300kW TAB 컨버터 시스템 제작

300kW TAB 컨버터 시스템

제작 구매시방서

2026. 7

한국전기연구원

구매시방서

I. 적용 범위

본 구매 시방서는 한국전기연구원에서 진행 중인 “20MW급 10kV 중대형 선박용 고전압 대용량 직류시스템 개발”과제에서 필요한 300kW TAB 컨버터 시스템 제작 시방에 대한 설명이다.

II. 일반 사항

1. 제작 조건

본 구매 건에서 제작하고자 하는 300kW TAB 컨버터은 입력 포트 1개(1000V)와 2개의 독립적인 출력 포트(1250V)로 구성된 150kW 용량의 양방향 DC-DC 컨버터 2개 및 컨트롤 판넬을 연결하여 구성된 컨버터이다. 이 컨버터는 아래와 같은 조건을 만족하여야 한다.

1.1 설치 장소

1) 설치 장소 : 실내

2) 주위 온도 : 최고 55℃, 최저 0℃ (보관온도 : 최고 70℃, 최저 –15℃)

3) 상대 습도 : 90% 이하

1.2 제작 기준

1) 컨버터는 전기연구원의 설계 지침에 맞춰 제작되어야 하며 정격에서 냉각 성능을 보장하도록 제작, 설치되어야 한다.

2) 시스템 구성에 따른 상호 부조화로 인한 문제점 발생 시에는 공급자가 해결하여야 한다.

1.3 도면 승인

본 구매건에 적용되는 컨버터 제작에 필요한 도면 및 서류를 제출하여 도면승인을 받아야 한다. 계약일로부터 10일 이내에 외자재, 내자재 등의 주요 자재 목록, 제작도면, 기술자료, 특기사항을 제출한다.

1.4 자재 사용

주요 자재는 KS 표시품을 사용하는 것을 원칙으로 하며, KS 표시품이 없을 경우에는 국내 시판용 중 최상급을 사용하여야 한다.

시방서에 세부 부품명이 명시된 항목을 타 부품으로 대체하고자 할 경우에는 사전에 한국전기연구원의 허가를 득해야 한다.

2. 납품 및 설치

1) 납품기간은 계약일로부터 50일 이내로 한다.

2) 제작 공정표를 제출하고 감독원의 사전 및 납품 검수를 득하여야 한다.

3) 납품완료 시까지 제품에 대한 책임은 공급자가 부담한다.

4) 납품 장소는 한국전기연구원 제 6연구동으로 한다.

5) 시스템 설치 시에는 공급자가 기술자를 현장에 파견, 설치에 대한 기술지도를 제공해야하며 시험 운용 시에 입회하여 이상 유, 무를 확인하여야 한다.

3. 하자 보증

1) 하자보증기간은 납품한 날로부터 1년으로 한다.

2) 하자보증기간 내에 하자가 발생한 경우에는 무상으로 수리 또는 교체하여야 하며, 수리 또는 교체한 부분의 하자 보증기간은 수리 또는 교체한 날로부터 1년으로 한다.

3) 하자보증기간 이후에 하자가 발생한 경우에는 공급자의 규정에 따라 유상수리 또는 교체하고, 수리 또는 교체한 부분의 하자 보증기간은 수리 또는 교체한 날로부터 1년으로 한다.

4. 성능 평가

1) 본 장치의 성능평가를 위한 검사는 현장 평가를 원칙으로 한다.

2) 제 성능평가 검사항목은 표 1과 같이 실시한다.

3) 성능평가 검사를 위해서 공급자 측에서는 성능평가에 필요한 제반 설비를 모두 제공하여야 한다.

4) 성능 평가를 위해 필요한 비용은 공급자 측에서 제공한다.

5) 성능평가에 필요한 모든 계측기기는 유효기간이 경과하지 않은 검/교정 장비를 사용한다.

표 1. 성능평가 검사 항목, 판정기준 및 검사방법

검사 항목

판정기준

검사방법

1

외관, 구조검사

시스템 외함 구조, 광케이블 및 팬 연결 구조

DC-DC 컨버터 회로 구조

방열판, 수냉 파이프, 부스바 구조

PCB 실장 구조

설계 도면을 근거로 구조 확인 검사

2

컨트롤 판넬

차단기를 거치는 1000V 입력부

5kV 출력부(단자대)

메인 제어기 설치

수냉 배관 분기 구조

설계 도면을 근거로 구조 확인 검사

3

TAB 컨버터 판넬

회로 구조 :

