[논문]LED 램프용 안정기에 대한 화재 및 감전 시험법에 관한 연구

장인혁; 나현준; 이창훈; 김명수; 오근태; 임홍우

LED 램프용 안정기에 대한 화재 및 감전 시험법에 관한 연구
The Testing Methods of The Fire and The Electric Shock on the LED Lamps Supply 원문보기

신뢰성응용연구 = Journal of the applied reliability, v.15 no.3, 2015년, pp.163 - 169

장인혁 (조선대학교) , 나현준 (조선대학교) , 이창훈 (한국기계전기전자시험연구원) , 김명수 (수원대학교) , 오근태 (수원대학교) , 임홍우 (한국기계전기전자시험연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the evaluating test methods of the fire and the electric shock on the led lamp supply using the house is proposed. We analyzed FMEA in order to analyze the mechanism of the fire and the electric shock of the led lamp supply and designed durability tests on the environment ($85^{\circ}C$, 85% R.H.) and obtained through the two-step QFD and tested. We verified the evaluating test methods of the fire and the electric shock on the led lamp supply using the house through the analysis of the test results.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 제안한 가속시험방법을 통해 기존의 초기제품에 대한 안전성 평가와 다른 장시간 사용으로 인해 열화된 제품에서 발생할 수 있는 화재 및 감전에 대한 고장메커니즘을 분석 및 검증하였다.

가설 설정

그중 LED 램프용 안정기는 가정 내 화재사고 품목별 현황 중 5위를 차지하며 전기화재의 주요 발화 원인중 하나이다. 발화요인으로는 설계불량 또는 열화로 인해서 재해를 유발한다. 특히 절연이 약화되어 안정기의 층간단락이 발생하면 과전류가 흘러 화재로 이어질 가능성이 크다.

제안 방법

LED 램프용 안정기의 환경내구성 시험을 위해 대상 A, B, C 세 가지 모델을 각각 2 제품씩 고온시험(100℃), 고온고습 시험(85℃ 85% R. H)의 각각의 방치상태에서 실제 필드의 열화품을 재현할 수 있도록 다음 <표 5>와 같이 실험하였고, 각각의 모델별 누설전류를 측정하였다.
따라서 본 논문에서는 시험 결과를 바탕으로 LED 램프용 안정기의 환경적 열화 요인으로 고온시험의 경우 큰 변화가 없었기 때문에 고온고습항목만을 채택하였다. 제안된 시험 방법을 통해 제품의 초기에 발견되지 않는 이상 현상을 설계 및 재현하였고, 이를 통해 초기안전 뿐만 아닌 사용 중 열화로 발생할 수 있는 이상제품들을 구분하여 가정 내에서 발생할 수 있는 화재 및 감전에 대한 사고 위험을 줄 일 수 있을 것으로 판단되며, 추후 노이즈 및 전기적 이상 시험 등의 고장 메커니즘을 분석 후 시험법을 설계하여 기업체에서 즉각적인 활용이 가능하도록 보안 예정이다.
본 논문에서는 가정 내에서 사용 중 노후화된 LED 램프용 안정기의 발화에 대한 위험 고장모드를 제품 초기에 재현할 수 있는 시험법을 제안하였다. 발화요인 분석을 위해 관련문헌조사 및 국내외 시험규격검토, 제품분석, 필드데이터 분석 등을 참고하여 메커니즘 분석을 수행하였고, 이를 바탕으로 시험법을 설계 및 검증하였다.
발화요인 분석을 위해 관련문헌조사 및 국내외 시험규격검토, 제품분석, 필드데이터 분석 등을 참고하여 메커니즘 분석을 수행하였고, 이를 바탕으로 시험법을 설계 및 검증하였다. 환경에 따른 내구성 시험을 위해 A, B, C 세 가지 모델을 방치상태에서 고온시험(100℃)와 고온고습시험(85℃ 85 % R.H.)을 1,000시간 수행하였고, 각각의 모델별 누설전류의 변화 및 발화여부 등을 측정하였다. 그 결과 고온시험과 고온고습시험 모두 누설전류량이 증가 하였지만, 고온시험의 경우 소폭 증가하였을 뿐 별다른 특이 사항은 발견되지 않았다.

데이터처리

본 논문에서는 가정 내에서 사용 중 노후화된 LED 램프용 안정기의 발화에 대한 위험 고장모드를 제품 초기에 재현할 수 있는 시험법을 제안하였다. 발화요인 분석을 위해 관련문헌조사 및 국내외 시험규격검토, 제품분석, 필드데이터 분석 등을 참고하여 메커니즘 분석을 수행하였고, 이를 바탕으로 시험법을 설계 및 검증하였다. 환경에 따른 내구성 시험을 위해 A, B, C 세 가지 모델을 방치상태에서 고온시험(100℃)와 고온고습시험(85℃ 85 % R.

이론/모형

본 논문에서는 수명시험 후 가속수명시험결과를 활용하여 정상사용조건 25℃에서의 수명을 동시에 인증한다. 가속모델은 다음과 같이 Peck 모델을 사용한다.

