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제 목 #전기전자기초 #릴레이Relay_4
작성자 hyun4297 작성일 20170707 조회수 25,465
내 용

릴레이는 현장에서 전기를 연결하고 끊는 가장 기초적이면서도 중요한 부품입니다. 소개해 드릴 내용의 목차는 아래와 같으며 릴레이 제조업체인 한독전자에서 발췌한 것입니다.

오늘은 6, 7, 8번에 대한 내용입니다.

1. 릴레이의 종류
2. 릴레이의 동작원리
3. 릴레이의 기술사항 및 의미
4. 릴레이의 적용 시장별 특성
5. 릴레이 장착시 주의점
6. 릴레이 채택시 고려사항
7. 릴레이 사용시 주의점
8. 릴레이의 부하종류

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6. 릴레이 채택시 고려사항

▶ 릴레이를 어떻게 선택할 것인가 ?
릴레이는 일반적으로 통신설비, 가전제품, 자동화 기구, 자동차의 전기 기구 등 회로 기능을 변환하기 위하여 사용된다. 릴레이는 그 적용범위가 광범위하고 그 사용자는 매우 다른 기능을 릴레이에서 요구한다. 다른 분야, 다른 사용 조건등에 부합하기 위해 릴레이 제조자는 매우 많은 종류, 규격, 기능의 릴레이를 생산한다.
과학과 기술이 발달하면서 새로운 구조, 고 기능, 고신뢰성의 릴레이가 시장을 타격한다. 이러한 광범위한 범위에서 릴레이를 선택하여 사용하는 것은 릴레이가 적용된 것의 신뢰성 및 기능에 치명적이다. 어떻게 사용할 것인가 ? 먼저, 사용조건, 기술 사항, 등을 분석하고 릴레이의 특성과 부합하는가를 살펴봐야 한다. 당사의 영업은 이러한 선택과 기술사항을 충분한 경험을 토대로 사전 및 사후 지원한다. 분석은 기본적으로 다음의 주요 포인터가 있다 : 외형 치수, 장착 방법, 입력 값, 출력 주위 조건, 안전 요구 조건, 신뢰성 요구 조건.

▶ 외형 치수, 장착 방법과 치수
릴레이는 아주 다른 외형과 그 P.C.B 치수 및 Soldering 방법이 있다.
사용자는 장착 공간, 높이, 방법, 치수등을 고려해 야만한다.
이런 것들은 릴레이를 선택할 때 원칙적으로 고려되어야 할 사항들이다. 아래의 사항을 주의를 기울여야 한다.

1. PC Board를 위한 릴레이 단자
단자의 간격은 일반적으로 2.54Xn (n=1, 2, 3 …,) , 혹은 2.5Xn ; 또한 HA1 모델이나 HA2 같이 그와 무관한 단자 간격도 있다.
단자의 길이는 보통 3.5±0.2 이다. 단자의 용접성, 릴레이의 용접열 저항성, SMD형 단자 등은 모두 그 고수준의 규격에 부합하여야 한다.

2. Socket형 단자
소켓형 단자는 일반적으로 두 형태가 있는데 #250 (6.35X0.8) 과 #187 (4.75X0.5)이다.
압입 및 당김의 강도는 다음 규격을 만족해야 한다. : #250 단자 : torque > 10kg.cm ; #187 단자 : torque > 5kg.cm

▶ 입력부 규격
입력부 사항은 릴레이를 선택할 때 필수적으로 고려할 사항이고 아래 사항들이 있다.

1. AC 전원
AC 전압은 AC 릴레이가 선택되어져야 하고 아래의 요인들이 고려되어져야 한다.
(1) AC 파장 : AC 의 파장은 일반적으로 50Hz 와 60 Hz가 있고 코일 유도 임피던스가 매우 달라 동작전압에 큰 차이가 발생한다. 이것은 릴레이 선택 후 계약시에 삽입되어져야 할 사항이다.
(2) 주위 온도 : AC 릴레이는 역류 전류 손실 자기 이력 손실이 있기 때문에, 높은 온도상승을 초래하고 보통 그 범위는 70-80°C 이다. 그래서 이상적인 동작 주위 온도는 40-65°C이어야 한다. 주위 온도 계산의 결정 사항은 t1£t2-t3-15°C 이다. 검토 : t1: 최대 주위 온도 ; t2: 코일선 에나멜 피막과 절연물 (130°C for Grade B; 155°C for Grade F)의 최대 가용 동작 주위 온도 t3: 평균 온도 상승. 주위온도가 증가하면 에나멜 동선과 절연물의 온도가 증가하며 따라서 저항 수준도 당연히 증가해야 한다. 이것은 비용의 증가를 가져온다.
(3) AC 소음 : 릴레이가 동작시에 AC 소음이 발생하고 그 초기값은 45 dB, 이하이어야 하나 , 소음은 기구적인 변화와 자기극 사이의 먼지 등에 따라 증가할 수 있다.
(4) 동작 전압 : 일반적으로 AC 릴레이의 동작전압은 80%VH (정격동작전압 : 하기) 이하이어야 한다.

