누구에게 물어보느냐에 따라서 고체 상태 계전기가 최선의 전력 스위치 솔루션이 될 수도 있고, 전기기계식 계전기가 더 나은 선택일 수도 있습니다. 누구 말이 맞습니까? 이유는 무엇입니까? 이 질문에 대한 대답으로서 전기기계식 계전기와 고체 상태 계전기의 차이와 작동 방법을 알아보고 여러 수준에서 성능 사양을 비교해보겠습니다.
계전기란 무엇입니까?
계전기는 스위치를 수동으로 여닫지 않고 전력을 할당하기 위해 사용하는 전력 스위치 솔루션입니다. 계전기에 작은 전기 신호만 보내서 전력을 켜고 끌 수 있습니다. 이 신호가 훨씬 더 큰 전기적 신호에 대한 "문지기" 역할을 하는 것입니다. 계전기는 저전력으로 고전력을 제어할 수 있게 만듦으로써 전기 역사에 한 획을 그었습니다.
전기기계식 계전기와 고체 상태 계전기의 차이는 무엇입니까?
전기기계식 계전기(EMR)
전기기계식 계전기는 물리적으로 움직이는 부품을 사용해 계전기의 출력 구성 요소 내의 접점을 연결합니다. 이 접접의 움직임은 저전력 입력 신호의 전자기력을 사용해서 생성되어 고전력 신호를 포함한 회로를 완성합니다. 전기기계식 계전기 내의 물리적 컴포넌트는 보통 "딸깍"하는 소리를 냅니다. 경우에 따라 도움이 될 때도 있지만 내부 아크가 발생할 수도 있고 움직일 때 시간이 상당히 오래 걸립니다.
고체 상태 계전기(SSR)
고체 상태 계전기는 반도체 분야를 대표하는 제품이라 할 수 있습니다. SSR은 출력 신호를 전송하고 전력을 공급하는 광학 반도체 신호(주로 옥토커플러)를 생성하기 위해 저전력 전기 신호를 사용합니다. 입력 광학 신호가 활성화되면 "스위치" 역할을 하여 고전력 신호가 SSR의 출력 컴포넌트를 통과할 수 있게 해줍니다. 여러 가지 방법으로 이 과정을 구현할 수 있지만 어떤 방식이든 실제로 움직이는 부품이 없는 "고체 상태"라는 점에서 동일합니다.
그림 1 – 전형적인 EMR(전기기계식 계전기) 및 움직이는 부품을 묘사한 EMR 블록 다이어그램
그림 2 – 패널 장착 고체 상태 계전기 – 제공자 Crydom 및 광 트랜지스터 메카니즘에 관한 다이어그램 다이어그램 출처 Wikipedia
두 가지 기술 모두 가열, 조명, 모션 제어 등의 애플리케이션에 사용됩니다. 그러나 비교 대상이 되는 카테고리 중 대다수에서 고체 상태 계전기가 전기기계식 계전기보다 우수한 성능을 보입니다. 단순한 기계 설계 방식을 사용하는 전기기계식 계전기는 상대적으로 오래된 기술입니다. 반면 고체 상태 계전기는 훨씬 새롭고 진보한 기술이며 동시에 더 복잡한 기술이기도 합니다. 동일한 작업을 실행하는 경우 복잡한 제품이 단순한 제품보다 더 좋다고 말할 수는 없습니다. 그러나 성능에 관한 한, 항상 복잡한 SSR의 손을 들어줄 수밖에 없습니다.
어떤 면에서 고체 상태 계전기가 전기기계식 계전기보다 더 좋습니까?
고체 상태 계전기는 전기기계식 계전기보다 초기 비용이 많이 들어갑니다. 그러나 EMR 대신 SSR을 통합하면 특정 애플리케이션에 따라 전체 비용이 같아지거나 더 낮아질 수 있습니다. 잠시 후에 이에 대해서 다시 설명하겠습니다. 또한, SSR은 여러 분야에서 EMR보다 훨씬 뛰어난 성능을 보여주고 있습니다. 두 가지를 비교해보겠습니다:
보시다시피 SSR은 일반적으로 성능와 기능 면에서 EMR보다 더 역동적입니다. 그러나 EMR의 장점이 두드러지는 분야가 한 가지 있습니다. 바로 열관리입니다. SSR는 계전기에 사용되는 물리 때문에 전기기계식 계전기보다 더 넓은 범위의 전력 소멸이 발생할 수 있습니다. 즉, 전력 소멸을 방지하기 위해 컴포넌트 디자이너가 방열판과 팬을 설계에 통합해야 하므로 SSR에 들어가는 초기 비용이 전반적으로 증가하게 됩니다.
