정가격 매수제도도입전

고정가격 매수제도도입 후

고정가격 매입제도도입 후

2012년 6월 말까지의 누적도입량

제도 개시 후 합계2012년 7월~2017년 3월말

태양광(주택) 약 470만kW 475만kW(1,046,038건) 549만kW(1,196,467건)

태양광(비주택) 약 90만kW 2,875만kW(464,811건) 7,905만kW(941,215건)

풍력 약 260만kW 79만kW(263건) 697만kW(6,878건)

지열 약 50만kW 2만kW(29건) 9만kW(110건)

중소수력 약 960만kW 24만kW(285건) 112만kW(598건)

바이오매스 약 230만kW 85만kW(218건) 1,242만kW(845건)

합계 약 2,0670만kW 3,539만kW(1,411,644건) 10,514만kW(2,146,113건)

표2.추정실효인정량

지역A : 2016년 6월말의

FIT인정 수 (신규+이행)

B : 2016년 6월까지 접속신청한 안건2017년 3월까지 접속계약 체결한 수

C :[ ]안은 계통입찰 프로세스 등 대상(B 외수)

인정실효예정※A-(B+C)

전국315.2

만건10,649만kW

269.5만건[0.2만건 ]

7,356만kW527만kW

45.6만건

2,766만kW

태양광(

비주택용)

실효 약1,463만kW(약 26만건)

~2016년 6월 30일의 신규 및 이행인정안건약 7,529만kW(약88만건)

2016년 7월 1일~2017년 3월 31일의 신규인정안건(만kW)

※ 주택용 태양광의 실효상황에 대해서는 조사않았음

그림11.기존FIT제도하의인정조건실효상황(비주택용태양광)

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태양광시장

료 후 6개월 이내에 취득할 수 없는 안건을 각 전기회사

에 청취한 결과, 재생에너지 전체에서 약 27.7GW로 추

정되었다. 실제로는, 27년 3월까지 접속계약이 체결되거

나 바이오매스 조정 등에 의해 실효된 용량은 낮다.

그 결과는 2018년 1월의 조달가격 등 산정위원회에

서 실효상태가 최종적으로 14.6GW(주거용 제외)에 달

한다는 것이 밝혀졌다. 당초 예상에 비해 실효가 적은

것은 2017년 3월까지 접속 및 이행분이 2017년 9월말

까지의 접속계약이 많아진 것으로 추정된다.

설비 도입량은 2012년 7월부터 2017년 3월말까지 누

적용량은 33.53GW가 되고, 2017년 3월말 시점에서는

FIT 도입 이전의 5GW를 더한 38.5GW에 도달하여 도

입량은 순조롭게 확대하고 있다. 2017년 3월말의 설

비인정용량과 도입인정금액과의 차이는 그림 1.2.3과

같이 약 51GW 정도이다.

이번 FIT법 개정으로 과거의 인정이 끝난 안건도,

2017년 4월 이후는 제도가 개정되면서 전력회사와

의 접속계약이 체결되지 않으면 실효한다. 약 15GMW

분이 접속할 수 없게 되면 새로운 인정으로의 전환

은 35GW, 새로운 인정 모두가 도입되면 FIT 대상에

서 70GW, FIT 도입 이전 5GW이 더해지면 총 75GW

가 도입될 가능성이 높다. 2030년 에너지 MIX에서는

64GW를 크게 상회할 것으로 전망된다.

연도별 도입량은 2014년 9.4GW를 정점으로 2016년

에는 6.2GW까지 도입량이 저하하고 있다. 향후 해지

안건의 정리에 따라 다르지만 표 1.2.3과 같이 2MW 이

상의 리드 타임이 긴 안건은 일정 수준

에 운전개시할 것으로 전망된다. 또한

10-50kW 저압 안건에 대해서는 과거

의 분할 설치 건 해지 등으로 대규모 안

건에 비해 실효용량이 많은 것으로 추

정되지만, 대규모 안건에 비해 설치 제

약이 적은 지역 및 배전계통에 여유가

있는 지역도 많이 있기 때문에, 일상적

인 도입이 지속될 것으로 전망된다.

그림13.태양광발전의연도별도입량(2012년7월부터2017년3월말까지)2017년3월말시점누적도입량

2017년 3월말 시점 누적도입량33,498MW

2012년도 2013년도 2014년도 2015년도 2016년도

10kW 미만10~999kW1MW 이상

그림12.태양광발전인정량과도입량의비교(추정실효량)

실효14.6GW

이행5.0 10kW 미만10~49kW50~499kW500~999kW1,000~1,999kW2MW 이상

이행5.0

신인정이행분36W

2012년 7월~2017년 3월누적인정량

2012년 7월~2017년 3월누적도입량

표3.규모별누적인정용량과도입량(2012.7~2017.3말)

MW 발전규모누적인정량(A)

2012.7-2017.3누적도입량(B)

2012.7-2017.3도입률

(A)/(B)

1 2MW 이상 27,557 3,951 14.3%27.8%

2 1M-1999kW 13,209 7,379 55.9%3 500-999kW 5,115 3,427 67.0%

66.9%4 50-499kW 4,701 3,142 66.8%5 10-49kW 28,465 10,854 38.1%6 10kW미만 5,493 4,745 86.4%

합계 84,540 33,498 39.6%

출처: 일본신에너지재단, 태양에너지위원회 조사복소, 2018.3.

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한전, ‘CIO 100 Awards’ 3년 연속 수상 에너지 플랫폼 정책�가이드라인 제정 및 구축 전략 성과

한국전력은 이달 1일(화) 제31회 ‘CIO 100 Awards’수상 기업으로 선정되었다고 밝혔다. ‘CIO(Chief Information

Officer) Awards’는 IT 기반의 창의적 혁신성과가 탁월한 기업 및 기관 등을 선정해 시상하는 것으로 글로벌 리서치

기관인 IDG(International Data Group)가 50여명의 외부 전문위원(CIO, 교수 등)의 1차 심사 및 자체 전문가의 2차 심

층 검증을 거쳐 최종 선정한다.

올해는 전 세계 400여개 기업 등이 경쟁하였고, 선정된 기업 중에 한전은 유일한 전력회사이자 국내 기이며, 3년

연속 수상하였다.

수상의 주요 내용은 4차 산업혁명 시대의 핵심기술인 빅데이터, 인공지능(AI)을 통합(Integration) 지원하는 에너

지 플랫폼 구축을 위한 정책 수립, 개별시스템 중복도입 예방을 위한 상호운용성 기술 가이드라인 제정 및 이에 기

반한 단계별 사업추진 성과 등이다.

한전은 ‘에너지 전환, 디지털 변환’이라는 새로운 변혁의 시대를 맞이해 에너지 플랫폼 기반으로 자산관리 최적화,

설비운영 효율화, 비용절감 등을 추진하고 있다.

에너지 플랫폼은 기존에 운영 중인 각종 개별 시스템들을 공통 플랫폼이라는 중심 플랫폼에 연결시켜 전력설비

운영, 전력사용량, 신재생 에너지관련 데이터 등을 통합적으로 관리할 수 있으며, 개발자 도구(SW)도 제공하여 직

원들이 현장 문제점을 분석하고 개선 아이디어를 빅데이터, AI시스템에서 직접 시뮬레이션 할 수 있게 했다.

한전은 현재 전사적 플랫폼 정책에 기반한 공통 플랫폼 구축을 진행하고 있으며, 내년부터는 이 플랫폼

을 활용하여 다양한 사업모델을 실증할 계획이며 아울러 SW 개발사, 전력그룹사, 표준화기관(TTA: Te

lecommunication Technical Association, 한국정보통신기술협회 등), 국내외 기업 등과 파트너십을 통한 생태

계 조성도 병행해 나갈 예정이다. KEMC

※한국전력수상내용(29회∼31회)

■’16년 ‘차세대 SCADA 프로젝트’

■ ’17년 ‘지능형 전력계량 인프라(AMI)

기술개발 프로젝트’

■’18년 ‘에너지 플랫폼 프로젝트’

동 향 뉴 스

전기정보 | 2018년 04월 23

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글 | 크레이그 아멘티(Craig Armenti), 멘토 보드 시스템 사업부

제품 신뢰성과 고장 예측을 위한 새로운 접근 방법

신뢰성 있는 제품을 생산하는 것으로 알려진 업

체들은 시장에서 신뢰성 없는 경쟁 제품보다 구

매 증가를 통해 보상 받는다. 신뢰성 있는 제품은

고장 위험률, 제품 반품 및 품질보증 요청이 보다

적으며, 이 모든 요소들이 수익성 향상에 기여한

다. PCB 설계자들은 이제 제품 신뢰성을 향상시

키고 보드의 오류 가능성을 줄이기 위해 제조 전

에 설계의 물리적 제약사항과 피로도 문제를 파

악하는 것이 중요하다는 사실을 알고 있다.

물리적 검증 테스트

업계 통계에 따르면, 새로 출시되는 전자 제

품의 사용 첫해 현장 고장률(FFR)은 최대

15%~20%에 이른다고 한다. 열악한 환경에서

는 피로도가 최대 20%의 장애를 일으킬 수 있

다. 대부분의 설계 팀은 물리적 테스트를 통해

신뢰성 문제를 파악한다. 초 가속 수명주기 테

스트(HALT)로 알려져 있는 물리적 진동 및 가

속 테스트는 제품의 신뢰성을 확보하고 환경 요

소로 인한 잠재적 고장을 식별하는 확실한 메커

니즘을 제공한다. 이 테스트는 양산 직전에 수행

되며 전문 기술자를 필요로 한다. HALT 테스트

는 실제 제품이 겪게 되는 것보다 훨씬 더 큰 피

로도를 가함으로써 이루어진다. 이를 통해 제품

이 엄격한 테스트를 거치는 동안 강제로 고장을

일으켜 취약점을 파악한다. 이러한 테스트 과정

은 비용이 많이 들고 파괴적이어서, 최대 네 달

의 기간과 각 설계 별로 평균 3만 달러 이상의

비용이 소요될 수 있다.

군용 제품 및 애플리케이션의 경우, HALT 테

스트는 제품 수용을 위한 초기 오류 감지를 목

표로 적격성 테스트(자격 검사)보다 먼저 수행된

다. 군용 제품(물론 운송 및 기계류)은 고도의 신

뢰성이 요구되는 응용 분야용으로 제작되기 때

문에 가장 열악한 환경에서도 최적의 성능을 발

휘해야 한다. 따라서 전자기 및 물리적 환경을

비롯한 다양한 환경 조건에서 안전 여유(safety

margin)를 가진 포괄적이며 엄격한 테스트를 수

행하는 것이 중요하다. 그러나 실험실마다 결

과가 달라질 수 있으므로 부품의 정확성과 기

능 한계가 드러나지 않고 있다가 현장에서 고장

을 일으킬 수도 있다. 높은 비용과 시장 출시 시

기(타임투마켓) 지연 때문에 실제로 물리적 진동

및 가속 테스트를 거치게 되는 프로토타입 설계

는 소수에 불과하다.

설계 단계의 시뮬레이션을 통한 검증 개선

프로세스를 최적화하고 문제 발견으로부터 이

오늘날의많은전자제품들은많은환경장애(environmentalstress)속에서장시간작동해야한다.신뢰성있는제품을설계해야한

다는것은새로운개념이아니지만,신뢰성을나타내는지표로서“메이드인(madein)”라벨의제품에의존했던시절은이미오래전

에지나갔다.고객들은이제실제생산이어디에서이루어지든관계없이산업전반에걸쳐안전성을기대하고있다.

Design & Development

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전기정보 | 2018년 05월 25

를 바로잡기까지의 시간을 최소화 하기 위해 진동 및

가속도 시뮬레이션이 가능한 소프트웨어를 설계 단계

에 추가해야 한다(그림 1). 이러한 소프트웨어 시뮬레

이션을 수행한다고 해서 물리적 HALT 테스트의 필요

성이 없어지는 것은 아니다. 그러나 설계팀은 레이아

웃 도메인에서의 분석을 통해 조기에 고장 가능성을 제

거함으로써 HALT 비용을 절감하고 신뢰성 전문가들이

겉으로 드러나지 않는 문제들에 더 많은 시간을 집중

하도록 할 수 있다. 전기 설계 분야와 기계 설계 분야를

이어주는 진동 및 가속 시뮬레이션을 통해 테스트 커버

리지를 넓히고 설계주기를 단축시켜 제품 신뢰성을 높

이고 시장 출시 시기(타임투마켓)를 단축할 수 있다.

진동 및 가속 시뮬레이션 시에는 가속 부하를 전 방

향에서 인가하여 상용시 보드가 응력을 받는 곳의 위

치를 분명히 밝혀내야 한다. 효율성을 위해 분석 기능

은 밀접하게 통합되고 사용하기 쉬워야 부품 배치와 동

시에 테스트를 수행할 수 있다. 소프트웨어는 구성품의

무게와 경계 조건에 따라 보드의 물리적 스택업과 소재

를 자동으로 읽어 들여 시뮬레이션 설정을 간소화 해야

한다. 사용자는 시뮬레이션 시에 사용할 스위프 주파수

와 제약 유형 또는 경계조건만 정의하면 된다. 최종적

으로, 사용자는 고조파 주파수를 직접 볼 수 있어야 하

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며 잠재적으로 고장을 야기할 수 있는 모든 구성 요소

에 응력을 가할 수 있어야 한다. 최상의 시나리오는 신

속한 설계 시뮬레이션을 위한 다음 두 가지 옵션을 레

이아웃 도메인에서 제공하는 것이다.

▶ 진동 : 상대 응력과 변형 값을 계산하여 부품 리드

와 핀의 접촉 영역에 존재하는 취약 부분을 정확

히 찾아낸다. 이 결과는 나중에 부품 고장 발생 확

률로 변환할 수 있다.

▶ 등가속도 : 선형 정적 분석을 제공한다. 이를 통해

등가속도를 설계에 적용해 폰 미제스(von-Mises)

응력, 변형 및 안전율을 계산할 수 있으며, 이 모

든 수치는 나중에 해당 부품의 합격/불합격 값으

로 변환할 수 있다.

고장 난 부품을 식별하고 나면 풀 애니메이션 기능

의 포스트프로세서 인터페이스가 제공되어 부품 고

장을 야기하는 정확한 변수와 요인들을 알아낼 수 있

도록 도와준다. 간소화된 포스트프로세서 뷰가 문제

가 있는 부품을 집중 조명하므로, 사용자는 잠재적인

부품 고장을 찾아내 바로잡을 수 있다(그림 2). 따라

서 제품 신뢰성에 대한 전문지식이 없는 엔지니어나

디자이너도 자신들의 설계가 갖고 있는 피로도와 진

동 문제를 손쉽게 알아낼 수 있다. 고급 뷰 모드도 제

공 되므로 제품 개발팀은 이를 통해 제품 고장의 원인

을 더욱 깊이 파고들어 파악해낼 수 있다. 후처리가공

(post processing) 유틸리티는 가상 프로토타입의 시

각화를 맞춤화할 수 있는 능력 외에 중요 영역의 변형

강도를 구성할 수 있는 메커니즘도 제공하여 보드가

어떻게 변형되는지 직접 볼 수 있도록 해야 한다. 보

드의 변형은 풀 애니메이션으로 볼 수 있도록 해서 진

동 분석 시에 보드가 어떻게 휘고 진동하는지 디자이

너가 직접 볼 수 있어야 한다.

대표적인 시뮬레이션 사용 사례

레이아웃 영역의 진동 및 가속 시뮬레이션을 통해

물리적 테스트를 줄일 수 있다. 가상 진동 및 가속 시

뮬레이션의 결과로 감소되거나 제거되는 물리적 테스

트의 예는 다음과 같다.

▶ 배송 중에 발생하는 문제를 테스트하기 위해 어떤

업체는 자사 제품을 전세계의 여러 목적지로 보낸

뒤 다시 반송시킨다. 제품이 아무 문제 없이 반송

되면 합격된 것으로 간주된다. 그렇지 못할 경우에

는 문제 부분을 해결하기 위해 설계를 업데이트하

고 해당 제품의 개정 버전을 작성한 뒤 물리적 테

스트 프로세스를 반복한다.

▶ 사용 중에 발생하는 문제를 테스트하기 위해 어

떤 업체는 자사 제품을 창고 내의 매우 넓은 바닥

에 고정시킨 뒤 물리적 진동 분석을 실시한다. 이

는 물론 비용과 시간이 매우 많이 들고 잠재적 파

괴성도 높은 프로세스이다.

▶ 대형 커넥터를 갖춘 보드를 설계하는 업체들은 필

그림1.설계에진동시뮬레이션을실행한뒤의모습

그림2.포스트프로세서가보여주는보드변형모습에서고장난부품들을분명하게식별할수있다

그림3.최악의경우의변형을야기하는주파수

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전기정보 | 2018년 05월 27

요한 실험 장치를 위한 여유 공간을 두기 위해 커

넥터를 배치하지 않은 채로 물리적 테스트를 수행

해야 할 때가 많다. 이로 인해 테스트 환경이 부정

확해져 거짓 양성(false positive) 결과를 얻게 된

다. 가상 시뮬레이션에서는 최종 제품에서와 마찬

가지로 모든 부품이 제 자리에 갖춰진 상태에서

디자인을 테스트할 수 있다.

이는 물론 가상 진동 및 가속 시뮬레이션을 채택한

결과 물리적 테스트가 줄어들거나 없어지게 되는 몇

가지 예에 불과하다. 모든 산업 전 범위에 걸친 많은

제품들이 이 첨단 기술 활용의 혜택을 누릴 수 있다.

가상 시뮬레이션의 이점

오늘날의 제품들은 열악한 환경에서 많은 문제에 직

면해 이를 극복해야 한다. 고장 예측 알고리즘과 신속

정확한 전자동 유한요소 분석(FEA) 기능을 기반으로

하는 가상 진동 및 가속 시뮬레이션은 신뢰성 지향 설

계(DFR) 분야의 새로운 접근 방법이다(그림 3). PCB

레이아웃 단계에서의 가상 HALT 시뮬레이션은 다음

기능을 비롯해 다양한 이점을 제공한다.

▶문제 부품의 시각화 및 즉각적인 식별

▶ 물리적 테스트에서는 놓칠 수 있는 고장 직전의

부품 발견

▶ 핀 레벨의 폰 베이스(Von-Base) 응력 및 변형 분

석으로 고장 확률과 안전 계수 파악

▶ 고장 위험성이 큰 설계만이 아니라 모든 설계를

시뮬레이션

▶ 첫 번에 제대로 된 공정 설계를 통해 물리적 테스

트 비용 절감

최근 현장에서 고장을 일으켜 뉴스에 나온 제품을

생각해 보자. 품질보증 요구, 사업 손실 및 잠재적인

시장점유율 손실은 최고의 대기업 조차도 엄청난 피

해를 입힐 수 있다. 레이아웃 영역에 있는 상태에서

모든 보드에 대해 가상 시뮬레이션을 실행하는 기능

을 통해 엔지니어와 디자이너는 보드가 제조업체로

보내지기 전, 제품 개발 프로세스 초기에 문제를 발

견할 수 있다.

PCB 시스템의 신뢰성에 대한 독보적인 방법론

멘토, 지멘스 비즈니스는 업계 최초로 PCB 설계에

특화된 진동 및 가속 시뮬레이션 솔루션을 제공하고

있다. Xpedition®기술은 신속하고 정확한 분석을 위

해 개발된 유한요소 엔진을 이용해 사용하기 쉬운 자

동화된 환경을 제공한다. 이 기술은 다른 툴과 달리

PCB 레이아웃 디자이너용으로 최적화되어 있어 시뮬

레이션과 향상된 재설계 작업을 데스크톱에서 수행할

수 있다. Xpedition의 부품 모델링 라이브러리는 업계

에서 가장 광범위해서 4,000개가 넘는 고유의 3D 솔

리드 모델로 구성되어 있으며, 이는 시뮬레이션을 위

한 고해상(highly defined) 부품의 생성에 사용된다.