최대 가용 동작 전압 < 90%VH.

전원공급장치에서 바로 릴레이에 전원이 연결되었을 때 그 파동이 ±10%를 초과하거나 전압 강하가 있을 때 그 동작 전압이 미치지 못하여 불안정할 수 있다. 릴레이는 또한 전압이 너무 높아 졌을 때 온도 상승을 초래하여 절연 저항에 손상을 줄 수 있다. 만약 전원 공급 장치의 파동이 ±10% 초과하면 ( 농촌지역의 전원 그리드는 매우 크다 ), 에나멜 코일과 절연 물질의 등급 등이 고려 되어 계약시에 삽입되어야 한다.

2. DC 전원
이런 릴레이는 그 적용이 점점 확대되고 있고 여기서는 여러 환경에서 어떻게 사용되고 있는지 알아보자.

(1) DC 릴레이의 주 논제 중 하나는 코일 소비 전류이다. 이것은 출력, 외형, 주위 조건(주위온도, 진동, 충격등) 과도 밀접한 관계가 있다.
고 감도형 릴레이를 선택할 때 상당히 주의를 기울려야 할 점은, 다른 종류의 고감도 타입의 가격만 생각 해서는 안된다는 점이다. 고 감도형을 매우 필요치 안으면 일반 감도형을 선택해야 할 것이다. 고 감도형이 필수적으로 요구되면, 출력은 높은 전류를, 주위조건은 매우 Tough하고, 중간정도의 감도형인 SSR 릴레이가 선택되어질 수도 있을 것이다. 만약 고감도형(예 0.2W 이하)이 필요할 때, hybrid 릴레이나, 유극성 릴레이도 고려 될 수 있다.그러나, Hybrid 릴레이는 가격이 비싸고 큰 반면, 유극성 릴레이는 적용가능한 주위온도나 부하 전류가 낮다.

(2) 만약 입력 전류가 상당히 오랜 시간 지속된다면(예, 몇시간, 며칠, 몇 달), 전자기 Latching 릴레이가 다음과 같은 이유로 추천된다. 입력 전력을 절감하기 위해, 온도 상승을 방지하기 위해, 또한 주위 환경을 좋게 하기 위해. 그러나 입력은 Impulse이고 또 다른 극성이 요구되고, 회로가 복잡해 진다는 단점이 있다.
Magnetic-card kilowatt-hour meter 나 Satellite power를 제어하는데 사용되는 릴레이는, 접점이 수시간, 수 개월 동안 동작 상태로 지속되기 때문에 Latching 릴레이가 사용되어 져야 한다. 그런 경우는 Latching 릴레이는 소비 전류를 거의 사용치 않을 것이다.

(3) 입력부의 파장이 10Hz 나 그 이상일 경우에, 릴레이는 매우 빠른 동작을 필요하고 Reed 릴레이나, 유극성 릴레이나,SSR 릴레이가 고려 되어야 한다. Reed 릴레이는 1초에 50회 까지 동작할 수 있고, 가격도 저렴 하다. 그러나 그 부하는 매우 낮아서 일반적으로 최대치가 50mA 그리고 28VDC이다. 유극성과 SSR 릴레이는 초당 100회가 동작할 수 있고 기능이 안정적이나 가격이 비싸고 Size가 크다.


7. 릴레이 사용시 주의점

▶ 온도 변화에 의한 충격
온도의 변화는 코일 저항의 변화를 초래하고 또한 릴레이 동작 및 복귀 전압에 상당한 영향을 미친다.

a. 온도가 최대치로 올라가면, 복귀 전압이 또한 최대치로 미치는 경향이 있고, 동작 전압의 증가를 가져온다.
b. 온도가 최소치로 가까워지면, 복귀 전압이 최소치로 가까워지는 경향이 있고, 그것은 동작 전압의 하락을 유발한다.

