전기기사실기(단답형) 조명 해설 페이지

1) 조도 : 어떤 면 위의 한 점의 밝기 2) 휘도 : 광원의 눈부심 정도 3) 광속 발산도 : 발광면의 단위 면적당 발산광속 4) 광속 : 광원이 빛을 내는 능력 5) 광도 : 특정방향으로 나오는 빛의 양

[해설]

조명 용어 다섯 가지는 광원·방향·면 가운데 무엇을 기준으로 빛을 재느냐에 따라 나뉜다.

• 조도 — 빛을 받는 면 위 한 점의 밝기이며, 단위는 lx(lm/m²)이다.
• 휘도 — 광원이나 발광면을 볼 때 느끼는 눈부심 정도이며, 단위는 cd/m²이다.
• 광속 발산도 — 발광면의 단위 면적에서 나가는 광속이며, 단위는 rlx(lm/m²)이다.
• 광속 — 광원이 빛을 내는 능력, 즉 방출하는 빛의 총량이며, 단위는 lm이다.
• 광도 — 광원에서 특정 방향으로 나오는 빛의 세기이며, 단위는 cd이다.

혼동 주의: 조도는 빛을 받는 면, 광속 발산도는 빛을 내보내는 면이 기준이라, 둘 다 lm/m²로 나타내지만 빛의 방향이 반대다.

1) 오염에 의한 벽, 천장의 반사율 감소 2) 오염에 의한 등기구 이용광속 감소 3) 등기구 자체의 광속 및 효율 감소

[해설]

실내 조도는 시간이 지나면서 이용되는 광속이 줄어들어 떨어진다. 조명설계에서는 이 감소분을 감광보상률로 미리 반영한다.

• 벽·천장 반사율 감소 — 오염되면 반사율이 낮아져 다시 반사돼 작업면에 닿는 빛이 줄어든다.
• 등기구 이용광속 감소 — 반사판·커버가 오염되어 광원의 빛이 방 안으로 덜 나온다.
• 등기구 자체의 광속·효율 감소 — 램프가 낡으면서 광속이 줄고 효율이 떨어진다.

외우는 요령: 반사율 감소와 이용광속 감소는 청소하면 회복되는 오염 요인이다. 광속·효율 감소는 램프를 교체해야만 회복되는 노후 요인이다.

1) 고휘도 광원 2) 순응 결핍 3) 눈에 입사하는 광속 과다 4) 물체와 그 주위간 고휘도 대비 5) 광원을 오랫동안 주시

[해설]

눈부심(글레어)은 눈이 적응할 수 있는 밝기 범위를 넘는 자극이 들어올 때 생긴다.

• 고휘도 광원 — 광원 자체의 휘도가 지나치게 높다.
• 순응 결핍 — 어두운 곳에서 밝은 곳으로 나갈 때처럼 눈이 밝기에 미처 적응(순응)하지 못했다.
• 광속 과다 — 눈에 들어오는 빛의 양 자체가 많다.
• 고휘도 대비 — 물체와 주위 배경의 휘도 차이가 크다.
• 장시간 주시 — 광원을 오래 바라봐 시각 피로가 쌓인다.

외우는 요령: 광원이 밝거나, 빛이 많거나, 대비가 크거나, 눈이 아직 적응하지 못했거나, 오래 볼 때 눈부시다.

1) 전등효율 : 전력소비에 대한 전발산 광속의 비율 2) 발광효율 : 방사속에 대한 광속의 비율

[해설]

조명효율은 들어간 에너지에 대해 나온 빛의 비율로, 기준 단계에 따라 전등효율과 발광효율로 나뉜다.

• 전등효율 — 램프 소비전력 P[W]에 대한 전발산 광속 F[lm]의 비율(F/P)로 램프 전체의 성능을 나타낸다.
• 발광효율 — 방사속 φ[W]에 대한 광속 F[lm]의 비율(F/φ)로 방사 에너지 중 빛으로 느껴지는 정도를 나타낸다.

분모가 소비전력이면 전등효율, 방사속이면 발광효율이며 단위는 둘 다 lm/W다.

