돌입 전류

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1. 개요

돌입 전류는 전원을 켰을 때 전기 회로에 일시적으로 흐르는 과도한 전류를 의미한다. 백열전구, 콘덴서, 변압기, 전동기 등 다양한 전기 부품에서 발생하며, 회로의 과열, 퓨즈의 단선, 전압 강하 등의 악영향을 미칠 수 있다. 돌입 전류를 줄이기 위한 방법으로는 저항, 서미스터, 변압기 스위칭 릴레이, 예비 충전 회로 등을 사용하거나, 시간 지연 퓨즈, 고효율 변압기, 위상각 제어 방식을 활용할 수 있다. 또한, 유도성 부하를 끌 때 발생하는 스위치 오프 시 스파이크는 절연 파괴를 일으킬 수 있다.

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돌입 전류
기본 정보
명칭	돌입 전류, 투입 전류, 유입 전류
영어 명칭	Inrush current
일본어 명칭	突入電流 (とつにゅうでんりゅう, Totsunyū denryū)
정의
설명	전원이 처음 켜질 때 전기 장치가 순간적으로 소비하는 최대 전류
원인
주요 원인	커패시터 충전 변압기 코어 포화 모터 회전 시작 필라멘트 히터의 저항 변화
영향
영향	회로 차단기 작동 퓨즈 단락 장비 고장 접점 용착 전원 공급 장치 고장
방지
대책	서미스터(NTC) 사용 돌입 전류 제한 저항기 사용 전압 단계별 인가 소프트 스타터 사용 돌입 전류 제한기 사용
응용 분야
적용	전원 공급 장치 모터 변압기 백열등 가전 제품 전기 자동차 의료 장비 산업 자동화 장비
기타
참고	돌입 전류는 정상 작동 전류보다 훨씬 높을 수 있으며, 장비 손상을 방지하기 위한 대책 필요

2. 원인

백열전구는 전원을 넣는 직후 필라멘트가 아직 차갑기 때문에 저항이 작고, 따라서 큰 전류가 흐른다. 필라멘트가 발열하여 뜨거워지면 저항이 커지기 때문에 흐르는 전류는 작아진다.^[5]

대용량 평활 콘덴서나 디커플링 콘덴서를 가진 기기의 경우, 전원을 켤 때 이러한 콘덴서를 충전해야 하므로 돌입 전류가 발생한다. 전원 투입 시 콘덴서는 충전되어 있지 않아 0볼트의 정전압원과 같으며, 큰 전류가 흐른다. 콘덴서 용량이 작으면 회로의 인덕턴스 때문에 전압이 완전히 오르기 전에 충전되어 큰 영향이 없지만, 대용량일 때는 주의해야 한다.^[5]

권선 기기의 경우, 전원 투입 시부터 인덕턴스가 정상 상태가 될 때까지 발생하는 경우(전동기, 솔레노이드 등)와 철심 등의 잔류 자기와 교류 전원 투입 위상에 따른 자기 포화 때문에 발생하는 경우(변압기 등^[5])가 있다.

2. 1. 백열전구

금속은 양의 온도 저항 계수를 가지고 있어 차가울 때 저항이 더 낮다. 전기 가마 또는 텅스텐 필라멘트 백열전구 여러 개와 같이 금속 저항 발열체를 상당 부분 포함하는 전기 부하의 경우, 금속 요소가 작동 온도에 도달할 때까지 높은 전류를 소모한다. 예를 들어 백열전구를 제어하도록 설계된 벽면 스위치에는 백열전구의 큰 돌입 전류가 있는 회로를 안전하게 제어할 수 있음을 나타내는 "T" 등급이 있다. 돌입 전류는 정상 상태 전류의 최대 14배에 달할 수 있으며, 작은 전구의 경우 수 밀리초, 500W 이상의 전구의 경우 수 초 동안 지속될 수 있다.^[1] (비흑연화) 탄소 필라멘트 전구는 현재 거의 사용되지 않으며, 음의 온도 계수를 가지고 있어 가열될수록 전류 소모량이 증가한다. 따라서 이러한 유형의 전구에서는 돌입 전류가 발생하지 않는다.

백열전구의 돌입 전류로 인해 벤치 전원 공급 장치가 출력 전류를 제한합니다.

백열전구 등은 전원을 넣는 직후 필라멘트가 아직 차갑기 때문에 저항이 작고, 따라서 큰 전류가 흐른다. 발열하여 필라멘트가 뜨거워지면 저항이 커지기 때문에 흐르는 전류는 작아진다.

