1. 개요
등대 에 들어가는 2개의 핵심장비 중 하나. 등명기(燈明機)라는 단어는 문자 그대로 '등대에 불을 밝히는 기계'란 의미를 가지는데, 영어로는 특별한 이름은 없이 그냥 랜턴(조명)이라고 칭한다.2. 등명기 본체의 구조
등명기는 광원, 1차 프레넬 렌즈, 2차 프레넬 렌즈, 3차 최종 프레넬 렌즈로 나뉘어진다.사진 by 위키미디어
여기서 프레넬 렌즈란 것은 동심원 홈을 이용하여 두께를 줄인 렌즈로, 일반적인 LCD 프로젝터나 DLP 프로젝터에도 광원과 페널 사이에 이 렌즈가 들어간다.
등대에서 사용되는 프레넬 렌즈는 그 크기가 크고 처리해야하는 빛이 많으며 변환각이 커야 하기 때문에 약간 둥근 느낌을 가진다. 위 투시도에서도 윗부분의 각이 약간 들어간 것을 볼 수 있다.
요즘 나오는 건 상수값이 엄청나게 낮은 포물선 형태. 파라볼라 안테나 모양이랑 비슷한 곡선을 가진다.
등명기의 광원은 자가 교체가 가능한 회전식 소켓에 연결된 2~4KW 의 메탈 할라이드 HQI Short Arc AC Drive Discharge bulb 가 쓰인다. 저렇게 영어로 적으면 보통 못알아먹으니 사진 한방이면 백문이 불여일견.
이렇게 생긴 벌브다. 왜 하필 이렇게 작은 건가 하면, 아래와 같은 이유가 있기 때문이다.
- 등명기는 고출력의 점광원을 필요로 한다.
- 등명기 스스로 고장진단이 가능해야 한다.
- 벌브를 자동으로 교체할 수 있어야 한다.
등명기의 램프 소켓은 돌아가도록 설계되어서 4개의 벌브가 90도의 각도로 되어있는데, 벌브가 터지거나 기타 문제가 생기면 램프를 제어하는 드라이버인 발라스트(Ballast)에서 감지한 후, 소켓에 있는 모터를 돌려 1스텝이 경과하면 새 벌브로 교체할 수 있다. 그리고 발라스트는 컴퓨터 및 시정기와도 연결되므로 교체사실을 기록하고 관련자에 통보한다.
여튼 저렇게 등명기의 광원이 나오면, 1차 프레넬 렌즈가 있는데, 이 프레넬 렌즈는 1차적으로 등명기에서 나온 수평방향으로 변환하게 된다. 벌브 주변에 프레넬 렌즈가 통처럼 장착되어있다.
2차 프레넬 렌즈는 3차 프레넬 렌즈와 같이 돌아가면서 빛을 주사하는 형태가 있으며, 혹은 2차 프레넬렌즈만 돌거나 3차 프레넬렌즈만 돌거나 둘 다 안돌거나 하는 형태가 있다. 한국의 경우 등대의 시정수를 통해 현재 접근한 항구에 대한 정보를 얻을 수 있도록 되어있기에 프레넬렌즈가 돈다. 단, 한국의 등대는 프레넬렌즈가 2개뿐인 경우가 많고 심지어 프레넬렌즈 1개만으로 설계된 제품들도 있으니 현장지원을 갈 때 조심하자.
3. 등명기를 돌리는 서보
앞서 언급한 바와 같이, 한국의 등대는 등대별로 시정수를 가지고 있기에 야간에 등대의 회전 주기를[1] 판독하면 해당 등대의 정보[2]를 알아낼 수 있다.이를 위해서 등명기를 돌리는 전동기가 있는데, 다른 전동기와 달리 등명기용 전동기는 더럽게 느린 속도에서도 일정한 속도를 유지할 수 있어야 해서 만드는 업체가 별로 없다. 보통 등명기를 돌리는 데엔 서보모터를 안쓰는데, 더럽게 느린 속도에서 브러쉬리스 서보는 타버린다. 물론 이는 제조사의 역량에 따라 토크를 얼마나 줄 것인지 프로그램하는 데 따라 달리나, 보통의 제조사는 토크가 뭔지 모르기 때문에 망하는 것. 그래서 브러쉬리스 서보 대신에 그냥 브러쉬리스 모터를 속도제어하여 사용한다. 이것만으로도 충분히 시정수를 유지할 수 있는 듯 한데, 이 방식이 플라이휠+AC 모터를 대체한지 약 5년이 넘어가는 만큼, 안정성이 있는 것으로 보인다.
