누설 전류계란?
누설 전류계 (영어: leakage current measure) 는 전기 기기의 누설 전류를 측정하는 기기입니다.
일반적으로 mA 이하의 미세한 전류를 측정할 수 있는 클램프 미터를 말합니다.
누설 전류계의 사용 용도
누설전류계는 일반적으로 법령에서 정한 기준에 적합한지 여부를 판단하기 위해 전기 설비나 의료기기 등에 사용됩니다.
누설전류는 인체에 미치는 영향이 크고, 미약하더라도 사망에 직결되기 때문에 안전 측면에서 정확한 측정이 필요합니다. 또한, 통신기기 노이즈의 원인이 되기도 하므로 품질 측면에서도 중요합니다.
누설 전류계의 원리
누설 전류계는 회로 도체와 비접촉으로 측정이 가능하며, 구리선을 클램프 미터로 끼워 전류를 측정합니다.
전류 검출의 원리는 전류에 의해 발생한 자기장을 검출하여 측정 전류에 비례하는 출력을 추출하는 것입니다. 검출 방법은 가장 일반적인 것으로는 CT 방식, 로고스키 코일 방식, 홀 소자 방식, 플럭스 게이트 방식 등이 있습니다.
1. CT 방식
측정 대상의 전류를 권선비에 대응하는 차수 전류로 변환하는 방식입니다.
2. 로고스키 코일 방식
측정 대상 전류의 주변에 형성된 교류 자기장에 의해 공심 코일에 유도되는 전압을 변환하는 방식입니다.
3. 홀 소자 방식
홀 소자와 CT 방식을 결합하여 직류 전류에서 측정하는 방식입니다. 홀 소자는 자기장을 발생시킨 부분에 전류가 흐를 때 발생하는 전압을 측정하는 소자로, 직류 측정에서는 이 방식이 주류입니다.
4. 플럭스게이트 방식
플럭스게이트 (FG소자) 와 CT방식을 결합하여 직류전류로 측정하는 방식입니다. 플럭스게이트는 철심에 2개의 역방향 코일을 감아 발생 자기장을 측정하는 소자로, 자기장에서 전류값을 역산합니다.
누설 전류계의 기타 정보
1. 누설전류와 의료기기
의료기기를 출시하기 위해서는 후생노동성 장관의 승인이 필요합니다. 그 중에서도 능동형 의료기기로 불리는 의료용 전기기기의 승인은 착용부 (환자와 연결되는 부분) 가 전기적으로 어떤 범주에 해당하는지를 규정해야 합니다.
특히 심장 등 가장 심각한 환경에 사용되는 의료기기는 IEC 60601-1 (JIS T0601-1) 에서 규정하는 ‘CF형 장착부’라는 카테고리 (누설 전류 허용 한계 0.01mA) 에 적합해야 합니다. 이처럼 의료기기의 설계 검증 단계에서는 기기에서 누설되는 누설전류를 엄격하게 관리하는 것이 중요합니다. 따라서 의료기기 승인에서는 규격에 맞는 전용 누설전류계(시험장비)를 사용하여 누설전류를 측정합니다.
2. 누설 전류계와 일반 전류계의 차이점
누설 전류계의 가장 큰 특징은 분해능입니다. 부하 전류를 측정하는 전류계는 클램프 방식의 경우 1A 이상의 큰 전류를 측정합니다. 반면 누설 전류계는 미약한 전류를 측정해야 하기 때문에 1A 이하의 미약한 전류를 측정할 수 있는 것이 특징입니다. 반도체 제조 공정용으로 미약한 전류를 측정하는 부하 전류계도 존재하지만, 해당 용도로는 회로에 직렬로 연결되는 기기가 일반적입니다.
3. 누설 전류계 사용법
클램프형 누설 전류계는 전기 배선의 누전 검사 등에 사용되며, 정전 없이 기기에 통전된 상태에서 검사할 수 있습니다.
- 측정 환경 정비
누설 전류계는 그 원리상 외부 자기장의 영향을 받습니다. 따라서 변압기 등 외부 자기장의 원인이 되는 기기에서 격리된 장소에서 측정해야 합니다. - 측정 방법
고리 모양의 클램프를 열고, 측정 대상 케이블을 고리 안에 삽입하여 클램프를 닫습니다. 영상에 의한 누설전류 측정은 전상 일괄적으로 클램프합니다. 접지선에 의한 누설 전류 측정은 접지선을 단독으로 클램프합니다. 그 후, 측정 목적에 따라 측정 범위를 설정하고 측정이 시작됩니다. 표시 간격 간격을 설정할 수 있는 제품이나 평균값을 표시할 수 있는 제품도 있습니다. 측정 대상과 측정 목적에 따라 누설 전류계를 선택하는 것이 중요합니다.
4. 누설전류의 종류
보호 도체 전류 (접지 누설 전류)
IEC 60601-1 표준에서 ‘주전원 부품에서 절연체를 통해 또는 절연체를 가로질러 보호 접지 도체 또는 기능 접지 연결선에 흐르는 전류’로 정의됩니다.
터치 전류 (접촉 전류) 또는 인클로저 누설 전류
IEC 60990 표준에서 “설치 또는 장비의 하나 이상의 접근 가능한 부분을 만질 때 인체 또는 동물의 몸을 통과하는 전류”로 정의됩니다.
환자 누설 전류
IEC 60601-1 표준에서 “환자 연결에서 환자를 통해 접지로 흐르는 전류”로 정의됩니다.
환자 측정 전류 (의료용 전기기기만 해당)
IEC 60601-1 표준에서 “정상적인 사용 시 환자를 통해 한 환자 연결부와 다른 모든 환자 연결부 사이에 흐르는 생리적 효과를 의도하지 않은 전류”로 정의됩니다.