도호쿠전기보안협회, 형광등 안정기 종류 판별장치의 개발

김대근 기자
입력 2015.08.01 00:00

도호쿠전기보안협회
형광등 안정기 종류 판별장치의 개발

본 개발제품은 형광등 안정기의 종류를 용이하게 판별(인버터식 형광등 안정기와 기존식 형광등 안정기의 판별)할 수 있는 검사 장치이다. 형광관에 본 개발기기의 조작봉 끝(센서)을 근접시키는 것만으로 기존의 판별작업을 보다 안전하고 빠르게 실시할 수 있다. 본고에서는 일본 도호쿠전기보안협회에서 개발한 「형광등 안정기 종류 판별장치」의 특징 및 효과를 비롯해, 개발장치의 △동작원리 △주요사양 △필드 테스트 결과를 소개한다.

번역·정리 김대근 기자

백열등에 비해 3~5배 정도 에너지 효율이 뛰어난 형광등이 시장에 보급된 지 약 50년이 지났다. 최근에는 그보다 더 고효율의 LED 조명이 나오고 있지만, 공장 및 상업용 건물에 있어서는 여전히 직관형 형광등이 많이 사용되고 있다. 형광등 조명에는 전원 주파수 50/60Hz로 점등시키는 기존형의 동철(銅鐵) 안정기식 조명과 수만 Hz에서 고주파로 점등시키는 인버터형 안정기식 조명이 있다. 인버터형은 기존형 대비 소비전력이 20% 이상 적고, 빛의 깜박임이 적다는 장점을 가지고 있다. 2008년의 에너지 절약법 개정에 맞춰 일반재단법인 도호쿠전기보안협회에서는 조명설비 에너지절약에 대한 하나의 제안으로서 보안관리 대상 고객에게 인버터형 안정기식 기기 도입을 적극 권장해 왔다. 이 제안에는 고객이 사용하고 있는 기존형의 기기를 개별적으로 찾아내야할 필요가 있었다. 고객이 사용하고 있는 조명에는 기존형 안정기식 조명과 매우 비슷한 외관의 인버터형 조명기구들이 많이 있다. 따라서 기기의 외관만으로는 안정기를 올바르게 판단할 수 없기 때문에 기존형 기기의 판단은 천장의 조명기구 내부에 있는 안정기를 직접 보고 확인하게 된다. 안정기의 확인작업은 긴 발판 사다리를 사용한 고소 작업(高所作業, High place work)으로 위험하고 어렵다. 그리하여 당 협회는 보다 안전하고 용이한 안정기의 판별작업을 목표로 하여 「형광등 안정기 종류 판별장치」를 개발하게 되었다.

안정기 확인의 문제점

현재 시판되고 있는 직관형 인버터형 형광등은 관의 직경이 좁고, [사진 1]과 같이 조명기구 및 관에 Hf 라벨 표시가 있다. 이에 따라 Hf 라벨 표시가 없는 굵은 관 및 조명기구를 모두 기존형의 형광등으로 잘못 판단하는 경우가 생긴다. 초기의 인버터형은 기존의 굵은 형광관을 사용했으며 Hf 라벨 표시는 없다. 또 [사진 2]와 같이 기존형 형광등의 안정기만 교체하고, 굵은 형광관은 그대로 사용해 인버터형으로 개조한 조명도 많이 있다. 그 조명기구들에는 Hf 라벨 표시가 없어 기구의 외관만으로 안정기의 방식을 판단할 수 없다. 정확한 판단을 위해 발판 사다리를 사용하여 [사진 3]과 같이 조명기구의 커버를 분리해 내부의 안정기를 직접 보고 확인을 해야 한다. 미끄러지기 쉬운 바닥면에서 발판 사다리를 사용해 3~4m 높이에 있는 천장 조명의 안정기를 확인하는 작업은 장시간 불안정한 자세를 유지해야 하는 어려움이 있어 추락의 위험성이 있다.

개발장치의 효과

「형광등 안정기 종류 판별장치」는 발광 중인 형광관에 [사진 4]와 같이 신축 가능한 조작봉 끝에 있는 판별부를 근접시키는 것만으로 기존형의 안정기인지, 인버터형의 안정기인지를 즉각 판별해 낸다. 인버터형은 녹색 LED와 단속음(斷續音)으로, 기존형은 적색 LED와 연속음(連續音)으로 판별결과가 표시된다. 높은 천장에 있는 형광등이라도 안정기의 판별 확인이 용이하다. 조작봉은 1~3m로 신축 가능하며, 조작봉 끝의 판별부에는 △검출센서 △제어회로 △장치전원이 내장되어 있다. 형광관에 접근 후 1초 이내에 판별되기 때문에 많은 조명기구라도 단시간 내에 안정기를 확인할 수 있다.