2. 2. 콘덴서

콘덴서는 방전되었거나 부분적으로 충전된 상태에서 전원 전압이 콘덴서의 전위보다 높으면 전원에 대해 단락 회로처럼 보인다. 완전히 방전된 콘덴서는 완전히 충전되는 데 약 5RC 시간이 걸린다. 충전되는 동안 순간 전류는 정상 상태 전류를 상당히 초과할 수 있으며, 콘덴서가 완전히 충전됨에 따라 정상 상태 전류로 감소한다. 개방 회로의 경우 콘덴서는 최대 AC 전압까지 충전된다.

선형 DC 전압으로 콘덴서를 충전하는 경우에도 콘덴서는 여전히 단락 회로처럼 보인다. 이때 충전 전류는 전원의 내부 저항과 콘덴서의 ESR에 의해서만 제한되며, 부하 전류로 지수적으로 감소한다. 개방 회로의 경우 콘덴서는 DC 전압까지 충전된다.

필터 콘덴서의 충전 기간 동안 초기 돌입 전류 흐름에 대한 안전 장치는 장치 성능에 매우 중요하다. 입력 전원과 정류기 사이에 일시적으로 고저항을 도입하면 전원이 켜질 때 저항이 증가하여 돌입 전류를 줄일 수 있다. 이러한 목적으로 돌입 전류 제한기를 사용하면 필요한 초기 저항을 제공할 수 있다.

대용량의 평활 콘덴서나 디커플링 콘덴서를 가진 기기의 경우, 전원을 켤 때 우선 이러한 콘덴서를 충전해야 하는데, 이것이 돌입 전류의 원인이 된다. 전원 투입 시 콘덴서는 충전되어 있지 않으므로 0볼트의 정전압원과 같으며, 큰 전류가 흐르게 된다. 콘덴서의 용량이 작으면 회로의 인덕턴스 때문에 전압이 완전히 오르기 전에 충전되어 악영향은 적지만, 특히 대용량의 경우에는 주의가 필요하다.^[5]

2. 3. 변압기

변압기의 돌입 전류는 가압 돌입 전류, 복구 돌입 전류, 동조 돌입 전류의 세 가지로 나눌 수 있다.^[5]

가압 돌입 전류: 변압기를 재가압할 때 발생하며, 잔류 플럭스는 0이거나 가압 시점에 따라 달라진다.
복구 돌입 전류: 시스템 장애로 전압이 감소했다가 복구될 때 발생한다.
동조 돌입 전류: 여러 변압기가 연결된 상태에서 그중 하나가 가압될 때 발생한다.

백열전구처럼 필라멘트를 사용하는 기기는 전원을 켜는 직후 필라멘트가 차가워 저항이 낮기 때문에 큰 전류가 흐른다. 필라멘트가 뜨거워지면 저항이 커져 전류는 줄어든다. 대용량 평활 콘덴서나 디커플링 콘덴서를 가진 기기의 경우, 전원 투입 시 콘덴서를 충전해야 하므로 돌입 전류가 발생한다. 콘덴서 용량이 작으면 큰 문제가 없지만, 대용량일 때는 주의해야 한다.

권선 기기의 경우, 전원 투입 시 인덕턴스가 정상 상태에 도달하기까지 발생하는 경우(전동기, 솔레노이드 등)와 철심 등의 잔류 자기와 교류 전원 투입 위상에 따른 자기 포화 때문에 발생하는 경우(변압기 등)가 있다.

2. 3. 1. 가압 돌입 전류

변압기는 처음에 통전될 때, 정격 전류의 10배에서 15배에 달하는 과도 전류가 여러 사이클 동안 흐를 수 있다. 구리 사용량이 적은 토로이드형 변압기는 최대 60배의 돌입 전류가 흐를 수 있다.

최악의 경우 돌입 전류는 1차 권선이 1차 전압의 영점 교차 시점 근처에서 연결될 때 발생하며, 전압 반파의 극성이 철심의 잔류 자기화(이전 반파로 인해 높은 상태로 남아있는)와 같은 극성일 때 발생한다. 권선과 철심의 크기가 정상 작동 시 포화의 50%를 절대 초과하지 않도록 설계되지 않은 경우(효율적인 변압기에서는 절대 그렇게 설계되지 않음), 시동 중에 철심이 포화된다. 이는 정상 작동 중의 잔류 자기가 히스테리시스 루프의 "무릎" 부분에서의 포화 자기와 거의 같은 높이임을 의미한다. 그러나 철심이 포화되면 권선 인덕턴스가 크게 감소하고, 1차측 권선의 저항과 전력선의 임피던스만이 전류를 제한하게 된다. 포화가 일부 반파 동안만 발생하기 때문에, 고조파가 풍부한 파형이 생성되어 다른 장비에 문제를 일으킬 수 있다.