성능/효과

LED 램프용 안정기의 고온고습방치시험 결과 <표 7>과 같이 누설전류량이 시험 진행 시간에 비례하여 지속적으로 증가하는 것을 확인하였고, 모델 A1의 경우 168시간, A2의 경우 336시간 만에 제품의 누설전류의 급격히 증가 후 발화되었다.
)을 1,000시간 수행하였고, 각각의 모델별 누설전류의 변화 및 발화여부 등을 측정하였다. 그 결과 고온시험과 고온고습시험 모두 누설전류량이 증가 하였지만, 고온시험의 경우 소폭 증가하였을 뿐 별다른 특이 사항은 발견되지 않았다. 하지만 고온고습시험의 경우 시간에 비례하여 지속적으로 누설전류량이 증가하는 것을 확인하였고, 특히 모델 A1의 경우 168시간, A2의 경우 336시간 만에 제품의 누설전류의 급격한 증가 후 발화되었다.
이러한 제품들은 초기 안전기준은 통과할 수 있지만 열화에 따른 급격한 누설전류의 증가로 감전 사고로 이어질 수 있다. 누락된 제품들은 일반적으로 생산단가를 낮추기 위해 내부 소자(저항, 커패시터)를 누락시킨 제 품들로 확인되었으며, 시험을 통해 누락된 소자에 따라 제품 별 이상 현상이 다른 것을 확인하였다.
이와 같이 보호소자 오동작 현상이 실제 필드에서 발생할 경우 과전류, 과전압 및 서지침투 발생 시 회로를 차단하지 못하고 발화로 이어지게 된다. 또한 특이사항으로는 초기 제품이 안전기준에서 제한하는 누설전류값 보다 큰 제품들도 있었고, 제품 초반에 비교적 안정적인 동작을 유지하다 제품의 열화에 따라 급격히 누설전류가 증가하는 제품들이 발견되었다. 이러한 제품들은 초기 안전기준은 통과할 수 있지만 열화에 따른 급격한 누설전류의 증가로 감전 사고로 이어질 수 있다.

후속연구

따라서 본 논문에서는 시험 결과를 바탕으로 LED 램프용 안정기의 환경적 열화 요인으로 고온시험의 경우 큰 변화가 없었기 때문에 고온고습항목만을 채택하였다. 제안된 시험 방법을 통해 제품의 초기에 발견되지 않는 이상 현상을 설계 및 재현하였고, 이를 통해 초기안전 뿐만 아닌 사용 중 열화로 발생할 수 있는 이상제품들을 구분하여 가정 내에서 발생할 수 있는 화재 및 감전에 대한 사고 위험을 줄 일 수 있을 것으로 판단되며, 추후 노이즈 및 전기적 이상 시험 등의 고장 메커니즘을 분석 후 시험법을 설계하여 기업체에서 즉각적인 활용이 가능하도록 보안 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LED 조명용 안정기의 발화요인은?	LED 조명용 안정기의 발화요인은 <그림 1>과 같이 불량 LED 램프용 안정기 사용시 보호소자 오동작으로 인한 이상 현상(서지, 과전류) 차단불가, 안정기 과열로 인한 주변 전기 배선 피복을 녹여 선간단락, 절연열화로 인한 안정기 층간단락 발생으로 인한 과전류가 유입 등을 들 수 있다.
	내부회로를 보았을 때 바리스타는 단락되었으나 퓨즈가 단락되지 않은 점은 어떤 위험을 내포하는가?	발화한 제품의 내부회로를 살펴본 결과 바리스타의 저항 값이 <그림 2>와 같이 ㏁ → Ω단위로 변하여 실제로 단락상태가 되었지만, 퓨즈는 단락되지 않은 상태였다. 이와 같이 실제 이상 현상(과전류, 과전압 및 서지 침투)발생시 회로를 보호하는 보호소자(바리스타, 퓨즈)의 오동작시 이상 현상을 차단하지 못하고 발화될 위험이 크다.
	LED 램프용 안정기의 화재 및 감전 사고가 최근 증가하는 이유는?	특히 절연이 약화되어 안정기의 층간단락이 발생하면 과전류가 흘러 화재로 이어질 가능성이 크다. 또한 LED 램프용 안정기는 최근 저가용 불량제품들의 수입의 증가로 인해 화재 및 감전에 대한 사건사고 역시 증가하고 있다. 금종룡 외(2008)은 이러한 저가용 불량제품으로 인해 화재의 위험성이 증가한 만큼 제조업체 역시 사고방지를 위해 제조기술 및 품질의 향상을 통해 제조사의 설계 마진, 보호회로 등을 통해 사고를 방지하려 노력하고 있지만, 장기간 사용으로 노후화된 제품에 대한 화재 및 감전 사고를 방지하기에는 한계가 있다고 하였으며 또한 장인혁 외(2014)는 기존의 LED 램프용 안정기에 대한 안전성평가에 대한 다양한 KC, KS 및 MIL Standard 등의 안전규정 및 품질규정 등이 국내 및 해외에 존재하지만 이는 초기품을 대상으로 한 점검기준이며, 장기적 사용으로 인해 노후화 된 제품에 적용하기엔 다소 무리가 있다고 판단하였다.

참고문헌 (6)

소방방재청 (2014), 2014년 화재발생현황 분석, pp. 1-17.
소방방재청 (2013), 2013년 전국 화재발생현황 분석, pp. 1-16.
금종룡.서용석.이준구.박재윤 (2008), FMEA를 활용한 디지털 신호처리기 보드의 진단 유효범위의 측정, 신뢰성응용연구, 제8권, 제2호, pp. 101-111.
장인혁.이영주.이창훈.임홍우 (2014), 형광등용 안정기의 화재 및 감전에 대한 위험 고장모드 시험 방법제안, 한국화재소방학회 추계학술대회논문집, pp. 169-170.
장인혁.이창훈.이영주.임홍우 (2015), 가전제품 화재 메커니즘 재현 및 분석을 위한 인프라 구축, 신뢰성응용연구, 제15권, 제1호, pp. 60-66.

원문보기 상세보기
RS-KTC-2012-003, LED 가로등 및 보안등용 전원공급장치, pp. 6-7.

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