변류기(CT센서)란?
변류기(영어: current transformer, current transformer, current transformer)는 전류의 크기를 변환하는 장치로 CT로 줄여서 부르는 경우가 많다.
변류기에 입력되는 전류의 크기를 입출력의 코일 권선 수 비율에 따라 변환하여 출력합니다. 대전류 회로나 고압 회로의 전류를 소전류로 변환하여 전류 측정이나 계전기 등에 사용됩니다.
변류기 사용 용도
변류기는 산업 및 인프라 설비 등에 널리 사용되는 기기입니다. 다음은 변류기의 사용 용도의 일례입니다.
- 상수도 펌프의 전류 모니터링
- 폐수/하수처리 펌프의 낙수 모니터링
- 변전소의 송전선로 전류 모니터링
- 발전소의 발전량 모니터링
변류기를 사용하는 목적은 회로 절연과 전류 변환입니다. 회로 절연은 대전류가 흐르는 주회로와 제어용 회로의 절연을 목적으로 하는 용도이며, 5A 정도의 소형 펌프의 전류 감시용으로도 회로 절연을 목적으로 변류기를 사용하여 전류를 감시합니다.
전류 변환은 큰 전류를 작은 전류 회로로 출력하는 용도입니다. 수천A의 전류를 제어 회로에 도입하는 것은 제어 배선이 두꺼워져 비경제적이므로 변류기로 최대 5A 정도로 변류하여 제어 및 감시합니다.
변류기의 원리
교류용 변류기는 철심과 1차 코일, 2차 코일로 구성되며, 1차 코일과 2차 코일은 각각 철심에 감겨져 있습니다.
1차 코일은 측정하고자 하는 전류 회로에 연결되는 코일로, 1차 코일에 전류가 흐르면 철심에 자속이 발생하여 2차 코일을 여기시킨다. 2차 코일은 여기된 자속의 크기에 따라 2차측으로 전류를 발생시킵니다.
2차 코일에 발생하는 전류 값은 1차 코일의 전류와 권선비에 의해 결정되며, 1차 코일의 권수가 많을수록 전류 값이 커지고, 2차 코일의 권수가 많을수록 전류 값이 작아집니다. 일반적으로 1차 코일에 흐르는 최대 허용 전류에 대해 2차 코일의 전류 값은 1A 또는 5A로 조정되어 제품화됩니다.
변류기의 종류
변류기는 권선형 변류기, 관통형 변류기 등의 종류가 있다. 다음은 변류기의 종류 중 일부입니다.
1. 권선형 변류기
권선형 변류기의 구성은 환형 철심과 입출력 코일입니다.
원리 항목에서 설명한 대로 동작합니다. 측정 회로의 전류가 커질수록 1차측의 배선 허용 전류가 커지기 때문에 주로 수A~수십A 정도의 소형 변류기에 사용됩니다. 작은 전류를 높은 정밀도로 측정할 수 있는 것이 특징입니다.
2. 관통형 변류기
관통형 변류기는 1차측 코일을 제거한 변류기입니다. 측정하고자 하는 회로 배선을 철심에 끼워 넣어 1차측 코일을 그대로 1차측 코일로 사용합니다.
수십A~수백A 이상의 대전류 회로에서는 기본적으로 관통형 변류기를 선택하며, 1차측 코일이 존재하지 않기 때문에 저렴하게 도입할 수 있습니다.
3. 직류 변류기
원리 항목에서 설명한 것은 교류 회로의 변류기입니다. 직류 회로의 경우 철심에 자속이 발생하지 않기 때문에 사용할 수 없습니다. 직류의 전류 측정에는 홀 소자를 사용한 직류 변류기를 사용합니다.
전류가 흐르는 회로에 자기장을 걸면 전류 값에 따른 전압이 발생합니다. 이를 홀 효과라고 하며, 이 원리로 전압을 출력하는 소자가 홀 소자입니다. 직류 변류기의 대부분은 홀 소자를 이용한 변류기입니다.
단, 직류의 경우 전철용과 같은 대전류 전원 공급장치가 존재합니다. 이들의 전류값은 수만A에 달하는 경우가 있어 홀소자형 변류기로는 측정하기 어렵습니다.
4. 션트 저항형 분류기
션트 저항은 전류를 측정하기 위한 저저항 저항기입니다. 저항값이 미리 정해져 있기 때문에 양단 전압을 측정하여 전류값으로 변환할 수 있습니다.
수만 A의 직류 대전류를 측정할 때는 션트 저항을 사용합니다. 대전류 회로의 션트 저항은 발열량도 크기 때문에 수냉식인 경우가 많습니다.
변류기 선택 방법
변류기는 기본적으로 1차측에 흐르는 전류 값에 따라 기기를 선정하는데, 1차측에 흐르는 최대 전류 값보다 큰 전류 사양의 변류기를 선정합니다.
또한 변류기의 2차측에는 과전류 계전기나 전류 지시계 등을 연결하여 사용합니다. 용도에 따라 2차측 전류값을 0-1A 또는 0-5A에서 선정합니다.
과전류 계전기는 변류기와 가까운 곳에 배치하는 경우가 많기 때문에 변류기의 2차측 전류 사양이 0-5A인 제품을 선정하는 경우가 많습니다. 이는 0-5A가 더 정밀하게 전류값을 측정할 수 있기 때문입니다.
한편, 전류 지시계는 변류기와 떨어져 있는 경우도 있는데, 이 경우 2차측 전류 사양을 0-1A로 설정하는 경우가 많습니다. 이는 0-1A 사양이 변류기에 필요한 전원 용량을 작게 할 수 있기 때문입니다.