13. 실무 결선
모든 회로도에 앞선 안전 안내
아래 도면은 개념 설명용 교육 도면입니다. 시공 도면, 단자 배선표, 배선 지침이 아니며, 충전 상태에서의 전기 작업을 허용하는 것도 아닙니다. 상용 전압(230/400 V) 회로에서의 작업은 자격을 갖춘 사람만 수행해야 하며, 현장의 보호 대책, 접지, 전선 굵기 선정 및 적용되는 요구 사항이 항상 우선합니다.
도면 읽는 법. 도면은 단순화한 표준 회로도 기호를 사용하며, 글자 대신 기기 문자 기호를 씁니다(각 기호의 의미는 모든 절의 끝에 나열되어 있습니다). 스위치, 접점, 누름 버튼은 정지 상태(조작하지 않은 상태, 코일 비여자)로 그립니다. 색은 보조 수단일 뿐입니다. 갈색 = 상(L1), 검은색과 회색 = L2와 L3, 파란색 = 중성선(N), 녹황색 = 보호 도체(PE)이며, 직류에서는 빨간색 = +, 파란색 = 0 V입니다. 점선은 기계적 연결(예를 들어 릴레이 코일과 접점 사이)입니다. 기호에서 F는 보호(퓨즈, 차단기, 과부하 계전기), Q는 차단기 또는 주 스위치, S는 스위치 또는 누름 버튼, K와 KM은 릴레이와 전자 접촉기, M은 전동기, E는 조명, B는 센서, G는 전원 장치입니다.
1. LED 연결: 저전압으로 배우기
12 V 직류와 같은 저전압 회로로 시작합니다. LED는 다이오드이므로 한 방향으로만 전류가 흐릅니다. **애노드(A)**는 플러스 쪽, **캐소드(K)**는 마이너스 쪽을 향하며, 극성이 반대이면 점등되지 않고 손상될 수도 있습니다. LED는 스스로 전류를 제한하지 않습니다. 순방향 전압(UF)에 도달하면 전류가 급격히 증가하므로 직렬 저항이나 정전류 구동 회로가 필요하며, 그렇지 않으면 LED가 손상됩니다. 퓨즈(F1)는 단락에 대해 전선과 전원 쪽을 보호할 뿐, LED 전류를 제한하지는 않습니다.
도면은 전류가 흐르는 방향, 즉 플러스에서 마이너스로 읽습니다. G1 전원 장치 → F1 퓨즈 → S1 스위치 → R1 저항 → D1 LED(애노드 → 캐소드) → G1의 마이너스로 되돌아옵니다.
저항은 데이터시트의 값으로 계산합니다. R1 = (U − UF) / IF. 예를 들어 전원 12 V, UF ≈ 2 V, IF = 20 mA이면 R1 = (12 − 2) / 0.02 = 500 Ω이고, 바로 위의 표준 값(510 Ω)을 선택하면 약 19.6 mA가 됩니다. 저항에서 소비되는 전력은 약 0.2 W이므로 ½ W 저항을 사용합니다.
기호: G1 12 V 직류 전원 장치, F1 퓨즈, S1 스위치(a접점), R1 저항, D1 LED, I 전류 방향. 이 도면은 상용 전압 LED 구동 장치의 배선에는 적합하지 않습니다.
2. 전동기 연결: 전력 기능과 제어 기능의 분리
3상 전동기의 기동은 단순히 세 가닥의 전선을 연결하는 것이 아닙니다. 주회로(L1, L2, L3 → 전동기)와 제어 회로(접촉기 코일, 누름 버튼)는 별개의 회로입니다. 도면은 직입 기동의 주회로를 보여 줍니다. Q1은 단락을 보호하고 개폐하며, 전자 접촉기 KM1의 주접점이 전동기를 개폐하고, 열동형 과부하 계전기 F2가 장시간의 과부하를 감시하며, 전동기 M1은 단자 U1, V1, W1로 3상을 받고, 보호 도체(PE)는 전동기 프레임에 연결됩니다. 접촉기 코일(A1–A2)과 F2의 보조 접점(95–96, b접점)은 제어 회로에 속하며, 도면 오른쪽에는 그 연결만 표시하고 배선 방법은 9절에서 설명합니다.