사용자는 이 3D 라이브러리를 이용해 해당 기하학적

구조를 자신의 2D 셀 데이터베이스와 손쉽게 일치시

킬 수 있다. 디자이너는 해당 부품 모델을 보드 상에

서 조립한 뒤 이를 자동적으로 맞물리게 하여 성능 분

석을 수행할 수 있다. 여기에는 필요한 모든 보강재와

기계 부품들이 포함되어 있다.

사용자는 직관적인 프리 프로세서(pre-processor)

와 마법사를 통해 신속하고 정확한 가상 프로토타이

핑 실행을 위한 시뮬레이션을 빠르고 손쉽게 설정할

수 있다. 특허 받은 포스트프로세서 기술을 통해 디자

이너는 고장 가능성이 큰 부품들을 신속하게 찾아내

그 경계 조건, 재료 특성 및 환경 프로필을 분석할 수

있다. 또한 등가속 조건, 핀 레벨의 폰 미제스(Von-

Mises) 응력, 상세 응력 및 변형 플롯에 대한 안전 계

수 시뮬레이션과 3축 사용자 정의 힘 벡터(X, Y, Z) 시

뮬레이션과 같은 특수 애플리케이션을 위한 가속 응

력 시뮬레이션을 수행할 수 있다. KEMC

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고속 전자 기기

인쇄 제조 공정 기술을 사용하여 집적 회로를 생산

하기 시작한 이후부터 전자 기기의 자동 설계가 진화

해 왔다. 레이아웃과 설계를 함께 검토할 수 있는 환경

이 마련되자 신호의 속도가 증가하였고, 이에 따라 설

계 엔지니어는 짧은 신호 상승 시간과 전송 선로 효과,

그리고 신호간섭(crosstalk)과 같은 신호 무결성 문제에

직면하게 되어 전자기 모델링이 필요해졌다. 오늘날과

같이 높은 패키징 밀도, 빠른 신호, 높은 주파수 환경에

서 최적의 성능 달성하고 신뢰성을 확보하려면, 레이아

웃 툴과 전자기분석 툴을 함께 사용해야 한다. 이제 회

로 및 시스템 분석은 더 광범위한 전자기적(EM) 어셈블

리 솔루션을 촉진하는 요소가 아니라 그 일부가 됐다.

완전한 전기 회로 시뮬레이션 수행하기

글 | 앤시스코리아(www.ansys.com)

Design & Development

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전기정보 | 2018년 05월 29

회로의 과도 분석을 레이아웃 툴에서 바로 실행할 수 있

으므로 전기 엔지니어가 IC 패키지와 PCB, 커넥터, 케이

블을 조합하여 가상의 디지털 전자 시스템을 설계하고,

적절한 기술을 활용하여 시스템 분석을 수행할 수 있다.

앤시스의 혁신: 어셈블리 모델링, 3D 부품 및 자동화

전기전자 엔지니어는 PCB와 IC 패키지, 부품의 모델

을 연결하는 데 오랫동안 회로도 기반의 설계를 사용

해 왔다. 이 방법은 비교적 단순한 설계에는 유용하지

만 더 크고 복잡한 설계에서는 번거롭고, 오류가 발생

하기 쉽다. 엔지니어가 단 하나의 노드 연결을 실수해

도 시뮬레이션 결과가 크게 부정확해 진다. 레이아웃

기반의 어셈블리는 개별 부품의 실제 3D 모델을 조합

하여 회로도를 생성할 필요가 없으므로 더 우수한 방

법이다. 레이아웃 기반의 설계 환경은 기판에 부품을

배치하는 즉시 모든 전기적인 연결이 생성됨으로써 고

급 3D 전자기 시뮬레이션이 가능한 모델을 제공한다.

이 방식은 시뮬레이션을 위한 형상 설정을 간소화함으

로써 엔지니어가 레이아웃 환경에서 완전한 전기 회로

시뮬레이션을 수행할 수 있도록 한다.

전기 기계 설계

ABB의 연구에 따르면 전기 모터는 전 세계 산업 전력

소비의 3분의 2를 차지하며, 이는 전 세계 총 전력 소비

의 28%에 해당한다[1]. 전 세계에서 매년 24,000KWh

에 가까운 전기 에너지를 소비한다는 사실을 고려하

면 엄청난 양의 에너지이다[2]. 모터 효율을 1%만 향

상시켜도 약 34,065리터(9,000갤런)의 연료를 소비하

는 트럭 8,100만 대에 해당하는 연료를 절감할 수 있다.

8,100만 대는 바퀴 18개짜리 트럭을 일렬로 세웠을 때

지구를 반 바퀴 돌 수 있는 엄청난 양이다. 이러한 에너

지 절감은 확실히 연구할 가치가 있다. 앤시스 시뮬레

이션 소프트웨어는 전기 기계 설계자가 설계를 최적화

하고 에너지 효율을 향상시키도록 도와준다.

RF와 무선

안테나는 우수한 무선 기기 성능을 위해 중요하며,

IoT, 자율 주행과 같은 혁신을 달성하는 데 필요하다.

오늘날의 무선 기기는 다양한 무선 통신 서비스 및

MIMO(다중입출력, multiple input multiple output) 프

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로세싱을 위한 여러 개의 안테나를 탑재하고 있으며,

사무실, 가정 또는 자동차와 같이 크고 복잡한 전자

기기가 공존하는 환경에서도 정상적으로 작동해야 한

다. 최신 앤시스 제품 혁신은 업계 선두의 기업들이

규모나 최종 응용 분야에 관계없이 신뢰할 수 있는 안

테나를 설계할 수 있도록 지원하고 있다.

앤시스의 혁신: 안테나 통합 및 설치된 안테나 성능 검증

ANSYS HFSS 고주파 전자기장 소프트웨어를 이

용하면 안테나 설계와 설정 그리고 분석을 간편하

게 수행할 수 있다. ANSYS HFSS는 안테나 전문

지식이 없는 엔지니어를 포함한 모든 엔지니어가

안테나를 설계하고, 최적화하며, 시스템에 통합할

수 있게 도와준다. ANSYS HFSS SBR+는 HFSS를

위한 강력한 SBR(Shooting and Bouncing Ray)

전자기장 솔버 옵션으로, 전기적 대형 플랫폼에 탑

재된 안테나의 성능 분석을 제공한다. HFSS에서

“�자동차나 비행기, 선박의 전기화를 위해서는 새로운 방식의 사고와 설계를 통해 전기 기계와 전자 기기 등 기존 산업 부품들의 성능을 기존 수준 이상으로 끌어올려야 한다.”

▲ANSYSHFSS를이용한스마트폰시뮬레이션왼쪽은전체주파수대역에서안테나와부품간의커플링(coupling)영향을보여주고있으며,오른쪽은이에대한3D형상을보여준다.HFSS는설치된안테나의성능,그리고광범위한주파수에서안테나와PCB신호간의커플링을예측한다.

▲WEG의 전기 기계는 가상의 설계가 어떻게 현실의 혁신으로이어지는지를보여준다.WEG는앤시스시뮬레이션을사용하여동급최고의에너지효율성,현저히낮은소음및10만시간이상의수명을달성했다.

Design & Development

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전기정보 | 2018년 05월 31

설계한 개별 안테나를 이용하여 어레이 안테나를 구

성하고 전기적 대형 플랫폼에 가상으로 배치한 후,

HFSS SBR+를 사용하여 신속하게 분석할 수 있다.

이 강력한 조합은 설치 성능 분석 및 안테나 배치

최적화에 사용될 수 있다.

앤시스의 혁신: 종합적인 다중 물리 워크플로

ANSYS Maxwell 소프트웨어는 선형 병진 운동 및

회전 운동으로 인한 운동 유도 효과, 자기 이력 현상

(hysteresis) 분석, 영구 자석의 소자(demagnetization)

및 기타 주요 전자기 기계 파라미터를 포함하여 기계

의 정밀한 성능 계산을 수행함으로써 모터의 효율을

개선한다. 또한 Maxwell은 ANSYS Workbench 플랫

폼을 통해 ANSYS Mechanical, ANSYS Fluent 또는

ANSYS Icepak과 동일한 CAD 데이터를 공유하고 이

들 솔루션과 연동하여 응력, 열, CFD 및 음향 분석을

수행할 수 있다. 전기 기계의 효율에 영향을 미치는 광

범위한 요소를 상세하게 분석하려면 이러한 다중 물리

분석 능력이 반드시 필요하다. 예를 들면 제품의 냉각

전략을 수립하기 위하여 제품의 온도 분포를 계산하려

▲ANSYSEMIT는복잡한RF환경에서시스템성능을평가할수있는유일한RF간섭검증툴이다.여기에표현된EMIT데스크톱에는HFSS모델,무선회로및시나리오매트릭스(오른쪽상단)가포함되어있다.시나리오매트릭스에서빨간색사각형은해결해야할RFI문제가여러개있음을나타내고,녹색사각형은현재문제가없음을나타낸다.

▲안테나어레이

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고 CFD 소프트웨어를 활용할 때 Maxwell에서 계산된

손실을 입력 값으로 활용할 수 있다.

또한, Maxwell에서 계산된 전자기력과 토크값을

ANSYS Mechanical의 입력값으로 사용하면 제품의

변형을 분석하고 나아가 잠재적 진동을 평가할 수 있

다. 이와 같이 심층적인 다중 물리 분석은 앤시스 플

랫폼의 독자적인 특징이며 기계 설비의 소비 전력을

대폭 절감할 수 있다.

앤시스의 혁신: RF Co-Site 예측

무선 장치의 수는 증가하는 데 비해 운영 스펙트럼은

그대로 유지되어, 통신 시스템이 서로 간섭하거나 인

접한 시스템의 성능을 저하시킬 가능성이 커졌다. 현

재 ANSYS RF Option에는 RF Co-Site와 다중 무선 송

신기 및 수신기의 EMI 간섭을 예측할 수 있는 업계 최

고의 소프트웨어인 ANSYS EMIT가 포함되어 있다.

강력한 연결을 통하여 플랫폼과 안테나 커플링 관련

한 정보가 HFSS로부터 EMIT로 자동 전송된다. EMIT

가 제공하는 무선 회로 요소의 라이브러리와 거동

모델을 사용하여, 설계자는 신속하게 RF 시스템

을 구성하고 실제 운영 환경에서의 시스템 성능을

확인할 수 있다. 여기에는 다른 무선 안테나의 간

섭뿐 아니라 회로에서 발생하는 예상치 못한 간섭

도 포함된다.

이 소프트웨어는 상호변조(intermodulation)와

같이 복잡한 문제를 진단하는 툴을 제공한다. 모

든 간섭의 정확한 경로가 상호 작용 다이어그램

에 표시되어 손쉽게 문제의 원인을 식별할 수 있

다. 일단 문제의 원인이 식별되면 시뮬레이션을

통하여 제안된 문제 해결책의 효과를 검증할 수 있으

며, 결과적으로 시나리오 매트릭스에 보여지는 것처

럼, 간섭 없는 설계를 구현할 수 있다.

앤시스의 혁신: 고성능 컴퓨팅

엔지니어링 시뮬레이션 분야에서 가장 두드러

지는 발전 중 하나는 HPC(고성능 컴퓨팅, high-

performance computing)이다. 기업은 이제 수십, 수

백 내지는 수천 대의 컴퓨팅 노드를 사용하여 더 크

고 더 많은 모델을 더욱 신속하고 정확하게 분석할

수 있다. 앤시스 소프트웨어는 단일 다중 코어 시스

템에 최적화되고 클러스터를 완벽하게 활용하도록

확장할 수 있는 획기적인 수치 해석 솔버와 HPC 기

술을 제공한다. 확장 가능한 클러스터를 사용하여 파

라메트릭 분석을 수행하면 설계 탐색의 속도를 크게

향상시킬 수 있다. 다중 코어를 사용하여 모터의 설

계 치수나 구동 전류, 토크 부하 등 여러 분석을 위한

매개변수에 대한 수많은 설계점을 동시에 평가하고

분석할 수 있다. 또한 ANSYS Maxwell의 새로운 시

간 분해 분석법(TDM, time decomposition method)

은 최신 컴퓨팅 클러스터의 장점을 최대한 활용한다.

ANSYS Maxwell의 시간 분해 분석법(TDM)은 전기

모터나 평면 자석, 전력 변압기의 전체 과도 전자기

장 시뮬레이션을 수행하는 데 필요한 컴퓨팅 용량과

“�현재 ANSYS RF Option에는 RF Co-Site 및 다중 무선 송신기 및 수신기의 EMI 간섭을 예측할 수 있는 업계 최고의 소프트웨어 ANSYS EMIT가 포함되어 있다.”

최종효과 분할된자석

▲전기기계의3D효과는최종제품의성능에상당한영향을미친다.

Design & Development

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전기정보 | 2018년 05월 33

속도를 지원한다. 따라서 엔지니어가 과도해석을 수행

할 때 한번에 한 time step씩 순차적으로 분석을 수행

하는 것이 아니라 네트워크로 연결된 컴퓨터 및 컴퓨

팅 클러스터의 다중 코어로 분산시켜 모든 time step

을 동시에 분석할 수 있다. 시간 분해 분석법(TDM)

을 활용하면 설계 단계에서 완벽한 3D 분석이 가능하

며, 전기 기계에서 일반적으로 사용되는 권선 말단 효

과나 분할 자석과 같이 세세한 부분까지 몇 시간 안에

탐색하고 검토할 수 있다. 이렇듯 시뮬레이션 역량과

속도가 크게 향상됨에 따라, 엔지니어는 개발 초기 단

계에서 전력 소비를 줄이는 것과 같은 여러 설계 사양

을 충족하기 위해 더 많은 옵션을 탐색할 수 있다.

미래

미래의 전자 제품 혁신은 광범위하게 이루어지고, 다

양한 업종에 적용될 것이다. 이러한 혁신을 달성하려면

엔지니어가 필요한 모든 물리 및 시스템 효과를 적용하

여 완전한 전기 및 전자 제품을 설계하고 시뮬레이션

할 수 있으며 복잡한 집적 회로의 세세한 부분부터 자

동차와 같은 제품 전체가 포함된 플랫폼이 필요하다.

과거에는 시뮬레이션이 전문가만의 영역으로 인식되

었으며 주로 설계 후 성능 검증 목적으로 사용됐다. 하

지만 이제는 첨단 자동화 기능을 통해 제품 개발팀이

개발 프로세스 초기에 더 많은 시뮬레이션을 수행할

수 있게 되었으며, 설계 단계에서 다양한 설계 사양을

신속하게 평가하는데 사용될 것이다.

ANSYS 전자기 제품은 모터, 회로 기판 또는 안테나

의 전자기 거동을 시뮬레이션할 뿐 아니라, 이를 실제

운영 환경에 가상의 방식으로 배치하여 다른 어레이

안테나와의 간섭까지 고려한 실제 성능을 확인할 수

있다. ANSYS의 제품은 혁신을 실현한다. KEMC

참고

[1] ABB, High-efficiency motors: “Haze Killers”, 2017년 8월. abb.com[2] Enerdata, Global Energy Statistical Yearbook 2017, 2017년 8월.

yearbook.enerdata.net

▲랩톱컴퓨터에사용되는메인보드상에커넥터와도우터카드(daughtercard)가올라간통합시스템어셈블리의3D모델

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머리말

차량 추적 시스템을 사용함으로써 한 대 혹은 여러 대

의 차량들을 모니터링할 수 있다. 차량 추적 시스템은

자동 추적 하드웨어 및 소프트웨어로 이루어지며 데이

터 수집과 경우에 따라서는 데이터 전송을 할 수 있다.

전세계 차량 관리 시장 규모는 2015년에 80억 달러 규

모에서 2022년에 220억 달러로 증가함으로써 2016년

부터 2023년에 이르기까지 20%의 CAGR(연평균 성

장률)로 성장할 것으로 전망된다(출처: Global Market

Insights). 남미, 중동, 아프리카 같은 지역에서 상업용 차

량의 수요가 증가하는 것이 이러한 성장에 한 몫을 할

것으로 기대된다. 유럽과 북미를 비롯한 선진국 지역에

서는 자동차에 IoT 기술을 도입하는 것과 맞물려 차량

추적 시스템 도입이 증가할 것으로 예상된다. 다만 지금

까지는 높은 비용이 걸림돌이 되어 왔다. 아시아태평양

지역의 차량 추적 시장도 이 기간에 큰폭으로 성장할 것

으로 전망된다. 이 지역에서는 일본, 인도, 중국이 성장

을 견인할 것이다. 이들 국가에서 상업용 차량의 수요가

많기 때문에 그만큼 성장 잠재력이 크다고 할 수 있다.

능동 추적 대 수동 추적 시스템

능동 및 수동 추적 시스템은 데이터를 수집하는 방

식도 동일하고 정확도도 같다. 두 타입에 있어서 가

장 큰 차이점은 시간이다. 능동 추적 시스템은 위성이

나 셀룰러 망을 통해서 데이터를 전송할 수 있기 때문

에 “실시간 추적”이라고도 한다. 그러므로 자동차가

Design & Development

글 | Steve Knoth, Analog Devices

차량 추적 시스템 용의 배터리 충전 겸 전원 백업 관리 IC

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전기정보 | 2018년 05월 35

어디에 있는지를 바로 알 수 있다. 차량의 이동을 컴퓨

터 화면 상에 실시간으로 표시할 수 있기 때문이다. 그

러므로 능동 추적은 물품의 운송 효율을 높이고 운전

자의 운전을 모니터링하고자 하는 기업들에서 사용하

기에 적합하다. 능동 추적은 또한 “geo-fence”기능이

가능하다. 다시 말해서 자동차가 사전에 지정된 경계

로 진입하거나 벗어났을 때 경보를 울릴 수 있다(출처:

RMT Corporation). 또한 이러한 시스템을 사용함으로

써 도난을 방지할 수 있으며 도난된 차량은 더 쉽게 찾

을 수 있다. 하지만 능동 GPS 추적 장치는 수동 장치

보다 더 비싸며 다달이 서비스 요금을 지불해야 한다.

이와 비교해서 수동 추적 시스템은 가격이 더 저렴

하고, 더 작고, 덜 드러나게 할 수 있다. 단점은, 데이

터 저장이 제한적이라는 것이다. 수동 추적은 정보를

장치 상에 저장하며 데이터를 원격지로 전송하는 것

은 하지 않는다. 이 정보를 보려면 추적 장치를 자동차

로부터 꺼내서 컴퓨터로 연결해야 한다. 이러한 시스

템은 개인이 직업상 자신의 마일리지를 추적하고자 하

거나 또는 기업들에서 자사 차량을 정해진 용도가 아

닌 다른 용도로 남용하지 못하도록 방지하고자 할 때

사용하기에 적합하다. 또한 사람들의 활동을 확인하는

데도 사용될 수 있다(범죄 수사 등). 수동 추적 시스템

은 즉각적인 피드백이 필요하지 않고 데이터를 주기적

으로 확인하고자 하는 경우에 적합하다.

두 타입 모두 특성적으로 휴대가 가능해야 하며 폼팩

터가 비교적 작다. 그러므로 전원 중단 시에 데이터를

저장하기 위한 백업 기능으로서 배터리 전원이 필요하

다. 높은 자동차 시스템 전압과 배터리(통상적으로 단

일 셀 리튬이온 전지)를 충전하기 위해서 필요한 전류

때문에 스위치모드 차저가 바람직하다. 선형 배터리

충전 IC에 비해서 충전 효율이 더 높기 때문이다. 그러

므로 낭비되는 전력이 열로 발생되는 것이 덜하다. 일

반적으로 임베디드 자동차 애플리케이션은 입력 전압

이 30V까지 이르거나 혹은 그보다도 높을 수 있다. 이

러한 GPS 추적 시스템 용으로는 정격 12V부터 단일

셀 리튬이온 배터리(3.7V 정격)까지 가능하고 과도하

게 높은 입력 전압(배터리 이상으로 인한 전압 트랜션

트 등)에 대한 보호 기능과 일정한 형태의 백업 기능을

갖춘 차저를 사용하는 것이 이상적이다.