1) 휘도가높을것 2) 휘도가 균일할 것 3) 경관을 해치지 않을 것 4) 광원색이 적합할 것 5) 눈부심이 없을 것 6) 조도가 밝을 것

[해설]

도로조명의 목적은 운전자가 노면과 장애물을 빠르고 정확하게 보게 하는 것이므로 밝기·균일성·눈부심·광색·경관을 함께 따진다.

• 휘도가 높을 것 — 운전자 눈에 보이는 노면이 충분히 밝아야 장애물이 잘 보인다.
• 휘도가 균일할 것 — 밝은 구간과 어두운 구간이 번갈아 나오면 눈이 적응하지 못해 장애물을 놓친다.
• 경관을 해치지 않을 것 — 등기구와 조명주가 주변 경관과 어울려야 한다.
• 광원색이 적합할 것 — 물체의 색과 형태를 알아보기 쉬운 광색을 쓴다.
• 눈부심이 없을 것 — 눈부심은 시력을 떨어뜨리고 피로를 주므로 억제한다.
• 조도가 밝을 것 — 노면에 도달하는 빛이 충분해야 한다.

혼동 주의: 운전자는 노면에서 반사된 빛을 보므로 도로조명은 조도보다 휘도를 주된 설계 기준으로 삼는다.

1) 연색성이 우수하다 2) 기동시간이 짧다 3) 가격이 싸다 4) 점등방식이 간단하다 5) 역률이 좋다

[해설]

백열전구는 필라멘트를 가열해 빛을 내는 온도방사 광원이다. 구조가 단순하다는 점에서 장점이 나온다.

• 연색성이 우수하다 — 연속 스펙트럼을 내어 물체의 색이 자연스럽게 보인다.
• 기동시간이 짧다 — 예열 없이 스위치를 켜자마자 불이 들어온다.
• 가격이 싸다 — 구조가 단순해 만드는 비용이 낮다.
• 점등방식이 간단하다 — 안정기 없이 전원에 바로 연결한다.
• 역률이 좋다 — 순수 저항 부하라서 역률이 거의 1이다.

혼동 주의: 효율이 낮고 수명이 짧은 것은 백열전구의 단점이다. 이 두 가지는 형광등의 장점과 짝을 이룬다.

1) 필라멘트 온도가 저하 하는 경우 2) 전압, 전류의 파형이 사인파가 아닌 경우

[해설]

백열전구 플리커는 교류 전원에서 필라멘트 온도가 주기적으로 오르내리면서 광속이 변해 깜박임으로 보이는 현상이다.

필라멘트 온도가 낮아지면 전류 변화에 따른 광속 변동이 상대적으로 커져 깜박임이 눈에 띈다.

전압·전류 파형이 사인파가 아니고 왜곡되어 있으면 순시 전력의 변동이 커지고, 그만큼 필라멘트 온도가 크게 흔들려 플리커가 심해진다.

1) 효율이 좋다 2) 수명이 길다 3) 열 방사가 적다 4) 필요한 광색을 쉽게 얻을 수 있다 5) 눈부심이 적다

[해설]

형광등은 방전에 의한 저온 발광 방식이라 백열전구 대비 다음과 같은 장점을 가진다.

• 같은 전력으로 더 많은 광속을 내어 효율이 좋다
• 필라멘트 소모가 적어 수명이 길다
• 발광 과정에서 열로 소비되는 에너지가 적어 열 방사가 적다
• 형광물질 조합으로 다양한 광색을 쉽게 얻을 수 있다
• 발광면이 넓어 휘도가 낮고 눈부심이 적다

1) 온도 영향을 받는다 2) 역률이 나쁘다 3) 점등시간이 길다 4) 값이 비싸다 5) 깜박거림이 생기기 쉽다

[해설]

형광등은 저압 수은 방전을 이용하고 안정기가 필요한 구조라서 백열전구에는 없는 단점이 생긴다.

• 온도 영향 — 주위 온도에 따라 수은 증기압이 바뀌어 광속과 효율이 달라진다.
• 역률이 나쁘다 — 안정기(코일)가 들어가 전류가 전압보다 늦어지는 지상 부하가 된다.
• 점등시간이 길다 — 필라멘트를 예열한 뒤 방전이 시작되므로 켜지기까지 시간이 걸린다.
• 값이 비싸다 — 램프 외에 안정기·글로스타터 같은 부속기기가 필요하다.
• 깜박거림 — 교류 주파수에 따라 방전이 끊겼다 이어지고, 수명 말기나 저온에서 더 심해진다.