열동형과 순시형 트립 요소를 모두 갖춘 전동기 보호용 차단기를 사용하면 과부하도 그 차단기가 보호하므로 별도의 F2는 생략할 수 있습니다. 트립 설정값은 전동기 명판의 정격 전류에 맞춥니다. 접촉기의 사용 범주(전동기용은 보통 AC-3), 기동 방식, 비상 정지, 상순(회전 방향을 결정합니다), 보호 장치의 선정은 전동기 명판과 설계자에 따라 달라집니다.
기호: Q1 단락 보호(전동기 보호용 차단기 또는 배선용 차단기), KM1 전자 접촉기(주접점 1–2, 3–4, 5–6, 코일 A1–A2), F2 열동형 과부하 계전기(보조 접점 95–96), M1 3상 전동기(3~), U1 V1 W1 전동기 단자.
3. 회로도 읽기: 두 곳에서 제어하는 조명
3로 스위치 회로에서는 두 개의 전환 스위치가 하나의 조명을 제어합니다. 상(L)은 배선용 차단기 F1을 거쳐 S1의 공통(COM) 단자에 도달합니다. S1의 나머지 두 단자와 S2의 대응하는 단자 사이에는 두 가닥의 **연락 전선(트래블러)**이 지나갑니다. S2의 공통 단자에서 나온 전선이 조명(E1)으로 갑니다. 중성선(N)은 조명에 직접 연결됩니다. 어느 쪽 스위치를 전환해도 조명의 상태가 바뀝니다. 두 스위치가 같은 연락 전선에 있으면 회로가 닫혀 조명이 켜지고, 서로 다른 연락 전선에 있으면 회로가 열립니다. 도면은 소등 상태를 보여 줍니다.
스위치는 중성선이 아니라 상을 개폐하므로, 조명이 꺼져 있을 때 소켓(램프 홀더)에는 전압이 걸리지 않습니다. 보호 도체(PE)는 끊김 없는 별도의 도체로서 등기구 본체로 연결되며 개폐 접점을 거쳐서는 안 됩니다. 세 곳 이상에서 제어하려면 두 전환 스위치 사이의 연락 전선에 중간(교차) 스위치를 삽입합니다.
읽는 순서: 먼저 전원과 부하를 확인하고, 그다음 개폐 요소를 확인한 뒤, 상, 중성선, 보호 도체를 각각 따로 추적합니다. 전선 색: 상은 보통 갈색(또는 검은색, 회색), 중성선은 하늘색, 보호 도체는 녹황색이며, 연락 전선에는 고유한 색이 없지만 하늘색이나 녹황색은 사용하지 않습니다. 도면의 색은 예시일 뿐이며, 실제 식별에는 설계 도서, 기기 문서, 적용되는 요구 사항을 따릅니다.
기호: F1 배선용 차단기, S1과 S2 전환 스위치(COM = 공통 단자), E1 조명, L 상, N 중성선, PE 보호 도체.
4. 누름 버튼과 릴레이: 왜 제어를 분리하는가?
작은 제어 신호가 릴레이 코일(여기서는 24 V 직류)을 동작시키고, 릴레이 접점은 코일과 전기적으로 절연된 별도의 회로(여기서는 F1으로 보호되는 230 V 조명 회로)를 개폐합니다. 따라서 누름 버튼은 작은 코일 전류만 개폐하고 부하 전류는 개폐하지 않습니다. S1을 누르고 있는 동안 K1이 흡인되어 13–14 접점이 닫히고, 손을 떼면 K1이 복귀합니다. 동작을 유지하려면 자기 유지 회로가 필요합니다(9절).
직류 코일에는 환류 다이오드(V1)를 병렬로 연결합니다. 캐소드가 플러스 쪽을 향하므로 정상 동작 시에는 역방향 바이어스 상태이며, 코일을 끌 때 발생하는 유도성 전압 스파이크를 흡수하여 제어 기기를 손상으로부터 보호합니다. 많은 릴레이와 릴레이 모듈에는 이미 내장되어 있습니다. 다이오드는 극성이 있으며 반대로 연결하면 단락이 됩니다. 접점의 전압, 전류, 개폐 범주는 실제 부하에 맞게 선정하며(LED 구동 장치나 유도성 부하에서는 돌입 전류도 고려합니다), 코일 전압은 제어 회로에 맞춥니다. 24 V 제어 회로와 230 V 부하 회로 사이의 절연 수준은 릴레이 데이터시트가 보증합니다.