배터리 충전 IC 고려사항

기존의 선형 토폴로지 배터리 차저는 소형 풋프린

트, 단순성, 적당한 가격대가 장점이다. 하지만 선형 차

저는, 입력 및 배터리 전압 범위가 제한적이고, 비교

적 전류 소모가 높고, 충전 종료 알고리즘이 제한적이

고, 비교적 효율이 낮다는 것이 단점이다. 이와 비교해

서 스위치모드 배터리 차저는 우수한 토폴로지, 유연

성, 다중 소재 충전, 높은 충전 효율(그러므로 열 발생

을 최소화하고 충전 시간 단축), 넓은 동작 전압 범위

를 특징으로 한다. 물론 언제나 그렇듯이 단점이 없는

것은 아니다. 스위칭 차저의 단점은, 가격대가 비교적

높고, 인덕터 기반 디자인이 좀 더 복잡하고, 잡음을

발생시킬 수 있고, 풋프린트가 더 크다는 것이다. 최

신 납축전지, 무선 전원, 에너지 포집, 태양광 충전, 원

격 센서, 임베디드 자동차 애플리케이션 모두가 위에

서 언급한 장점들 때문에 스위치모드 차저를 주로 많

이 사용하고 있다.

기존 추적 시스템의 백업 전원 관리 시스템은 다중의

IC, 고전압 벅 레귤레이터, 배터리 차저, 그 외의 다수

의 소자들을 포함함으로써 결코 컴팩트한 솔루션이라

고는 할 수 없다. 통상적인 추적 시스템 애플리케이션

은 저장 및 백업 용으로 자동차 배터리와 1셀 리튬이온

배터리를 사용한다.

그러면 왜 추적 시스템으로 고도의 통합적인 전원 관

리 솔루션이 필요한지 살펴보자. 우선은, 추적 장치의

크기 자체를 줄여야 하기 때문이다. 이 장치는 작으면

작을수록 좋다. 또한 배터리를 안전하게 충전하고 IC를

전압 트랜션트로부터 보호해야 하는 요구 때문이다.

시스템 전원이 중단되었을 때 시스템 백업을 위해서,

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그리고 최대 4.45V인 GPRS(general packet radio

service) 칩셋의 비교적 낮은 레일 전압을 구동하기

위해서는 이 기능이 꼭 필요하다.

전원 백업 관리

위의 요건들을 충족하는 통합적인 전원 백업 관리

및 충전 솔루션을 위해서는 다음과 같은 특성들을 갖

추어야 할 것이다:

• 동기 벅 토폴로지를 사용해서 높은 효율을 달성한다.

• 넓은 입력 전압 범위는 다양한 유형의 입력 전원

을 수용할 수 있으며, 높은 전압 트랜션트에 대한

보호 기능을 포함해야 한다.

• GPRS 칩셋을 지원하기에 적절한 배터리 충전 전

압이어야 한다.

• (마이크로컨트롤러를 필요로 하지 않고) 온보드 충

전 종료 기능을 사용해서 자율적으로 동작할 수

있어야 한다.

• PowerPath 제어는 전원 중단 시에 입력 전원과 백

업 전원을 매끄럽게 전환할 수 있다. 또한 입력 단락

이 발생되었을 때 역류 차단을 할 수 있어야 한다.

• 입력에 문제가 있을 때 시스템 부하를 구동하기

위한 배터리 백업을 제공해야 한다.

• 공간이 제한적이므로 풋프린트가 작고 두께가 얇

아야 한다.

• 향상된 패키징을 사용해서 열 성능과 공간 효율을

높일 수 있다.

바로 이러한 요구를 충족하는 제품으로 Analog

Devices는 LTC4091을 출시했다. LTC4091은 메인 전

원이 장시간 중단되더라도 계속해서 작동되어야 하는

3.45V~4.45V 전원 레일 용의 포괄적인 리튬이온 배

터리 백업 관리 IC이다. LTC4091은 출력 조절 가능

한 36V 벅 컨버터로서, 시스템 부하로 전력을 공급하

면서 벅 출력을 사용해서 고효율 배터리 충전을 할 수

있다. 외부 전원을 사용할 수 있을 때면 최대 2.5A에

이르는 총 출력 전류와 단일 셀 4.1V 또는 4.2V 리튬

이온 배터리로 최대 1.5A의 충전 전류를 제공할 수 있

다. 그러다가 메인 입력 소스가 중단되고 더 이상 부

하로 전력을 제공할 수 없으면, LTC4091이 백업 리

튬이온 배터리로부터 내부 다이오드를 통해서 시스템

출력 부하로 최대 4A까지 제공할 수 있으며, 외부 다

이오드 트랜지스터를 사용하면 거의 제한 없이 전류

를 제공할 수 있다. 민감한 하위 부하들을 보호하기

위해서 최대 출력 부하 전압은 4.45V이다. 또한 이 제

품의 PowerPath 제어는 전원 중단 시에 입력 전원과

백업 전원 사이를 매끄럽게 전환할 수 있으며 입력 단

락 시에 역류 차단을 할 수 있다. LTC4091을 사용할

수 있는 애플리케이션으로는 차량 및 자산 추적, 자동

차 GPS 데이터 로거 및 텔레매틱스 시스템, 보안 시

스템, 통신, 산업용 백업 시스템을 들 수 있다.

또한 LTC4091은 60V 절대 최대 입력 과전압 보호

기능을 포함하므로, 높은 입력 전압 트랜션트를 견딜

수 있다. 또 LTC4091의 배터리 차저는 리튬이온 배

터리 백업 애플리케이션에 따라서 핀을 통해서 2가지

충전 전압을 선택할 수 있다. 표준적인 4.2V와 4.1V이

다. 그러므로 배터리 사용 시간이냐 아니면 충전/방전

사이클 수명이냐에 따라서 적절한 전압을 선택할 수

있다. 그 밖에도 소프트 스타트와 주파수 폴드백(스타

트업 및 과부하 시의 출력 전류 제어), 세류 충전, 자

동 재충전, 배터리 부족 시 예비 충전, 충전 타이머 종

Design & Development

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전기정보 | 2018년 05월 37

료, 과열 보호, 온도 검증 충전을 위한 서미스터

핀을 특징으로 한다.

LTC4091은 로우프로파일(0.75mm) 22리드

3mm x 6mm DFN 패키지로서, 후면 금속 패드를

적용함으로써 열 성능이 우수하다. 그리고 -40℃

~+125℃로 동작한다. 그림 1은 애플리케이션 회

로 예를 보여준다.

과열 보호

과열로 인해서 IC 자신이나 주변 소자들이 손

상되는 것을 방지하기 위해서, 다이 온도가 대략

105℃까지로 상승하면 내부적인 열 피드백 루프가

프로그램 된 충전 전류를 자동으로 낮춘다. 그러므

로 LTC4091을 고전력 동작이나 또는 높은 주변 온

도로 인한 과열로부터 보호할 수 있다. 특정한 회

로 보드 디자인으로 전력 취급 용량에 한계를 가함

으로써 LTC4091이나 외부 소자들을 손상되지 않

도록 보호할 수 있다. 이 과열 보호 루프의 장점은,

최악 상황 조건이 아니라 실제적으로 예상되는 조건으

로 충전 전류를 설정할 수 있다는 것이다. 최악 상황 조

건 시에는 배터리 차저가 자동으로 충전 전류를 낮출 것

이기 때문이다.

자동차 콜드 크랭크 상황 극복

자동차 애플리케이션은 콜드 크랭크 같은 상황일 때

큰폭의 전원 전압 변동을 겪을 수 있다. 그러면 고전압

스위칭 레귤레이터가 레귤레이션을 하지 못하게 되고

그러면 VIN을 회복했을 때 과도한 VC 전압이 발생되

고 결과적으로 과도한 출력 오버슈트가 발생될 수 있

다. 콜드 크랭크 조건으로부터 회복할 때 오버슈트를

방지하기 위해서는 RUN/SS 핀을 통해서 LTC4091의

소프트 스타트 회로를 리셋 해야 한다. 그림 2는 자동

으로 브라운아웃 조건을 감지하고 RUN/SS 핀을 리셋

해서 소프트 스타트 기능을 리셋하고 위험한 출력 오

버슈트를 방지하는 회로 예를 보여준다.

맺음말

차량 추적 시스템의 사용이 증가하고 있다. 최신 추

적 시스템은 점점 더 소형화되고 있으며, 데이터 전송

을 사용해서 실시간 추적까지도 가능하게 되었다. 또

한 백업 기능을 필요로 하며, GPRS 칩셋을 지원하

기 위한 낮은 전압을 필요로 한다. Analog Devices

의 LTC4091은 고전압 고전류 벅 배터리 충전 겸

PowerPath 백업 관리 IC로서, 과열 보호와 여타의 포

괄적인 보호 기능들을 포함한다. 차량 추적 애플리케

이션 용으로 컴팩트하면서 강력하고 유연한 단일칩 솔

루션을 제공한다. 그러므로 디자이너의 설계 작업을

간소화한다. KEMC

그림1.LTC4091애플리케이션회로예

그림2.콜드크랭크극복

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조명은 가정, 직장 및 공공 건물을 밝히거나 안전을

보장하기 위해서는 물론, 단순히 분위기를 조성하기

위해서도 사용된다. 이처럼 조명은 우리 삶에 필수적

이다. 실제로, 일반 건물 내 에너지 소비량의 약 25%

를 차지하는 조명은 지구상에서 가장 많은 에너지가

소모되는 부문 중 하나이다.

오늘날 백열등 조명이 광범위하게 사용되고 있지만,

백열등 조명 솔루션은 매우 비효율적인 동시에 에너

지 비용을 놀라운 속도로 증가시켜 자원 낭비의 심화

를 초래하고 있다. 이에 각국 정부는 에너지 효율 관

련 규제를 새롭게 도입함으로써 과도한 조명 사용 억

제 방안을 모색 중에 있으며, 조명에 사용되는 에너지

를 최대 40%까지 절감할 수 있는 LED와 같은 신기술

이 각광받고 있다.

설계자 및 소비자들이 보다 효율적이고 혁신적인 조

명 솔루션을 찾게 되면서, 현재 및 미래의 시장 요구

사항을 충족시키는 더 새로운 기술이 요구되고 있다.

특히, 스마트 조명의 잠재력을 극대화하기 위해서는

더욱 정교하고 획기적인 접근방식이 필요하다.

이를 위해 온세미컨덕터(ON Semiconductor)와 같

은 반도체 업계 선도기업들은 전력 변환 및 효과적인

디밍(dimming)과 관련해 조명 산업이 가지고 있는 과

제를 해결하고, 높은 효율성뿐 아니라 그 밖에 다양한

이점을 제공하는 차세대 기술 개발에 힘쓰고 있다.

조명 설계자들이 직면한 과제

소비자의 요구사항이 점점 까다로워지고, 정부 규제

가 강화되면서 조명 설계자들은 갈수록 어려운 도전

과제에 직면하고 있다. 에너지스타(Energy Star), 유

럽연합(EU) 집행위원회와 같은 기관들은 조명을 포함

한 전자기기의 효율성뿐 아니라, 시간이 지남에 따라

상당한 에너지 소비의 원인이 될 수 있는 대기전력 소

비에도 초점을 맞추고 있다. 스마트 조명 솔루션의 경

Design & Development

글 | 제임스 리(James Lee), 조명 부문 마케팅 온세미컨덕터

차세대 스마트 LED 조명의 핵심,디밍과 레귤레이션

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전기정보 | 2018년 05월 39

우 고민이 더 깊다. 제어 장치의 신호를 감지하기 위

해서는 전원이 항시 대기 상태에 있어야 하는데, 그렇

게 되면 전류가 계속해서 흐를 수 밖에 없기 때문이다.

현재 에너지스타 규정은 0.5W의 대기전력을 허용하

는 반면, 캘리포니아 에너지 위원회(California Energy

Commission) 같은 몇몇 단체는 대기전력 기준을 강화

하기 위해 2019년까지 이를 0.2W로 낮추는 계획을 추

진 중에 있기에 조명 설계자들에게 가해지는 부담은

더욱 가중될 것으로 보인다.

디밍은 조명 기술이 백열등에서 LED 중심으로 이동

하면서 달라진 영역이다. 간단한 저항이나 트라이액

(TRIAC) 기반 디밍은 더욱 정교한 PWM(Pulse-Width

Modulation) 기술로 대체되고 있어 설계 시 다른 접근

방식을 필요로 한다.

저전압 기술인 LED는 백열등과 달리 AC 입력전원으

로 바로 구동하기 어렵다. 이는 애플리케이션에 따라

LED에 정전압(CV) 또는 정전류(CC) 피드를 제공할 수

있는 전원 공급 장치가 필요하다는 것을 의미한다. 전

설계자 및 소비자들이 보다 효율적이고 혁신적인 조명 솔루션을 찾게 되면서, 현재 및 미래의 시장 요구사항을 충족시키는 더 새로운 기술이 요구되고 있다.

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원 공급 장치는 조명 솔루션의 전반적인 효율에 지대

한 영향을 미치기 때문에 LED 만큼이나 면밀한 조사

를 거치게 된다.

현재 시장에는 겨우 몇 와트(W)부터 수백 와트에 이

르는 다양한 전력량의 조명 솔루션이 있으며, 이를 구

동하기 위한 전원 공급 장치의 설계 방식도 여러 가

지다. 일반적으로 10W 미만의 저전력 수준에서 가

장 널리 사용되는 솔루션은 싱글스테이지 토폴로지

(single-stage conversion topology)이다.

다목적 솔리드 스테이트 라이팅(Sol id-Sta te

Lighting, SSL)의 활용 사례가 늘어나고 있는 가운데,

이와 관련된 LED 및 전원 공급 장치가 협소한 공간에

적합한 형태로 진화하고 있다. 이는 조명에서 발생하

는 열을 최소화하고, 조명 솔루션을 협소하고 밀폐된

공간에 안정적으로 설치하고 구동하기 위해서는 효율

성이 매우 중요하다는 것을 의미한다.

LED 가격의 하락은 LED 조명 솔루션이 급격히 성

장하는데 큰 기여를 했다. 그 결과 LED 전원 공급 장

치가 아주 협소한 공간에서도 뛰어난 성능을 발휘하

게 됐으며, 소비자와 설치 업체들은 전원 공급 장치

에 대해서도 유사한 가격 하락을 기대하게 됐다. 이

는 즉, 설계자들은 부품의 수를 줄이고, 전반적인 제

조원가(BoM) 비용을 낮추기 위해 노력하고 있음을

시사한다.

조명용 전력 변환 장치에 대한 현대적 접근

현재 조명 시장에서 가장 빠르게 성장하는 분야 중

하나는 25W에서 100W 사이의 콘센트 규격으로, 이는

주로 사무실, 공장, 가정 등 투스테이지(two-stage)

방식에 가장 흔히 사용된다. 많은 애플리케이션에

서 전원 공급 장치는 PFC 플라이백(Power Factor

Correction Flyback)에서 DC-DC 벅 컨버터로 이어

지는 형태로 나타난다(그림 1).

이 방식은 특히 디밍이 필요한 솔루션에서 사용이

가능하다. 이를 통해 대기 모드에서 LED를 쉽게 차단

하고 더욱 복잡한 조명 솔루션에 들어가는 여러 LED

스트링을 간단히 제어할 수 있다.

온세미컨덕터는 최근 두 개의 IC와 외부 부품 몇 가

지를 활용해 고성능 조명 전원 공급 장치를 설계할

수 있는 통합 솔루션을 공개했다. FL7740은 싱글스

테이지(Single-stage) 정전압 PSR(CV Primary Side

Regulation) 컨트롤러로, 라인 및 부하 과도상태에서

오버슈트(overshoot)와 언더슈트(undershoot)를 출력

전압의 10% 미만으로 최소화하는 동적 기능(빠른 응

답 시간 포함)을 내장해 ±3%의 정전압 레귤레이션을

지원한다(그림 2).

이 컨트롤러는 80~382V AC 범위의 범용 AC 입력

에서 사용하여, 전 세계의 AC입력에서 사용 가능하

다. 또한, 최대 100W까지 전력공급이 가능하며, 대기

모드시 소비전력이 0.15W에 불과해 어느 규제 요건이

든 가뿐히 충족시킨다. 뿐만 아니라, 스마트 조명 솔

루션에 필수적인 ‘상시 켜짐(Always ON)’ 상태를 유

지할 수 있는 역량을 제공한다.

내장된 PFC 회로는 10% 미만의 THD(Tota l

Harmonic Distortion)로 제어하며, 최대 부하 조건에

서 PF 0.9 이상을 달성할 수 있다. 또한, 선택형으로

제공되는 PF 옵티마이저가 사용될 경우 50% 부하

조건에서도 PF 0.9를 유지할 수 있다. FL7740는 이

를 통해 다양한 부하 조건에서 입력 왜곡/장애를 최

Design & Development

그림1.Two-stage변환방식이중전력조명솔루션에서가장일반적으로사용된다.

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전기정보 | 2018년 05월 41

소화 할 수 있기 때문에 광범위한 애플리케이션에서

활용이 가능하다.

이 고성능 컨트롤러는 과부하 보호(Over load

Protection), 출력 다이오드 쇼트 보호(Output Diode

Short Protection), 센싱 저항 쇼트 및 개방 보호(Sensing

Resistor Short / Open Protection), VDD와 VS 과전압

보호 등을 비롯해 조명 시스템을 안전하게 구동하는 데

필수적인 여러 보호 기능을 포함하고 있다.

연속 전도 모드(Continuous Current Mode, CCM)로

동작하는 FL7760 벅(Buck) 컨트롤러는 2단계 변환방식

을 사용한다. 또한, 8~60V의 폭넓은 입력 전압 범위에

서 구동되며, 150 μA에 불과한 소비전력

으로 아날로그 방식과 PWM 방식의 디밍

을 모두 지원한다(그림 3).

FL7760의 PWM 디밍은 1~100%까지

의 전체 출력 범위를 지원하지만, 특정

동작 조건에서 PWM의 동작 주파수로 인

해 플리커(Flicker, 빛 깜빡임) 현상이나

가청 소음이 있을 수 있다. 아날로그 디

밍방식은 디밍 범위가 5~100%로, 보통

15~100%에 그쳤던 기존 기술에 비하면

상당히 향상된 수준이다. 아날로그 디밍

방식은 PWM에 존재하는 단점이 없어 대

체적으로 선호되는 편이며, FL7760은 이

를 실행 가능한 옵션으로 제공하는 최초

의 컨트롤러이다.

아날로그 디밍 범위의 임계값인 5%의

넓은 출력 범위를 지원하는 FL7760의 주

요 장점은 아날로그와 PWM 방식을 결

합하여 두 방식이 완벽하게 통합된 혼합

디밍을 제공한다는 것이다. 이를 통해,

플리커 현상이나 가청 잡음의 문제 없

이 넓은 범위의 디밍을 지원한다. 또한,

FL7740과 마찬가지로 FL7760은 과열 차

단(Thermal Shutdown) 및 과전류 보호

(Over-current Protection) 등을 포함한 여러 보호 기

능을 제공한다.

