[PLC] 절연 변압기 (Isolation Transformer)

현장의 여러 PLC 컨트롤 판넬 배선들을 보다 보면 간혹 아래 그림과 유사하게 PLC 전원을 포함한 제어용 회로를 절연 변압기를 통해 분리시켜 놓은 것을 볼 수 있습니다.

절연 변압기는 일반적으로 안전상의 이유로 또는 과도 전류 (transients) 및 고조파 (harmonics)를 줄이기 위해 교류(AC) 전원에서 일부 장비 또는 장치로 전력을 전송하는 동시에 전력 공급 장치를 전원에서 분리하는 데 사용되는 변압기입니다. 절연 변압기는 갈바닉 절연 (galvanic isolation)을 제공합니다. 갈바닉 절연이란 공급 전원과 부하 사이에는 전도성 경로가 없는 것을 의미합니다. 이 절연은 감전으로부터 보호하고, 민감한 장치의 전기 잡음을 억제하거나, 연결하면 안 되는 두 회로 사이에 전력을 전송하는 데 사용됩니다. 절연용으로 판매되는 변압기는 1차와 2차 사이에 특수 절연을 사용하여 제작되는 경우가 많으며 권선 사이의 고전압을 견딜 수 있도록 지정되어 있습니다.

1차 권선과 2차 권선 사이의 비율이 1:1인 변압기는 통전된 도체와 접지 사이의 감전으로부터 2차 회로와 개인을 보호하는 데 종종 사용됩니다. 적절하게 설계된 절연 변압기는 접지 루프로 인한 간섭을 차단합니다. 정전기 차폐 기능이 있는 절연 변압기는 컴퓨터, 의료 기기 또는 실험실 장비와 같은 민감한 장비의 전원 공급 장치에 사용됩니다.

아래는 절연 변압기가 적용되지 않은 예입니다.

위와 같은 경우 핫라인이 접지와 연결되어 있는 도체와 접촉하거나 지면에 서 있는 사람과 접촉하는 경우 큰 전류가 흐르게 될 수 있는 구조입니다.

아래는 절연 변압기가 적용되어 있는 예입니다.

위 그림에서 핫라인에 해당하는 선이 접지와 연결되어 있는 도체와 접촉하면 핫라인이 새로운 전기적 레퍼런스가 될 뿐 전류가 흐르지는 않습니다. 이것은 지면에 있는 사람이 핫라인을 접촉하더라도 같은 상황입니다.

복잡한 전기 설비 또는 배선이 오래되었거나 연결 상태가 좋지 않거나 임피던스가 과도한 일부 경우 중성선과 접지 사이의 전압이 증가할 수 있습니다. 특히 배전반에서 가장 먼 지점과 높은 전류가 관련된 곳에서는 더욱 그렇습니다. 이 때 2차측은 1차측에서 절연되어 있으므로 아래 그림과 같이 절연 변압기의 2차측에서 새로운 중성선과 접지를 안전하게 유도할 수 있습니다. 이는 중성선과 접지 사이의 노이즈를 제거하기 위해 수행됩니다.

하지만 결과적으로 핫라인에 노출된 대지에 접촉되어 있는 사람은 감전의 위험에 다시 노출이 되고 맙니다. 이런 경우 2차측 전원에 누전차단기를 설치하여 누전을 예방하도록 합니다.

끝.