공장 현장의 제어반에서 시간을 보내본 적이 있다면 릴레이, 접촉기, 그리고 다른 자동화 장치들을 제어하고 전원을 공급하는 데 24볼트 직류(DC) 전기가 사용되는 것을 보셨을 겁니다. 자동화 업계에서는 이 24VDC를 저전압 전원 및 신호 표준으로 사용하는데, 왜 하필 그 전압이고, 또 왜 직류일까요? 24VDC가 그토록 다양한 용도로 사용될 수 있는 특별한 이유는 무엇일까요?이 글에서는 24VDC를 사용하는 다양한 이유를 살펴보고, 제어판에서 볼 수 있는 다른 전압 표준과 비교해 보겠습니다.제어 캐비닛 내부의 안전작업자뿐만 아니라 제어 캐비닛 내부의 장치들도 안전해야 하며, 이러한 장치를 안전하게 만드는 한 가지 방법은 초저전압(ELV) 전압 범위를 사용하는 것입니다. ELV는 120VDC 미만, 50VAC 미만의 전압을 의미합니다. 이 범위의 전압은 사람이 신체로 회로를 차단하더라도 감전될 가능성이 매우 낮다고 여겨집니다. 초저전압의 분류는 IEC 60038 및 영국 IET에서 정의합니다.따라서 24VDC를 선택해야 하는 첫 번째 이유는 더 안전한 작업 환경을 제공한다는 것입니다.전압 강하학교에서 전기 이론 수업을 듣거나 온라인 동영상을 시청해 본 적이 있다면 전압, 전류, 저항 사이의 관계를 정의하는 옴의 법칙에 대해 배웠을 것입니다. 전압 강하는 전류가 저항을 통과할 때 발생하는 전압 손실량이며, 저항의 일반적인 원인은 케이블 길이 자체입니다. 케이블이 길수록 회로의 저항이 커지고, 따라서 전압 강하도 커집니다.케이블 저항을 줄이려면 케이블의 단면적을 늘려야 합니다(즉, 더 큰 직경의 케이블을 사용해야 합니다). 하지만 이는 비용이 많이 들고 굴곡이 심한 상황에서는 실용적이지 않습니다.또 다른 방법은 전압을 높이는 것입니다. 이렇게 하면 부하에 필요한 전류가 줄어들고(전압, 전류, 전력의 관계를 설명하는 와트의 법칙에 의해 입증됨), 따라서 전압 강하도 줄어듭니다(옴의 법칙에 의해 입증됨).연구를 통해 엔지니어들은 24볼트가 대구경 전선을 사용하지 않고도 비교적 긴 케이블을 연결하는 데 가장 적합한 전압이라는 것을 알아냈습니다.시끄러운 환경시끄러운 산업 환경이란 가청 소음이 아니라 전기적 노이즈를 의미합니다.VFD(가변 주파수 드라이브), 서보 드라이브 또는 대형 접촉기가 있는 모든 장비는 전기 시스템 내에서 상당한 전기적 노이즈 또는 EMI(전자파 간섭)를 발생시킵니다. 제어 전압이 5VDC와 같이 낮은 경우, 이러한 전기적 노이즈로 인해 수신 장치가 이를 트리거 신호로 잘못 해석할 수 있습니다.제어 레벨을 24볼트로 설정하면 전기적 노이즈가 제어 신호를 모방할 만큼 높은 진폭에 도달할 가능성이 줄어듭니다.그렇다면 "제어 전압을 더 높여서 노이즈와 전압 강하에 더욱 민감하게 만들면 되지 않느냐?"라는 질문이 나올 수 있습니다. 맞는 말이지만, 안전하지 않은(ELV 기준치를 초과하는) 120VDC 수준에 가까워지면 감전 위험이 발생하기 시작합니다.릴레이 보드에 연결된 24VDC 전원 공급 장치. (이미지 출처: Unsplash)왜 DC인가요?전기 시스템에는 교류(AC)와 직류(DC) 두 가지 유형의 전압이 있습니다.교류(AC) 시스템에서는 전류의 방향이 양극과 음극 사이에서 번갈아 바뀌는 반면, 직류(DC) 전류는 양극에서 음극으로만 흐릅니다(관습적으로). 교류 전압이 교류 주파수를 띠기 때문에 감전 사고가 발생할 경우 위험합니다. 교류 전압은 낮은 전압에서도 근육 경련을 일으키거나 심장 박동에 이상을 초래할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.교류 전압의 또 다른 문제는 대부분의 최신 제어 장치(PLC, VFD 등)가 직류에서만 작동하는 반도체 소자를 사용한다는 점입니다. 캐비닛 전원이 교류일 경우, 이러한 제어 장치 각각에 AC-DC 변환기가 내장되어야 하므로 비용이 증가합니다. 하지만 직류 변환을 한 번만 수행하면 모든 반도체 소자에 이점을 제공할 수 있습니다.안전 및 설계 효율성 측면에서 저전압 제어 및 신호에는 직류 전압이 업계 표준으로 선택됩니다.AC를 언제 사용해야 할까요?직류(DC)가 표준 전압이긴 하지만, 그렇다고 교류(AC)가 설 자리가 없다는 뜻은 아닙니다.대형 부하 장치대용량 부하를 제어해야 하는 일부 상황에서는 24VDC 전압이 너무 많은 전류를 소모할 수 있으므로 다른 제어 전압을 사용해야 합니다. 이러한 이유로 일부 대형 모터 접촉기는 120V 또는 220V AC 전압을 사용합니다. 이 전압은 모터 제어 캐비닛에 이미 공급되므로 이러한 대형 제어에 사용하는 것이 합리적입니다.공간 및 비용 절감AC 제어 전압을 사용하는 또 다른 이유는 제어 캐비닛에 전원 공급 장치를 설치할 공간이 부족한 경우입니다. 주 전원을 24VDC로 변환해야 하는데, 전원 공급 장치를 설치할 물리적인 공간이 없다면 AC 접촉기를 사용하는 것을 고려해야 할 수 있습니다. 또한, DC 전원이 필요한 제어 장치가 없다면 전원 공급 장치를 생략하고 AC 릴레이와 솔레노이드를 사용하는 것이 더 저렴할 수 있습니다.표준화소프트웨어나 프로그래밍 언어처럼 표준화는 성공의 열쇠입니다. 전기 산업에서는 제어 전압으로 24VDC를 표준화했습니다. 즉, 중국에서 제조한 PLC와 브라질에서 제조한 I/O 블록을 구입하더라도 둘 다 24VDC에서 작동한다는 뜻입니다.표준화를 통해 설계자와 엔지니어는 다양한 전원 공급 장치를 찾거나 올바른 전압을 사용하고 있는지 확인할 필요가 없으므로 시간을 절약할 수 있습니다.제어반 내 접촉기의 전압을 측정하는 모습. (이미지 제공: Unsplash)전압: 단순한 임의 숫자가 아닙니다보시다시피, 신호 및 장치 제어에 24볼트를 사용하는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 24VDC는 작업하기에 안전하고, 소음이 심한 환경에서도 안정적이며, 장거리 전송에도 사용할 수 있습니다.교류 전압을 사용해야 하는 상황도 있지만, 대부분의 경우 24V 직류 전압과 같은 제어 전압을 사용하는 것이 바람직합니다. 전기 부품을 다룰 때는 항상 제품 설명서를 읽고 장치에 필요한 전압 공급 장치를 확인해야 합니다.