기호: S1 누름 버튼(a접점), K1 릴레이(코일 A1–A2, 접점 13–14 a접점), V1 환류 다이오드, F1 퓨즈, E1 부하(조명). 도면은 두 개의 별도 회로를 나타내며, 점선은 코일과 접점 사이의 기계적 연결입니다.
5. 스타-델타: 모든 전동기가 같은 방식으로 기동하는 것은 아닙니다
기동이 쉬운 대형 전동기(예: 송풍기와 펌프)에서는 스타-델타 기동으로 기동 전류를 줄입니다. 이를 위해서는 권선을 전원의 선간 전압에서 델타로 운전할 수 있는 6단자 전동기가 필요합니다. 이는 명판에서 읽을 수 있습니다. 400 V 전원에서는 "400 V Δ" 전동기(예: 400/690 V Δ/Y)가 적합하며, 230/400 V Δ/Y 명판의 전동기는 400 V에서 스타로만 운전할 수 있으므로 적합하지 않습니다.
도면에서 선로 접촉기 KM1은 전원을 단자 U1, V1, W1에 연결합니다. 스타 접촉기 KM2는 단자 W2, U2, V2(스타 점, 중성점)를 묶습니다. 전동기는 스타로 기동하며, 권선에는 선간 전압의 1/√3(약 58 %, 400 V 전원에서 약 230 V)이 걸리고, 기동 전류와 기동 토크는 모두 직입 기동의 약 3분의 1입니다. 타임차트에 따르면 KM2가 부하 걸린 회로를 개폐하지 않도록 KM1보다 약간(수십 밀리초) 먼저 닫히고, 시간 t(기계의 가속 시간에 맞춰 타이머 릴레이에 설정)가 지나면 KM2가 복귀하여 짧은 무전압 시간 뒤에 델타 접촉기 KM3이 닫힙니다. KM3은 단자 U1–W2, V1–U2, W1–V2를 연결하며, 전동기는 전전압의 델타로 운전합니다.
KM2와 KM3은 절대로 동시에 흡인되어서는 안 됩니다. 동시에 흡인되면 상간이 단락되므로 전기적 인터록은 필수이며, 기계적 인터록도 일반적이고 권장됩니다. 스타에서의 토크는 작으므로 부하가 걸린 채 기동하는 기계에는 이 방식이 적합하지 않으며, 전환 시에는 전류와 토크의 급변이 발생합니다. 여기서 과부하 계전기 F2는 전원 쪽 선로에 있으며 전동기 정격 전류로 설정합니다. 상전류(권선과 직렬)를 감시하는 경우에는 정격 전류의 약 58 %로 설정합니다. 접촉기는 제조사의 표에 따라 선정합니다.
기호: Q1 단락 보호, KM1 선로, KM2 Y 스타, KM3 Δ 델타 접촉기, F2 과부하 계전기, M1 6단자 전동기(U1 V1 W1과 W2 U2 V2), t 전환 시간.
6. LED 스트립: 여러 구간은 하나의 긴 LED가 아닙니다
LED 스트립에는 정전압 전원(여기서는 24 V 직류)이 필요하며, 전원 장치의 정격 전압이 스트립의 정격 전압과 일치해야 합니다. 스트립은 완성된 분기(도면에서는 직렬로 연결된 저항 하나와 LED 하나)가 플러스 레일과 마이너스 레일 사이에 병렬로 연결된 구조이므로, 제조사가 표시한 절단선에서 잘라 사용할 수 있습니다. 단순화를 위해 도면에서는 분기마다 LED 하나와 저항 하나를 그렸으며, 실제 24 V 스트립에서는 분기마다 여러 개의 LED가 저항 하나와 직렬로 연결됩니다. 극성: 플러스는 플러스 레일에, 마이너스는 마이너스 레일에 연결합니다.