그러나 초기 비용 때문에 SSR을 옵션에서 제외하기 전에, 총 소유 비용 측면에서 생각해보고 "비용"이 실제로 어떤 의미인지를 이야기해보겠습니다.
비용 비교: SSR의 장기적 가치
엔지니어는 성능을 중요하게 생각하며 성능 향상은 주로 비용 상승을 동반합니다. 반면 공급망 관리자는 조달 비용을 구성하는 부품의 최초 가격과 배송 시간을 더 중요한 요소로 봅니다. 사업 및 마케팅 관리자는 정지 시간, 이동 시간, 교체 및 수리 시간, 인력 등 유지 관리 관련 비용과 예상 수명을 포함한 보증 비용을 중점적으로 생각합니다. 이 비용을 모두 통틀어 최초 부품 가격 만이 앞서 언급한 "일회성 초기 비용"에 포함됩니다.
그러므로 전기기계식 계전기의 최초 가격이 낮다고 해서 "비용이 낮다"고 단정지을 수 없으며, 추후 기계를 사용할 때 발생할 수 있는 다른 숨겨진 비용의 합계를 고려해야 합니다. 오늘날의 비즈니스에서 관리자가 "더 빠르고 저렴하며 우수한" 솔루션을 요구하는 경우가 많습니다. 이는 경쟁 우위를 점하기 위해 필요한 덕목이지만, 저렴하다는 것이 반드시 더 빠르고 더 나은 것을 의미하지는 않습니다. Crydom의 고체 상태 계전기와 접촉기를 사용하면 더 빠르고 우수하며, 총 소유 비용 측면에서 더 저렴한 솔루션을 구축할 수 있습니다. 고체 상태 계전기는 애플리케이션 수명 연장에 기여하는 솔루션을 안정적으로 수행하므로 설치 후 서비스, 수리, 교체가 거의 필요 없습니다.
총 소유 비용을 비교하는 유용한 도구
Crydom은 SSR과 EMR의 총 소유 비용(TCO)을 쉽게 분석할 수 있도록 사용이 간편한 TCO 계산기를 개발했습니다. 이 계산기는 Crydom 웹사이트의 "도구" 탭에 있습니다. 이 계산기는 직접 및 간접 비용과 관련된 정보를 모두 고려하며, 부하와 전력 시스템에 적합한 스위치 솔루션이 선택되었다고 가정합니다. 또한, 다양한 애플리케이션에서 일반적으로 사용되는 기술과 관련된 비용도 통합합니다.
이 계산기의 단위 가격은 스위치 솔루션의 취득 비용입니다. SSR용 방열판 및 EMR용 소켓이 필요한 경우 계산기에 추가할 수 있습니다. 기대 수명(사이클 또는 작동 횟수)도 특정 애플리케이션에 적합한 요구 사항으로 계산 과정에 포함됩니다. 예상되는 분당 사이클 수 또는 부하 유형(예: 저항성, 유도성, 변압기/커패시터, 밸러스트) 등도 포함될 수 있습니다.
EMR의 예상 기대 수명을 조정하려면 부하 유형이 필요하며 계산기가 부하에 따라 자동으로 적절한 부하경감을 적용합니다. 모터, 코일, 솔레노이드는 80%, 변압기 또는 커패시터는 75%, 밸러스트는 70% 경감됩니다. 보증 기간 또한 계산에 포함되며 총 비용의 예상 결과에서 시간 참조로 사용됩니다. 1개월에서 1년까지 여러 기간을 설정하여 표시하도록 조정할 수 있습니다. 또 다른 변수인 서비스당 비용 역시 반드시 고려해야 합니다. 애플리케이션 또는 비즈니스 모델에 따라 변경될 수 있기 때문입니다. 그림 3은 Crydom의 TCO 계산기를 보여줍니다.
그림 3 – Crydom의 TCO 계산기
전기기계식 계전기 기술과 고체 상태 계전기 기술 중 무엇을 선택할까 고민할 때 SSR의 초기 비용이 가장 큰 장애물이 될 수 있습니다. 그러나 EMR은 최초 비용이 SSR보다 낮아도 사이클 횟수가 증가함에 따라 유지 관리와 수리 및/또는 EMR 교체 비용이 함께 증가합니다. EMR과 SSR의 총 소유 비용을 계산해보면 SSR의 수명 비용이 EMR의 수명 비용과 같거나 그 보다 적은 경우가 많다는 것을 금세 알게 됩니다. SSR이 기능과 성능 면에서 EMR보다 우수하다는 점을 고려하면 귀하의 디자인에 SSR을 통합하는 것이 올바른 선택입니다.
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