권선 저항이 낮고 인덕턴스가 높은 대형 변압기의 경우, 이러한 돌입 전류는 과도 현상이 사라질 때까지(감쇠 시간은 ''X''_L/''R''에 비례) 몇 초 동안 지속될 수 있으며, 그 후 정상적인 AC 평형 상태가 확립된다. 철심에 에어 갭이 있는 변압기의 경우에만 자기 돌입을 방지하기 위해, 유도성 부하를 공급 전압 피크 근처에서 동기적으로 연결해야 한다. 그러나 토로이드형 변압기의 경우, 스위칭 전에 예비 자화 절차만으로 돌입 전류 피크 없이 변압기를 시동할 수 있다.

100 VA 토로이드형 변압기 에너지 공급 시 돌입 전류 과도 현상의 예. 공칭 전류의 약 50배에 달하는 돌입 전류 피크

가압 돌입 전류는 변압기의 재가압으로 인해 발생한다. 이 경우 잔류 플럭스는 0이거나 가압 시점에 따라 달라질 수 있다.

2. 3. 2. 복구 돌입 전류

시스템 장애로 인해 전압이 감소한 후 변압기 전압이 복구될 때 복구 돌입 전류가 흐른다.^[1]

2. 3. 3. 동조 돌입 전류

동조 돌입 전류는 여러 변압기가 동일한 회선에 연결되어 있을 때, 그중 하나에 전원이 공급되면 다른 변압기에도 영향을 미쳐 발생하는 과도 전류이다. 이는 여러 변압기가 연결된 상황에서 특정 변압기에 전원이 공급될 때 발생한다.

2. 4. 전동기

전동기가 처음으로 에너지를 공급받으면 회전자는 움직이지 않고 정지 전류와 동등한 전류가 흐르며, 모터가 속도를 높이고 전원에 대항하는 역기전력을 발생시키면서 전류는 감소한다. 교류 유도 전동기는 회전자가 움직이기 시작할 때까지 단락된 2차 권선을 가진 변압기처럼 작동하며, 브러시 모터는 본질적으로 권선 저항을 나타낸다. 모터가 속도를 높일 때까지 기계적 부하를 줄이면 시동 과도 현상의 지속 시간이 짧아진다.

고출력 모터의 경우, 시동 중에 권선 구성을 변경하여 (시동 시에는 Y결선, 그 후 델타결선) 소비 전류를 줄일 수 있다.^[5]

2. 5. 히터 및 필라멘트 램프

금속은 양의 온도 저항 계수를 가지고 있어 차가울 때 저항이 더 낮다. 전기 가마 또는 텅스텐 필라멘트 백열전구 여러 개와 같이 금속 저항 발열체를 상당 부분 포함하는 전기 부하의 경우, 금속 요소가 작동 온도에 도달할 때까지 높은 전류를 소모한다. 예를 들어, 백열전구를 제어하도록 설계된 벽면 스위치에는 백열전구의 큰 돌입 전류가 있는 회로를 안전하게 제어할 수 있음을 나타내는 "T" 등급이 있다. 돌입 전류는 정상 상태 전류의 최대 14배에 달할 수 있으며, 작은 전구의 경우 수 밀리초, 500W 이상의 전구의 경우 수 초 동안 지속될 수 있다.^[1]

(비흑연화) 탄소 필라멘트 전구는 현재 거의 사용되지 않으며, 음의 온도 계수를 가지고 있어 가열될수록 전류 소모량이 증가한다. 따라서 이러한 유형의 전구에서는 돌입 전류가 발생하지 않는다. 백열전구 등은 전원을 넣는 직후 필라멘트가 아직 차갑기 때문에 저항이 작고, 따라서 큰 전류가 흐른다. 필라멘트가 발열하여 뜨거워지면 저항이 커지기 때문에 흐르는 전류는 작아진다.

