김진태
(Jin-Tai Kim)
1†
김충혁
(Chung-Hyeok Kim)
2
-
(Korea Testing & Research Institute)
-
(Kwangwoon University)
Copyright © The Korean Institute of Illuminating and Electrical Engineers(KIIEE)
Key words
LED luminaire, LED Lighting, Safety Standards for Electrical Appliances
1. 서론
1.1 연구의 배경
LED Retrofit Lamp는 백열전구 및 안정기 내장형 램프를 대체하기 위한 IEC 60238 Edison screw lampholders 기반의
램프와 할로겐램프를 대체하기 위한 저전압용 IEC 60838-1 Miscellaneous lampholders 기반의 램프가 보급중이다. 또한 국내에서
기존 가정에서 사용하는 FPL 형광램프를 대체하여 사용할 수 있는 LED램프와 직관형 LED램프에 대하여 안전기준을 신규로 제정(14.4.30) 완료하고
인증을 실시하여 보급 및 시판되고 있다.
이러한 LED 램프는 표 1과 같은 기존 형광등기구에 장착되어 있는 안정기(전자식, 자기식)를 제거하지 않고 LED램프만 교체하여 사용하는 이른바 G13, 2G11캡 형상의
형광램프 대체형 LED 램프 –컨버터 내장형 방식과, 표 2와 같은 형광등기구에 장착된 안정기(전자식, 자기식)를 제거하고 전용 LED 컨버터를 장착하여 사용되는 G13형의 직관형 컨버터 외장형 방식, 표 3과 같은 G13 캡을 사용하는 직관형 타입과 2G11 캡을 사용하는 굴곡형 타입의 LED 램프의 캡에 220V 상용전원을 공급하여 사용되는 LED
램프 방식이 있다.
Table 1. Fluorescent lamp replacement type LED lamp - built-in converter Type
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[형광램프 대체형 LED 램프 - 컨버터 내장형 ]
인증 득한 등기구와 형광램프용 안정기를 변형 없이 사용
⇒ (전기용품 안전기준 고시 : 2013.03.25)
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안정기 : 형광램프를 구동하기 위한 구동장치 (AC 입력 - AC 출력)
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Table 2. Linear LED lamp - external converter type
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[직관형 LED 램프 - 컨버터 외장형 ]
LED 컨버터와 AC/DC 50V 이하의 LED 램프 사용
⇒ (전기용품 안전기준 고시 : 2010.12.21)
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컨버터 : LED 를 구동하기 위한 구동장치 (AC 입력 - DC 출력)
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Table 3. Power direct LED lamp
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[전원 직결형 ]
220V 직접 입력방식으로 컨버터와 LED 램프가 일체형 구조
⇒ 안전기준 부재
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[직관형]
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[굴곡형]
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직관형 LED램프의 광학적 특성 기준은 기존 형광램프 대체형 LED 램프 –컨버터 내장형 방식과 직관형 LED 램프 – 컨버터 외장형의 안전기준(KC)에서
광학특성에 관한 기준이 제시되어 있다.
하지만 전원 직결형 굴곡형 LED 램프의 경우 기존 형광램프 대체형 LED 램프 –컨버터 내장형 방식의 안전기준(KC 10025)에서만 다루고 있으나
표 4에서와 같이 제시된 기준값이 실측 자료가 아닌 형광램프(KS C 7601)표준 값의 85% 이상으로 규정하고 있어 현실적으로 형광램프를 대체할 수준인지
여부에 대한 연구가 필요한 상황이다.
Table 4. FPL LED lamp safety standard (KC 10025)
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구분
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직관형(G13캡)
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굴곡형(2G11캡)
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형상
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적용범위
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20 W, 32 W, 40 W
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36 W, 55 W
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광속기준
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20 W
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1 100 lm ⇒ 858 lm
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36 W
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2 590 lm ⇒ 2 202 lm
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32 W
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2 300 lm(시뮬레이션)
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55 W
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4 000 lm ⇒ 3 400 lm
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비고
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광속 산출 기준 : KS C 7601(형광램프) 광속기준의 85 %
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따라서 본 연구를 통하여 기존의 FPL 형광램프를 등기구에 장착하고 램프전력, 광속, 조도를 측정하고 분석하여 기존 램프를 대체 가능한 수준의 최적화된
광학적 특성 값에 대한 연구를 진행하고자 한다.