2개의 단상 TAB(Triple-Active-Bridge) 의 입력 병렬, 출력 직렬 구조

정격 출력 : 입력 300kW

입력 전압 : 1000 VDC

출력 전압 : 2500 VDC

제어기를 통해 게이팅 신호를 인가하고 정상 동작 여부 확인

4

전력단

주요 회로

전압·전류 센싱회로, Full-bridge 컨버터 회로, 게이트 드라이버, 팬 구동 회로

설계 도면을 근거로 구조 확인 검사

5

제어기 인터페이스 회로

ADC 기능 확인

입출력 I/O 구동 기능 확인

PWM 출력 기능 확인

오실로스코프를 이용하여 신호 측정을 통한 확인

5. 제공 및 납품 항목

1) 납품 업체 제작 및 납품 항목

순번

항 목

세 부 내 역

1

TAB 컨버터

판넬

2세트

- 정격 출력 : 150kW

- 입력 전압 : 1000 Vdc

- 출력 전압 : 1250 Vdc

TAB 컨버터 파워스택 설계 및 제작: 부스 플레이트, 전력단 회로, 수냉 방열판 포함

컨버터 외함

조립, 배선, 광케이블, 냉각 배관 포함

- PCB류와 전력 회로 간 배선 결선

그 외 제작에 필요한 부품 자재 일체

2세트를 제작하여 1차측은 병렬, 2차측은 직렬로 연결하여 전체 시스템 입력 1000V, 출력 2500V를 만든다.

2

컨트롤 판넬

TAB 컨버터 파워스택과 같은 규격의 외함

1000V 입력, 2500V 출력 단자가 전면 하단으로 나오도록 함

입력단은 차단기 배치, 출력측은 단자만 배치함

외부에서 공급되는 탈이온수 배관을 받아 병렬로 분기, TAB 컨버터 파워스택 2개로 분기시킴

3

PCB 류

OPTIC_V_SENSING

OPTIC_A_SENSING

1차측_GATE

OPTIC_DIO

2차측_SIC_MODULE

2차측_GATE

2차측_CAPBANK

PCB류는 TAB 컨버터 판넬 1대를 추가로 제작할 수량의 여분을 포함하여 공급한다.

PCB류가 연결되는 슬레이브 제어기는 한국전기연구원에서 사급으로 제공한다.

2) 사급 품목: 한국전기연구원에서 제작사로 제공함

- TAB 컨버터 1,2차측 스위칭 소자

CAS310M17BM3(half-bridge), FF6MR20W2M1J_B70(half-bridge),

다권선 변압기 2대

1차측 직류단 캐패시터(944L330K142AAM)

- 24V 절연 전원

TAB 컨버터마다 사용하는 슬레이브 제어기

컨트롤 판넬에 사용하는 메인 제어기

2) 제출 자료

순번

자 료 명

제출 시기

1

PCB 회로 도면, 제작공정표

계약 후 10일 이내

2

기구 도면

계약 후 10일 이내

3

취급 설명서 및 최종 완성 제작도면

납품시

6. 기타 사항

1) 본 시방서에 해석상의 이견이 있을 경우에는 당원의 해석에 따른다.

2) 본 시방서에 명시되지 않은 사항들은 당원의 관련규정과 상호간의 협의에 따라 결정한다.

3) 본 입찰에 응시하는 업체는 담당자의 충분한 설명과 내용을 숙지하고 입찰에 참여 하여야 하며 충분한 숙지가 되지 않은 상태에서 발생하는 모든 책임은 낙찰자에게 있다.

4) 계약자는 설치 전에 기술시방서를 연구원에 제출하여 사용부서의 승인을 득한 후 제작 및 설치를 하여야 한다. 이에 대한 세부 사항을 기술시방서에 명시하여야 한다.

5) 주요설비 및 부품은 국산 및 성능이 입증된 동동 이상의 제품을 공급하여야 한다.

6) 시스템 설치 및 시운전 등 연구원 내에서의 작업시 안전관련 법규를 준수하여야 하고, 안전관리 및 재해방지에 만전을 기해야하며, 작업 중 발생하는 화재, 도난, 유실, 손상 및 안전사고에 대한 모든 책임을 진다.

7) 기타 본 시방서에 언급되지 않은 사항은 사전에 당 연구원과 협의 후 결정 하여야 한다.

IV. 시스템 상세 사양

1. 시스템 외함

TAB 컨버터는 다음과 같은 시스템 구조를 가진다.

2개의 TAB 컨버터 판넬과 하나의 컨트롤 판넬, 총 3대의 판넬로 구성된다.

아래 그림은 예시이며, 세부 구조는 달라질 수 있다.

<300kW TAB 컨버터 시스템 판넬 구조>

2개의 TAB 컨버터 패널의 입력단은 병렬로, 출력단은 직렬로 연결되고, 컨트롤 패널의 입출력 단자까지 연결된다.