LED 조명이 저전력 소모, 다 기능성, 스마트 조명 기

기와의 고유한 호환성으로 인해 널리 보급됨에 따라,

설계자들은 낮은 대기전력으로 동작하고 폭넓은 디밍

범위를 지원하는 보다 향상된 LED 조명 솔루션을 요

구하고 있다.

온세미컨덕터의 FL7740와 FL7760와 같은 반도체 디

바이스는 설계자들이 고민하는 성능 문제를 해결해줄

뿐 아니라, 보다 적은 부품과 낮은 비용으로 최첨단 조

명 전력 솔루션을 구현할 수 있도록 돕고 있다. KEMC

그림2.FL7740은조명애플리케이션에적용할수있는싱글스테이지(Single-stage)PSR컨트롤러다.

그림3.FL7760은폭넓은입력전압범위에서광범위한디밍을지원하는벅콘트롤러이다

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커널연구회에서 지능형로봇 만들기로 진행하는 똑똑

한왕자(SmartPrince) 머신러닝 프로젝트는 자체 개발한

임베디드 모듈들에 머신러닝 알고리즘을 탑재하는 오

픈플랫폼, 오픈소스 프로젝트이다.

각각의 모듈들은 독립된 형태로 동작할 수도 있고, 라

즈베리파이와 아두이노 호환 핀맵에 모듈들을 적층으

로 쌓아 한꺼번에 병렬로 동작시킬 수도 있다. 현재 이

러한 모듈들을 임베디드 보드로 제작하여 하드웨어는

시제품 형태를 갖추고 있다. 앞으로 머신러닝 기능을

탑재하는 소프트웨어 작업이 남아 있으며, 이러한 작업

과정을 오픈하여 여러 분야에 도움될 수 있도록 공익성

을 추구해 나갈 예정이다.

커널연구회의 똑똑한왕자 머신러닝 프로젝트는 다음

과 같은 활용 가능성이 있다.

• 개인이 지능형로봇을 실생활 밀착형으로 사용할 수

있도록 저비용, 소형화, 모듈화.

• 외국의 대형서버급 기술들을 고비용으로 차용하지

않고 자체 기술로 내재화.

• 실생활에서 정서적으로 교감할 수 있는 애완동물

형태의 지능을 갖추도록 함.

글 | 정 재 준 대표, 커널연구회, [email protected]

머신러닝 프로젝트, 똑똑한 왕자(SmartPrince) 만들기

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머신러닝 연재

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• 개인 맞춤형 서비스, 정보제공, 스마트홈과 연동하

여 가정의 전자기기들 제어.

커널연구회의 똑똑한왕자 머신러닝 프로젝트는 다음

과 같은 목표를 달성하고자 한다.

• 전원, 배터리 충전 및 모듈별로 전원을 관리하고 스

위칭하는 모듈 개발.

• 지능형으로 주변 데이터를 센싱하는 하드웨어 모듈

개발.

• 센싱한 주변 데이터에 따라서 행동하는 모터 제어

모듈 개발.

• 카메라영상을 시각화하여 사물을 구별하고 사물의

움직임을 추적하는 모듈 개발.

• 사운드 및 음성을 학습하여 사람의 명령에 따라서

반응하는 모듈 개발.

• 무선통신 및 인터넷에 접속하여 생활밀착형 정보들

을 제공하는 모듈 개발.

• 위의 모듈들을 통합 운영하는 머신러닝 소프트웨

어 개발.

• 개발과정과 결과물들을 github에 공개 및 교육하여

더불어 성장하는 공익성 추구.

1. 인공지능(AI)이란 무엇인가?

아래 내용은 스튜어트 J.러셀과 피터 노빅(Stuart J.

Russell, Peter Norvig)의 저서 Artificial Intelligence(Third

Edition)의 소개 부분을 필자가 의역한 글이다.

우리는 우리들을 호모 사피엔스(현명한 인간)라고 부

른다. 왜냐하면 우리의 지능은 우리에게 아주 중요하기

때문이다. 수천 년 동안, 우리는 우리가 생각하는 방식

을 이해하기 위해 노력했으나 극히 일부분만 인식, 이

해, 예측할 뿐 여전히 복잡한 문제로 남아있다. 이러한

우리의 생각 방식을 인공지능(AI) 분야에 도입해 이해

하려고 시도하고 있으나 여전히 멀고도 요원하다.

인공지능(AI)은 과학과 공학에 있어서 새로운 분야라

할 수 있다. AI는 세계 2차대전 이후 1956년에 신조어

로 등장한 이래로 분자 생물학 분야와 함께 과학자들

이 누구나 연구하고자 하는 분야로 자리 잡아 왔다. 물

리학도들은 모든 새로운 아이디어들은 이미 갈릴레오,

뉴튼, 아인슈타인에 의해서 출현 되었다고 말하기도 한

다. 반면에, AI는 여전히 새로운 아인슈타인과 에디슨들

을 위해 열려 있는 분야이다.

현재 AI는 체스게임이나 수학 이론 증명, 시쓰기, 복

잡한 거리에서 자동차 운전, 질병 분석 등과 같은 다양

한 분야들로 파생되고 있다. AI는 지능적인 작업이 필

요한 분야에 적절하며, 실제로 대부분 분야에 필요한

것이라 할 수 있다.

1.1 AI란 무엇인가?

우리는 AI에 대해서 흥미는 가지고 있지만, 아직 그것

이 무엇인지 정확히 말하는 것을 힘들어한다. 우선 AI에

대한 정의를 아래와 같이 분류해 보자.

① 사람처럼 생각하는 것

② 사람처럼 행동하는 것

③ 합리적으로 생각하는 것

④ 합리적으로 행동하는 것

①번과 ②번은 “사람처럼”이라는 핵심어가 들어가 있다.

③번과 ④번은 “합리적으로”라는 핵심어가 들어가 있다.

①번과 ③번은 “생각하는”이라는 핵심어가 들어가 있다.

②번과 ④번은 “행동하는”이라는 핵심어가 들어가 있다.

AI의 정의는 위에 나열한 핵심어를 기준으로 접근해

볼 수 있다. AI에 대한 이러한 접근방식은 역사적으로

전기정보 | 2018년 05월 43

1. 인공지능(AI)이란 무엇인가?

2. 전원 배터리모듈 개발과정 및 기능

3. 무선통신 모듈 개발과정 및 기능

4. 센서제어 모듈 개발과정 및 기능

5. 모터제어 모듈 개발과정 및 기능

6. 카메라 영상 움직임 추적 모듈 개발과정 및 기능

7. 음성처리 모듈 개발과정 및 기능

8. 머신러닝 기능 개발과정 및 기능

프로젝트 과정 목차

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많은 사람에 의해서 시도됐다. 이것들에 대해서 좀 더

자세히 알아보자.

① 사람처럼 생각하는 것: 인지학적인 접근방식.

사람처럼 생각하는 프로그램을 논하기 전에, 우리는

먼저 사람이 생각하는 방식을 알고 있어야 한다. 즉, 사

람의 마음속에서 실제로 일어나는 일들을 이해할 필요

가 있는데, 3가지 방식이 있다.

•자기성찰: 지나간 일들을 다시 생각함

•심리학적인 실험: 사람의 행동을 관찰함

•두뇌 영상: 행동할 때 두뇌를 관찰함

이러한 이론들은 컴퓨터 프로그램으로 표현 가능하게

되었다. 만일 컴퓨터 프로그램의 입력과 출력이 사람의

행동과 연관 지어 일치한다면 컴퓨터가 사람처럼 동작

한다고 할 수 있다. 예를 들면, 1961년에 GPS(General

Problem Solver)를 개발한 앨런 뉴얼(Allen Newell)과

허버트 사이먼(Herbert Simon)는 그들의 프로그램이

문제를 정확하게 풀지는 못했지만, 사람을 주제로 하여

사람의 행동을 이성적인 접근법으로 추적하였다는 것

에 의미가 있다. 이처럼 인지과학과 AI는 서로 상호 보

완적으로 빠르게 발전하고 있으며 신경생리학적인 접

근과 함께 컴퓨팅 분야에서 서로 협동하고 있다.

② 사람처럼 행동하는 것: Turing Test 접근방식.

1950년에 앨런 튜링(Alan Turing)에 의해서 제안된 튜

링 테스트(Turing Test)는 “적절히 동작하는가”에 대한

관점으로 지능을 정의하고자 했다. 즉, 사람이 컴퓨터

에 질문을 하면 컴퓨터가 대답을 적절히 하는가에 대한

테스트였다. 지능을 갖추기 위해 현대의 컴퓨터에는 다

음과 같은 능력이 요구된다.

•자연어로 소통 가능한 자연어 처리 능력

•듣고 이해한 지식을 저장하는 능력

• 저장된 정보를 사용하고 질문에 대답하고 새로운

결론을 추론하는 능력

• 패턴들을 검출하여 새로운 환경을 이해하고 학습하

는 능력

위의 능력들은 AI에 필요한 원론적인 내용이며 이러한

능력들은 Turing Test 관점에 잘 동작할 수 있도록 설

계해야 한다.

③ 합리적으로 생각하는 것: 생각의 법칙에 대한 접근.

그리스의 철학자 아리스토텔레스는 “올바른 생각”에

대한 개념을 정리하기 위해서 최초로 시도한 사람이었

다. 그의 삼단 논법은 올바른 결론을 끌어내는 구조로

되어 있었다. 예를 들면, “소크라테스는 사람이다; 모든

사람은 죽는다; 따라서 소크라테스도 죽는다.” 이러한

생각에 대한 법칙은 마음을 조절하게 되었고, 이렇게

개척된 분야를 논리(logic)라 한다.

19세기 논리학자들은 세상의 모든 물체(객체)들과 그들

의 연관성을 표현하기 위한 정확한 표기법을 개발했다.

1965년경에는 논리적인 표기법으로 기술한 문제들을 풀어

낼 수 있는 프로그램이 나타났다. 비록, 해결책이 존재하

지 않는다면 프로그램이 무한루프에 빠지더라도 말이다.

인공지능에서는 논리적인 기법을 통하여 지능적인 시

스템을 프로그래밍하고자 한다. 이러한 접근방식에는

두 가지 장애물이 있다. 첫째는, 비정형적인 지식을 표

현하기가 쉽지 않고, 논리적인 표기법으로 요구된 사항

들을 정형적으로 표현하기가 어렵다는 것이다. 특히 지

식이 100% 명확하지 않다면 더더욱 어렵다. 둘째는, 원

론적으로 문제를 해결하는 것과 실제로 해결하는 것 사

이에는 많은 차이가 있다는 것이다.

④ 합리적으로 행동하는 것: 합리적인 에이전트 접근.

에이전트는 행동하는 것(to do)을 의미한다. 모든 컴퓨

터 프로그램들은 무언가를 하지만, 컴퓨터 에이전트들

은 더 많은 것을 기대한다. 예를 들면, 자동으로 동작,

주변 환경 감지, 장기적으로 안정적인 동작, 변화에 대

한 적응력 등을 요구한다. 합리적인 에이전트는 최적의

결과를 달성하고자 하며, 이것이 확실하지 않다면 최적

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전기정보 | 2018년 05월 45

의 기대물을 요구한다.

튜링 테스트(Turing Test)가 요구되는 모든 기술들은

에이전트가 합리적으로 행동하도록 유도해야 하고, 이

성적인 지식 표현은 에이전트가 좋은 결론에 도달할 수

있도록 해야 한다. 우리는 복잡한 사회생활 속에서 사

용하는 자연어들을 이해하기 쉬운 문장들로 표현할 수

있어야 한다. 우리는 교육을 통해서 좀 더 효율적으로

행동하는 능력을 배울 필요가 있다.

합리적인 에이전트 접근은 다른 방식과 비교해 두 가

지 장점이 있다. 첫째는, 생각의 법칙으로 접근하는 것

보다 더 일반적이라는 것이다. 왜냐하면 올바른 추론은

여러 가지 가능성 있는 것들에서 합리적인 것을 하나

선택하는 것이기 때문이다. 둘째는, 사람의 행동 혹은

사람의 생각을 기반으로 접근하는 것에 비교해서 좀 더

과학적 개발을 할 수 있다는 것이다. 합리적인 것은 수

학적으로 잘 정의하여 일반적인 완성도를 높여 나가는

방향으로 표준화할 수 있다. 반면에, 사람의 행동은 특

정한 환경에 맞도록 적용할 수 있는데, 이것은 사람의

행동들을 모두 합하여 정의한다.

우리는 앞으로 합리적인 에이전트의 원리를 일반화

시키고 설계해 가는 요소들에 집중할 것이다. 많은 노

력을 통해서 우리의 문제들을 해결하는 동안 다양한 논

점들을 만나게 될 것이다. 앞으로 이러한 논점들을 좀

더 자세히 알아보도록 하자.

마음속에 새겨야할 중요한 핵심은, 합리성은 훌륭한

분석적 관점의 시작 지점이라는 것이다. 합리성은 문

제를 단순화시킬 뿐만 아니라 현장의 문제들을 적절히

해결하기 위한 기본적인 재료를 제공해 준다. 자, 앞으

로 “합리성”을 기반으로 하여 다양한 문제들을 해결해

보도록 하자.

1.2 AI의 기본

AI로 본격적인 여행을 떠나기 전에, AI의 지난 역사

를 통하여 AI의 관점들 및 기술들의 원리에 대해서 알

아보도록 하자. 모든 역사가 그러하듯이, 대부분의 사

람들이 중요하게 생각하지 않던 것들을 소수의 사람

의 생각이나 사건에 의해서 새롭게 조명되어 창조적

인 결과물이 나타난다. AI에 대한 기본지식을 철학

(Philosophy), 수학(Mathematics), 경제학(Economics),

신경과학(Neuroscience), 심리학(Psychology), 컴퓨터

공학(Computer engineering), 제어이론과 인공두뇌학

(Control theory and cybernetics), 언어학(Linguistics)적

으로 요약한다.

1.3 철학(Philosophy)

• 정형적인 규칙들로 타당한 결론들을 이끌어낼 수

있는가?

• 마음(생각)은 우리의 두뇌에서 어떻게 형성되는가?

• 지식은 어디에서 오는가?

• 지식은 어떻게 행동을 유발시키는가?

아리스토텔레스(384-322 B.C.)는 마음을 제어하는 이

성적인 부분의 법칙들을 정확한 집합으로 표현한 최초

의 사람이었다. 그는 삼단논법을 개발하여 이성에 적

절하게 접근하고자 했으며, 이것은 기계적으로도 결론

을 유추해 낼 수 있는 원리가 되었다. 이후, 라몬 유이

(Ramon Lull, d. 1315)는 기계적인 장치를 통하여 이성

에 접근 가능할 수도 있다는 생각을 한 사람이었다.

토머스 홉스(Thomas Hobbes, 1588-1679)는 이성은

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수치적인 계산으로 표현(생각을 더하고 빼는 것)하는

것과 유사하다라고 했다. 1500년경, 레오나르도 다빈치

(1452-1519)는 기계적인 계산기를 설계는 했지만 제작

하지는 못했다. 최근에 이것을 재구축하여 기능적으로

가능한 설계였다는 것을 보여주었다.

최초의 계산 기계는 1623년 독일의 과학자인 빌헬름

쉭카드(Wilhelm Schickard, 1592-1635)에 의해서 만들

어졌다. 이후 1642년에 블레즈 파스칼(Blaise Pascal,

1623-1662)이 만든 기계식 계산기가 더 유명하다. 파스

칼은 “나의 산술 기계는 동물들의 행동보다 생각에 더

근접한 효과를 낸다”라고 언급했다. 고트프리트 빌헬름

라이프니츠(Gottfried Wilhelm Lcibniz, 1646-1716)는 숫

자보다는 개념을 동작시키는 기계적인 장치를 만들었

으나, 이것의 능력에는 한계가 있었다.

라이프니츠는 덧셈, 뺄셈, 곱셈 및 근을 구할 수 있는

계산기를 만들어서 덧셈과 뺄셈만 할 수 있었던 파스칼

계산기의 기능을 능가하게 되었다. 또한, 어떤 사람들은

다음과 같이 추측하기도 했다. “기계는 계산만 하는 것이

아니라 그들만의 생각으로 행동하는 것도 가능할거야.”

1651년에 토머스 홉스는 그의 책 레비아탄(Leviathan)에

서 아래와 같은 내용을 제안했다. “인공적인 동물”에 대

한 생각으로, “심장은 스프링이고; 신경은 더많은 스프링

이고; 관절은 많은 바퀴들...”이라고 언급했다.

이것은 비록 제한적인 내용이지만 마음의 동작에 대

해서 언급한 것이고, 논리적인 규칙들로 물리적인 시스

템을 만들기 위해서 모방해 보는 정도였다. 또 어떤 사

람들은 “마음은 그 자체가 어떤 물리적인 시스템이다.”

라고 말하기도 했다. 르네 데카르트(Rene Descartes,

1596-1650)는 마음과 문제를 명확하게 구분하는 논평

을 최초로 낸 사람이었다.

마음을 순전히 물리적인 개념으로 접근하는 것은 문

제가 있다. 즉, 마음에는 수많은 자유가 있다. 데카르트

는 세상을 이성의 힘으로 이해하고자 했다. 철학은 이

제 이성주의(합리)로 불리게 된다. 그러나 데카르트도

이원론을 지지한 사람이었다. 데카르트는 인간의 마음

(영혼, 정신)은 물리적인 법칙들에 지배되는 자연현상과

는 다른 부분이라 생각했다.

반면에, 동물들은 이러한 양면성을 소유하고 있지 않

아서 기계적으로 다룰 수 있다. 이원론은 유물론(물질

주의)으로 대체되는데, 이것은 마음을 물리적인 법칙으

로 동작하는 두뇌라고 봤다. 그리고 자유의지는 무엇인

가를 선택하고자 할때 나타나는 자각력이라고 단순히

생각했다. 지식을 다루는 물리적 마음이 주어 졌을때,

그 다음의 문제는 지식의 원천을 확립하는 것이다.

경험론(실증주의) 운동이 프랜시스 베이커(Francis

Bacon, 1561-1626)에 의해서 시작되어 존 로크(John

Locke, 1632-1704)의 아래와 같은 격언으로 확립된다.

“모든 것은 이해로 통하는 것이 아니라, 오감으로 느끼

는 것이다.” 데이비드 흄(David Hume, 1711-1776)의 인

간의 본질에 대한 논문은 유도의 원리(귀납법)로 알려

진 것이다. 이것은 각각의 요소들을 반복적으로 연관

지어 일반적인 규칙을 얻어내는 것이다.

루트비히 비트겐슈타인(Ludwig Wittgenstein, 1889-

1951)과 버트런드 러셀(Bertrand Russell, 1872-1970)의

작업이 전개되면서, 루돌프 카르나프(Rudolf Carnap,

1891-1970)에 의해서 유도된 유명한 빈학파(Vienna

Circle)는 논리적인 실증주의 철학을 개발해낸 것이다.

이 논리적인 실증주의 철학은 모든 지식을 논리적인 이

론들이 연결되어 특성화된 것으로 표현하면서 이성론

(합리성)과 경험론(실증)을 결합한다.

캣냅(Catnap)과 칼 구스타프 헴펠(Carl Hempel,

1905-1997)의 확립 이론은 경험에 의한 지식 습득을

분석하려고 시도한 것이다. Camap의 책 논리적인 구

조체 세상(원제:The Logical Structure of the World,

1928)은 경험적인 요소들에서 지식을 발췌해 내기 위한

명시적인 계산 절차를 정의한 것이다. 이것은 아마도

계산적인 처리로 마음을 표현한 최초의 이론이었다.

마음에 대한 철학적 그림의 마지막 요소는 지식과 행

동 간의 연결이다. 이것은 인공지능(AI)에 필수적이다.

왜냐하면, 지능은 행동과 이성을 요구하기 때문이다.