본 연구에서 다루고자 하는 광학적 특성은 FPL 형광램프 대체용 LED 램프가 시판되었을 때 사용자에게 LED 램프의 과도한 밝기로 인해 대체효과가
저하되는 것을 방지하고 제조자로 하여금 적정한 광학적 기준값을 제시하여 과도한 설계 투자가 이루어지지 않도록 하는 것을 목적으로 하며, 연구 결과를
바탕으로 국내 전기용품 안전기준(KC)으로 제안하고자 한다.
2. 본론
본 연구에서는 ① 시판되는 KC 10025(형광램프 대체형 LED 램프 –컨버터 내장형)로 인증 받은 제품을 분석하여 표 4와 같이 규정된 광속에
대한 적합성을 확인하고 ② FPL 36W 3등용 등기구와 형광램프, LED 램프를 각각 비교 분석하여 개정(안)을 도출하였으며 ③ FPL 55W 3등용
등기구에 형광램프와 LED 램프를 각각 비교 분석하여 안전기준으로 제안하고자 한다.
또한 표본 시료를 3등용 등기구로 적용한 배경은 현재 FPL 형광램프가 가장 많이 사용되는 등기구가 가정용 방등이기 때문이다.
광학적 특성 시험 방법은 IEC 60901 : Single-capped fluorescent lamps – Performance specifications의
Annex B에 따라 측정하였으며, Illumination simulation은 KS C 8000 : 조명기구 통칙의 부속서 A에 따라 Goniophotometer
(LMT, 독일)로 측정하여 분석하였다. 광원 점등방식은 KS C 7601(형광램프) 표준에서 규정하고 있는 시험용 안정기를 그림. 1과 같이 결선하여 측정하였으며, 해당 표준에서 규정하는 25℃ ± 1℃ 조건의 암실에서 측정하였다.
또한 시험결과의 객관성 및 재현성 확보를 위해 형광램프 및 LED 램프를 점등시키기 위한 안정기는 표 5의 KS C 7601 표준에서 규정하는 특성의 시험용 안정기를 적용하였다.
Table 5. Reference ballast characteristic
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램프의 종류
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기준전압 (V)
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기준전류 (A)
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임피던스 ($\Omega$)
|
역률 (-)
|
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FPL 36
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200
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0.435
|
341 ± 2
|
0.075 ± 0.005
|
|
FPL 55
|
200
|
0.670
|
207 ± 2
|
0.075 ± 0.005
|
2.1 시험결과
① 시판되는 KC 10025(형광램프 대체형 LED 램프 –컨버터 내장형)로 인증 받은 제품을 분석한 결과 표 6과 같이 FPL 36W 대체형 LED 램프의 경우 기존 형광램프 보다 LED 램프 장착 시 조도가 최대 65lx 밝고 등기구 전력이 47W 절감되는
것으로 분석되었으며, FPL 55W 대체형 LED 램프의 경우 기존 형광램프 보다 LED 램프 장착 시 조도가 최대 101lx 밝고 등기구 전력이
65W 절감되는 것으로 분석되어 36W, 55W 대체형의 경우 과도하게 밝은 것으로 조사되어 적정 광속(lm) 기준 개정이 필요한 것으로 분석되었다.
Table 6. Certified product analysis results
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구분
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단위
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FPL 36 W
|
FPL 55 W
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형광램프
|
LED램프
|
형광램프
|
LED램프
|
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A
|
B
|
|
등기구 광속
|
lm
|
5 410
|
5 733
|
6 558
|
8 295
|
9 948
|
|
등기구 전력
|
W
|
91
|
101
|
54
|
159
|
94
|
|
등기구 광효율
|
lm/W
|
59.5
|
57.0
|
121.4
|
52.2
|
105.8
|
|
바닥면 평균조도
|
lx
|
150
|
161
|
215
|
218
|
319
|
② FPL 36W 3등용 등기구에 EX-D(주광색) 형광램프와 LED램프를 각각 비교 분석한 결과는 다음과 같다.
먼저 특정 공간에서의 동일한 면적에 각각의 광원을 점등하여 형광램프의 조도와 LED 램프의 평균조도가 동일한 조건으로 시뮬레이션하여 적정 광속을 산출하여
표 7, 표 8과 같은 결과로 분석되었다.
