전류 변환기
전류 트랜스듀서란 무엇인가요?
전기가 없다면 우리는 무엇을 할 수 있을까요? 아무것도! 전기는 어디에나 존재하며, 우리 산업의 지속적인 에너지 전환과 탈탄소화로 인해 e-모빌리티와 같은 모든 일상 활동에서 더 많은 전기화가 요구되고 있습니다. 다른 물리량과 마찬가지로 측정하지 않으면 관리할 수 없습니다! 실제로 모든 공정에서 시스템을 모니터링하고 계량하고 제어하려면 측정이 중요하며 이를 위해서는 전류 트랜스듀서가 필요합니다.
기본적으로 전류 변환기는 측정하고자 하는 전류 신호(“1차” 전류)를 전자 제어 보드 또는 기기에서 사용할 수 있는 “2차” 전류 또는 전압이라고 하는 다른 신호로 변환하는 장치입니다. 1차 전류는 AC 또는 DC, 몇 mA에서 kA, 절연 여부 등 다양할 수 있으므로 아래에 설명된 다양한 기술을 사용하는 전류 트랜스듀서가 매우 다양합니다.
일반적으로 플럭스 게이트의 원리는 여기된 자성 물질 코일을 프로브로 사용하는 것입니다. 포화/불포화 사이클과 신호 처리 덕분에 이 코일은 자기장을 비례적으로 측정할 수 있습니다. 이를 통해 다양한 옵션으로 전류 트랜스듀서를 설계할 수 있습니다. 에어 갭에서 홀 효과 프로브를 간단히 대체하거나 코일을 찢어진 모양으로 만들 수 있습니다.
이 두 번째 옵션의 경우, 전류 트랜스듀서는 매우 높은 정확도(몇 ppm)와 강력한 EMC 견고성을 달성할 수 있습니다. 자세한 내용은 플럭스 게이트 원리에 대한 자세한 기사를 읽어보시기 바랍니다.
전류를 직접 측정하는 것은 상당히 까다로운 작업입니다. 저항성 션트에서 발생하는 전압 강하를 측정하거나(옴의 법칙) 1차 도체 주변의 자기장을 측정(암페어의 법칙)하는 등 흐르는 전류의 부작용을 측정하는 것으로 간단히 해결할 수 있는 경우가 많습니다.
저항성 션트를 사용한 전류 측정은 매우 간단하지만, 사용자가 션트를 삽입하기 위해 1차 회로를 중단하고 션트를 적절히 냉각하거나 최소한 필요한 전류 범위에 대해 적절한 션트 크기를 조정해야 하며, 잠재적으로 위험한 1차 전압 레벨로부터 분리되지 않은 전류 측정 신호가 발생한다는 단점이 있습니다.
생성된 자기장을 이용한 전류 측정은 비접촉식, 즉 절연 전류 측정이므로 저항 션트와 같은 손실 부품을 삽입하여 1차 회로를 중단할 필요가 없다는 장점이 있습니다. 1차 도체를 통과하는 전류에 의해 생성되는 자기장은 인가된 전류에 비례하므로 전류 진폭에 대한 정보를 전달합니다.
측정된 자기장이 전류 진폭에 대한 정보로 변환되는 방식은 측정 원리에 따라 다르지만(“다양한 유형의 전류 트랜스듀서란?” 링크 참조), 전류 측정이 1차 전원 회로에서 완전히 분리되어 복잡한 전기 시스템의 제어 및 보호라는 중요한 작업을 쉽게 처리할 수 있다는 공통적인 장점이 있습니다.
암페어의 법칙에 기반한 모든 전류 측정 원리가 직류 전류를 측정할 수 있는 것은 아닙니다. 예를 들어, 유도 전류 변환기와 로고스키 코일은 교류/교류 자기장으로 인한 코일의 전류 및 전압의 자기 유도에 의존하기 때문에 사실상 직류 전류를 측정할 수 없습니다.
홀 효과, 플럭스 게이트, 자기 저항 프로브와 같이 DC 자기장을 감지할 수 있는 자기 프로브는 DC 전류 트랜스듀서(흔히 DCCT라고 함)를 구축하는 데 사용할 수 있습니다.
개방 루프 및 폐쇄 루프 구현이 모두 가능하지만 개방 루프 CT에서 강한 DC 자기장을 적용하면 공통의 비선형 B-H 곡선을 고려하여 AC 전류에 대한 측정 성능이 크게 영향을 받는 방식으로 자기 코어를 사전 자화할 수 있습니다.
교류 전류 트랜스듀서는 교류 변압기라고도 하며 일반적으로 “CT”라고 줄여서 부르는데, 발전기나 변전소와 같은 전력망에서 전류 감지를 위한 계기용 트랜스포머로 널리 사용됩니다. 이 변압기의 기능은 측정된 전류를 낮은 수준으로 축소하여 측정하고 고전압 전력선으로부터 중요한 절연을 제공하는 것입니다.
기본 형태에서 교류 변압기는 흔히 링 모양의 자기 코어에 2차 권선이라고 하는 와이어가 감겨 있는 형태로 구성됩니다. 링 코어의 개구부에는 1차 전류가 통과합니다. 교류 전류 변환기의 작동 원리는 자속의 변화가 인덕터 권선에 전압을 유도한다는 패러데이의 유도 법칙입니다. 즉, 교류 전류 트랜스듀서는 교류 신호만 측정할 수 있습니다. 교류 전류 트랜스듀서는 출력 신호의 2차 전류를 감지하기 위해 션트와 함께 사용되는 수동 장치인 경우가 많습니다.
교류 전류 트랜스듀서의 작동 원리는 자속의 변화가 인덕터 권선에 전압을 유도한다는 패러데이의 유도 법칙에 따라 작동합니다. 즉, 교류 전류 트랜스듀서는 교류 신호만 측정할 수 있습니다.
교류 전류 트랜스듀서는 출력 신호의 2차 전류를 감지하기 위해 션트와 함께 사용되는 수동 장치인 경우가 많습니다.