DC 파워 릴레이란?
DC 파워 릴레이는 직류 전원을 사용하여 접점 출력을 발신하는 릴레이입니다.
일반적인 릴레이는 교류 전원을 사용하지만, 직류 전원을 사용하는 경우에는 다이오드를 연결하는 등 특수한 설계가 필요하다. 고전압과 전류를 다루는 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
DC 전력 계전기는 직류 전원을 사용하는 많은 분야에서 필수적인 장비입니다. 높은 신뢰성이 요구되는 분야에서 수요가 증가하고 있습니다.
DC 전력 계전기의 사용 용도
DC 전력 계전기는 다양한 산업 장비에 사용됩니다. 특히 연료전지 열병합발전 시스템이나 태양광 발전 시설에서는 전력 제어를 위해 필수적인 기기입니다. 풍력발전 플랜트 등에서도 발전기와 전력망의 계통연계 제어 등에 사용됩니다.
전기자동차나 하이브리드 자동차에도 필수적인 장비입니다. 현대의 전기자동차는 고전압 배터리를 사용하기 때문에 DC 파워 릴레이로 전력을 제어한다. 충전소 및 배터리의 충전 관리에 사용되기도 합니다.
철도도 DC 전력 계전기를 사용하는 시스템 중 하나입니다. 특히 국내에서는 노면전차나 통근열차가 직류로 구동되기 때문에 차량-조명 제어, 통신 시스템 등에 활용됩니다.
DC 파워 릴레이의 원리
DC 파워 릴레이 동작의 원동력은 전류가 코일을 통과할 때 발생하는 자기력입니다. 일반 릴레이와 마찬가지로 코일, 가동절편, 접점, 케이싱 등으로 구성되어 있습니다. 코일에 직류 전원을 공급하여 가동 절편을 끌어당겨 부속된 접점을 개폐합니다.
또한, DC 파워 릴레이에는 서지 흡수 다이오드 등의 보호 장치가 내장되어 있는 것이 특징입니다. 릴레이 동작 시 역기전력이나 회로 내 스위칭 노이즈 등의 고주파 신호를 흡수하고, 다이오드 내부에서 발생하는 줄 열을 통해 이들 신호를 분산시켜 릴레이를 보호합니다.
대형 DC 파워 릴레이의 경우 열전도율이 높은 가압 가스가 들어있는 용기 안에 강한 자기장을 발생시키는 영구 자석, 2개의 단자에서 뻗어 있는 고정 접점과 스프링에 의해 움직이는 가동 접점으로 구성되는 경우가 있습니다. 용기는 아크가 외부로 누출되지 않도록 방폭성이 높은 재질로 구성되며, 가압 가스가 누출되지 않는 밀폐성이 높은 용기가 사용됩니다.
DC 전력 계전기의 종류
DC 전력 계전기에는 여러 종류가 있습니다.
1. 개폐 수에 따른 분류
접점 등의 개폐 수에 따라 종류가 나뉘며, 1극 2투(SPDT), 2극 2투(DPDT) 등의 종류가 있습니다. 극수나 투수가 많을수록 범용성이 높지만, 가격이 비싸집니다. 이들은 전류가 흐르는 경로를 전환하여 전기 회로를 제어합니다.
2. 출력 구조에 따른 분류
출력 구조에 따라 기계식 릴레이와 솔리드 스테이트 릴레이가 있습니다. 솔리드 스테이트 릴레이는 반도체 소자를 사용하여 물리적 접점 대신 스위칭을 하는 릴레이입니다.
기계식 계전기에 비해 동작 속도가 빠르고 수명이 길어 고속 동작이 필요한 부하에 적합하며, MOSFET이라는 반도체 소자를 DC 전력 계전기로 사용할 수도 있습니다.
MOSFET은 트랜지스터를 사용하여 스위칭을 하는 릴레이로, 손실이 적고 동작 속도가 빠른 것이 특징입니다.
DC 전력 계전기 선택 방법
DC 전력 계전기를 선택할 때 용량, 동작 속도, 소비 전력 등을 고려해야 합니다.
1. 용량
용량은 계전기가 제어할 수 있는 전류나 전압의 상한선으로, 초과하면 계전기가 손상될 수 있습니다. 사용하는 부하 장치 등에 따라 적절하게 선택하는 것이 중요합니다.
2. 동작 속도
전압에는 접점부에 인가할 수 있는 상한 전압과 코일의 정격 전압이 존재하며, 각각 상황에 따라 선택해야 합니다. 릴레이의 동작 속도도 중요한 요소입니다. 파워 릴레이는 물리적으로 접점을 개폐하기 때문에 동작 속도가 느리다는 단점이 있습니다. 고속 동작이 필요한 경우에는 다른 장비를 선택해야 합니다.
3. 소비 전력
코일로 인한 전력 소비가 크기 때문에 릴레이 용량을 최소화하여 전력 소비를 줄이는 것이 중요합니다.