최대 온도에서 불안한 동작이나, 최저 온도에서 복귀 불안은 릴레이의 동작 불안을 초래한다. Current-mode 릴레이는 코일의 암페어 턴의 떨어짐 및 흡인력은 코일 저항변화의 영향을 받지 않기 때문에 온도 변화에 대응치 못한다. Current-mode 릴레이는 Driving source로서 Constant-current source 대신에, Voltage source를 실재로 사용하는 것을 볼 수 있다. 이런 경우, 온도변화가 코일저항에 가져오는 영향을 매우 관심있게 관찰하여야 한다.

▶ Solid-state 기구의 개폐 자극
a. Solid-state 기구의 개폐 부하량은 릴레이 코일 여자기에 부응해야 하고 충분한 여유분(약 두배)이 허용되어야 한다.
b. Solid-state 기구가 개폐할 때, Excitation circuit 의 Voltage distribution는 릴레이 코일의 excitation voltage가 정격 동작 전압에 부응하도록 충분해야 한다.
c. Solid-state 기구의 스위치가 개방할 때 릴레이의 초소 복귀 전류 보다 excitation circuit 의 Leakage 전류량은 적어야 한다.
d. Solid-state 기구의 스위치 reverse withstand-voltage는 50-80V peak voltage에 부응 해야 하고 추가로 필요한 허용치가 있어야 한다.
1500V 까지 되는 상당한 surge voltage는 릴레이 코일이 De-energizing 할 때 발생하며, 50-80V정도의 Peak voltage를 견디기 위해 억제 방안이 강구 되어져야 한다.

▶ 저전압, 전압, 고전압 출력 절연
현대 산업 자동 제어 시스템에서는, 저전압 회로에서 solid-state 기구의 접점은, 소형 연결 릴레이를 제어 하기 위해 널리 사용되는데, 220VAC 나 380VAC 유도 부하 회로(예, electromagnet, contactor coil등) 자동 제어 및 Protection을 수행하기 위해 사용된다. 그 중간자적 릴레이는 실제로 고.저전압 절연과 유도부하 이전을 수행한다. 이런 성격을 가진 중간자적 릴레이는 다음의 경우에서 고려된다: 좋은 절연, 내전압, 유해가스와 먼지 습기등에서의 높은 저항. 주로 주위의 충격에 대한 저항력은 밀봉형이나 밀폐형 또는 다른 어떤 방법으로 개선될 수 있는데, 절연 및 내전압은 내부의 도체부의 거리 등을 철저히 관리 유지하며 증가 시킬 수 있다.

▶ 상호 간섭과 동작 Error
각종 릴레이의 고집적 조립 (특히 P.C.B상의 전자기가 높은 릴레이) 은 전자기의 유도성이 상호 작용하여 제품의 동작 Error가 발생할 수 있다. 동작 error는 릴레이 가동부의 진동 및 손상을 줄 수 있다. 따라서 Sensitive compact general-purpose relay를 장착하는 위치를 선정할 때 아주 주의를 기울려야 한다.

▶ Long-distance Wired Excitation Mode
자동 전화기나 door-type wiring 의 excitation mode 는 이런 종류로 분류된다. Excitation을 위한 Conducting wire 가 일반적으로 긺으로, 실제 excitation value에서 conducting wire의 전압 강화의 영향은 릴레이 코일의 동작 전압에 명시된 것에 부합하게, 추가되는 값을 충분히 고려 해야 한다.


8. 릴레이의 부하종류

대부분의 릴레이 제조자들은 최대 순수 저항부하만 언급함으로서 사용자로 하여금 두 가지 혼돈을 야기하는데 릴레이의 부하를 선택할 때 잘못된 릴레이 선택을 유발한다.

혼돈 1 : 사용자가 순수 저항부하가 아니고 유도부하나, Lamp, motor or capacitive load 등일 경우 그 부하가 대등한지 또는 비슷한가!!
혼돈 2 : 그 부하는 저 전기수준에서 정격부하까지 적당할 수 있는가!!