컨트롤 패널에는 전력 입출력 케이블과 냉각 배관(입출수)이 외부에서 들어온다. 냉각 배관은 컨트롤 패널에서 분기되어 2개의 TAB 컨버터 패널의 방열판으로 연결된다.

각 패널은 뒷면에 패널 냉각을 위한 팬이 장착된다.

그림상에 표기된 크기는 달라질 수 있다.

<150kW TAB 컨버터 회로 구조>

2. 150kW TAB 컨버터 제작 사양

1차측: CAS310M17BM3(half-bridge) 2개 사용.

직류단 캐패시터: 944L330K142AAM 4개 사용.

CAS310M17BM3, 944L330K142AAM 는 한국전기연구원에서 사급으로 제공함

2차측: FF6MR20W2M1J_B70(half-bridge) 2개 사용.

직류단 캐패시터: 36uF/51A 이상의 필름 캐패시터 – 어떤 제품 사용할 지 제작사에서 검색 요망

FF6MR20W2M1J_B70 는 한국전기연구원에서 사급으로 제공함

1차측과 2차측이 분리된 공냉식 방열판 위에 위치함. 공냉용 팬 설치 필요함

1차측의 총손실 약 1kW, 2차측 각각 550W

2. PCB 류 제작 사양

1) OPTIC_V_SENSING

직류단 전압 측정 회로. LV-25P 사용. 1차측과 2차측은 별개의 PCB로 만들어야 함.

아날로그로 측정된 신호를 디지털 주파수 신호로 바꾸고(VFC32, AD652 사용), 이를 다시 광 신호로 변환하여 메인 제어기로 송신해야 함.

< OPTIC_V_SENSING PCB 예시>

2) OPTIC_A_SENSING

직류단 전류 측정 회로. LV-25P 사용. 1차측과 2차측은 별개의 PCB로 만들어야 함.

아날로그로 측정된 신호를 디지털 주파수 신호로 바꾸고(AD652 사용), 이를 다시 광 신호로 변환하여 메인 제어기로 송신해야 함.

< OPTIC_V_SENSING PCB 예시>

3) 1차측_GATE, 2차측_GATE

1차측 및 2차측 SiC MOSFET 구동용 게이트 드라이버 회로를 각각 설계, 제작한다. 스위칭 소자 2개로 이루어진 모듈 1개 마다 1개의 게이트 드라이버 보드를 사용한다. 게이트 드라이버 보드는 ADuM4135 를 사용한다.

게이트 드라이버와 메인 제어기는 광 케이블로 연결된다. 게이트 드라이버의 입출력은 광 인터페이스를 갖추어야 한다.

< 1차측_GATE PCB 예시>

4) OPTIC_DIO

팬 구동을 위한 인테페이스 보드. 메인 제어기에서 광 신호로 팬 구동 제어하도록 구성한다.

5) 2차측_SIC_MODULE

2차측 SiC MOSFET CAB7R5A23GM4은 PCB에 부착하는 타입이다. SiC MOSFET을 부착하는 PCB를 설계, 제작한다. stray 인덕턴스가 최소화되도록 설계한다.

6) 2차측_CAPBANK

필요한 경우 2차측 파워스택의 직류단 캐패시터를 부착하는 PCB를 제작한다.

3. 전장품 제작 사양

1) 제어 전원은 1000Vdc 입력을 받아서 24Vdc를 공급해야 한다. 이를 위한 dc-dc 컨버터가 설치되어야 한다.

2) TAB 컨버터 및 제어기는 24Vdc 전원을 이용하여 제어 전원을 공급받는다. 이들은 한국전기연구원에서 제공하는 24V 절연 전원을 이용하여 각각 절연된 전원을 공급한다.

2) 제어기에 디지털 신호를 인가하는 비상 정지 스위치

4. 기구 구조물

TAB 컨버터의 파워스택을 이루는 스위칭 소자는 알루미늄 방열판에 부착되며 스너버 캐패시터와 필름 캐패시터는 스위칭 소자에 근접하여 배치된다. 파워스택의 전기부품간 결선은 부스바 플레이트로 연결된다. 단, 고주파 변압기는 리츠와이어로 연결한다.

< 1차측 파워스택 설계 예시>

< 2차측 파워스택 설계 예시>

파워스택의 방열판은 수냉방식을 사용한다. 컨트롤 판넬을 통해 외부에서 인입되는 냉각 배관은 2개의 TAB 컨버터 판넬로 분기되어 들어간다. (컨트롤 판넬에 냉각 배관을 분기하는 장치가 설치되어야 한다.)

본 시스템은 20kV 절연 사용을 가진다. 판넬 외함과 각각의 파워스택, 제어기 PCB, 고주파 변압기는 등 구성 요소들은 모두 절연 애자 등을 이용하여 절연 거리를 확보하도록 설계 및 제작해야 한다.