산업 환경에 적합한 LED 조명 솔루션 지정하기

조명은 물류, 기계 작동, 제어 캐비닛, 워크스테이션 및 제조 라인을 포함한 다양한 현장에서 안전하고 효율적이며 비용 효율이 높은 산업 환경을 설계하는 데 있어 중요한 요소입니다. LED가 우수한 조명 솔루션을 제공하는 사례가 점점 늘고 있습니다. 기존의 형광등, 금속 할로겐화물, 고압 나트륨 및 기타 조명 기술에 비하면 LED 조명 기구는 에너지 효율적이고 운영 비용을 절감하며 오래 지속되어 유지 관리 비용을 줄입니다. 산업용 조명은 보통 까다로운 환경에서 사용되며, 산업 안전 및 위생 지원 외에도 방진 방수 등급 및 특정 전력 품질 수준을 요합니다. 이렇게 다양한 요구 사항의 균형을 맞추다 보면 조명 기구를 선택하는 과정이 복잡해집니다.

이 기사에서는 특별히 LED에 초점을 맞추어 루멘, 전력량, 효율, 럭스, 구역 루멘 분포, 상관색온도, 연색 지수, 정격 수명 및 산업용 조명 관련 비용을 포함한 성능 지표를 검토합니다. 그런 다음 방진 방수 등급 요구 사항, 총 고조파 왜곡, 전력 품질 요건 및 위험 환경용 조명 등의 환경 고려 사항을 자세히 설명합니다. 마지막으로 디지털 피킹 시스템의 조명, 지게차 유도 및 워크스테이션, 기계 조명 및 제어 캐비닛(그림 1)의 전반 조명을 위한 Banner Engineering의 특정 솔루션을 제시하는 것으로 글을 마치도록 하겠습니다.

그림 1: LED 조명 기구는 광범위한 응용 분야에 최적화된 다양한 형식으로 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: Banner Engineering)

성능 지표

조명 수준을 지정하는 것은 주어진 응용 분야에 대한 최적의 조명 장치를 선택하는 기준이 됩니다. 조명 기구의 작동 효율성부터 표준 백색광을 얼마나 잘 모방하는지에 이르기까지 고려해야 할 수많은 측정 기준이 있습니다. 이는 단일 양초 또는 칸델라(Cd)에서부터 시작합니다. Cd는 특정 광원(표준 양초)에서 특정 방향으로 방출되는 가시광선의 광도를 측정하는 기본 SI 단위입니다. Cd라는 개념을 바탕으로 조명 기구를 비교하기 위한 중요한 지표는 다음과 같습니다.

• 루멘(lm) – 모든 방향의 빛 출력을 고려하여 1 Cd의 균일한 점광원에 의해 단위 입체각으로 방출되는 빛과 동일한 광속.
• 와트(W) – 전력 소비: DC 회로의 경우 W = V_DC x 암페어, AC 회로의 경우 W = V_RMS x 암페어.
• 효율(lm/W) – 광원이 가시광선을 효율적으로 생성하는 정도.
• 럭스(lm/m²) – 사람의 눈에 보이는 표면에 부딪히는 빛의 강도.
• 구역 루멘 분포 – 불연속 수직 평면의 구역에서 조명 기구에 의해 방출되는 루멘의 분포. 조명 기구의 간격 요구 사항 결정에 사용됩니다.
• 상관색온도(CCT) – 광원과 색도가 동일한 흑체 복사기의 켈빈 온도(K)입니다. 백색광의 상관색온도 범위는 2,700K~6,500K입니다.
• 연색 평가 지수(CRI) – 이상적인 광원 또는 자연 광원과 비교하여 다양한 물체의 색상을 충실하게 나타내는 광원의 능력. CRI의 범위는 0~100입니다. 백열 전구의 CRI는 100이고 LED의 CRI는 80에서 90 이상입니다.

조명 기술이 발전함에 따라 최적의 솔루션을 정하는 과정이 더욱 복잡해졌습니다. 예를 들면 LED의 효율은 형광등 및 고휘도 방전(HID) 램프의 효율보다 상당히 높습니다. 형광등과 HID는 모든 방향으로 빛을 방출하지만 LED는 지향성입니다. 결론적으로 지표는 LED와 LED, 형광물질과 형광물질 등의 비교에 가장 유용하다는 것입니다. 서로 다른 조명 기술을 비교하려면 사용자는 일반적으로 샘플을 나란히 함께 평가하여 어떤 것이 최선인지 결정해야 합니다.