머신러닝 연재

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전기정보 | 2018년 05월 47

더 나아가, 행동에 대한 이해는

합리적인 에이전트를 만들어 내

는 방법이 될 수 있다. 아리스토

텔레스는 다음과 같이 논평했다.

“행동(action)은 목표(goal)와 지

식(knowledge) 간의 논리적 연

결을 통해서 정당화된다.”

그러나, 생각이 행동으로 동반

되기도 하고 그렇지 않은 경우

도 있을 때는 어떻게 할 것인가?

이 경우는 결국 추론적 접근을

해보자. “나는 덮을 것이 필요하

다. 망토는 덮는 것이다. 나는 망

토가 필요하다. 내게 필요한 것은 내가 만들어야 한다.”

“나는 망토가 필요하다. 나는 망토를 만들어야 한다.” 결

론은 “나는 망토를 만들어야 한다.”가 행동(action)이다.

아리스토텔레스의 알고리즘은 2300년 후에 뉴웰

(Newell)과 사이먼(Simon)의 GPS 프로그램에 의해

서 구현되었다. 우리는 이제 이것을 회귀 계획 시스템

(regression planning system)으로 부를 것이다.

목표(goal) 기반 분석은 유용하다. 그러나 여러 가지

행동들이 목표에 접근하려 할때나, 행동들을 완료할 수

없을 때 무엇을 해야 하는가? 앙투안 아르노(Antoine

Arnauld, 1612-1694)는 위와 같은 경우에 어떤 행동을

취해야 하는지 정량적인 공식을 정확하게 기술했다. 존

스튜어드 밀(John Stuart Mill, 1806-1873)은 그의 책 공

리주의(Utilitarianism, 1863)에서 모든 인간의 행동은 합

리적인 판단 기준으로 접근해야 한다고 제안했다.

1.4 수학(Mathematics)

• 타당한 결론을 끌어내기 위한 정형화된 규칙은 무

엇인가? (논리)

• 무엇이 계산될 수 있는가? (계산)

• 불확실한 정보에 어떻게 의미를 부여하는가?

(확률)

철학자들이 AI에 대해서 몇 가지 근본적인 생각들을

도출해 냈으나, 이것에 정형화된 수학 공식들을 도입하

여 좀 더 과학적으로 접근해 보자. AI에 근본적으로 적

용되는 수학 영역은 논리, 계산, 확률이다.

논리에 대한 기본 원리는 고대 그리스 철학자들로부

터 시작되었으나, 이것을 수학적으로 발전시킨 사람은

조지 불(George Boole, 1815-1864) 이었다. 그는 1847

년에 명제, Boolean, 논리 등에 대해서 자세한 연구결

과를 발표했다.

1879년에 고트롭 프리크(Gottlob Frcgc, 1848-1925)

는 불의 논리를 좀 더 확장해 객체와 관계들을 처음으

로 포함했다. 이것은 오늘날의 수학적 논리에 사용된

다. 알프레트 타르스키(Alfred Tarski, 1902-1983)는 참

조 이론을 소개했는데, 이것은 실제 생활 속의 객체들

에 논리를 연관시키는 방법에 관한 것이었다.

이러한 논리를 계산적으로 적용하는 데에는 몇 가지

제한 사항들이 있는데, 이것을 알아보자. 첫째로 중요

한 알고리즘이라 할 수 있는 것으로 에우클레이데스

(Euclid)의 최대공약수(Greatest Common Divisor) 알

고리즘이 있다. 다음으로 워드(word) 알고리즘이 있는

데, 이것은 9세기 페르시아의 수학자 알-콰리즈미(al-

Khowarazmi)가 발표한 것이다. 그는 또한 아라비아 숫

똑똑한왕자블록다이어그램

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자와 대수(algebra)를 유럽에 소개했다.

알고리즘은 대부분 논리적인 추론으로 표현되었고, 19

세기 후반에는 이러한 노력으로 인해 논리적 추론이 수

학적으로 공식화되게 된다.

1930년에 쿠르트 괴델(Kurt Godel, 1906-1978)은 프

레게(Frege)와 러셀(Russell)의 1차 논리(first-order

logic)의 참을 증명하기 위한 효과적인 절차가 존재한

다고 했다. 그러나, 1차 논리는 자연수를 특성화시키는

데 필요한 수학적 유도의 원리를 제대로 잡아내지 못했

다. 1931년에, 괴델은 추론에는 제약사항들이 존재한다

고 했다. 그의 완성되지 못한 이론은 다음과 같은 사항

을 보여준다. 페아노(Peano) 산술(자연수 원리론) 만큼

이나 강력한 정형화된 이론에서는 증명할 것이 없다는

관점으로 증명 불능을 논하는 것이 옳은 방법이다.

이러한 근본적인 결과는 정수를 다루는 몇몇 함수들

은 알고리즘으로 표현할 수 있다는 것을 보여준다. 앨

런 튜링(Alan Turing, 1912-1954)은 이것에서 영감을

얻어, 이러한 함수들이 계산 가능 하다는 것을 보여주

기 위한 시도를 했다.

이 개념에는 몇 가지 문제점들이 있었다. 왜냐하면, 효

과적인 절차 혹은 계산의 개념에 형식 잡힌 정의가 주어

지지 않았기 때문이다. 그러나, 튜링(Turing) 논문에서 튜

링 머신은 어떠한 계산적인 함수라도 계산해낼 능력이

있고, 충분한 정의가 제공된 것을 일반적으로 적용한다

고 했다. 또한, 튜링은 튜링 머신이 계산해낼 수 없는 함

수들이 몇 가지 있다고 했다. 예를 들면, 주어진 프로그

램이 제시된 입력에 대해서 해답을 출력할지 아니면 영

원히 수행하고 있을지는 ‘머신이 알 수가 없다’라고 했다.

결정능력과 계산능력이 계산을 이해하는 데 중요하지만,

이해하기 쉬운 개념이 더 강력한 영향력을 가진다.

아주 다루기 힘든 문제를 어떻게 인식할 수 있을까?

NP-완전성(NP-completeness) 이론을 개척한 스티븐

쿡(Steven Cook, 1971)과 리처드 카프(Richard Karp,

1972)가 그 방법을 제공했다. 쿡과 카프는 표준적으로

조합하는 검색의 사례들이 많이 존재함을 밝히고 NP-

complete 문제들의 사유를 보여주었다. NP-complete

문제들로 줄일 수 있는 문제는 다루기 힘들 것이다.

컴퓨터의 속도가 빨라지고 있지만, 주어진 자원들을

주의깊게 활용해야 지능적인 시스템의 모습을 갖출 수

있다. 세상은 아주 큰 문제로 이루어져 있다. AI 분야에

서 일하다 보면 NP-complete 문제들이 왜 어려운지

알게 될 것이다.

지금까지 논리와 계산에 대해서 언급했는데, 세 번째

로, AI에 대해서 수학적으로 접근하는 것으로 확률이

론이 있다. 이탈리아의 지롤라모 카르다노(Gerolamo

Cardano, 1501-1576)는 확률에 대해서 최초로 형틀을

만든(규격화한) 사람이었다. 그는 확률을 도박적인 결

과로 나타나는 것으로 기술했다. 1654년에 블레즈 파스

칼(Blaise Pascal, 1623-1662)는 피에르 페르마(Pierre

Fermat, 1601-1665)에게 보낸 편지에서 완료되지 않은

도박 게임의 미래를 어떻게 예측하는지 보여 주었고,

도박꾼들에게 평균적인 보상을 제공했다.

확률은 정량적인 것을 다루는 과학에서 점점 가치 없

는 것으로 되었지만, 불확실한 측정이나 완료되지 않

은 이론을 다루는 데는 도움을 주고 있다. 제임스 베르

누이(James Bernoulli, 1654-1705), 피에르 라플라스

(Pierre Laplace, 1749-1827) 등은 확률이론을 좀 더 개

선하여 새로운 통계적인 방법들을 소개했다. 토머스 베

이즈(Thomas Bayes, 1702-1761)는 확률에 대해서 새

로운 믿음을 가질만한 규칙을 제안했다. 베이즈의 규칙

은 현대의 AI 시스템에서 불확정적인 사유를 다룰 때

배경지식으로 사용된다.

1.5 경제학(Economics)

• 급여(보상)를 최대화 하기 위해서 우리는 어떻게 결

정해야 하는가?

• 다른 사람들이 계속하지 않는다면 우리는 어떻게

해야 하는가?

• 급여가 앞으로 점점 불확실해진다면 우리는 어떻게

해야 하는가?

머신러닝 연재

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전기정보 | 2018년 05월 49

과학적인 경제학은 1776년에 스코틀랜드의 철학자 아

담 스미스(Adam Smith, 1723-1790)가 다음과 같은 책

을 출간하면서 시작되었다. “자연에 대한 탐구와 국가

적 부의 원인들(원제: An Inquiry into the Nature and

Causes of the Wealth of Nations).” 고대 그리스인들과

같은 사람들은 경제적인 생각만을 했으나, 스미스는 경

제를 과학적으로 다룬 최초의 사람이었다. 그는 경제를

다음과 같은 관점으로 생각했다. 경제는 각각의 에이전

트들이 경제적으로 잘사는 것(well-being)을 극대화하

기 위한 것으로 생각해야 한다.

대부분의 사람은 경제학을 돈의 관점으로 생각하지만,

경제학자들은 사람들이 좀더 좋은 보상을 받기위해 어

떤 선택을 하는지를 연구하고 있다. 이러한 경제적 관점

(“좀 더 좋은 보상”)은 레옹 발라스(Leon Walras, 1834-

1910)에 의해서 처음으로 형성되었고 프랭크 램지(Frank

Ramsey, 1931)에 의해서 좀 더 개선되었다. 그이후로

는 존 폰 노이만(John von Neumann)과 오스카 모겐스

턴(Oskar Morgenstern)이 그들의 책인 “게임 이론과 경

제적 행동(원제:The Theory of Games and Economic

Behavior, 1944)”에서 개념을 계속 개선했다.

도구 이론과 확률적 이론을 결합한 결정 이론은 어떤

것을 결정할 때 형식이 잡힌 완전한 형틀을 제공한다. 결

정 이론은 확률적인 기법으로 결정자의 환경을 적절하게

잡아준다. 이것은 각각의 에이전트가 다른 에이전트들의

행동에 관여하지 않아도 되는 거시(large) 경제에 적절하

다. 소규모(small) 경제에서는, 그 상황이 마치 게임과 비

슷한데, 게임에 참여한 사람의 행동은 다른 사람의 도구

에 긍정적이든 부정적이든 확실하게 영향을 준다.

폰 노이만과 모겐스턴이 개발한 게임 이론은 다음과 같

은 놀라운 결과를 포함하고 있다. 어떤 게임에서 합리적

인 에이전트는 정책들을 무작위로 적용한다는 것이다.

결정 이론과는 다르게, 게임 이론은 행동을 선택하기 위

해서 이미 처방된 것을 사용하지 않는 다는 것이다.

대부분의 경제학자들은 서두에서 언급한 세 번째 질

문, 즉, “급여가 앞으로 점점 불확실해진다면 우리는

어떻게 해야 하는가?”를 지목하지 않는다. 행동들에

대한 급여(보상)가 즉각적이지 않고, 순차적으로 발생

하는 여러 행동에 따라서 달라진다면 어떤 합리적인

결정을 내려야 할까? 이 주제는 행동 연구 분야에서

다루어졌고, 세계2차대전 때 영국에서 레이더 설치를

최적화하기 위해서 출현한 것이다. 이후에는 민간적으

로 복잡한 관리문제를 결정하기 위해서 응용되었다.

1957년에 리차드 겔맨(Richard Gellman)이 순차적 결

정 문제의 등급을 규격화하는 작업을 했는데, 이것을

마르코 결정 처리(Marko decision processes)라 하고

앞으로 자세히 기술한다.

경제적인 행동 연구는 우리의 합리적 에이전트 개념

에 많은 공헌을 했다. 수년 동안 AI 연구를 통해서 여러

가지 방법들을 개발했다. 한 가지 분명한 것은 합리적

인 결정을 할때는 여러 가지 복잡한 것들이 나타난다는

것이다. 1978년에 노벨 경제학상을 받은 허버트 사이먼

(Herbert Simon, 1916-2001)은 AI 연구를 개척하면서

다음과 같은 언급을 했다.

만족에 기반을 둔 모델 - 연구실에서 최적의 결정을

계산한 것보다도 더 좋은 결정은 실제의 인간 행동을

더 훌륭히 기술한다.(사이먼, 1947). 1990년대 이후로

에이전트 시스템을 위한 결정 이론 기법들이 흥미롭게

되살아나고 있다(웰맨, 1995).

1.6 신경과학(Neuroscience)

•두뇌는 어떻게 정보를 처리하는가?

신경과학은 신경 시스템, 특히 두뇌에 대해서 연구하

는 학문이다. 두뇌가 생각하는 방식은 과학적으로 접근

하기 힘든 아주 신비한 것이다. 머리가 정신적인 것들

에 깊숙이 관여한다는 확신 때문에, 두뇌가 생각하는

방식을 이해하기 위해서 수천 년 동안 노력해 왔지만,

인간의 두뇌는 뭔가 다르다는 정도로 인식하고 있을 뿐

이다. 아리스토텔레스는 다음과 같이 언급했다. “모든

동물 중에서, 인간은 육체에 비해서 더 큰 두뇌를 가지

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고 있다.” 18세기 중엽 이전까지는 두뇌가 자각적으로

폭넓게 인식한다는 것에 관심이 있지 않았다. 그 전에

는 단지 심장과 비장(지라)을 포함 시키는 정도였다.

1861년에 폴 브로카(Paul Broca, 1824-1880)는 뇌 손

상을 입은 환자의 실어증에 관한 연구에서 뇌에는 특정

적인 것의 인식을 담당하는 부분이 존재한다는 것을 보

여주었다. 특히, 그는 언어는 뇌의 좌측(좌뇌반구)에서

발생한다고 했으며, 이것을 브로카의 영역이라 한다. 당

시, 뇌는 신경세포 혹은 뉴런으로 구성되어 있다는 것을

알았는데, 이것은 1873년에 카밀로 골지(Camillo Golgi,

1843-1926)가 뇌에서 각각의 뉴런들을 관찰하기 위해서

염색(잉크자국을 내는)하는 기법이 개발되면서 알려지

게 되었다. 이 기술은 산티아고 라몬 이 카할 (Santiago

Ramon Y Cajal, 1852-1934)이 뇌의 뉴런적 구조에 대

한 연구를 개척하는 데 사용했다. 니콜라스 라세프스키

(Nicolas Rashevsky, 1936, 1938)는 신경 시스템 연구에

수학적 모델을 최초로 적용한 사람이었다.

현재 우리는 뇌의 특정 부분과 신체 일부분을 서로 연

결하는 몇 가지 데이터를 가지게 되었다. 그러나 우리는

뇌 일부분이 손상되었을 때 다른 부분이 그 기능을 어떻

게 대신 하는지는 완전하게 이해하지 못하고 있다. 각각

의 기억이 어떻게 저장되는지에 대한 이론도 아직 없다.

1929년에 한스 버거(Hans Berger)가 뇌파전위기록장

치(EEG)를 발명하면서부터 온전한 뇌의 활동을 측정하

기 시작했다. 최근에는 자기공명영상 기록장치가 개발

되어 신경과학자들이 뇌의 활동을 자세한 이미지로 관

찰할 수 있게 되었고, 뇌의 인지 처리 과정이 어떻게 진

행되는지 흥미롭게 측정하는 것이 가능해졌다. 이러한

것들은 뉴런 활동의 단일 세포 기록 쪽에서 진행되어

발표되고 있다. 2007년에 한(Han)과 보이든(Boyden)

은 각각의 뉴런들은 전기적, 화학적 혹은 광학적으로

자극된다고 하면서, 뉴런적인 입력과 출력 관계를 그리

는 것을 가능하게 했다. 이러한 연구의 진척에도 불구

하고, 우리가 뇌의 인지 능력이 실제로 어떻게 처리되

는지 이해하기에는 여전히 어렵고 요원하다.

1992년에 존 서얼(John Searle)는 다음과 같은 간결

한 표현으로 뇌가 마음을 형성한다고 했다. “간단한 세

포들의 집합으로 생각과 행동, 자각을 끌어낸다는 것은

실로 놀라운 결론이다.” 또 다른 이론으로 신비주의가

있는데, 이것은 인간의 뇌(마음)는 물리적인 과학 이상

의 신비한 무언가에 의해서 동작한다는 것이다.

사람의 뇌와 디지털 컴퓨터는 서로 다른 특성이 있다.

컴퓨터는 사람의 뇌보다 백만 번이나 빠른 사이클 타

임을 가지고 있다. 비록 거대한 슈퍼컴퓨터들이 인간의

뇌와 비슷한 용량을 가지고 있더라도, 사람의 뇌는 개

인용 컴퓨터보다 더 많은 저장소를 빠르게 상호 연결

하는 능력을 가졌다(그러나 뇌는 모든 뉴런들을 동시에

사용하지 않는 것 같다).

예언자들은 컴퓨터가 슈퍼맨의 수준과 같은 능력까지

도달할 수 있을 것이라며 이러한 수치들을 만들고 주목

하고 있다.(Vinge, 1993; Kurzweil, 2005). 그러나 단순

히 이러한 방식으로 비교하는 것에 효과적인 의미를 부

여할 수 없다. 컴퓨터가 무제한적인 용량을 가졌다 하

더라도, 우리는 인간의 뇌가 가지고 있는 지적 수준에

어떻게 접근할 수 있을지 여전히 모르고 있다.

1.7 심리학(Psychology)

• 사람과 동물은 어떻게 생각하고 행동하는가?

과학적인 심리학은 독일의 물리학자인 헤르만 폰 헬

름홀츠(Hermann Von Helmholtz, 1821-1894)와 그의

제자 빌헬름 분트(Wilhelm Wundt, 1832-1920)의 연구

에서 시작되었다. 헬름홀츠가 사람을 바라보는 관점에

대한 연구를 과학적인 방법으로 하면서 기록한 그의

수첩은 현재 다음과 같이 얘기되고 있다. “사람을 물리

적 및 생리학적인 시각으로 바라보는 한 가지 매우 중

요한 논문”. 1879년에 분트는 라이프치히(Leipzig) 대

학교에서 최초로 실험적인 심리학의 장을 열었다. 분

트는 주의깊게 제어 관찰하는 실험들을 추구했으며,

그의 실험에 참가한 사람들은 자아 성찰을 통하여 그

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전기정보 | 2018년 05월 51

들의 생각을 처리하면서 자각적인 행동을 하거나 연합

적인 임무를 수행했다.

이처럼 주의 깊은 제어 관찰을 통해서 과학적인 심리

학을 형성하는 긴 여정을 거쳐 왔으나, 본성에 존재하

는 주관적인 데이터로는 실험자들이 그들만의 이론을

확신하기 힘들다는 결과가 형성되었다.

반면에, 동물의 행동을 연구하는 생물학자들은 자기

성찰적인 데이터보다는 대상을 관찰하는 방법을 개발

했다. 이 방법은 H. S. 제닝스(Jennings, 1906)가 고안

한 것으로 저급 생물의 행동을 관찰하는 것이었다. 존

왓슨(John Watson, 1878-1958)이 이러한 방법을 사람

에게 적용해 봤으나 사람의 자기성찰이 신뢰할 만한 확

신을 제공하지 않는다는 속성으로 인해서 이러한 연구

는 받아들여 지지 않았다. 실험심리학의 행동주의자들

은 단지 동물에게 주어지는 자극적인 지각력에 대해서

관찰 및 측정하는 연구를 추구한다. 쥐나 펭귄과 같은

동물들에는 객관적인 행동에 관한 연구 성과가 많이 이

루어졌으나 사람의 행동을 이해하고자 하는 성과물은

아주 미흡하다.