긴 스트립에서는 도체 레일의 저항으로 전압 강하가 생겨 먼 끝이 어두워집니다. 따라서 각 구간에는 (끝에서 끝으로 이어 붙이지 말고) 독립적으로, 병렬로 전원을 공급하고, 긴 구간은 양 끝에서 공급해야 합니다. 전압이 높은(24 V) 스트립은 같은 전력에서 전류가 적게 흐르므로 전압 강하도 작습니다. 도면에서 구간 LS1과 LS2는 같은 전원 장치 G1에서 각각 별도의 전선 한 쌍을 받으며, 각각 자체 퓨즈(F1과 F2)가 있습니다.
전력으로 계산합니다. I = P / U. 예를 들어 14.4 W/m 스트립 5 m는 72 W이며, 24 V에서 3 A입니다. 전원 장치는 모든 스트립의 총 전력보다 충분한 여유가 있어야 하고, 퓨즈의 정격 전류는 구간 전류보다 크고 전선의 허용 전류보다 작아야 합니다. 최대 급전 길이와 스트립의 사양은 제조사 데이터시트에 따르며, 감아 둔 상태로 사용하면 과열되므로 사용하지 마십시오.
기호: G1 24 V 정전압 전원 장치, F1과 F2 퓨즈, LS1과 LS2 LED 스트립 구간.
7. 단선 결선도: 분전반의 논리를 한 줄로
단선 결선도는 여러 가닥으로 이루어진 회로(여기서는 L, N, PE)를 한 줄로 그리며, 물리적인 설치 위치가 아니라 보호 장치와 부하의 순서를 나타냅니다. 도면에서는 전원(전력량계 뒤의 1N~ 230 V) → Q0 주 스위치(개폐) → 두 개의 누전 차단기(FI1, FI2, 30 mA) → 그 뒤의 배선용 차단기(F1–F4) → 분기 회로: E1 조명, XS1과 XS2 콘센트, EH1 쿠킹 호브입니다. 케이블에서는 사선 뒤에 전선 가닥 수와 단면적을 씁니다(예: 3×1.5는 1.5 mm² 전선 3가닥).
누전 차단기가 왜 두 개일까요? 공용 장치 하나가 동작하면 집 전체가 정전되지만, 두 개로 나누면 그 범위가 제한됩니다. B10과 B16은 배선용 차단기의 트립 특성(B)과 정격 전류(10 A와 16 A)입니다. 예시 값(조명에는 B10과 1.5 mm², 콘센트에는 B16과 2.5 mm²)은 어디까지나 참고용이며, 실제 값은 부하, 전선 길이, 설치 방법, 요구 사항에 따라 달라집니다. EH1 호브의 예는 약 3.6 kW 이하의 단상 호브에 해당하며, 그보다 큰 호브는 보통 별도로 선정한 3상 회로로 연결합니다.
기호: Q0 주 스위치, FI1과 FI2 누전 차단기(IΔ: 차전류, 즉 고장 전류에 동작), F1–F4 배선용 차단기, E1 조명, XS1과 XS2 콘센트, EH1 호브(고정 부하).
8. 타이머 릴레이: 설정한 지연 뒤에 개폐
제어 신호가 들어오면 타이머 릴레이(KT1)의 코일이 시간을 재기 시작하고, 설정 시간 t가 지난 뒤 접점을 개폐합니다. 도면은 온 딜레이 릴레이를 보여 줍니다. S1이 닫히면 KT1이 여자되고, 시간 t 뒤에 한시 동작 a접점 15–18이 닫혀 조명 E1이 켜집니다. S1을 놓으면 코일이 소자되어 접점이 즉시 열립니다. 타임차트에 이것이 나타나 있습니다. 투입은 지연되고, 차단은 지연되지 않습니다. 접점의 작은 호는 지연을 나타내는 기호이며, 호의 오목한 쪽이 지연 동작 방향, 여기서는 닫히는 방향을 향합니다.
이러한 릴레이는 예를 들어 기계의 순차 기동, 스타-델타 전환의 시간 설정(5절), 압축기의 재기동 지연에 사용됩니다. 오프 딜레이 릴레이는 차단 뒤에도 시간 t 동안 출력을 유지하며, 이는 후속 환기(예: 욕실 환풍기)와 계단 조명의 대표적인 해결 방법입니다. 다기능 타이머 릴레이는 이러한 기능과 펄스 및 반복 기능도 수행할 수 있으며, 기능은 항상 기기 형식에 맞게 선택합니다.