3. 악영향

돌입 전류를 고려하지 않으면 회로에서 전원 스위치 접점이 용착되거나, 퓨즈가 끊어지거나, 차단기가 작동할 수 있다. 또한, 정류 회로에 나쁜 영향을 주거나, 전원 전압이 불안정해져(전압 강하 등) 전원을 공유하는 다른 기기에도 영향을 미칠 수 있다. 이러한 문제는 돌입 전류의 크기를 미리 계산하여 이를 견딜 수 있는 전원 용량 및 소자를 사용하면 피할 수 있다. 하지만, 이 경우 불필요하게 비싼 소자를 사용해야 하는 단점이 있고, 퓨즈나 차단기의 경우 정상적인 사용 시에 이상에 대한 기능이 떨어질 수 있다는 큰 단점이 있다.

기동 시 돌입 전류를 발생시키는 기기는 UPS의 정격 용량을 순간적으로 크게 초과하는 부하가 걸리게 한다. 따라서 내부 전압의 이상을 감지하여 고장 표시가 나타나거나, 접속 부하 단락 표시 또는 접속 용량 초과 표시가 나타날 수 있다.^[6]

4. 대책

돌입 전류를 줄이기 위한 다양한 대책들이 존재한다.

가장 근본적인 대책은 전원 전압이 서서히 상승하도록 하는 것이다. 출력 임피던스가 큰 전원을 사용하면 대전류가 흐를 때 출력 전압이 낮아지므로 효과적이다. 더 큰 규모의 회로에서는 전원 회로 자체에 서서히 상승하는 기능을 탑재하는 것을 검토할 필요가 있다.

분산형 전원 설비에서는 계통/고압측 용량이 작은 경향이 있어 돌입 전류가 발생하기 쉬우므로, 고압 설비에서는 저항 투입 방식^[7]이 널리 채택되고 있다.

특고압 설비에서는 차단기 투입 시에만 부하측에서 발전기로 인한 역방향 충전 상태로 계통과 동기 투입하는 방식도 널리 채택되고 있지만, 발전기 연료비와 유지비가 높아지는 경향이 있다.^[7]

4. 1. 저항 사용

라인과 직렬로 연결된 저항은 입력 커패시터 충전 전류를 제한하는 데 사용될 수 있다. 그러나 이 방법은 저항에 전압 강하가 발생하고 일부 전력이 소모되기 때문에, 특히 고전력 장치에서는 효율적이지 않다.^[2]

돌입 전류는 돌입 전류 제한기를 사용하여 줄일 수도 있다. 음의 온도 계수(NTC) 써미스터는 스위칭 전원 공급 장치, 모터 드라이브 및 오디오 장비에서 돌입 전류로 인한 손상을 방지하는 데 일반적으로 사용된다. NTC 써미스터의 저항은 온도가 증가함에 따라 감소한다.^[2]

돌입 전류 제한기가 자체적으로 가열됨에 따라 전류가 흐르기 시작하여 가열된다. 저항이 감소하기 시작하고, 상대적으로 작은 전류 흐름이 입력 커패시터를 충전한다. 전원 공급 장치의 커패시터가 충전된 후 자체 가열된 돌입 전류 제한기는 회로에서 거의 저항을 제공하지 않으며, 회로의 총 전압 강하에 비해 전압 강하가 낮다. 단점은 장치를 끈 직후 NTC 저항이 여전히 뜨겁고 저항이 낮다는 것이다. 더 높은 저항을 얻기 위해 1분 이상 냉각되지 않는 한 돌입 전류를 제한할 수 없다. 또 다른 단점은 NTC 써미스터가 단락 회로 방지 기능이 없다는 것이다.^[2]

저항을 직렬로 삽입하는 것도 효과적이지만, 정상 사용 시에도 손실이 발생하는 등 단점이 크다. 파워 서미스터(NTC Type)를 사용하는 것도 방법이지만, 전원 차단 직후 재투입에는 효과가 없다는 등의 단점을 가지고 있다.

고압 설비에서는 저항 투입 방식^[7]이 널리 채택되고 있다. 이것은 전동 조작으로 투입 저항 접점을 우선 투입하고, 돌입 전류 억제 후에 주 접점을 투입하는 방식이며, 돌입 전류를 일정 값으로 억제할 수 있고, 정상 상태의 손실도 없다.

특고압 설비에서는, 앞서 설명한 저항 투입 방식의 차단기를 메인 차단기와 병렬로 연결하는 방법이나, 마찬가지로 저항 투입 방식으로 대용량의 저항기를 사용한 시스템을 구축하는 경우도 있다.