Table 7. Comparison characteristics of FPL 36W fluorescent lamp with LED lamp
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구분
|
단위
|
FPL 36W 3등용
|
|
형광램프
|
LED 램프
|
|
광속
|
lm
|
5 733
|
4 967
(1 902)
|
|
전력
|
W
|
101
|
42
(14)
|
|
광효율
|
lm/W
|
57.0
|
117.9
|
|
바닥면 평균조도
|
lx
|
161
|
160
|
Table 8. Comparison characteristics of FPL 36W fluorescent lamp with LED lamp
|
$ \quad \quad \quad \quad $종류
항목
|
형광등기구
[ FPL 36 W × 3등용 ]
|
LED등기구
[ FPL 14 W × 3등용 ]
|
|
등기구 동작 개념도
|
|
|
|
조도분포
(2.7m)
|
|
|
|
조도
Cone
|
|
|
|
배광분포
|
|
|
분석결과 동일 평균조도에서 LED 램프의 광속은 1902lm으로 분석되었으며 적정 전력 또한 14W로 도출되었다. 표 4에서의 현재 기준인 2 202lm과 비교 시 약 300lm 정도 낮추어야 하는 상황으로 판단된다.
③ FPL 55W 3등용 등기구에 EX-D(주광색) 형광램프와 LED램프를 각각 비교 분석한 결과는 다음과 같다.
② 시험과 같은 조건에서 동일한 공간에서 각각의 광원을 점등하여 형광램프의 조도와 LED램프의 조도가 동일하거나 유사하게 발산하는 지점을 시뮬레이션하여
적정 광속을 산출하여 표 9, 표 10과 같은 결과로 분석되었다.
Table 9. Comparison characteristics of FPL 55W fluorescent lamp with LED lamp
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구분
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단위
|
FPL 55W 3등용
|
|
형광램프
|
LED램프
|
|
광속
|
lm
|
8 295
|
6 898
(3 217)
|
|
전력
|
W
|
159
|
70
(23)
|
|
광효율
|
lm/W
|
52.2
|
98.8
|
|
바닥면 평균조도
|
lx
|
218
|
219
|
Table 10. Comparison characteristics of FPL 55W fluorescent lamp with LED lamp
|
$ \quad \quad \quad \quad $종류
항목
|
형광등기구
[ FPL 55 W × 3등용 ]
|
LED등기구
[ FPL 23 W × 3등용 ]
|
|
등기구 동작 개념도
|
|
|
|
조도분포
(2.7m)
|
|
|
|
조도
Cone
|
|
|
|
배광분포
|
|
|
분석결과 동일 평균조도에서 LED 램프의 광속은 3217lm으로 분석되었으며 적정 전력 또한 23W로 도출되었다. 표 4에서의 현재 기준인 3 400lm과
비교 시 183lm 정도 낮추어야 하는 상황으로 조사되었다.
3. 결 론
이상과 같이 2G11 캡 36W, 55W 형광램프를 대체할 LED 램프를 비교 분석한 결과 기존 안전인증 시행 시와 현시점을 비교할 때 LED Chip
및 구동부의 효율이 관련 기업들의 기술 개발로 인하여 급속도로 발전하고 있으며 그에 따라 관련 기준도 발맞추어 현실적인 수준으로 개정할 필요성이 있다.
즉, 과도하게 밝은 빛으로 인해 에너지 효율이 저하되는 것을 방지하기 위해 적정 수준으로 관련 기준을 개정할 필요가 있다고 판단되며 제안하는 기준은
표 11과 같다.
Table 11. Proposed safety standards
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구분
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단위
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FPL 36 W LED 램프
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FPL 55 W LED 램프
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KC10025 기준
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lm
|
2 202 (KS표준의 85 %)
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3 400 (KS표준의 85 %)
|
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제안 기준
|
lm
|
1 900 (KS표준의 74 %)
|
3 200 (KS표준의 80 %)
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향후 관련 연구를 진행하여 전원 직결형 방식의 안전성 및 성능 평가 방법 등에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
Acknowledgements
본 연구는 산업통상자원부의 안전인증역량강화사업(소비자제품안전기술기반조성)의 지원을 받아 수행된 연구임.
References
Go J. J., 2015, A Study on the Optical Characteristics of LED Lamp as Alternative
Type of FPL Lamp, Journal of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation
Engineers, Vol. 29, No. 10, pp. 1-6
KS C 7601 , 2009, Fluorescent lamps for general lighting service
KC 10025 , 2014, LED Lamp for Fluorescent Lamp Retrofit – Internal converter type
IEC 60901 Amd.5 Ed. 2.0: Amendment 5 , 2011, Single-capped fluorescent lamps - Performance
specifications
Biography
Director, Electrical and Electronics Research Center, Korea Testing & Research Institute
KOLAS Assessor
IECEE Technical Assessor
KwangWoon University ingenium colledge of liveral arts Professor
The korean institute of Electrical and Electronic Materal Engineers Member of the
board of director