기호: S1 제어 접점(여기서는 닫힌 채 유지되는 신호원), KT1 타이머 릴레이(코일 A1–A2, 한시 동작 a접점 15–18), E1 개폐되는 부하, t 지연 시간.
9. 접촉기 자기 유지: START는 눌린 채로 있지 않습니다
자기 유지 회로에서는 START(S1, a접점) 누름 버튼을 잠깐 누르면 접촉기 KM1이 흡인됩니다. KM1의 보조 접점 13–14가 S1과 병렬로 닫혀 코일에 대한 전원 공급을 이어받으므로 S1에서 손을 뗄 수 있습니다. STOP(S0, b접점)과 과부하 계전기 F2의 b접점 95–96은 코일과 직렬로 연결되어 있어, 어느 하나라도 회로를 끊으면 KM1이 복귀하고 보조 접점도 열리며, 전동기는 새로 START를 누를 때까지 다시 기동하지 않습니다.
STOP이 **b접점(NC)**인 이유는 전선이 끊어지거나 단자가 풀려도 정지된 안전 상태가 되도록 하기 위해서입니다. 제어 회로의 고장으로 전동기가 계속 돌아서는 안 됩니다. 개폐 접점은 상(L) 쪽에, 코일은 중성선 쪽에 두므로 지락이 발생해도 접촉기가 흡인되지 않습니다. 정전 후에도 자기 유지 회로는 스스로 재기동하지 않으며, 이는 바람직한 동작입니다. 스위치가 계속 닫혀 있는 방식(2선식 제어)에서는 전압이 복귀할 때 기계가 스스로 다시 기동할 수 있습니다. 이것은 기계의 위험성 평가에 따라 실제 보호 장치, 인터록, 예기치 않은 재기동 방지와 함께 설계해야 하는 제어 논리입니다.
기호: F1 제어 회로 퓨즈, S0 STOP(b접점), F2 과부하 계전기 95–96(b접점), S1 START(a접점), KM1 전자 접촉기(코일 A1–A2, 보조 접점 13–14 a접점).
10. 인체 감지 조명
인체 감지 센서(B1, 여기서는 PIR, 수동 적외선)는 내부의 개폐 접점으로 조명의 상 도체를 개폐합니다(L → L′). 단자는 세 개입니다. L과 N은 센서 자체에 전원을 공급하므로 상시 상과 상시 중성선이 필요하고, **L′**는 조명으로 가는 개폐 출력입니다. 조명의 다른 단자는 중성선에 연결하고, 보호 도체는 등기구 본체로 연결합니다. 스위치 박스에 중성선이 없는 경우(기존의 스위치 설치처럼 상과 조명으로 가는 전선만 있는 경우)에는 3선식 센서를 연결할 수 없으며, 2선식 센서가 필요합니다.
학습할 때는 감지(PIR), 판단(센서의 전자 회로: 감도, 지연, 조도 한계값), 개폐(L′), 부하를 머릿속에서 분리해 보면 대부분의 자동 조명 문제를 이해할 수 있습니다. 출력의 부하 정격, LED나 유도성 부하의 조건(최소 부하, 돌입 전류), 수동 우선 조작은 항상 기기 문서에 따릅니다.
기호: F1 배선용 차단기, B1 인체 감지 센서(PIR, L, N, 개폐 L′), E1 조명, L 상, N 중성선, PE 보호 도체.
11. 제어기 입력에 연결하는 24 V 센서
3선식 산업용 센서는 전원 공급용 전선과 신호용 전선을 따로 사용합니다. 일반적인 전선 색과 M12 커넥터 핀 배치는 다음과 같습니다. 갈색(BN, 단자 1) = +24 V, 파란색(BU, 단자 3) = 0 V, 검은색(BK, 단자 4) = 출력 신호. 센서는 전원 장치 G1에서 전력을 받고, PLC는 신호(검은색 전선)만 읽습니다.
PNP 센서는 동작할 때 출력을 +24 V로 만듭니다. 이때 신호 전류는 PLC 입력을 거쳐 0 V로 되돌아가므로 입력의 공통점(여기서는 1M)은 0 V에 연결하며, 센서, 전원 장치, 입력의 0 V는 공통입니다. 반면 NPN 센서는 출력을 0 V로 만들며 반대 극성의 입력이 필요합니다. 입력 형식, 전압 레벨, 센서의 부하 정격은 PLC와 센서의 데이터시트에 따라 맞춰야 하며, 맞지 않으면 입력이 동작하지 않거나 기기가 손상될 수 있습니다.
