[PLC] 릴레이를 손상 시키지 않고 사용하기 (선정방법)

 

릴레이는 정격 코일 전압과, 접점이 감당할 수 있는 최대 전압과 전류로 특징 지을 수 있습니다. PLC 내부에 포함된 릴레이의 경우, 대개 접점의 최대 전압과 전류만 고려하면 됩니다. 하지만 이 값들은 일반적으로 저항성 부하(resistive load)를 대상으로 하고 있습니다.


릴레이의 접점은 부하의 타입과 용량, 전류, 접점의 사이즈와 재질, 동작 시간 등에 영향을 받습니다. 접점의 최대 전류의 값은 DC 부하가 일반적으로 AC 부하보다 낮은 값을 가집니다. AC 전류는 주기적으로 0으로 떨어지나, DC는 그렇지 않기 때문에 DC 경우 접점에서 발생한 아크(arc)가 AC에 비해 잘 소멸되지 않게 됩니다. 따라서 릴레이의 데이터시트를 확인할 때 DC, AC 부하별로 구분해서 확인해야 합니다.


정격 정압/전류는 접점에 통전이 되고 있을 때 지속적으로 감당할 수 있는 수치입니다. 용량성(capacitive)이나 유도성(inductive) 부하의 경우 돌입전류나 switch-off(접점이 떨어질 때 발생하는) 스파크(spark)에 의해 정격 수치의 몇배에 해당하는 전압/전류가 발생하기도 합니다. 따라서 정격용량을 너무 타이트하게 잡아서 릴레이를 선정하면, 릴레이가 파손될 수 있습니다.


저항성 부하 스위칭 (Switching a resistive load)

저항성(resistive) 부하는 돌입전류 및 switch-off 전류가 항시 상태일 때와 동일하기 때문에 이에 맞춰서 릴레이의 정격전압 및 전류값을 확인하면 됩니다. 저항성 부하에는 전구나, LED, 가열장치, 측정장비의 전압 입력부 등이 있습니다. 이런 장치들은 정격의 2~4배 사이의 릴레이를 선정하면 일반적으로 문제를 일으키지 않습니다.


용량성 부하 스위칭 (Switching a capacitive load)

용량성 부하는 조금 다릅니다. 용량성 부하는 전원소스에 연결되어 구동 초반에 매우 높은 전류를 유발시킵니다. 따라서 용량성 부하가 릴레이에 연결되어 있다면, 릴레이의 접점이 연결되는 순간 매우 높은 돌입전류가 발생하고, 부하의 항시 상태에 비해 20~40배 가량의 초과전류를 발생시킵니다. 예를들어, SMPS(스위칭 전원 공급장치)의 데이터시트에는 돌입전류값이 명시되어 있을 것이고, 이 값은 정격전류의 몇 십배에 해당하는 값일 것입니다. 이 돌입전류는 전원이 투입된 후 100ms 가량만 지속됩니다. 따라서 이러한 돌입전류는, 전원 투입후 장기적으로 사용하는 상황에서는 크게 문제가 되지 않을 것입니다.

릴레이는 최대 전류값을 명시하고 있는데 이는 일정 시간동안 감당할 수 있는 최대 전류값을 의미합니다. 릴레이의 최대 전류값이 용량성 부하의 돌입전류 값보다 높으면 크게 문제되지 않을 것입니다. 용량성 부하의 종류로는 SMPS, 긴 길이(>10m)의 전원 케이블 등이 있습니다.


유도성 부하 스위칭 (Switching an inductive load)

가장 무서운 녀석이 바로 솔레노이드나 MC(Magnetic Contactor)같은 유도성 부하입니다. 유도성 부하를 잘못 다루면 릴레이의 접점이 녹아서 붙어버리거나 타버립니다. 유도성 부하는 용량성 부하와는 반대로 switch-off(접점이 떨어지는 경우)일 때만 문제가 됩니다. 

유도성 부하는 전원공급이 중단되면 이전에 흐르던 전류만큼 흐르게 하려는 성질이 있습니다. 따라서 해당 전류가 흐를 수 있는 전압과 극성을 일시적으로 발생시키게 됩니다. 이때 발생한 전압은 접점에 스파크를 생성시키고, 유도성 부하의 절연(insulation)을 손상시키거나, 릴레이의 접점까지 손상시킬 수 있습니다. 전압 스파크의 크기는 유도성 부하의 인덕턴스와 비례합니다. 높은 인덕턴스는 높은 스파크를 생성합니다. 일반적으로 유도성 부하의 공급전압의 30배까지에 이르는 스파크 전압이 생성됩니다.

유도성 부하에는 솔레노이드, MC, 모터, 변압기, 팬(fan), 릴레이코일 등이 있습니다. 스파크 전압을 상쇄시키기 위해 다이오드-저항, RC회로, 제너다이오드, 바리스터(varistor) 등을 부하와 병렬로 연결하기도 합니다.


결론

만약 릴레이 접점부하의 최대 스위칭 전류(Maximum switching current) 항목이 "16(4) A, 250 V~" 등으로 표기되어 있다면 저항성 부하는 16A, 유도성 부하는 4A를 사용할 수 있다는 뜻이므로 이 값을 지표로 삼아 릴레이 모델을 선정하면 됩니다.


끝.

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