혼동 주의: 효율이 높고 수명이 길다는 것은 형광등의 장점이므로 단점 답안에 섞지 않는다.

1) 메탈 할라이드등 2) 고압수은 등 3) 고압나트륨 등

[해설]

HID등(고휘도 방전등)은 방전관 안에 무엇을 넣고 방전시키느냐에 따라 세 가지로 나눈다.

• 메탈 할라이드등 — 수은에 금속 할로겐화물을 더 넣어 연색성(색이 자연스럽게 보이는 정도)을 높인 등이다.
• 고압수은등 — 고압 수은 증기의 방전으로 빛을 내는 가장 기본적인 HID등이다.
• 고압나트륨등 — 나트륨 증기 방전을 이용하며, 효율이 가장 높고 빛이 주황색을 띤다.

외우는 요령: HID등은 봉입 물질 이름이 곧 등 이름이다(금속 할로겐화물·수은·나트륨).

1) 필라멘트 예열이 필요없다 2) 순시기동으로 점등시간이 짧다 3) 관이 길어 양광주가 길고, 효율이 좋다 4) 베이스핀이 한개이므로 탈부착이 간단하다 5) 점등불량으로 인한 고장이 없다

[해설]

슬림 형광등은 관이 가늘고 긴 순시기동형 형광등이며, 필라멘트 예열 없이 고전압으로 바로 방전시키는 방식에서 장점이 나온다.

• 필라멘트 예열이 필요 없다 — 높은 전압을 걸어 바로 방전을 시작한다.
• 점등시간이 짧다 — 예열을 기다리지 않는 순시기동이라 스위치를 켜면 곧바로 켜진다.
• 효율이 좋다 — 관이 길어 실제로 빛을 내는 양광주(관 안의 밝게 빛나는 방전 구간)가 길다.
• 탈부착이 간단하다 — 양 끝의 베이스핀이 한 개씩이라 끼우고 빼기 쉽다.
• 점등불량 고장이 없다 — 글로스타터를 쓰지 않아 스타터 불량으로 안 켜지는 일이 없다.

외우는 요령: 예열이 없다는 한 가지 특징에서 빠른 점등·스타터 고장 없음이 함께 나온다.

1) 수명이 짧다 2) 점등장치가 비싸다 3) 전력손실이 크다

[해설]

슬림 형광등은 예열 없이 높은 전압으로 바로 켜는 순시기동 방식을 쓰기 때문에 아래 단점이 생긴다.

• 수명이 짧다 — 켤 때마다 높은 전압이 전극에 충격을 주어 전극이 빨리 닳는다.
• 점등장치가 비싸다 — 방전을 바로 일으킬 고전압을 만드는 전용 안정기가 필요하다.
• 전력손실이 크다 — 기동전압이 높아 점등장치에서 손실이 많이 생긴다.

세 단점 모두 뿌리는 '예열 없이 고전압으로 바로 켠다'는 데 있다고 묶어서 외우면 쉽다.

1) 용도 : 적외선에 의한 가열 및 건조 2) 크기 : 250[W] 3) 효율 : 75[%] 4) 필라멘트 절대온도 : 2500[K] 5) 빛의 파장 : 1~3 [µm]

[해설]

적외선전구는 빛을 내는 것보다 적외선 열복사를 얻으려고 만든 전구라서 용도가 가열·건조이다.

필라멘트 절대온도를 2,500K 정도로 일반 전구보다 낮추면 방사가 1~3µm의 적외선 파장 쪽으로 몰린다.

보통 250W 크기로 만들며, 입력 전력의 약 75%가 적외선으로 방사된다.

고휘도 방전램프

[해설]

HID램프는 High Intensity Discharge의 약자로, 우리말로는 고휘도 방전램프라 부른다.

방전관 내부의 고압 가스 방전을 이용해 같은 크기의 백열전구보다 훨씬 밝은 빛을 낼 수 있어, 고압수은등·메탈할라이드등·고압나트륨등처럼 옥외·대공간 조명에 주로 쓰인다.