기호: G1 24 V 직류 전원 장치, B1 PNP 센서(BN, BU, BK), PLC1 제어기(DI0 디지털 입력, 1M 입력의 공통점), I 신호 회로 전류.
12. 전동기의 정역 운전
3상 전동기에서는 두 상을 서로 바꾸면 회전 방향이 반대가 됩니다. 도면에서 KM1은 상 L1, L2, L3을 단자 U1, V1, W1에 그대로 연결하고(정회전), KM2는 상 L1과 L2를 바꿉니다(역회전: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). 두 접촉기는 같은 전원에서 공급받으므로 동시에 흡인되면 상간 단락이 발생합니다. KM1과 KM2는 절대로 동시에 동작해서는 안 되며, 그래서 인터록은 선택 사항이 아닙니다.
인터록은 전기적(한쪽 접촉기의 b접점 보조 접점, 예를 들어 KM1 21–22를 다른 접촉기의 코일과 직렬로 연결)이어야 하고, 가능하면 기계적(두 접촉기를 연결하는 기계 요소, 도면에서는 점선 사이의 양쪽 화살표)이기도 해야 합니다. 운전 중에 방향을 바꾸면 큰 전류와 토크의 급변이 생기므로, 제어 회로는 보통 정지한 뒤에만 반대 방향 기동을 허용합니다. 도면은 주회로를 보여 주며, 제어 회로(방향별 별도의 START와 공통 STOP)는 9절과 같이 완성해야 합니다. 리밋 스위치 보호, 제동, 예기치 않은 재기동 방지는 기계의 안전 설계에 속합니다.
기호: Q1 단락 보호, KM1 정회전, KM2 역회전 접촉기, F2 과부하 계전기, M1 3상 전동기, ⇄ 두 접촉기 사이는 기계적 인터록입니다.
13. 왜 여러 회로로 나누는가?
분전반에서는 용도가 다른 부하를 보통 별도의 보호 분기에서 시작합니다. 도면에서는 주 스위치 Q0와 누전 차단기 FI1 뒤에 세 개의 회로가 있습니다. F1 조명(E1–E3), F2 콘센트(XS1–XS3), F3 호브(EH1). 콘센트 회로에서 과전류나 단락이 발생하면(번개 기호) F2만 트립되고 조명과 호브는 계속 동작합니다(도면에서는 트립된 회로를 회색 점선으로 표시했습니다).
이점은 고장 위치를 찾기 쉽고(어느 회로가 고장인지 알 수 있음), 보호가 더 정확하며(회로마다 자신의 전선과 부하에 맞는 차단기를 갖춤), 운전의 연속성이 더 좋다는 것입니다(콘센트 고장으로 집 전체가 어두워지지 않음). 대용량 부하(호브, 오븐, 보일러, 에어컨)는 보통 전용 회로를 갖습니다. 다만 누전 차단기 FI1은 잔류 전류(고장 전류), 즉 상전류와 중성선 전류의 차이(예: 지락이나 누설)에 동작하여 그 뒤의 모든 회로를 차단합니다. 그래서 규모가 큰 분전반에서는 누전 차단기를 여러 개 사용합니다(7절 참조). 정확한 그룹 구성은 설계, 부하, 적용되는 요구 사항에 따라 정합니다.
기호: Q0 주 스위치, FI1 누전 차단기, F1–F3 배선용 차단기(B10, B16은 특성과 전류), E1–E3 조명, XS1–XS3 콘센트, EH1 호브(소규모 단상 예).
연습 문제
- LED 회로에 전류 제한이 필요한 이유는 무엇이며, 저항은 어떻게 계산합니까?
- 접촉기의 개폐 기능과 과부하 보호의 역할은 어떻게 다릅니까?
- PE를 스위치를 거쳐 배선해서는 안 되는 이유는 무엇입니까?
- STOP 버튼에 b접점(NC)을 사용하는 이유는 무엇입니까?
- 스타와 델타 접촉기, 또는 정회전과 역회전 접촉기가 절대로 동시에 흡인되어서는 안 되는 이유는 무엇입니까?