• 목록

안전회로의 단일고장을 고려해야 하는 이유

⏱️ 30초 요약

안전회로(Safety-Related Control System)는 하나의 부품이 고장나더라도 위험한 상황이 발생하지 않도록 설계하는 것이 기본 원칙이다. 이러한 개념을 단일고장(Single Fault) 고려라고 하며, EN ISO 13849-1과 IEC 62061 등 기능안전 규격에서 중요한 설계 개념으로 다루어진다. 실제 CE 설계와 FAT, SAT, APAVE 검사에서는 안전기기의 이중화 여부보다 단일고장 발생 시 안전기능이 유지되는지를 중점적으로 확인하는 경우가 많다. 안전회로는 정상 동작보다 고장 발생 시의 안전성을 기준으로 설계해야 한다.

📑 목차

• 현장 상황
• 관련 규격
• 규격 적용
• 현장 사례
• 실무 주의사항
• HJON Insight
• 한 줄 정리
• HJON Info
• 관련 키워드

📖 현장 상황

자동화 설비의 CE 검토 과정에서는 비상정지(Emergency Stop), 안전도어 인터록(Safety Door Interlock), 라이트커튼(Safety Light Curtain) 등 안전장치가 정상적으로 동작하는지만 확인하는 것으로 충분하지 않다.

실제 FAT나 SAT에서는 안전릴레이 접점 용착, 배선 단선, 센서 내부 고장, PLC 입력 불량과 같은 단일고장 상황에서도 위험한 동작이 발생하지 않는지 확인하는 경우가 있다.

예를 들어 안전도어를 열었는데 한 개의 접점이 용착되어 있어도 위험한 모터가 계속 회전한다면, 평상시에는 문제가 없어 보이더라도 안전기능은 요구사항을 만족하지 못할 수 있다.

따라서 안전회로는 정상 상태보다 고장 상태에서 어떻게 동작하는지가 더욱 중요한 설계 요소가 된다.

📚 관련 규격

EN ISO 13849-1

• 기계 제어시스템의 안전 관련 부품(Safety-related Parts of Control Systems, SRP/CS)에 대한 설계 원칙을 규정한다.
• Performance Level(PL) 달성을 위해 구조(Category), 진단범위(DC), 평균고장시간(MTTFd), 공통원인고장(CCF) 등을 함께 고려하도록 제시한다.

IEC 62061

• 기계 기능안전(Function Safety)을 위한 SIL 기반 설계 규격이다.
• 안전기능이 단일고장 조건에서도 요구되는 안전무결성을 유지하도록 설계하는 개념을 포함한다.

IEC 60204-1

• 기계 전기설비의 일반 요구사항을 규정한다.
• 비상정지와 보호회로 구성 시 안전 관련 회로의 신뢰성을 확보하도록 요구한다.

Machinery Regulation (EU) 2023/1230

• 기계가 예상 가능한 고장 상황에서도 허용 가능한 수준의 안전을 확보하도록 요구하는 기본적인 안전보건 요구사항(EHSR)을 제시한다.

⚙️ 규격 적용

단일고장을 고려한다는 것은 단순히 부품을 두 개 사용하는 것을 의미하지 않는다.

중요한 것은 어느 한 부품이 고장나더라도 위험한 상태로 이어지지 않도록 전체 안전기능을 설계하는 것이다.

대표적인 적용 방법은 다음과 같다.

• 안전도어 스위치의 이중채널 구성
• 안전릴레이 또는 Safety PLC를 이용한 채널 감시
• 출력 접촉기(Contactor)의 피드백(EDM) 감시
• 교차단락(Cross Fault) 검출
• 센서 단선 및 단락 진단
• 접점 용착(Fused Contact) 감시
• 자동 재기동 방지(Prevention of Unexpected Start)

이러한 기능은 하나의 부품이 고장나더라도 설비를 안전정지 상태로 유지하거나 재기동을 방지하기 위한 설계 방법이다.

🔍 현장 사례

유럽 배터리 공장의 자동화 설비에서 안전도어 인터록은 두 개의 독립 채널로 Safety PLC에 연결되어 있었다.

검사 과정에서 한 채널의 배선을 분리한 상태에서 안전도어를 개방하는 시험이 수행되었다.

설비는 즉시 안전정지되었으며 Safety PLC는 채널 불일치를 감지하여 Fault 상태를 표시하였다.

이후 배선을 복구하더라도 작업자가 Reset 버튼을 누르기 전까지 자동으로 재기동되지 않았다.

반면 일반 릴레이 하나만 사용한 단일채널 회로에서는 접점이 용착될 경우 도어를 열어도 설비가 계속 운전될 가능성이 있어 안전기능을 충분히 확보했다고 보기 어렵다.

위 사례는 실제 프로젝트를 기반으로 재구성한 예시이며 특정 프로젝트나 특정 기업의 사례를 의미하지 않는다.

⚠️ 실무 주의사항

• 안전기기를 이중으로 설치했다고 자동으로 단일고장이 고려되는 것은 아니다.
• 두 채널을 동일한 단자에서 분기하면 공통고장(Common Cause Failure)의 위험이 증가할 수 있다.
• 출력 접촉기의 피드백 회로(EDM)를 생략하면 접점 용착을 감지하지 못할 수 있다.
• Safety PLC를 사용하더라도 현장 배선과 센서 구성이 단일고장을 고려하지 않으면 요구 Performance Level이나 SIL을 만족하지 못할 수 있다.
• FAT에서는 정상 동작만 확인하지 말고 단선, 접점 용착, 센서 분리 등 대표적인 고장 조건도 함께 검증하는 것이 바람직하다.
• 위험성평가 결과에 따라 요구되는 PL 또는 SIL 수준이 달라질 수 있으므로 모든 설비에 동일한 구조를 적용해서는 안 된다.

💡 HJON Insight

유럽 프로젝트에서 인증기관이나 고객이 자주 확인하는 것은 "이 안전장치가 정상적으로 동작하는가?"보다 "부품 하나가 고장나면 어떻게 되는가?"이다.

실제 검사에서는 안전도어를 열어보는 시험보다 배선을 제거하거나 피드백을 끊거나 접점을 강제로 고착시키는 방식의 Fault Simulation을 수행하는 경우도 있다.

즉, CE 검사는 정상 운전 확인보다 고장 상황에서도 안전기능이 유지되는지를 검증하는 과정이라는 관점으로 접근하는 것이 일반적인 설계 및 검사 문화에 가깝다.

📝 한 줄 정리

안전회로는 정상 동작이 아니라 단일고장이 발생했을 때에도 안전기능을 유지하도록 설계되어야 한다.

ℹ️ HJON Info

이 문서는 해외 산업현장에서 적용되는 CE 및 기계안전 규격을 실무자가 이해하기 쉽게 정리한 HJON 현장 브리핑 콘텐츠이다.

일부 사례는 프로젝트 기밀(NDA), 개인정보 및 기업 정보를 보호하기 위해 실제 현장을 기반으로 재구성하거나 가상의 사례로 작성될 수 있으며 특정 프로젝트 또는 특정 기업의 실제 사례를 의미하지 않는다.

현장 적용 시에는 프로젝트 사양, 적용 규격, 제조사 매뉴얼, 위험성평가 및 최신 국제 규격을 함께 확인해야 한다.

🔎 관련 키워드

관련 키워드: Single Fault, EN ISO 13849-1, IEC 62061, Safety PLC, Performance Level