형광등 일반사항

1938년 미국의 INMAN에 의해 발명됨.(복사 루미네센스에 해당된다)

가. 구조 및 원리

형광등은 저압 수은램프의 일종으로 방전관 내에 소량의 수은+아르곤 봉입 후 저 전압으로 방전 시킨다.
저압 형광등의 전 방사의 90% 이상인 253.7㎚의 자외선을 이용하여 방전관 내벽의 형광체를 자극하여 가시부에서 형광을 발산한다. (자외선→가시광선으로 변화)

1. 전극

냉음극 : 네온관, 정전압방전관, 릴레이 방전관, 스트로보 방전관.
열음극 : 방전등용(산화물피복Ba, 2중코일 텅스텐 필라멘트)

☆냉음극
어떠한 원인(강한 전계 등)으로 인해 생긴 양이온의 충격에 의해서 2차전차가 방출되는 것으로서 음극을 가열함이 없이 전자를 방출하는 것.

2. 형광체

2-1. 형광체의 종류

2-1-1. 할로린산 칼슘 형광체

가격이 저렴하고 양산성이 우수하나 연색성 및 광속유지율이 떨어진다.

붕산, 규산, 인산, 텅스텐산의 산화물
모체금속(Mg, Ca, Cd, Zn)에 중금속 원소인 불순물 활성체(Ag, Mn, Ca, Pb)를 미량 혼입하면 형광의 색조변경이 가능하다.(청,녹,핑크,주광색)

2-2-2. 희토류 형광체

삼파장 형광체 참고

2-2. 형광체의 조건

여기파장의 최대감도가 253.7㎚일 것.
양자효율이 0.8 이상이고 유리관 벽에 용이하게 부착할 수 있을 것.
열, 자외선에 의한 열화 및 변화가 적을 것.
발광효율이 높고 연색성이 좋을 것.

나. 기동특성 및 점등회로

1. 기동방식 및 특징

구분

특 징

수동식

예열기동식과 동일구조로서 바이메탈 대신 수동식 느름 스위치 설치.
주위온도의 영향을 받지 않는다.
수동식이므로 번거롭다.

예열 기동형

바이메탈의 글로우 방전으로 접속(직렬)으로 2배의 전류가 흘러 필라멘트를 가열하고 열전자를 방출한다.
바이메탈이 냉각되어 차단시 L*di/dt의 고전압 인가로 점등.
점등후 전압이 낮아져 그로우스타터는 동작하지 않는다.
회로의 전력손실이 적다.
기동시간이 길다.
전원전압 및 주위온도의 영향을 많이 받는다.

순시 기동형
(슬림라인 형광등)

형광등에 자기 누설변압기 사용으로 고전압을 인가하여 필라멘트의 예열없이 순간적으로 가동.
(냉음극으로 순시기동하여 열음극으로 동작)
점등전압이 보통 600V 이다.
점등이 용이하고 간단하다.
외부핀이 1개이며 유리관이 슬림라인이다.
(지름 25~38㎜, 길이 1000~2400㎜)
수명이 짧아지고, 전력손실이크다.

가격이 비싸고 전극이 견고해야 한다.

인터록이 없는 소켓을 사용하는 이유는 기술기준에 의하여 관구를 분리하면 자동으로 전원이 개로 되도록 하기 위함.

속시 기동형 (레피드)

안정기에 전극 가열용으로 별도의 권선 설치.
스위치 투입과 동시에 전극가열전류가 흘러 어느정도 온도가 올라가서 기동전압이 저하되면 형광등이 자연히 점등.
형광등은 전극을 미리 가열하여 놓으면 비교적 낮은 전압에서도 즉시 점등이 가능하다.
3중코일 필라멘트 사용시
- 산화물 피복 부착이 용이하다.
- 점멸에 영향없이 수명이 길다.
- 양단에 상당히 높은 전압이 걸려 점등이 용이해 진다.
기동전압의 감소를 위해 금속 반사판을 설치한다.
래피드 전용의 램프( 유리관에 도전성 피막이 발라져 있기 때문에 방전개시전압이 떨어지므로 예열형 방전관보다 약간 높은 전압으로 쉽게 점등한다.)를 사용하여야 한다.
특수 조광기로 0~100% 조광이 가능하다.(극장 등)

전자식
(고조파식)

20~50㎑의 고조파를 이용하여 점등.
전자식 안정기의 종류
- 자력식 : 저온시 문제가 발생된다.
- 타력식 : 내부에 독립된 발진회로를 가지고 있다.

