[논문]외부화염에 의해 소손된 LED의 탄화 패턴 해석에 관한 연구

최충석; 김향곤

[국내논문] 외부화염에 의해 소손된 LED의 탄화 패턴 해석에 관한 연구
A Study on the Carbonization Pattern Analysis of Ligth Emitting Diode Damaged by Outside Flame 원문보기

최충석 (전주대학교 소방안전공학과) , 김향곤 (한국전기안전공사 전기안전연구원)

In this paper, we analyzed carbonization pattern of Ligth Emitting Diode(LED) lamp that become burnout by outside flame. Surface side can know that void is formed greatly than central part in section analysis of electric wire that is carbonized by outside flame. Chared globe displayed special quality that lump of abnormal carbonization falls was formed, and becomes melting among carbonization process. The LED resistance of forward direction is about 1.74 [$M{\Omega}$], and backward resistance is about 140 [$M{\Omega}$]. We can know progress direction of flame through measurement of the LED resistance.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 LED lamp가 적용된 보안등의 전원선, 글로브, LED 등이 외부 화염에 의해 소손되었을 때 나타나는 탄화 패턴을 해석하여 사고원인 분석 및 규명을 위한 과학적 근거를 제공하고자 한다.

제안 방법

화염은 실험 장치의 개략도에서 알 수 있는 바와 같이 시료를 60°의 경사로 지지한 다음, 30초 동안 불꽃을 공급하였다가 일정시간 후 불꽃을 제거하여 시료의 연소 상황을 분석하였다.
LED lamp가 적용된 보안등의 전원선, 글로브, LED 등이 외부 화염에 의해 소손되었을 때 나타나는 탄화 패턴을 해석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

대상 데이터

실험에 적용된 제품은 루미다스(lumidas)로 등록되어 있으며 구동부, 방열부, LED모듈부, 광유도부를 사용한 다운라이트로 실내(외)조명용으로 사용하고 있다. 점등시의 표면온도는 어느 부위에서도 60℃ 이상 발생해서는 아니 된다.
그림 3은 보안등용(LED lamp) 글로브가 외부화염에 소손되었을 때의 특성을 분석하기 위해 나타낸 실체사진이다. 글로브의 재질은 반투명폴리염화비닐수지(PVC; polyvinyl chloride resin)이며, 두께는 3.4[mm]이다. 또한, 연화점은 80[℃] 정도이며, 연소가 발생했을 때 유독성 가스가 다량 발생한다.

이론/모형

재현 실험은 보안등에 사용된 재료에 대한 외부 화염 인가에 따른 난연성 및 열확산 패턴 해석을 위한 것이다. 화염의 공급은 한국산업규격(KS)에 근거한 난연성 실험 방법을 준수하여 실시하였다. 화염은 실험 장치의 개략도에서 알 수 있는 바와 같이 시료를 60°의 경사로 지지한 다음, 30초 동안 불꽃을 공급하였다가 일정시간 후 불꽃을 제거하여 시료의 연소 상황을 분석하였다.

성능/효과

즉 표면에서 산화반응이 왕성하게 진행되고, 내부에는 산소가 부족하거나 없어서 산화반응이 일어나기 어려움을 나타내고 있다. 또한, 소선의 일부에서 불규칙적인 용융이 발생했음을 확인 할 수 있었다.
(1) 외부화염에 의해 탄화된 전선을 칼로 절단하여 분석한 결과 소선(strand)과 절연물(insulator)이 견고하게 부착되어 있었고, 표면 쪽이 중심부보다 보이드(void)가 크게 형성된 것을 알 수 있다.
(2) 외부화염에 직접 노출되어 탄화된 글로브는 불규칙적인 탄화의 덩어리가 형성되었고, 탄화 과정 중에 용융되어 흘러내리는 특성을 나타냈다.
(3) 정상 상태의 LED의 전기저항 특성 분석에서 순방향 저항은 약 1.74[MΩ]으로 측정되었고, 역방향 저항의 평균값은 140[MΩ]인 것을 알 수 있다. 또한, 소손된 LED 저항의 크기 측정을 통해서 화염의 진행방향을 판단 할 수 있다.

후속연구

76[MΩ]을 나타냈고, 역방향의 저항은 약 236[MΩ]으로 광의 발광현상은 나타나지 않았다. 즉 저항 값의 변화를 정확히 측정하면 화원의 진행 방향을 판단 할 수 있는 과학적 근거로 활용할 수 있을 것이다.

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