인지 심리학은 사람의 두뇌가 정보를 처리하는 관점

에 관한 것으로서 윌리엄 제임스(William James, 1842-

1910)의 연구로 거슬러 올라갈 수 있다. 헬름홀츠 또한

자각은 무의식적으로 논리적인 추론을 하는 형태라고

언급했다. 인지의 관점은 미국의 행동주의에 의해서 많

이 가려졌으나, 캠브리지 대학교의 심리학자 프레드릭

바틀렛(Frederic Bartlett, 1886-1969)에 의해서 연구된

인지 모델링은 좋은 성과물로 널리 알려질 수 있었다.

바틀렛의 제자와 후임자인 커네스 크레이크(Kenneth

Craik, 1943)는 본성에 대해서 믿음과 목표 지향적인

“정신”이라는 관점으로 재정립했다. 이것에 대해서 과

학적인 예제로 논평하면, 기체들이 분자 결합으로 이루

어져 있음에도 불구하고 압력과 온도의 관점에서 토론

하는 것과 같다고 할 수 있다.

크레이크는 지식기반 에이전트를 세 가지 핵심적인

단계로 정리했다.

① 자극은 내부적인 표현으로 변환되어야 한다.

② 표현은 새로운 내부 표현들을 끌어내기 위해서 인

지적인 방식으로 처리된다.

③ 이러한 것들은 행동으로 다시 변환된다.

그는 에이전트를 잘 설계해야 하는 이유를 이것으로

명확히 설명했다.

1945년에 크레이크가 자전거 사고로 사망한 이후,

그의 업적은 도날드 브로드벤트(Donald Broadbent)

에 의해 계속되었다. 브로드벤트의 책인 인식과 소통

(Perception and Communication, 1958)은 정보처리를

최초로 심리학적인 현상으로 모델링한 것이었다. 그 당

시 미국에서는 컴퓨터 모델링 개발을 통하여 인지 과학

분야를 이끌었다. 1956년 9월 MIT 대학교의 워크삽에

서 미국의 인지 과학분야가 시작되었다고 할 수 있다.

이 워크샵에서 조지 밀러(George Miller)는 신비한 숫자

7(The Magic Number Seven)을 발표했고, 노암 촘스

키(Noam Chomsky)는 언어의 세 가지 모델, 앨럼 뉴웰

(Allen Newell)과 허버트 사이먼(Herbert Simon)은 논

리 이론 기계(The Logic Theory Machine)를 발표했다.

위의 영향력 있는 3개의 논문은 컴퓨터 모델이 기억,

언어, 논리적인 생각에 각각 어떻게 심리적으로 접근할

수 있는지에 대해서 설명하는 것이었다. 이것은 심리학

자들 사이에서 “인지 이론은 컴퓨터 프로그램과 같을

수 있다(Anderson,1980)”라는 관점으로 받아들여지게

됐다. 여기에 몇 가지 인지적인 함수가 구현되어 정보

처리 메커니즘을 상세히 기술하여야 한다.

1.8 컴퓨터 공학(Computer engineering)

• 우리는 어떻게 효율적인 컴퓨터를 만들 수 있을까?

인공지능이 성공의 길로 가기 위해서는 2가지가 필요

한데, 지능과 인공물이다. 컴퓨터는 인공물로 선택됐다.

현대의 디지털 전자기기인 컴퓨터는 세계2차대전 때

과학자들에 의해서 발명되었다. 1940년 앨런 튜링(Alan

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Turing) 팀에 의해서 만들어진 컴퓨터는 전자기계적으

로 너무 복잡했으며 단지 독일군의 암호문을 해독하고

자 하는 한 가지 목적을 위한 것이었다. 이들은 1943년

에 진공관을 사용하여 일반 목적의 거대한 머신을 개발

했다. 세계2차대전 이후, Turing은 이러한 컴퓨터들을

AI 연구에 사용하고자 했다. 튜링(Turing)은 1953년에

최초의 체스 게임 프로그램을 개발했다.

동작을 프로그램할 수 있는 최초의 컴퓨터는 1941년

독일의 콘라트 추제(Konrad Zuse)가 발명한 Z-3 이었

다. 추제는 또한 실수와 최초의 고급 프로그래밍 언어

인 플란칼퀼(Plankalkiil)을 개발했다. 최초의 전자적 컴

퓨터인 ABC는 1940년과 1942년 사이에 아이오와 주립

대학교에서 존 아타나소프(John Atanasoff)와 그의 제

자 클리포드 베리(Clifford Berry)에 의해서 조립되었다.

아타나소프의 연구는 몇 가지 지원과 인정을 받았는데

이것이 에니악(ENIAC)이었다. 에니악은 펜실베니아 대

학교에서 존 모클리(John Mauchly)와 존 에커트(John

Eckert)가 포함된 팀에 의해서 비밀 군사 프로젝트로

진행된 것이었으며, 이것은 현대 컴퓨터들에 막대한 영

향을 준 선구자적인 프로젝트였다.

이후 컴퓨터 하드웨어의 각 세대는 속도와 용량은 증가

하고 가격은 감소하는 방향으로 발전했다. 컴퓨터의 수행

능력은 2005년까지 18개월마다 두 배로 증가했다. 전력

소비 문제를 해결하기 위해서 제조사들은 CPU의 클럭 속

도보다는 코어의 수를 늘리기 시작했다. 현재는 사람의

두뇌 능력에 접근하기 위해서 CPU를 병렬화시키는 문제

로 인해서 전력 소모가 증가할 것이라고 예상하고 있다.

물론, 전자적인 컴퓨터 이전에 연산용 기계장치가 있

었다. 최초로 프로그램 가능한 기계는 1805년에 조셉

마리 자카드(Joseph Marie Jacquard, 1752-1834)가

만든 직조기(loom) 이었는데, 이것은 짜여진 패턴형태

의 명령들을 저장하기 위해서 구멍이 뚫린 카드를 사

용했다. 19세기 중엽에 찰스 배비지(Charles Babbage,

1792-1871)가 두 가지 기계를 설계했지만 모두 완성하

지는 못했다.

배비지의 분석적 엔진은 아주 야심 찬 것이었다. 이

것은 주소가 있는 메모리, 저장된 프로그램과 조건적

인 분기 등을 포함하고 있어서 종합적인 계산 수행능력

이 있는 최초의 인공물이었다. 배비지의 동료인 에이다

러브레이스(Ada Lovelace)는 시인 바이든(Byron)의 딸

이었으며, 그녀는 아마도 세계 최초의 프로그래머였다.

(프로그래밍 언어인 Ada는 그녀의 이름에서 유래된 것

이다) 그녀는 완료되지 않은 분석적 엔진을 위한 프로

그램을 작성하여 기계가 체스 게임을 하고 음악을 작곡

할 수 있도록 했을 것이다.

AI는 컴퓨터 과학의 소프트웨어적인 측면으로도 접근

한다. 운영체제, 프로그래밍 언어, 현대적인 프로그램들

을 작성하는데 필요한 도구들이 여기에 해당한다. 이것

들은 AI 분야를 개척하는데 필요한 일부분이 될 것이다.

AI는 컴퓨터 과학에 많은 아이디어를 제공하여 큰흐름

을 개척했다. 예를 들면, 시분할처리, 대화형 번역기, 마

우스와 윈도우즈가 장착된 개인용 컴퓨터, 빠른 개발환

경, 링크드 리스트 데이터형, 자동 저장 관리기, 기호화

를 위한 핵심적인 개념, 함수, 선언, 객체지향 프로그래

밍 등이 여기에 해당한다.

1.9 제어이론과 인공두뇌학

(Control theory and cybernetics)

•인공물이 어떻게 스스로 동작할 수 있을까?

알렉산드리아의 크테시비오스(Ktesibios, 250 B.C.)는

최초로 스스로 제어하는 기계를 만들었다. 물시계 조절

장치를 통하여 흐름 속도를 지속해서 유지하도록 한 기

계였다. 이 발명은 인공물이 하는 역할에 대한 정의를

재설정하는 계기가 되었다. 그 이전에는 오직 살아 있

는 것만이 환경 변화에 대응하여 행동을 변경할 수 있다

고 생각했다. 스스로 조절하는 능력이 있는 제어 시스템

의 또 다른 예로 증기기관 엔진이 있는데, 이것은 제임

스 와트(James Watt, 1736-1819)에 의해서 발명되었고,

온도조절 장치는 코르넬리스 드레벨(Cornelis Drebbel,

머신러닝 연재

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1572-1633)이 발명했다. 그는 잠수함도 발명했다.

안정적인 피드백 시스템의 수학적 이론은 19세기에

개발되었다. 발명에 밑거름이 된 핵심적인 이론을 제공

한 사람은 노버트 위너(Norbert Wiener, 1894-1964)였

는데, 현재는 이것을 ‘제어이론’이라고 한다. 위너는 생

물학에도 관심이 있었던 뛰어난 수학자였으며, 버트런

드 러셀(Bertrand Russell)과 함께 일하며 수학적 제어

시스템간의 인지적인 연결을 연구했다. 심리적 모델로

제어 시스템을 연구한 크레이크(Craik)처럼, 위너와 그

의 동료인 아르투로 로젠블루스(Arturo Rosenblueth),

줄리언 비글로(Julian Bigelow)는 현재 상태와 목표 사

이에서 발생하는 오류를 최소화 하기위한 조절 메커

니즘의 동작을 확실히 보여 주었다. 1940년대 후반에

위너는 워렌 스터지스 맥컬로치(Warren McCulloch),

월터 피츠(Walter Pitts), 존 폰 노이만(John von

Neumann)과 함께 영향력 있는 컨퍼런스를 조직해 새

로운 수학적 및 인지를 위한 계산적인 모델을 탐구했

다. 위너의 책인 사이버네틱스(Cybernetics, 1948)는 베

스트셀러가 되었으며, 대중들에게 인공적인 지능 기계

에 대한 가능성을 불러일으켰다.

당시 영국의 W. 로스 애쉬비(Ross Ashby, 1940)도 유

사한 아이디어를 개척했다. 애쉬비, 앨런 튜링, 그레이

월터 등은 “위너의 책이 출간되기 전에 위너적인 생각

을 한 사람들”이라는 목적의 라티오 클럽(Ratio Club)

을 결성했다. 두뇌에 대한 애쉬비의 설계(1948, 1952)는

생체적인 장치들의 사용에 의해서 창작될 수 있는 지능

적인 생각에 심혈을 쏟은 것이었다. 생체적인 장치들은

안정적으로 행동을 적용하도록 적절한 피드백을 반복

하는 것이었다.

현대의 제어 이론은 확률적(추정적)으로 최적화하여

제어하는 요소를 가지고 있으며, 목적 함수를 최대화

하는 시스템을 설계하려는 목표를 가지고 있다. AI와

제어 이론은 서로 밀접하게 연관되어 있음에도 불구하

고 서로 다른 분야이다. AI와 제어 이론은 수학적인 기

법과 세상의 모든 관점을 아우르는 문제 사이에 연관

되어 있다.

미적분학, 행렬 대수, 제어이론 도구들은 지속적인 변

수들의 고정된 집합으로 기술되는 시스템에 적용된다.

반면에, AI는 이러한 한계(제한)를 극복하는 길을 모색

하고 있다. 논리적인 추론과 계산적인 도구들은 AI 연구

자들이 언어적인 관점과 같은 문제들을 고려하도록 해

주고 제어 이론가들의 관점의 범위를 완전히 벗어나도

록 해준다.

1.10 언어학(Linguistics)

•언어는 어떻게 생각과 연관되어 있는가?

1957년에 B. F. 스키너(Skinner)는 언어 행동(Verbal

Behavior)을 출간했다. 이것은 이 분야의 전문가가 언

어 학습에 접근하는 행동을 상세하고도 포괄적으로 기

술한 것이었다. 그러나 신기하게도 이 책을 논평한 노

암 촘스키(Noam Chomsky)도 이 책만큼이나 잘 알려

져 있다. 노암 촘스키는 구문론적인 구조라는 그만의

이론으로 이 책을 출간했다.

촘스키는 행동가들의 이론은 언어의 창조적인 부분

에 주목하지 않는다고 지적했다. 어린이들이 전에 들어

보지도 못한 문장들을 어떻게 이해하고 만들어 내는지

설명하지 못하고 있다. 구문론적인 모델을 기반으로 하

는 촘스키의 이론은 인디언 언어학자인 파니니(Panini,

350 B.C.) 시절로 거슬러 올라가서 이것을 설명할 수

있게 했다. 그 이전의 이론과는 다르게, 이것은 그가 프

로그램한 원리에 대해서 충분히 형식을 잡은 것이었다.

현대 언어학과 AI는 거의 동시대에 탄생했고 같이 성

장하면서 계산적인 언어학 혹은 자연어 처리라는 유합

된 분야에서 서로 교차하고 있다. 언어를 이해하는 문

제는 1957년에 출현한 것보다도 더 복잡해 졌다. 언어

이해는 주제와 문맥 이해를 해야 하지, 문장 구조를 이

해하는 것이 아니다. 그러나 이러한 관점이 1960년대

까지는 폭넓게 받아들여지지 않았다. 지식을 표현하고

자 하는 최근의 작업은 언어와 언어학적인 연구로 형성

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되고 있다. 이것은 언어를 철학적으로 분석하는 작업과

연관되어 있다.

1.11 지능적인 에이전트(Agent)

에이전트는 센서를 통하여 환경을 감지하고 구동기를

사용하여 행동한다. 에이전트를 사람에 비유하면, 센서

는 눈, 귀, 코 등이고, 구동기는 손, 다리, 성대 등이 될

수 있다. 에이전트를 로봇에 비유하면, 센서는 카메라,

적외선 거리 측정기 등이고, 구동기는 각종 모터가 될

수 있다. 에이전트를 소프트웨어에 비유하면, 센서는 키

보드, 파일, 네트워크 등에서 발생하는 입력 데이터이고,

구동기는 출력장치들을 통한 출력 데이터가 될 수 있다.

에이전트의 동작을 정리하면 다음과 같다.

환경 → 센서 → 인지 → 행동 →

구동기 → 환경

좋은 에이전트는 합리적인 인지와 행동을 한다.

에이전트의 여러 가지 형태

(1) 택시 기사

• 수행능력: 안전, 신속, 준법, 편안, 최대이익

• 환경: 도로, 교통흐름, 보행자, 손님

• 센서: 속도계, GPS, 카메라, 엔진 상태표시

• 구동기: 핸들, 가속페달, 브레이크, 경적

(2) 의료진단 장비

• 수행능력: 환자의 건강 점검, 비용 절감

• 환경: 병원, 환자, 의료진

• 센서: 판독, 환자의 응답, 발견

• 구동기: 검사, 진단, 질문, 정보표시

(3) 인공위성 이미지 분석

• 수행능력: 정확한 이미지 선별, 분석

• 환경: 인공위성으로부터 이미지 다운로드

• 센서: 화소, 색상 배열

• 구동기: 이미지 표시 장치

(4) 로봇 선별기

• 수행능력: 선별의 정확성

• 환경: 바구니가 달린 컨베이어 벨트

• 센서: 카메라, 조립된 각도 센서

• 구동기: 조립된 팔과 손

(5) 정유 제어장치

• 수행능력: 순수성, 순도, 선별성, 안전성

• 환경: 정유 작동기

• 센서: 온도, 압력, 화학적 센서

• 구동기: 밸브, 펌프, 표시장치

(6) 대화형 영어 교사

• 수행능력: 학생의 시험점수

• 환경: 학생들, 시험기관

• 센서: 키보드 입력, 발음

• 구동기: 연습문제, 제안, 교정

환경의 여러가지 형태

① 전체관찰(Fully observable) / 부분관찰(Partially

observable)

② 단일 에이전트(Single agent) / 다중 에이전트(Multi

agent)

③ 결정적(Deterministic) / 추론적(Stochastic)

④ 가끔발생(Episodic) / 연속발생(Sequential)

⑤ 부분적(Discrete) / 연속적(Continuous)

⑥ 알려짐(Known) / 모름(Unknown)

환경의 여러 가지 종류

① 퍼즐 게임: 전체관찰, 단일 에이전트, 결정적, 연속

발생, 부분적

② 체스 게임: 전체관찰, 다중 에이전트, 결정적, 연속

머신러닝 연재

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발생, 부분적

③ 포커 게임: 부분관찰, 다중 에이전트, 추론적, 연속

발생, 부분적

④ 주사위 게임: 전체관찰, 다중 에이전트, 추론적, 연

속 발생, 부분적

⑤ 택시 운전: 부분관찰, 다중 에이전트, 추론적, 연속

발생, 연속적

⑥ 의료 진단: 부분관찰, 단일 에이전트, 추론적, 연속

발생, 연속적

⑦ 이미지 분석: 전체관찰, 단일 에이전트, 결정적, 가

끔 발생, 연속적

⑧ 로봇 선별기: 부분관찰, 단일 에이전트, 추론적, 가

끔 발생, 연속적

⑨ 정유 장치: 부분관찰, 단일 에이전트, 추론적, 연속

발생, 연속적

⑩ 영어 교사: 부분관찰, 다중 에이전트, 추론적, 연속

발생, 부분적

에이전트 구조

에이전트 = 아키텍처 + 프로그램.

에이전트 종류

(1) 단순 반응 에이전트

(2) 모델 기반 반응 에이전트

(3) 목표 기반 에이전트

(4) 도구 기반 에이전트

(5) 학습 에이전트

1.12 맺음말

지금까지 인공지능(AI)에 대한 소개와 함께 AI의 지

난 역사를 통하여 AI의 관점들 및 기술들의 원리에 대

해서 알아봤다. AI에 대한 기본지식을 철학(Philosophy),

수학(Mathematics), 경제학(Economics), 신경과학

(Neuroscience), 심리학(Psychology), 컴퓨터공학

(Computer engineering), 제어이론과 인공 두뇌학(Control

theory and cybernetics), 언어학(Linguistics)적으로 요약

했으며, 인공지능(AI)의 기본 모델인 지능적인 에이전트

(Agent)에 관해서 기술했다.

필자는 몇 년 전만 하더라도 인공지능(AI: Artificial

Intelligence)에 대해서 너무 막연한 실현 불가능한 주제

로 어렵게만 생각하고 있었다. 그런데, 요즘 필자는 AI

라는 주제를 다시 바라보고 있다. 수년 전 스티븐 스필

버그 감독의 AI라는 영화가 있었다. 주인공으로 등장하

는 소년은 지능형 로봇이었지만 자신이 로봇임을 부정

하며 피노키오가 세상 여행을 하듯이 여러 가지 AI 세

상을 경험하면서 결국에는 바닷속으로 침몰해 버린 맨

허튼에서 그를 제작한 아버지를 만난다. 아버지는 맨허

튼까지 찾아온 그의 AI를 경이로운 눈으로 바라본다. 필

자는 이 장면을 아직도 생생하게 기억하고 있다. 물론

영화는 픽션이므로 현실과는 거리가 먼 상상의 세계이

지만, 그 속에 담겨있는 이야기들을 통해서 배울 것이

많은듯하다.

인공지능(AI)은 모든 학문 분야와 연관되어 있다. 특

히 철학, 수학, 심리학, 컴퓨터공학, 언어학 등과 많은

연관성을 가지고 있으며 공부해야 하는 주제들도 많

다. 앞으로 필자는 인공지능(AI)에 대해서 컴퓨터 알고

리즘으로 구현할 방법들을 찾아 지속해서 연구할 생

각이다.

최근에 필자가 집필한 “직접 코딩하면서 배우는 머신

러닝/딥러닝” 책을 참고해도 좋을 듯하다. 책은 아래

커널연구회나 시중 온라인서점에서 “커널연구회”로 검

색하여 구매할 수 있다.