다. 형광등의 특성

1. 형광방전광의 정격

종별 : 주광색, 백색
정격전압 : 110V~220V
크기 : 10~60W

2. 효율(입력 중 가시광선으로 되는 비율)

60%로 대단히 높으며 빛의 손실은 형광체의 도포에 의한 손실로서 8~10% 정도이다.

3. 온도특성

주위온도가 20~27℃일 때 관벽 온도가 40~45℃가 되도록 설계하며, 이 온도에서 자외선의 방사효율이 최대이다.

4. 수명

형광램프의 수명은 열음극의 소모와 형광물질의 변질에 인하며 관전류에 의해 좌우된다.

열음극의 소모
점등할 때 고전압에 의한 것이 가장 심하다.
{점등시 과전압 및 점멸횟수(1회 3시간 감소)의 영향을 받음}
형광체의 변질
점등시간이 많아짐에 따라 수은 화합물이 형광체에 부착됨에 따라 광속이 감소(최초 100 시간은 광속이 급격히 감소한다)함.

5. 전압특성

허용 전압변동 : 정격전압±6%
전압이 높은 경우 ☞ 램프전압↓ ☞ 전류증가 ☞ 전극 과열 ☞ 수명단축
전압이 낮은 경우 ☞ 수은 증기압↓ ☞ 기동시간 길어짐 ☞ 전극 과열 ☞ 수명단축

라. 형광등의 특징

장점	단점
효율이 높다. 희망하는 광색을 얻을 수 있다. 휘도가 낮다. 수명이 길다. 방사열이 적다. 전원전압의 변동에도 광속의 변화가 적다.	주파수 변동이 광속수명에 영향을 준다. 주위온도의 영향을 받는다. 빛의 어른거림. 전파장해(고주파 발생) 기동에 시간이 걸린다.

마. 고효율화를 위한 방안

1. 3파장 형광물질의 채택

삼파장 형광램프 참고

2. 램프 관경의 축소

램프의 관경이 작을수록 발광밀도가 높고, 램프 내에서 발생한 자외선이 램프에 재 흡수율이 줄어들고 방출율이 높아진다. 또한 관경이 가늘수록 확산에 의하여 관벽에 도달하는 전하의 수가 증가한다.(약 10~15% 절전가능)
문제점 및 대책

3. 점등방식의 개선

전자식 안정기 참고

4. 기타

동정특성 개선으로 장 수명화.
봉입기체 변경 및 전극구조 개량

바. 용도

옥,내외의 전반조명 및 국부조명에 모두 적합.
명시조명을 경제적으로 얻을 수 있고 간접조명으로 분위기 조명에도 효과가 있다.
사무실조명으로 형광등이 주로 채택되는 이유
- 고효율, 연색성, 장수명, 저휘도, 확산광, 냉광성, 내진성, 발산열이 적다.
- 연간 조명비가 전구에 비해 1/2로 경제적인 조명으로 된다.
- 조명열이 적으므로 냉방비가 절감된다.
건강선용 형광등
- 파장 280~310㎚의 자외선을 건강자외선이라고 하는데 이 자외선을 다량으로 방사하는 형광등으로 건강자외선은 피부가 햇빛에 그을린 것과 같이 되어 인체에 비타민 D가 만들어져 건강에 도움이 된다.
형광케미칼 램프

특징
파장이 360(㎚)의 근 자외선에 최대의 에너지를 가진 형광물질을 칠한 램프
용도
근 자외선은 형광작용, 광 화학 반응이 강하기 때문에 사진제판, 청사진 소부, 플라스틱 축합 등에 사용된다.

사. 에이징(Ageing)

램프는 제작 직후에 점등하면 점등전압, 광속, 전류, 효율 등의 특성이 점등시간에 따라서 변동한다 따라서 모든 램프의 시험은 램프별 특성이 안정되는 시간이 경과한 후 특성을 측정하도록 규정한 것.

1. 전구

100V에서 20분, 120V에서 10분

2. 형광등

형광등은 정격전압에서 점등시간 100시간에 광속 5% 감소.
정격전압에서 15분 이내에 안정.
글로우 스타터 : 5분 이내에 안정

3. 대형방전램프

정격 전압에서 30분 이내에 안정

전기설비 기술기준

제193조 고주파 전류에 의한 장해의 방지