코오니스 조명

[해설]

코오니스 조명(코니스 조명)은 벽면 위쪽 모서리에 차폐판을 달고 그 뒤에 등기구를 숨겨 빛을 벽면 아래쪽으로 비추는 건축화 조명이다.

등기구가 보이지 않고 벽면만 밝게 드러나므로 커튼·벽 마감재를 강조할 때 쓴다.

혼동 주의: 빛을 천장 쪽으로 올려 비추는 것은 코브 조명, 벽면을 아래로 비추는 것이 코오니스 조명이다.

1) 전용의 전자안정기와 조합하여 동작한다 2) 효율이 높다 3) 성능이 램프 표면온도 35[°C] 일때 제일 좋다 4) 일정한 광출력을 낸다 5) 등이 슬림해서 디자인적으로 유리하다

[해설]

T-5는 관 지름이 5/8인치(약 16mm)인 가는 형광램프로, 그 구조에서 아래 특징이 나온다.

• 전용 전자안정기와 짝지어야만 동작한다.
• 기존 형광램프보다 발광효율이 높다.
• 램프 표면온도가 35[°C]일 때 광출력이 가장 크도록 설계되어 있다.
• 전자안정기로 점등하므로 깜박임 없이 일정한 광출력을 낸다.
• 관이 가늘어 등기구를 슬림하게 만들 수 있어 디자인에 유리하다.

혼동 주의: 기존 T-8 등 형광램프는 주위온도 25[°C] 근처에서 가장 밝지만, T-5는 표면온도 35[°C]가 기준이다.

1) 전력소모가 적다 2) 수명이 길다 3) 발열이 매우 적다 4) 내구성이 좋아 외부충격에 강하다

[해설]

LED는 반도체 접합에서 전기를 바로 빛으로 바꾸는 발광다이오드라서 필라멘트나 방전관이 없다.

• 전력소모가 적다 — 발광 효율이 높아 같은 밝기에 전력이 덜 든다.
• 수명이 길다 — 끊어지거나 닳는 필라멘트·전극이 없다.
• 발열이 매우 적다 — 입력 에너지 가운데 열로 버려지는 몫이 적다.
• 외부충격에 강하다 — 유리관 없는 고체 소자라 깨질 부분이 적다.

외우는 요령: 반도체 고체 소자라는 한 가지 성질에서 네 가지 특성이 모두 나온다.

1) 혹화가 거의 발생하지 않는다 2) 백열전구에 비해 수명이 길다 3) 색온도나 광속의 저하가 적다

[해설]

할로겐램프는 전구 안에 할로겐 가스를 넣어, 증발한 텅스텐이 필라멘트로 되돌아가는 할로겐 사이클이 일어나게 한 백열전구다.

• 흑화가 거의 없다 — 흑화는 증발한 텅스텐이 유리 안쪽에 붙어 전구가 검게 되는 현상인데, 텅스텐이 되돌아가므로 거의 생기지 않는다.
• 수명이 길다 — 필라멘트가 덜 닳아 일반 백열전구보다 수명이 길다.
• 색온도·광속 저하가 적다 — 필라멘트와 유리가 깨끗하게 유지되어 오래 써도 빛의 색과 밝기가 잘 떨어지지 않는다.

세 장점 모두 할로겐 사이클 하나에서 나온다는 점만 잡으면 외우기 쉽다.

1) 대칭 배열 2) 중앙 배열 3) 편측 배열 4) 지그재그 배열

[해설]

직선도로의 조명기구 배치는 도로 폭과 필요한 균제도(노면 밝기의 고른 정도)에 따라 네 가지로 나눈다.

• 대칭 배열 — 도로 양쪽에 마주 보게 세우며 폭이 넓은 도로에 쓴다.
• 중앙 배열 — 중앙분리대에 한 줄로 세워 양방향을 함께 비춘다.
• 편측 배열 — 도로 한쪽에만 세우며 폭이 좁은 도로에 쓴다.
• 지그재그 배열 — 양쪽에 서로 엇갈리게 세우며 중간 폭의 도로에 쓴다.

외우는 요령: 등을 세우는 위치(양쪽 마주 봄·가운데·한쪽·양쪽 엇갈림)로 구분한다.