아울러, 필자는 인공지능/머신러닝 기능을 실제로 구

현하는 과정을 많은 사람과 공유해볼 생각이다. 필자가

앞으로 연재할 “똑똑한왕자 머신러닝 프로젝트”는 작은

시작에 불과하지만, 계속 여러 사람과 공유하고 협업하

여 더불어 성장할 수 있는 초석이 되었으면 한다. 또한,

필자가 운영하는 커널연구회(www.kernel.bz) 웹사이트

에도 지속해서 관련 내용을 올릴 예정이니 많은 관심과

격려 바란다. KEMC

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④ 정격부동작전류는 정격감도전류의 50% 이상, 10 [mA]이하는 60% 이상으로 한다.

■ 감도 30 [mA] ELB : ×100 = 33%<50%(부동작)

■ 감도 15 [mA] ELB : ×100 = 66%>50%(동작)

2.5 접촉전압 보폭전압

접지전극에 낙뢰 또는 접지고장(지락사고)에 의해서 접지전류가 유입되었을 때 접지

전극 또는 접지전극이 매설된 주변의 대지표면에 나타나는 전위상승에 의한 감전에

대한 위험의 정도는 일반적으로 작업자의 인체에 대한 접촉전압, 보폭전압, 이행전압

(Transferred Voltage) 등으로 평가한다. 대지표면의 전위상승은 접지전극에 접지전류

가 흐를 때에 접지전극이 매설된 대지의 지표면에서의 전위상승으로 대단히 먼 위치인

기준전위에 대해서 접지전극이 매설된 주변의 대지표면에 나타나는 전위이다.

이행전압이란 고려하고 있는 접지시스템과는 다른 장소에 접지가 되어있는 설비 또는

접지도선을 통하여 외부에서 유입되는 접촉전압의 특별한 형태중의 하나이다.

보폭전압에 대한 인체의 전류경로 저항이 접촉전압에 대한 그것보다 훨씬 크기 때문에

접촉전압 기준을 충족하면 보폭전압 기준을 충족하게 되고 허용보폭전압은 허용접촉전

압기준보다 훨씬 크다.

전기설비 접지 및 피뢰 트러블 예방대책

글 | 한찬호 교수/기술사(전력기반기술연구원)

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2.5.1 보폭전압(Step Voltage)

접지전극 또는 접지를 한 구조물 주변에서의 인체의 안전에 대한 중요한 척도로서 낙뢰에 의한 뇌격전류나 고압

전로의 지락전류 등으로 접지전극 부근에 전위차가 발생하였을 때 사람의 양쪽다리 사이에 형성되는 전위차를 보

폭전압이라 하며, 그 크기는 어는 접지를 한 구조물에 접촉되지 않은 상태에서 사람이 보행하는 상태의 양쪽다리

사이의 거리(1 [m])에 나타나는 대지표면의 전위차이로 정의한다.

[그림2-14]철구부근보폭전압

[그림2-14]는 보폭전압의 등가회로이며 인체에 걸리는 전위차는 지표면상에 사람이 발로 접근할 수 있는 2점간

(보통 1m)의 전위차의 최대치로 표시한다. 인체통과 허용전류 Ik = [A] 라하면 보폭전압 Estep은 다음과 같

이 구할 수 있다.

Estep = (R+2Rf)(Ik) = (1,000+6ρs)0.116/√t

= (0.116+0.7ρs)/√t

2.5.2 접촉전압(Touch Voltage)

사람이 접지를 한 시설물 또는 구조물에 접촉하였을 때 접촉한 구조물의 전위와 사람이 서있는 지점의 대지표면

의 전위사이의 전위차를 접촉전압이라 하며, 이 전위차가 높으면 감전사고를 일으킨다.

IEEE의 정의는 구조물과 대지의 지표면상 거리 1 [m]인 지점사이의 전위차로 나타낸다. 사람이 지상에 서서 기기

의 외함이나 철구에 접촉한 경우에 인체에 가해지는 전압이며 [그림 2-15]는 접촉전압의 등가회로이다.

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[그림2-15]철구부근접촉전압

사람의 다리하나의 접지저항 Rf [Ω]는 지표면 부근의 토양 고유저항 [Ωm]의 3~5배 또 인체저항 Rk는

500~2,300 [Ω]정도라고 하면 이것을 3ρs 및 1,000 [Ω]라고 하면 접촉전압은 다음과 같이 구할 수 있다.

Etouch = (Rk+ )Ik = (1,000+1.5ρs)0.116/√t

= (155+0.23ρs)/√t

여기서 Etouch는 지표면상에 사람이 서있고 손이 어느 물체에 접촉했을 때의 손과 발이 접촉한 2점간의 최대 허용

전위차이다. 상기 계산에는 악조건하의 ρs를 적용할 필요가 있으며 고장지속시간에 관해서는 정상동작시의 차단

시간을 고려한다. 그림은 접지철구 부근의 접촉전압에 대한 등가회로이며 접촉전압의 저감을 위해 기기, 철구등의

주위 약 1m의 위치에 깊이 0.2~0.3m의 보조 접지선을 매설하고 이것을 주접지선과 접속한다.

2.5.3 보폭전압 및 접촉전압 저감방법

보폭전압을 저감하는 효과적인 방법은 다음과 같다.

① 접지선을 깊게 매설한다.

② Mesh식 접지방법을 채용하고 Mesh간격을 좁게 한다.

③ 특히 위험도가 큰 장소에서는 자갈 또는 콘크리트를 타설한다.

④ 부지 경계부근은 Main Mesh의 끝 2~3m정도를 깊게 매설한다.

⑤ 철구, 가대 등의 보조접지를 한다.

⑥ 접지기구, 철구 등의 주변 1 [m] 위치에 깊이 0.2~0.4 [m]의 환상보조접지선을 매설하고 이를 주접

지선과 접속한다.

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[표2-2]허용접촉전압

종별 접촉상태 허용접촉전압[V]

제 1종 •인체의 대부분이 수중에 있는 상태 2.5 이하

제 2종•인체가 많이 젖어 있는 상태•금속성의 전기기계 및 기구나 구조물에 인체의 일부가 상시 접촉되어 있는 상태

25 이하

제 3종 •제1종, 제2종 이외의 경우로서 통상의 인체상태에 있어서 접촉전압이 가해지면 위험성이 높은 상태 50 이하

제 4종•제1종, 제2종 이외의 경우로서 통상의 인체상태에 있어서 접촉전압이 가해지면 위험성이 낮은 상태•접촉전압이 가해질 우려가 없는 경우

제한 없음

2.6 접지방식의 형태

2.6.1 독립접지(Isolation Grounding)

독립접지란 접지를 필요로 하는 설비들 각각에 개별적으로 접지를 시공하여 접속하는 방식으로 각각의 장비나

설비에 개별적으로 시공한 접지를 독립접지 혹은 단독접지라 한다.

1) 독립접지의 구성

[그림2-16]독립접지접지전극의전위상승

이상적인 독립접지는 두 개의 접지전극이 있는 경우에, 한쪽 전극에 접지전류가 아무리 흘러도 다른 쪽 접지극에

전혀 전위상승을 일으키지 않는 경우이나, 이상적으로는 두 개의 접지극이 무한대 거리만큼 떨어지도록 하지 않으

면 완전한 독립이라 할 수 없다. 독립접지는 각각의 접지 상호간에 접지전류 혹은 서지로 인해 전위상승이나 간섭

을 일으켜서는 안 된다.

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2) 독립접지의 특징

독립접지의 목적은 개별적으로 접지를 시공함으로써 다른 접지로부터 영향을 받지않고 장비나 시설을 보호하기

위한 것이다. 독립접지는 각각의 접지를 일정거리 이상의 이격거리를 두고 시공함으로써 다른 접지로부터 어떠한

접지전류가 흘러도 전위상승이나 간섭을 받지 않도록 하는 접지방식이다.

하지만 이것은 현실적으로 불가능 하므로 접지의 전위상승이 일정한 범위내에 수용되면 독립접지로 볼 수 있다.

3) 접지의 전위상승에 따른 이격거리

① 접지전극으로 유입되는 전류의 최대값

② 전위상승의 허용치

③ 그 지점의 대지저항률

[표2-3]허용전위상승과접지전극의이격거리

임이의접지전류 [A]전위상승 허용치(△V)

2.5 [V] 25 [V] 50 [V]

10 63 [m] 6 [m] 3 [m]

50 318 [m] 32 [m] 16 [m]

100 637 [m] 64 [m] 32 [m]

비고 대지저항률 ρ = 100 [Ω�m]

④ 전위상승의 허용치는 설비 및 인명의 안전에 손상이 없는 전위상승의 허용치이므로 보폭 및 접촉전압의 크

기가 검토되어야 한다.

⑤ 접지전류가 작아도 시공위치의 대지저항률이 높으면 접지전위는 크게 상승하므로, 대지저항률과 유입전류

에 따라 이격거리는 달라져야한다.

2.6.2 공통접지(Common Grounding)

공통접지는 여러 다른 시설인 통신시스템, 전기설비, 제어설비 및 피뢰설비와 같은 여러 설비를 하나의 접지전극

으로 구성하여 공통으로 접속하여 사용하는 접지방식이다.

도심지의 협소한 면적에 독립적으로 시공되어 있는 각각의 접지를 완전한 독립접지로 볼 수 없다. 건축물 내에

설치된 여러 설비가 고정볼트나 혹은 인접 도선에 의해 대부분 철골과 연결되어 있다고 볼 때 이미 공통접지가 구

성되었다고 볼 수 있으므로 건물 내에 독립적으로 설치되는 여러 접지를 공통으로 묶어 하나의 양호한 접지로 사

용하면 많은 장점이 있다.

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1) 공통접지의 장점

① 신뢰도 및 경제성이 우수하다(단독접지에 비해).

② 접지선이 짧아지고 접지배선 및 구조가 단순하여 보수점검이 용이하다.

③ 접지저항을 낮추기가 쉽고, 철골 구조체를 연결하여 접지성능을 향상 시키고 보조효과를 높인다.

④ 공통의 접지전극에 연결되므로 등전위가 구성되어 전위차가 발생되지 않는다.

⑤ 접지전극의 수가 적어져서 설비시공비의 면에서 경제적이다.

⑥ 전원측접지(2종)와 부하측접지(3종)의 공용은 지락보호, 부하기기 접촉전압의 관점에서 유리하다.

2) 공통접지의 단점

① 접지전극의 손상이나 접지성능이 악화되면 접속된 모든 설비에 동시에 영향이 파급된다.

(대책으로는 접지저항을 낮게 한다. → 건축구조체 접지 활용)

② 설비간 연결 접지배선이 길어지면 설비간의 전위차가 발생할 수 있다.

③ 전위상승의 파급이 위험하며 대책이 필요하다.

[표2-4]독립접지방식및공용접지방식의비교

구분 독립접지방식 공용접지방식

장점- 접지사고 파급이 확대되지 않는다.

(접지극간 이격거리 확보시)- 시공이 간편하고 경제적이다.

- 철골구조체를 접지극으로 이용하므로 경제적- 감전등 안전접지에 특히 유효- 서지나 노이즈 전류의 방전이 용이- 등전위로 전위차 발생이 없다.- 보수나 경년변화가 거의 없다.

단점

- 접지종류별 이격거리 확보가 불가능- 전위극간에 전위차 발생- 보폭 및 접촉전압발생- 경년변화에 취약(접지봉)

- 접지성능이 약화되면 파급효과가 크다.- 설비간 배선이 길면 전위차 발생- 전식이나 노이즈 대책 필요

3) 공통접지 설치 조건(판단기준 18조)

고압 및 특고압과 저압 전기설비의 접지극이 서로 근접하여 시설되어 있는 변전소 또는 이와 유사한 곳에서는 다

음 각 호에 적합하게 공통접지공사를 할 수 있다.

① 저압 접지극이 고압 및 특고압 접지극의 접지저항 형성영역에 완전히 포함되어 있다면 위험전압이 발생하

지 않도록 이들 접지극을 상호 접속하여야 한다.

② ①에 따라 접지공사를 하는 경우 고압 및 특고압계통의 지락사고로 인해 저압계통에 가해지는 상용주파 과

전압은 [표 2-3]에서 정한 값을 초과해서는 안 된다.

③ 공통접지, 통합접지공사를 하는 경우에는 KS C IEC 60364-4-41(안전을 위한보호-감전에 대한 보호)에 적

합하도록 시설하여야 한다.

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고압회전기 예방진단

및 관리기술산업이다양화하면서자동화,대용량화및높은전기의존성은단한번의전기사고도용납하지않고있다.특히인터넷과스마트폰의발전은우리의일상과아주밀접하게연결되어있어더욱신뢰성높은전기설비유지관리가필요한시점이다.이러한변화의흐름에따라현장의유지관리기술도변화의요구가거세지고있다.본고에서는수배전반예방진단및관리기술에대해체계적으로정리하여최신의관련이론과현장기술을제시한다.

글│한전전력연구원김희동수석연구원

소선단락은 12개의 동 도체 중에 두 개의 동 도체 절

연재료를 제거하고 단락시켰으며, 도체표면의 공극은

동 도체와 주절연재료 사이에 길이 5mm 및 폭 2mm

정도의 공극을 권선별로 10개씩 만들었다. 그리고 주

절연재료 내부에도 5mm 및 폭 2mm 정도의 공극을

권선별로 10개씩 만들었으며, 반도전층이 제거된 권

선은 10개의 권선 모두 반도전성 테이프를 사용하지

않았다. 그림 1-69와 같이 고압전동기 고정자 슬롯에

결함권선과 정상적인 권선을 설치하고 5가지 그룹으

로 분류하여 권선저항, 교류전류, 유전정접 및 부분방

전 크기 등을 측정함으로써 절연열화 특성을 분석하

였다. 그리고 4가지 종류의 결함권선과 한 가지 종류

의 정상적인 권선을 5회 이상 동일한 방법으로 제작

하여 시험을 반복하였다.

표 1-19에 5개 그룹권선의 결함요소를 나타내었다.

표 1-20에는 그룹권선의 절연저항 및 성극지수를 나타

내었는데, 1분값에서 절연저항은 소선단락과 정상적인

권선에서 각각 98.5GΩ과 90.7GΩ으로 높게 나타났다.

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1.회전기고정자권선

2.회전자권선의절연재료

3.정지중절연진단기법

4.정지중진단사례

5.운전중진단기술및진단사례

6.절연파괴및모델링

Technical Series

그림1-69.인위적인결함을갖는고압전동기그룹권선

표1-20.그룹권선의절연저항및성극지수

표1-19.고압전동기그룹권선의결함형태

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반면에 도체표면의 공극, 주절연재료 내부의 공극 및

반도전층이 제거된 권선에서는 각각 20.5GΩ, 31.77G

Ω 및 64.9GΩ으로 나타났다. 10분값에서 절연저항은

소선단락과 정상적인 권선에서 각각 392GΩ과 360G

Ω으로 높게 나타났으며, 도체표면의 공극, 주절연재료

내부의 공극 및 반도전층이 제거된 권선에서는 각각

111GΩ, 139GΩ 및 287GΩ으로 나타났다. 성극지수값

은 소선단락과 정상적인 권선에서 각각 3.98과 3.97로

나타났으며, 도체표면의 공극, 주절연재료 내부의 공극

및 반도전층이 제거된 권선에서는 각각 5.42, 4.38 및

4.42로 나타났다. 따라서 고압전동기 고정자 권선의

절연상태를 평가할 때 성극지수값 자체보다는 1분과

10분에서 절연저항값의 크기로 평가하는 것이 더 효율

적인 방법인 것으로 사료된다. 단지 성극지수값은 어

느 값 이상이 되면 절연상태가 양호하다고 판정할 수

있으며, 그 값 자체가 크다고 해서 절연상태가 양호하

다고 판단하기는 어렵다.

표 1-21과 그림 1-70에서 알 수 있는 바와 같이 소선

단락과 정상적인 권선에서 I는 각각 6.29%와 6.88%

로 낮게 나타났으며, 도체표면의 공극, 주절연재료 내

부의 공극 및 반도전층이 제거된 권선에서는 각각

40.17%, 31.6% 및 13.65%로 나타났다.

표 1-22와 그림 1-71에서 알 수 있는 바와 같이 소

선단락과 정상적인 권선에서 tanδ는 각각 3.44%와

3.65%로 낮게 나타났으며, 도체표면의 공극, 주절연재

료 내부의 공극 및 반도전층이 제거된 권선에서는 각

각 21.83%, 18.76% 및 11.95%로 나타났다.

표 1-23에서 알 수 있는 바와 같이 상전압에서 소

선단락과 정상적인 권선의 부분방전 크기는 각각

380pC, 1,700pC으로 낮게 나타났으며, 도체표면 공

극, 주절연재료 내부의 공극 및 반도전층이 제거된

권선에서는 각각 8,700pC, 3,700pC 및 1,600pC으

로 나타났다. 그러나 상전압의 1.25배인 4.76kV에서

소선단락과 정상적인 권선의 부분방전 크기는 각각

2,700pC, 6,400pC으로 낮게 나타났으며, 도체표면의

공극, 주절연재료 내부의 공극 및 반도전층 제거된 권

선에서는 각각 35,000pC, 19,000pC 및 9,700pC으로

나타났다. 따라서 부분방전 크기는 상전압에서는 결함

요소에 따라 차이는 있지만 모두 10,000pC 이하로 측

전기정보 | 2018년 05월 63

표1-21.그룹권선의교류전류

그림1-70.교류전류-전압특성

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정되어 양호하지만, 상전압의 1.25배인 4.76kV에서는

결함을 갖는 권선에서 현저하게 차이가 발생하여 고

압전동기 고정자 권선의 절연열화 상태를 평가할 때

는 4.76kV에서 평가하는 것을 고려해야 한다.

표 1-24에서 알 수 있는 바와 같이 5개 그룹권선

을 종합적으로 분석한 결과 소선단락과 정상적인

권선은 양호하게 분석되었으며, 도체표면의 공극,

주절연재료 내부의 공극 및 반도전층이 제거된 권

선 등은 권선 교체로 판정되었다. 절연파괴시험 결

과 도체표면의 공극(No. 2)은 12.7kV로 가장 낮고

정상적인 권선(No. 5)은 40kV로 가장 높게 나타났

다. 절연파괴 위치는, No.1〜No.4 권선은 슬롯단부

이며, No. 5 권선은 단말권선에서 발생하였다.

인위적인 결함을 갖도록 제작한 그룹권선과 장기간

사용된 고압전동기 고정자 권선에서 정지 중 절연진단

과 파괴시험을 수행하였다. 인위적인 결함을 갖고 있

는 그룹권선과 정상적인 권선에서 권선저항 시험기

(Micro ohm meter, TINSLEY 5893)를 사용하여 권선

저항을 측정하였다. 정지 중인 고정자권선의 교류전

류, 유전정접 및 부분방전 시험을 위해 쉐링브리지, 커

플링 커패시터 및 부분방전 측정기(Tettex Instruments

TE 571)를 사용하였다. 쉐링브리지는 전원장치(Type

5283), 브리지(Type 2818) 및 공진 인덕터(Type 5285)

로 구성되어 있다. 그림 1-72는 그룹권선이 설치된 고

압전동기에서 교류전류, 유전정접 및 부분방전 시험을

위해 절연진단 장비와 회로도를 나타내었다. 고압전

동기 고정자 권선에 쉐링브리지를 연결하여 교류전압

을 인가하였으며, 커플링 커패시터(Tettex Instruments,

4,000pF)는 권선에서 유입되는 신호를 커플링 유닛

(Tettex Instruments AKV 572)에 보내어 증폭한 후 부

분방전 측정기로 방전의 크기 및 패턴을 분석하였다.