릴레이는 10A 순수 저항부하를 개폐 할 수 있고 유도부하가 아니며 또한 10mA 이하는 개폐를 정상적으로 할 수 없을 수 도있다는 것을 분명히 명시해 두어야 한다. 왜냐하면, 다른 부하 조건에서는 전기 접점 메카니즘이 완전히 다르기 때문이다. 점접의 오용은 릴레이 Failure 의 주 원인이다. 그르므로, 다른 부하와 다른 부하 조건에서의 특성과 고장, 고장 메카니즘 등에 대한 적당한 이해가 필수적이고 릴레이 동작 특성을 개선하는데 상호 협조해야 한다. 제조자는 접점 부하의 내용을 표시하여야 하고 또 다르면 분리해서 마킹해야 한다.

▶ 형광 램프
찬 상태에 텅스텐 섬유의 저항은 극미하다. 그러나, 스위치를 On 할 때, 서지 전류는 정상상태 전류보다 많게는 15배에 달할 수 있다. 이 크기의 서지 전류는 쉽게 접점 융착을 할 수 있고 심지어 융접으로 고장을 일으킬 수 있다. 서지 전류는 흐름을 제한하는 저항에 두는 것으로 감소될 수 있다.

▶ 모타 부하
모터가 활동하지 않을 때, 입력 임피던스는 극미하다. 그러나, 서지 전류는 모타가 On 하는 순간 엄청나다. 전류가 들어가고, 전류와 자기장 간에 상호작용은 토크를 만든다. 모타가 On 할 때, 내부 전동력이 만들어 지고 난 후 전류의 감소를 가져온다. 모터가 스위치 Off할 때, 역기전력은 접점 사이에 일어 나고, 아크를 발생 하며 접점을 융착시킬 수 있다. 그러나, 스위치 Off 할 때, 속도가 떨어짐으로 , 전자기에너지의 일부분과 모터를 타고 축적된 운동에너지는 열에너지로 바뀌면서 소모되고, 역전동력은 줄어들 것이다.

▶ 유도
인덕터, 전자석, 접촉기 코일, 그리고 Choke 코일은 모두 유도 부하들이다. 파워 On 했을 때, 전자기 코일은 서지 전류의 발생을 방해하기 위하여 전류의 상승을 억압하는 경향이 있다. 그러나, 파워 Off 했을 때, 전자기 코일에 축적된 전자기에너지는 접점간 아크에 의하여 소모되고 그리고 접점의 금속 전이와 융착을 일으킨다. RC 네트워크들, 다이오드 그리고 Piezoresistors와 같은 보호 장치들은 접점의 융착을 줄일 수 있다.

▶ 케페시터 부하
케페시터의 충전 전류는 거대할 것 같다. 처음 상태에서, 케페시터 회로는 short circuit과 같다. 그것의 전류는 전선 저항밖에 없다. 사용자가 부하가 케페시터인 것을 모르는 경우도 있다. 사실상, 긴 전선, 자성 간섭을 제거하는 전기 필터, 파워 소스등은 모두 높은 케페시터 부하이다. 그것이 연결되는 순간, 저항을 제한하는 것들은 서지 전류를 줄일 수 있다.

▶ DC 부하
DC 부하는 일반적으로 AC 부하 보다 Break Off 어렵다. 그이유는 전압이 Non-zero-crossing이고, 접점이 개방할 때, 아크가 발생하고, 외부전압이 계속 유지되면, 전기적 아크는 발생을 하여 그것 자신을 유지할 수 없고, 사라지는 경향이 있기 때문이다. 아크 에너지는 접점에 심각한 마모적인 손상을 준다. DC 부하의 접점간 간격은 그래서 충분해야 하고 아크를 억제하는 방안이 충분히 고려되어야 한다.

▶ 저 전류 수준
저 전기 수준은 10-100mV의 범위에서 open-circuit 회로를 말한다. 접촉의 스위칭 전류는 마이크로 암페어로부터 10 mA까지 된다. 접점면에 붙어있는 유기적인 물질과 화학적인 이물질들은 부하를 개폐할 때 제거되지 않고, 접촉저항을 높이고 불안전하게 하는 요인이며, 전기의 흐름을 불안케하며, 접점의 전압 강하를 증가시킨다. 이 문제에 효과적인 해결책은 1-3m와 같은 금 도금으로 부드러운 접점 재료를 채택하는 것이다. 기술적인 개선책은 또한 접촉면 깨끗이 해야 하고 relay 내에 유해한 가스의 발생을 억제해야 한다. 그러나, relay의 비용은 두드러지게 오를 것이다.
 

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