판별장치의 작동원리
기존형의 형광등은 전원 주파수로 점등하지만 인버터형 형광등은 수만 Hz의 고주파 점등이다. 광센서로는 포토트랜지스터, 자기센서로는 0.2H의 드럼형 인덕터를 사용해 [그림 1]과 같이 발광하고 있는 형광관에 가까이 근접시키면 안정기의 종류별로 특징적인 오실로스코프 파형을 관측할 수 있다. 광전변환소자의 포토트랜지스터는 밝기에 따라 출력전압이 커지며, 파형을 통해 밝기의 변화를 확인할 수 있다. 또 드럼형 인덕터에서는 자기적인 변화를 출력전압의 파형으로 확인할 수 있다. [표 1]은 포토트랜지스터 및 드럼형 인덕터에서의 출력파형을 기존형 조명과 인버터형 조명으로 나눠 본 관측결과이다. 포토트랜지스터 측 출력파형의 특징으로서 기존형 조명에서는 빛의 명암(깜박임)에 의한 전압변화가 크지만, 인버터형 조명에서는 전압변화가 작다. 한편, 드럼형 인덕터 측 출력파형의 특징으로서 기존형 조명에서는 자기적인 변화에 의한 전압변화가 거의 0에 가깝지만, 인버터형 조명에서는 전압변화가 크고 고주파이다. 따라서 포토트랜지스터 측의 전압변화가 일정 수준 이상으로 큰 경우를 기존형 형광등으로, 드럼형 인덕터 측의 전압변화가 일정 수준 이상으로 큰 경우를 인버터형 형광등으로 판별할 수 있다.

판별장치의 블록 다이어그램
판별장치의 동작 블록을 [그림 2]에 나타냈다. 포토트랜지스터 또는 드럼형 인덕터의 출력은 일정 수준 이상의 전압변화를 가진 경우에만 슈미트 회로를 통과할 수 있다. 통과 후에는 판별결과에 따라 판정용 신호를 발생시키고 적색 또는 녹색 LED 점등과 함께 판정음을 내어 조작자에 판별결과를 통지한다.

판별장치의 주요사양

(1) 장치의 판별부([사진 5] 참조)
● 장치의 전원: 단3건전지 2개
● 판별부의 중량: 약 140g

(2) 장치의 조작봉
● 내절연성으로 1~3m까지 신축 가능
● 조작봉 끝에 장치의 판별부를 장착하여 사용

(3) 검출 센서([사진 6] 참조)
● 빛: 포토트랜지스터
● 자기: 드럼형 인덕터 0.2H

(4) 판별 표시
● 기존형 안정기: 적색 LED 점등, 연속음
● 인버터형 안정기: 녹색 LED 점등, 단속음

(5) 판별 시간
● 조작봉 끝의 판별부가 발광 중인 형광관에 근접 후 1초 이내에 판별 표시

개발장치의 필드 테스트 결과

개발장치(시험제작기)의 시장조사 결과를 [표 2]에 나타냈다. 총 803대 중 기존형이 361대, 인버터형이 442대로, 표의 중앙에는 적색 LED와 녹색 LED의 양 LED 점등이 18대 있다.

개발장치의 특장점에 대해

(1) 기존의 발판 사다리를 사용하는 위험한 작업이 없어짐에 따라 1대당 작업시간을 대폭 단축시켰다.

● 기존에는 2인 작업, 1.8m 발판 사다리 이용, 작업시간 약 30분 소요

● 판별장치를 사용하는 경우, 1인 작업으로 작업시간 약 6분 소요

(2) 장치 구성은 광센서와 자기센서의 2계통 신호를 동시에 받도록 했다. 각각의 신호를 독립된 회로에서 판별조건을 설정하여 신호처리함으로써 판별결과의 신뢰성을 높였다.

(3) 인버터형 형광등에서 열화된 조명기구를 검출할 수 있다. 빛의 깜박임이 큰 인버터형 형광등은 판별장치에서 적색 LED와 녹색 LED 양쪽 모두가 점등하는 것으로써 확인 가능하다.