부분방전 측정기의 주파수 대역폭은 40〜400kHz이

다. 고압전동기 고정자 권선의 부분방전 크기가 상전

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표1-22.그룹권선의유전정접

그림1-71.tanδ-전압특성

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전기정보 | 2018년 05월 65

압에서 1,500〜6,000pC을 나타내기 때문에 일반 시험

실에서 측정하였으며, 외부잡음은 300〜400pC 정도

를 나타내고 있다. 따라서 실험실에서 측정된 부분방

전 크기에는 외부잡음이 포함되어 있다.

6.1.2 결함요소별로 제작된 그룹권선의 권선저항 분석

표 1-25에서 Group A, B, D, 및 E는 6.6kV 전동기

고정자 슬롯에 각각 10개의 그룹권선을 설치한 그룹

이고, Group C는 8개의 그룹권선을 설치한 그룹이

며, 각 그룹권선별로 상용장비를 사용하여 권선저항

을 측정한 결과를 나타내었다. Group A는 소선단락

을 모의하기 위해 두 개의 동 도체를 단락시켰기 때문

에 0.331Ω으로 측정되었다. 10개의 슬롯에 동일한 결

함을 갖고 있는 Group B, D 및 E의 권선저항은 각각

0.360Ω, 0.357Ω 및 0.357Ω으로 거의 유사하게 분

석되었다. Group A는 소선단락으로 인해 권선의 턴

표1-23.그룹권선의부분방전크기

표1-24.그룹권선의진단결과

그림1-72.고압전동기그룹전선에서절연진단시험

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수가 감소하여 Group B, D 및 E의 측정 데이터에 비

해 권선저항이 0.026〜0.029Ω이 낮게 측정되었다.

그리고 Group C는 고정자 슬롯에 8개의 권선을 설치

함에 따라 권선저항은 0.284Ω을 나타내었다.

6.1.3 고압전동기 절연특성 및 파괴전압 분석

표 1-26은 Group A, B, C, D, E에 대해 동일한 방

법으로 5번 제작하여 고압전동기 고정자 슬롯에 설

치하고 절연특성과 절연파괴 시험을 5회 반복한 결

과를 나타낸 것이다. 결함을 모의한 6.6kV 전동기의

절연특성을 분석하기 위해 교류전류, 유전정접 및 부

분방전 크기를 측정하고 최종적으로 절연파괴시험을

수행하였다. 먼저 그림 1-72에 나타낸 장비를 사용하

여 교류전류와 유전정접을 측정하였으며, 소선단락된

Group A와 정상적인 권선인 Group E는 교류전류와

유전정접 및 부분방전 크기 등이 모두 양호하게 분석

됨에 따라 절연진단 시험을 통해 동 도체 절연재료의

결함을 확인하기가 어렵다는 것을 알 수 있었다. 그

러나 세 가지 종류의 결함을 갖는 Group B, C, D는

정상적인 권선인 Group E에 비해 교류전류, 유전정

접 및 부분방전 크기 등이 모두 높게 분석되었다.

6.6kV 전동기에서 운전에 필요한 최소의 절연내

력은 2E+1kV, 즉 14.2kV에서 1분 이상 견뎌야 사용

이 가능하다. 그러나 Group B의 No. 1은 절연파괴

전압이 12.7kV로 낮게 분석되었다. I는 40.17% 이

고 tanδ는 21.83% 이며, 4.76kV에서 부분방전 크

기가 21,000pC으로 측정되었다. Group C의 No. 1

도 절연파괴 전압이 14.0kV로 낮게 분석되었다.

I는 31.60% 이고 tanδ는 18.76% 이며, 4.76kV에

서 부분방전 크기가 11,500pC으로 측정되었다. 두 개

의 그룹권선 모두 슬롯단부에서 절연 파괴가 발생하

였다. 따라서 Group B, C에서 두 개의 No. 1 권선만

14.2kV 이하에서 절연파괴가 발생 하였고, 나머지는

모두 14.2kV 이상에서 절연파괴가 발생하였다. 평균

적인 절연파괴전압은 Group E에 비해 Group A, B, C

및 D가 낮게 나타났다. Group E의 평균적인 절연파괴

전압은 30.92kV로 가장 높고, Group C는 21.66kV로

가장 낮게 분석되었다. 따라서 I, tanδ및 부분방전

크기가 높게 분석된 고압전동기에서 절연파괴 전압은

상대적으로 낮게 분석되었다. 정상적인 권선인 Group

E의 평균적인 절연내력은 정격전압의 4.68배 정도를

유지하고 있으며, 이러한 결과는 다른 연구자의 절연

파괴 데이터와 거의 유사하게 분석되었다.

고압전동기 고정자 권선의 소선단락은 제작결함과

장기간 운전이 원인이 되어 소선 사이의 절연물 손상

으로 인해 발생하며, 이러한 결함을 갖는 경우 빠른 시

간에 주절연물이 손상되어 최종적으로 절연 파괴가 일

어난다. 따라서 고압전동기 제작 결함으로 인해 소선

단락이 발생한 경우에는 5년을 전후해서 주로 절연파

괴가 발생한다. 고압전동기 고정자 권선 내부에서 주

절연물과 동 도체 사이의 열팽창 계수의 차이가 근본

적인 원인이 되어 전단응력(shear stress)이 발생한다.

전단응력으로 인해 동 도체와 주절연물 사이의 결합력

이 감소하면, 동 도체가 주절연물로부터 분리하게 된

다. 이러한 분리는 결과적으로 주절연물과 동 도체 사

이에 보이드를 생성하므로 도체표면의 공극이라 한다.

도체표면의 공극은 장기간 운전되거나 혹은 기동정지

가 빈번한 고압전동기에서 주로 발생한다. 주절연재

료 내부의 공극은 주로 열적 및 전기적 응력이 복합적

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표1-25.그룹권선의권선저항측정결과

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전기정보 | 2018년 05월 67

으로 작용하여 주절연물 내부에서 보이드가 생성된다.

반도전층이 제거된 권선은 기동과 정지할 때 슬롯 내

부에서 고정자 권선이 미세하게 움직이면서 철심에 의

해 주절연물 외부의 반도전층 테이프가 손상되어 주절

연물과 철심 사이에 보이드가 형성되는 경우를 나타낸

다. 동일한 정격을 갖는 두 대의 고압전동기에서 반도

전층 테이프를 사용한 경우와 그렇지 않은 경우에 측

정된 커패시턴스는 50% 차이가 난다. 예를 들면 반도

전층 테이프를 사용한 경우에 커패시턴스가 100nF이

면, 그렇지 않은 경우에는 50nF이 된다.

표1-26.그룹권선의절연진단및파괴시험결과

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전기저장장치 개발을 위한 요소기술의 이해(4)전지관리장치 설계하기

1. 전지관리시스템(BMS)의 정의

전기관리장치는 전지의 냉각성능을 제어하고, 제어에 필요한 충전상태, 최대 충방전

파워, 각종 경고와 결함에 대한 정보를 제어기(HCU)에 보냄으로 전지에 최적의 동작환

경을 조성하여 주는 시스템이다.

[그림2-1]전기차용Slave전지관리시스템(BMS)과Master전지관리시스템(BMS)

2. 전지관리시스템(BMS)의 주요 구성

전지 시스템은 크게 전지와 전지 관리 시스템으로 나뉘어져 있는데, 전지 트레이, 전지

제어기, 전류 센서 주릴레이, DC 링크 터미널, 스위치, 퓨즈 등으로 구성되어있다.

[표2-1]전지관리시스템(BMS)의종류

구분 Tray BMS Rack BMS System BMS

기능

·셀 상태 측정 ·모듈 상태 측정 ·Rack BMS 통신 ·셀 밸런싱

·SOC, SOH 연상 · 셀 밸런싱 제어 · Tray, HMI 통신 · Rack 보호 관리

· Rack 제어 · Data 저장 및 HMI 장치 구성 · PMS · Rack 진단 및 보호

출처:S사홈페이지자료.

전지관리시스템(BMS) ECU는 전지의 상태를 예측하여 제어에 필요한 명령 및 전지 관

리에 필요한 인자들을 생성하고 제어기의 제어 변수로 전달하는 역할을 한다. 주요기능

으로는 지속적인 전지의 전압, 전류 및 온도를 입력받아 충전상태를 예측하고, 가능한

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전기정보 | 2018년 05월 6968 www.kemc.co.kr

실시간 충방전 전력을 산출한다. 또한 전지 시스템의

전반적인 상태를 감시하여, 전지의 열 거동 및 전지

보호를 위한 경고 정보를 생성한다.

전지는 열적 안정성과 고출력밀도(w/kg), 경량, 장수

명 등의 특성이 요구된다.

전지관리시스템(BMS)은 제어 및 유지보수를 위해

데이터 분석 및 다양한 통신방식 등을 통하여 타제어

기와의 통신이 가능토록 구성되어 있다.

전지관리시스템(BMS)의 기능을 지원하는 소프트웨어

에는 전압전류, 온도 등을 계측하는 계측 알고리즘, 충전

량 계산, 셀 밸런싱 알고리즘, 진단 알고리즘, 방호 알고

리즘 등이 있다. 전지관리시스템의 하드웨어적인 구성

에는 VITM 모듈, 셀 밸런싱 모듈 등으로 구성되어 있다.

3. 전지관리시스템(BMS) 제어

1) 제어 전략 목표

전지관리시스템(BMS) 기능에는 고전압 전지의 모니

터링, 관리 및 유지보수 기능이 있다. 전지관리시스템

(BMS)은 전지 스택에 설치된 전자 밸런싱 슬레이브 제

어 및 모니터링을 하며, 밸런싱 IC는 전지관리시스템

(BMS)으로부터 전기적으로 분리된 개별 고전압 전지

셀의 전자 프론트 엔드로 동작하고, 개별 셀 스택의 일

반적인 밸런싱과 단일 셀의 정밀한 전압을 감지 한다.

밸런싱 IC는 최대 12개의 전지 셀로 이루어진 클러스터

를 관리하는 역할을 하며, 직렬로 연결된 클러스터는

인버터 제어에 필요한 높은 회로 전압을 생성한다.

주 스위치에 의한 모든 고전압 전지 셀의 전체 전류

에 대한 측정 및 슬레이브 IC를 통한 모든 셀 전압에

대한 정확도 모니터링은 전지관리시스템(BMS)이 기반

으로 하는 알고리즘을 사용해 전지 건강 상태 및 충전

상태와 같은 전지 파라미터를 평가할 수 있게 한다. 전

지관리시스템(BMS)은 고전압 전지에 가깝게 설치되지

않으며, 주로 이중 구성의 전기적으로 분리된 버스 시

스템을 통하여 전자 밸런싱 슬레이브에 연결된다.

전지관리시스템(BMS)은 자동차 전압(12V 전지)으로

부터 전원을 얻기 때문에 기존 네트워크 구조를 통하

여 기존 제어장치 클러스터와 통합할 수 있다. 따라서

고전압 전지 안에서 기계적�화학적 결함이 발생하게

되도 전지관리시스템(BMS)이 동작을 유지하고 안전

하게 주 스위치를 개방하게 된다.

전지의 화학적 또는 전기적 알고리즘의 복잡성이 증

가하게 되어 강력한 멀티코어 프로세서 구조를 탑재

한 마이크로컨트롤러(MCU)가 전지관리시스템(BMS)

에 사용되어야 한다.

2) 충전 상태 관리

충전 상태 관리는 충방전을 반복하며, 평상시에는 활

용 할 수 있는 에너지를 일정하게 충전상태로 유지하

도록 목표 값에 수렴하도록 제어한다.

3) 충전 상태 예측

충전 상태는 현 상태의 정격 용량 대비 가용할 수 있

는 전기량의 백분율을 의미하며, 전지의 성능 또는 충

방전을 결정하는 주요 인자로 사용하게 된다.

아래 식을 통해 전지의 충전상태를 예측 할 수 있다.

SOCn(%) = SOCn-1(%)- *100

4) 가용한 충방전 파워 제한

전지관리시스템(BMS)은 현재 상태의 정격용량 대비

온도 및 충전 상태를 조건으로 실시간 사용할 수 있는

최대 충방전 전력을 분석하여 제어기에 전송한다. 차량

제어기는 전지의 수명 및 전지 동작 전압 범위를 유지

하기 위해 전지 입출력 전력 제한 값 이하를 사용한다.

5) 전지 냉각

전지의 특성을 고려하여 최대 용량이 되는 온도가

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될 수 있도록 제어를 한다. 출력이 우선시 될 경우 전

지의 용량이 허용하는 범위에서 출력이 높아지는 고

온제어를 한다.

6) 경보기능

전지관리시스템(BMS)은 아래의 경우 제어 시스템으로

경보를 송출할 수 있도록 통신 기능을 제공하여야 한다.

(1) 과충전 또는 과방전

(2) MCCB(또는 FUSE) 차단

(3) 이상온도 발생

(4) 과전압, 저전압, 과전류, 전압 불평형, 온도 불평형

등 발생

(5) 통신 오류 발생

(6) 불량 Cell 발생

7) 전지관리시스템(BMS)의 Cell Balancing 기능

전지전압 불균형 발생시 각각의 전지의 전압이 동등

하지 않는 랙 안의 셀에 대하여 적합한 SOC 영역에서

전압차 20mV 이상일 경우 동작하여야 하며, 배터리

전압을 변동범위인 10mV 이내로 맞추는 셀밸런싱 기

능을 갖추어야 한다. 발열 및 시스템 안정성을 고려하

여 동작하여야 하고, 밸런싱 용량은 편차량을 보상할

수 있는 충분한 용량이 되어야 한다.

8. 제어전원

전지관리시스템(BMS)용 제어전원은 정전이 되지 않

도록 AC UPS 전원을 구비하여야 하며, 최소 30분 이

상 전원을 공급할 수 있어야 한다.

4. 전지관리시스템(BMS) 결정

1) Battery Monitoring Control

전지관리시스템(BMS)은 전지 팩 전압, 셀 전압, 팩

전류, 팩 온도 등을 측정하여 전지 동작환경을 관리

및 제어 한다.

아래 표에서는 전지관리시스템(BMS)의 전지 팩전

압, 셀 전압, 충전방전 전류, 전지 온도 입력사양에 부

합되도록 기능을 구현하였다.

[표2-2]전지의전압,전류,온도사양

항목 범위 정확도

Battery Pack 전압 0V~280V ±0.8V(0.3%)

Battery Cell 전압 0V~5V ±0.01V(0.2%)

Battery Current -180A~180A ±1.0A(0.6%)

Battery Temperature -40℃~80℃ ±1℃(1.0%)

출처:하이브리드자동차의배터리관리시스템대한연구(2009.12.18,숭실대학교전기공학부)

전지 팩 전압은 0 [V]~280 [V], 셀 전압은 0 [V]~5

[V]로 전지 전압 측정회로를 구현하였으며 충전방전

중 전지의 측정 전류범위는 -180 [A]~180 [A], 온도

범위는 -40 [℃]~80 [℃]로 오차범위는 ±1 [℃]로 측

정 가능한 기능을 구현하였다.

전지 팩 상태를 측정하기 위해서 절연 팩 전압 측정

회로와 같이 전압을 저항으로 전압 분배하여 팩전압

측정회로의 1차측 2차 능동 필터에 인가하고 노이즈

를 제거하여 절연 증폭기에 입력된다. 2차측 2차 능동

필터를 통해 제거된 노이즈를 팩 전압을 측정하는 기

능을 구현하였으며 측정된 팩 전압은 충전상태를 단

적으로 확인 가능하다. 절연하기 위해서는 전지전압

과 시스템 전압을 절연시키는 일이 중요하다.

리튬 전지도 절연을 통해 전압 측정이 가능하지만

중요한 것은 균등 충전을 하여 컨트롤러가 소비되는

전류로 인해 자가 방전을 할 수 있다는 것이다. 전지

온도 및 전지 주위 온도를 측정하는 방법으로는 온도

센서를 이용하여 측정한다.

2) 전지관리시스템(BMS)의 통신

전지관리시스템(BMS)은 Battery의 전압, 전류, 온도,

충전상태, 전지관리시스템 상태 등의 정보를 통신을

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전기정보 | 2018년 05월 7170 www.kemc.co.kr

통해 다양한 기기(충전기, 중앙장치 등)에 정보를 제공

함으로써 전지의 제어 관리 및 전지관리시스템 동작

상태를 확인할 수 있다.

3) Cooling FAN Control

전지로 구성된 팩은 전지 내부온도, 외부온도에 따라

전지의 특성에 가장 많은 변화를 준다. 온도의 영향에

따라 전지의 용량 및 전지의 특성이 변화를 일으키므

로 전지의 온도 및 외부 전지 온도를 체크 하면서 방

열관리 제어가 중요하다. 냉각팬 속도는 펄스폭 제어

방식으로 제어할 수 있으며 전지 내외부의 이상 온도

가 확인되면 냉각 팬을 구동하는 동시에 냉각 팬 속도

제어가 이루어져야 한다.

4) 전지관리시스템(BMS) I/O Control

전지관리시스템(BMS)은 외부장치로부터 입력과 출력

신호를 제어해야한다. 전지의 최적의 환경 조성을 위하

여 디지털 입출력 사양을 제어기 및 외부로부터 디지

털 신호로 입력을 받아 동작이 이루어져야 하며 전지

의 수리 및 충전을 위해 외부로부터 입력신호가 필요

하다. 또한 전지관리시스템(BMS)의 동작상태 및 전지

불량이 발생한 경우 디지털 신호로 출력하여야 한다.

5) Battery의 SOC 알고리즘

주로 사용되는 방법으로 전지 터미널에서 관찰되

는 전류를 이용하여 Ampere-Hour Counting의 알고

리즘을 암페어 카운팅을 통하여 시간당 전류량을 전

지용량의 백분율로 충전상태를 계산하는 방법으로

Coulomb Counting 알고리즘과 비슷하며, 전지 용량

을 구하는 방법은 다음 식과 같다.

SOC(t) = SOC(t-Δt)- [100 ]

여기서,

t = sec

I = Current

Ah_nominal = Battery cpacity

n = effectively unity

산출된 전지 잔존용량 값을 주행 중이나 정지 시 전

지 안정되는 시점에 개로전압을 측정하여 미리 측정된

전압에 대한 전지 잔존용량 값을 Table화하여 전지 잔

존용량값과의 비교를 통하여 보정하는 알고리즘이다.

6) Battery 과전압 보호 제어

기존의 디지털 신호로 과전압을 바이패스 시키는 방

법이 있었지만 각 Cell 전지 단에 과전압 보호회로 추

가를 통해 과충전시 충전 전류를 바이패스 하고 기준

전압의 이상으로 충전되지 않게 해주는 보호회로를

구현한다.

7) 안전요구사항

ISO 26262 표준의 범위 내에서 전지관리시스템과

같은 특정 전기 및 전자 시스템은 ASIL C~ASIL D에

들어간다. 다시 말해 오류 검출비율이 최소 97~99%

임을 의미한다.

전지시스템에서 가장 위험한 오류의 원인이 되는 문

제들은 낡은 케이블 또는 이상 고전압으로부터 발생

하는 위험, 고전압 전지의 화재 또는 폭발에서 오는

위험이다.

안전과 관련하여 주 스위치는 고전압 사고를 방지하

고 전지관리시스템(BMS)이 적절하게 오류 반응을 하

도록 하는데 중요한 역할을 한다. 오류가 발생하면 스

위치는 전지관리시스템(BMS) 모듈에 의해 적합한 오

류 반응 시간 내에 개방이 필요하다. Non-critical 오

류 안전 조건은 전지관리시스템의 마이크로컨트롤러

에 장애가 발생하는 경우, 독립적인 외부 안전 소자가

안전하게 인버터에 대한 고전압 접점을 모두 개방하

는 특징을 갖는다.

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