생성된 빛의 품질 외에도 사용자는 조명 기구에 전력을 공급하는 밸러스트 또는 구동기의 총 고조파 왜곡(THD)과 역률(PF)을 알고 있어야 합니다. THD는 전자식 전력 변환기로 유입되는 전류의 왜곡을 측정한 것입니다. 낮은 THD는 건물 내 전력 배전망에서의 낮은 피크 전류와 높은 효율성, 그리고 지역 유틸리티에 대한 수요 감소를 의미합니다. IEEE 519-2014는 전력 시스템에서 고조파를 이해하고 고조파 제한을 적용하는 데 유용합니다. 보통 20% 이하의 THD가 필요합니다. PF도 마찬가지로 중요한 지표입니다. PF가 낮은 부하(밸러스트 또는 구동기)는 동일한 출력 전력에 대해 PF가 높은 부하보다 더 많은 전류를 소비합니다. PF는 0과 1 사이의 무차원 수입니다. 밸러스트 및 구동기는 최소 0.9의 PF를 가져야 합니다.

수명 및 비용 고려 사항

LED는 보통 25,000시간 이상의 수명을 가지고 있지만 수명이 다해가면서 효율성과 휘도가 감소합니다. LED 조명 기구의 수명이 초기 광출력의 70%로 떨어지는 데 걸리는 시간을 기준으로 하며 이를 L70 파라미터라고 합니다. 비 LED 조명 기술은 어떠한 시점에서 치명적인 고장이 일어납니다. 그 수명은 장치의 50%가 고장 날 것으로 예상되는 작동 시간으로 정의됩니다. 비 LED 기술 또한 수명이 다해가면서 루멘 값이 감소합니다. 램프 루멘 감가상각(LLD)이라고 하는 이 효과는 조명 기술에 따라 다릅니다(표 1).

표 1: 램프 루멘 감가상각 및 정격 수명 비교. (표 출처: Banner Engineering)

조명 기술의 비용을 비교하기 위해 사용자는 초기 인건비 및 장비 비용과 조명 기구의 수명 동안의 에너지, 유지 보수 인건비 및 장비 비용을 고려해야 합니다(그림 2). 초기 인건비와 장비 비용은 에너지 효율성을 높이고 유지 관리 필요성을 낮춤으로써 극복할 수 있으며 수명이 길고 효율적인 LED를 통해 큰 절약을 할 수 있습니다.

그림 2: 15년 수명 주기 기준 조명 비용 비교. (이미지 출처: Banner Engineering)

환경 요구 사항

산업 시설에 사용되는 조명 기구는 위험한 조건을 견딜 수 있도록 설계되어야 합니다. 국제 전기 법규는 세 가지 유형의 위험 지역을 정의합니다.

• 클래스 I – 가연성 가스 또는 증기
• 클래스 II – 가연성 분진
• 클래스 III – 쉽게 발화되는 섬유 또는 부유물

미국 연방 규정은 다음과 같이 규정하고 있습니다. '장비는 승인된 40°C의 주위 온도에서 작동하는 것을 기준으로 등급, 그룹 및 작동 온도 또는 온도 범위를 표시해야 한다.'

방진 방수(IP) 등급은 중요하며 두 숫자로 표시됩니다. 첫 번째 숫자는 먼지와 같은 고체 이물질에 대한 장비의 저항을 설명하고, 두 번째 숫자는 물에 대한 방수 정도를 설명합니다. IP67 등급의 조명 기구는 방진 및 방수 기능이 있어 많은 산업 환경에 적합하며 물속에서도 단기간 견딜 수 있습니다. IP68g 등급의 조명 기구는 추가 보호 기능을 제공하며 기름과 물의 침투에 더 강합니다.

진동과 극한의 온도는 산업 환경에서 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 일부 조명 기술과 함께 사용되는 얇은 필라멘트, 섬세한 부품과 유리 엔벨로프는 특히 진동에 의한 손상에 취약합니다. LED에는 섬세한 부품이 없어 진동과 충격에 훨씬 강합니다. 높은 주위 온도는 LED의 효율성과 수명을 감소시키는 경향이 있습니다. 반면에 LED는 다른 조명 기술에 비해 영하 40도까지 온도가 내려가는 냉장 창고 및 기타 설비에 적합합니다.

디지털 피킹용 조명 기구

디지털 피킹 시스템은 효율성, 생산성 및 정확성을 높여 창고 피킹 작업 비용을 줄일 수 있습니다. 디지털 피킹 설치를 위하여 Banner는 K50LGRASXPQ를 포함한 EZ-LIGHT® K50L 계열을 제공합니다(그림 3). K50L 조명 기구는 모델에 따라 LED 1개(녹색), LED 2개(녹색, 빨간색), LED 3개(녹색, 빨간색, 노란색)가 제공되며 진동에 강합니다. K50LGRASXPQ는 녹색 및 빨간색 LED 조명과 다중 신호음 가청 경보를 제공합니다. K50L 계열의 특징은 다음과 같습니다.