① 직접조명 — 하향광속 90~100%
② 반직접조명 — 하향광속 60~90%
③ 전반확산조명 — 상·하향광속 각 40~60%
④ 반간접조명 — 하향광속 10~40%
⑤ 간접조명 — 하향광속 0~10%

[해설]

배광 방식은 조명기구에서 나오는 전체 광속 중 아래로 향하는 광속(하향광속)의 비율로 구분한다.

• 직접조명 — 하향광속 90~100%로 효율이 가장 높지만 그림자와 눈부심이 강하다.
• 반직접조명 — 하향광속 60~90%로, 일부 빛이 천장으로 가서 그림자가 조금 부드럽다.
• 전반확산조명 — 상·하향광속이 각 40~60%로 사방에 거의 고르게 퍼진다.
• 반간접조명 — 하향광속 10~40%로, 빛 대부분을 천장에서 반사시켜 쓴다.
• 간접조명 — 하향광속 0~10%로, 거의 모든 빛을 천장·벽에 반사시켜 눈부심이 가장 적다.

외우는 요령: 직접조명에서 간접조명으로 갈수록 하향광속이 100%에서 0%로 줄어들므로, 경계값 90·60·40·10%만 기억하면 된다.

점광원 광속이 글로브 내면에서 반사·투과를 거듭해 외부로 방사되는 광속발산도 R은

$R = \dfrac{\tau I}{r^{2}(1-\rho)}\,[\mathrm{rlx}]$

여기서 $\tau$=투과율, $\rho$=반사율, $r$=글로브 반지름, $I$=점광원 광도.

[해설]

이 식은 점광원의 빛이 구형 글로브 안쪽 면에서 투과와 반사를 반복하며 바깥으로 빠져나가는 양을 무한등비급수로 합산한 결과다.

점광원에서 나온 빛이 처음 안쪽 면에 닿을 때의 조도는 $\dfrac{I}{r^{2}}$이고, 이 중 투과율 $\tau$만큼은 즉시 바깥으로 빠져나가지만 반사율 $\rho$만큼은 구 내부로 되돌아와 다시 안쪽 면 전체를 같은 세기로 비춘다.

이 반사가 무한히 반복되므로 바깥으로 빠져나가는 총량은
$R = \dfrac{I}{r^{2}}\tau(1+\rho+\rho^{2}+\cdots) = \dfrac{\tau I}{r^{2}(1-\rho)}$
로 등비급수의 합 공식을 적용해 정리된다.

따라서 채점 포인트는 분자에 투과율 $\tau$, 분모에 $r^{2}(1-\rho)$가 들어가는 구조를 정확히 쓰는 것과 단위 [rlx]를 빠뜨리지 않는 것이다.

코니스 조명(cornice lighting)

천장과 벽이 맞닿는 모서리(코니스)에 광원을 숨기고 그 빛으로 아래쪽 벽면을 직접 비추는 방식이다.

[해설]

천장과 벽이 만나는 모서리(코니스)에 광원을 숨기고 아래쪽 벽면을 직접 비추는 건축화 조명을 코니스 조명이라 한다.

광원이 보이지 않아 눈부심이 없고, 밝아진 벽면이 커튼이나 벽화를 돋보이게 한다.

혼동 주의: 빛을 천장 쪽으로 올려 반사광으로 실내를 밝히면 코브 조명, 위·아래 양쪽으로 빛을 내면 밸런스 조명이다.

(1) 색온도(color temperature) : 광원의 광색을 같은 광색의 흑체 절대온도[K]로 표시한 값.

(2) 연색성(color rendering) : 광원의 분광분포에 따라 같은 색이 다르게 보이는 성질.

[해설]

색온도와 연색성은 광원의 빛을 평가하는 두 기준이다. 색온도는 광원 자체의 빛깔을, 연색성은 물체색이 얼마나 자연스럽게 보이는지를 다룬다.

• 색온도 — 광원과 같은 빛깔을 내는 흑체의 절대온도로, 단위는 K(켈빈)이며 낮을수록 붉고 높을수록 푸르다.
• 연색성 — 광원의 분광분포에 따라 같은 물체색이 달리 보이는 성질로, 연색평가수(Ra)가 100(자연광)에 가까울수록 좋다.

혼동 주의: 색온도가 같아도 분광분포가 다르면 연색성은 달라질 수 있다.