4. 등명기 제어장치
등명기를 제어하기 위해 이런 기계들을 쓴다.- 발라스트 - 등명기에 달린 벌브에 전원을 공급.
- 모터 컨트롤러 - 등명기 회전전동기를 제어. 여기서 시정수를 결정하도록 프로그램함.
- 동기점등 제어기 - 다른 등대들과 거의 동일한 시기에 점등해야 하기에 쓰는 것. 자기 아래에 있는 해상등대나 부이에 있는 등대들을 제어할 때도 쓰임.
- 원격검침, 제어기 - 요즘은 무인등대가 대세여서 사람이 살지 않다보니 나온 물건으로, 인터넷을 통해 등대를 제어할 수 있도록 해준다. 보통 웹서버 형식이 많음.
- 전원유닛 및 비상백업 장치 - 전원유닛은 상용전원과 등대백업전원을 선택하여 사용할 수 있도록 해주며, 비상백업장치는 둘 다 맛갔을 때 여러 컨트롤러를 안전하게 종료할 최소한의 전력을 공급한다.
5. 등명기 출력
역시 대형등대를 기준으로 먼저 설명한다.- 실효광도 : 2,500,000 cd 이상.
중형등명기와 대형등명기를 포함하면
- 회전시정수 변경 : 2.0~120sec 사이에서 선택 가능.
6. 효과적인 전원 공급
등대의 백업 배터리는 10에 10은 세방전지의 납축전지중에 퍼렇게 생긴 걸 쓴다. 이는 단가가 가장 싸고, 관리도 그럭저럭 편하고, 단일용량이 가장 높으며, 콘크리트 바닥에 놔두어도 문제가 생기지 않는다. 그리고 20시간 방전률 기준으로 만들어지기에 입찰시 관계자들을 낚아올리기에도 좋기 때문이다. 등대에 들어간 발라스트에 따라 DC48~DC400V까지 쓰는 종류는 많다. 보통의 등대는 배터리 24개 *2 를 해서 48V이나, 등대마다 사정은 다르므로 통과.상용전원에 연결 시 등명기의 전원은 단상 전원이므로 이에 살짝 주의하면 별 문제는 없다. 초기 시동전류는 여타 HID 들과 비슷하게 만들어지므로 순간전력에 대해 고민할 필요는 없으나, 역시 발라스트마다 다르기에 켜자마자 10초만에 최대광도에 도달하는 친구들은 분명 시동전류가 10배 이상 높은 것이니 주의.
염분에 의해 전선이 부식되는 경우가 많고, 여러 계전기들의 접점이 빨리 노후화되어 전원불량이 날 가능성이 높다. 허옇게 일어나는 것들을 깨끗히 청소해주면 좋아한다.
7. 기타 등등
등명기 중에 BMS와 연동되는 등명기가 있는데, 이걸 쓰면 태양광 컨트롤러와 컴퓨터 간 RS-485로 연결이 된다. 등명기 제어 프로그램을 수정하여 태양광 컨트롤러를 제어하게 만들면 태양전지를 사용해 백업 배터리를 충전하여 쓸 수 있다. 독도의 등대가 그런 식으로 되어있다. 독도의 등대는 원래 무인등대여서 컴퓨터로 모든 것이 제어되는 형식이었다. 다만, 유인등대가 되면서부터 사람이 사는데 필요한 전기까지 공급하는 바람에 여러모로 컴퓨터가 화낸다 카더라.독도 등대사진을 보면 딱 봐도 독일산 280W 짜리 패널이 16개, 160W 패널이 4개가 보인다.
사실 보통 등대 포메이션이 저게 딱 적절한데, 한국문화재청에서 저 등대를 마개조하려하는 움직임을 보이고 있어 사태의 추이가 주목된다.