• 밝은 LED 표시등 및 가청 경보로 설치가 용이함
• 튼튼하고 완전히 밀봉되어 있음. 모델 및 DIN 40050-9 규격에 따라 IP67 또는 IP69K 등급
• 이 독립형 조명 기구에는 외부 컨트롤러가 필요하지 않음
• 무선 주파수 전파 방해(RFI) 및 전자파 장해(EMI)에 대한 내성
• IP67 모델의 가청 경보는 연속음 또는 스타카토로 강도 조정 가능
• 12V_DC~30V_DC 입력과 역극성 보호 회로를 제공하는 유연한 설치

그림 3: Banner Engineering K50 계열 디지털 피킹 조명 기구는 DC 작동 방식의 연속음 또는 스타카토로 된 가청 경보와 모델에 따라 1개, 2개 또는 3개의 LED 표시등 중 선택할 수 있습니다. (이미지 출처: Banner Engineering)

지게차 유도 조명 및 센서

지게차 운전자는 시야가 가려질 수 있어 어려운 짐을 내려놓을 경우 여러 번 하차해야 합니다. 지게차 유도 조명과 센서를 사용하여 자재 관리 작업의 효율성을 높일 수 있습니다. 예를 들어 Banner의 모델 WLS27PXRGBW285DSQ 조명은 WLS27 Pro 계열이고 길이가 285mm이며 IP66, IP67 및 IP69K 환경 등급을 갖추었고 빨간색, 녹색, 파란색 및 흰색 LED를 포함합니다(그림 4).

그림 4: 이 285mm 길이의 조명 기구에는 빨간색, 녹색, 파란색 및 흰색 LED가 포함되어 있으며 지게차 유도에 사용할 수 있습니다. IP66, IP67 및 IP69K 환경 등급이 있습니다. (이미지 출처: Banner Engineering)

WLS27 Pro 계열의 모든 조명 기구는 다양한 속도와 패턴으로 여러 색상의 애니메이션을 표시하고 분할할 수 있어 지게차 유도 시스템에 매우 적합합니다. 알루미늄 프레임의 비산 방지 코폴리에스터 하우징을 사용하는 WLS27 Pro 장치는 파손 및 충격에 강합니다. IP69K 등급으로 거친 세척 과정과 실외 환경에서도 작동 가능합니다. 내장된 타이머와 카운터 기능을 통해 펄스 신호를 사용하여 거리와 위치를 포함한 시간 또는 수량 정보를 표시할 수 있습니다.

WLS27 Pro 조명 기구는 Q5X 다기능 레이저 센서와 결합하여 지게차 유도 시스템을 구현할 수 있습니다(그림 5). Q5X의 범위는 50mm~5m입니다. 기타 기능은 다음과 같습니다.

• 투명하고 반사적인 물체, 다중 색상의 표적, 빛나는 금속 배경의 검은색 표적, 검은색 배경의 검은색 표적과 어두운 물체(< 0.1% 반사적인 검은색 표적)를 안정적으로 감지함
• 듀얼 티치 모드는 광도와 거리를 모두 측정함
• 270도 회전 가능하여 다양한 장착 조건을 충족함
• IO 링크, 원격 티치, 온보드 사용자 인터페이스 또는 선택적 원격 센서 디스플레이를 통해 프로그래밍 가능

그림 5: Banner Engineering의 Q5X와 같은 다기능 레이저 센서는 지게차 유도 시스템 구현에 사용할 수 있습니다. (이미지: Banner Engineering)

전반 조명 옵션

Banner의 WLB32ZC285PBQMB는 285mm 길이의 초고휘도 LED 픽스처 장치로 750lm의 균일한 광출력과 눈부심 없는 '은은한 불빛'이 특징입니다(그림 6). WLB32 제품군의 일부로 750lm~3,000lm의 조명 등급과 285mm~1,130mm 길이의 픽스처 장치를 포함합니다. 이 조명 기구는 작업 공간, 기계 조명, 제어 캐비닛 및 제조 라인에서 설계되었습니다.

그림 6: Banner의 WLB32ZC285PBQMB 모델은 전반 조명에 필요한 285mm 길이의 초고휘도 LED 바 조명입니다. (이미지: Banner Engineering)

WLB32 조명 바는 각 조명 바의 독립적인 작동을 유지하면서 최소한의 배선으로 '데이지 체인'하여 연속적인 길이의 조명을 형성할 수 있습니다. 기타 기능은 다음과 같습니다.

• High/Low/Off 스위치
• 비산 방지 창과 금속 하우징
• 마그네틱이나 앵글 브라켓 또는 스냅 클립을 사용한 유연한 설치
• 모델에 따라 아이실드 블록 사이드 글레어 포함
• 모델에 따라 동작 감지 포함

요약

산업용 조명 솔루션을 지정할 때 고려해야 할 성능, 비용 및 환경 요인은 아주 다양합니다. LED 조명 기구가 매력적이라는 사례가 점점 늘고 있습니다. 기존 조명 기술에 비해 LED 조명 기구는 조명 유연성과 안정성이 더 우수하고 LED는 에너지 효율성이 높고 수명이 길며 유지 관리가 필요하지 않습니다. 결과적으로 LED의 초기 설치 비용이 다른 조명 기술에 비해 크기는 하지만 LED는 우수한 조명 솔루션을 제공할 뿐만 아니라 수명 비용이 더 낮습니다.