4. 2. 서미스터 (NTC)

NTC 서미스터는 온도가 올라감에 따라 저항이 감소하는 성질을 가지고 있다.^[2] 돌입 전류 제한기는 자체 가열되면서 전류가 흐르기 시작하고, 이에 따라 저항이 감소하여 상대적으로 작은 전류 흐름으로 입력 커패시터를 충전한다. 전원 공급 장치의 커패시터가 충전된 후에는 자체 가열된 돌입 전류 제한기가 회로에서 거의 저항을 제공하지 않아, 전압 강하가 낮아진다.

하지만, 장치를 끈 직후에는 NTC 저항이 여전히 뜨거워 저항이 낮으므로, 1분 이상 냉각되지 않으면 돌입 전류를 제한할 수 없다. 또한, NTC 서미스터는 단락 회로 방지 기능이 없다는 단점도 있다.

4. 3. 변압기 스위칭 릴레이

변압기 돌입 전류를 피하는 또 다른 방법은 "변압기 스위칭 릴레이"를 사용하는 것이다. 이것은 냉각 시간이 필요하지 않다. 또한 전력선 반파 전압 강하를 처리할 수 있으며 단락 회로 방지 기능이 있다. 이 기술은 IEC 61000-4-11 테스트에 중요하다.^[2]

4. 4. 예비 충전 회로

라인과 직렬로 연결된 저항은 입력 커패시터 충전 전류를 제한하는 데 사용될 수 있지만, 고전력 장치에서는 효율적이지 않다. 저항에서 전압 강하가 발생하고 전력 손실이 발생하기 때문이다.^[2]

돌입 전류 제한기를 사용하여 돌입 전류를 줄일 수 있다. 음의 온도 계수(NTC) 써미스터는 스위칭 전원 공급 장치, 모터 드라이브 및 오디오 장비에서 돌입 전류로 인한 손상을 방지하는 데 일반적으로 사용된다. NTC 써미스터는 온도가 증가함에 따라 저항이 감소하는 특성을 가지고 있다.^[2]

돌입 전류 제한기가 자체 가열되면 전류가 흐르기 시작하고, 저항이 감소하면서 상대적으로 작은 전류가 입력 커패시터를 충전한다. 커패시터가 충전된 후에는 돌입 전류 제한기가 회로에서 거의 저항을 제공하지 않아 전압 강하가 낮다. 하지만 장치를 끈 직후에는 NTC 저항이 여전히 뜨거워 저항이 낮으므로, 1분 이상 냉각해야 돌입 전류를 제한할 수 있다. 또한 NTC 써미스터는 단락 회로 방지 기능이 없다.^[2]

"변압기 스위칭 릴레이"는 변압기 돌입 전류를 피하는 또 다른 방법이다. 냉각 시간이 필요 없고, 전력선 반파 전압 강하를 처리할 수 있으며, 단락 회로 방지 기능이 있다. 이 기술은 IEC 61000-4-11 테스트에 중요하다.^[2]

고전압 회로의 경우 예비 충전 회로를 사용하는 것이 또 다른 옵션이다. 이 회로는 커패시터 충전 중 전류 제한 예비 충전 모드를 지원하고, 부하 전압이 완전 충전의 90%에 도달하면 정상 작동을 위한 무제한 모드로 전환한다.^[2]

고압 설비에서는 저항 투입 방식^[7]이 널리 채택된다. 전동 조작으로 투입 저항 접점을 우선 투입하여 돌입 전류를 억제한 후 주 접점을 투입하는 방식이다. 돌입 전류를 일정 값으로 억제할 수 있고 정상 상태의 손실도 없다. 분산형 전원 설비에서 본 계통/고압측은 용량이 작은 경향이 있어 돌입 전류가 발생하기 쉬운데, 이 분야에서 저항 투입 방식 채택이 증가하고 있다.^[7]

특고압 설비에서는 저항 투입 방식의 차단기를 메인 차단기와 병렬로 연결하거나, 대용량 저항기를 사용한 시스템을 구축하기도 한다. 차단기 투입 시에만 부하측에서 발전기로 인한 역방향 충전 상태로 계통과 동기 투입하는 방식도 널리 채택되지만, 발전기 연료비와 유지비가 높아지는 경향이 있다.^[7]

위상각 제어 방식^[8]은 변압기 철심 내 잔류 자속과 투입 시 초기 자속 차이가 최소가 되는 타이밍에 차단기를 투입하는 방식이다. 전압 계급이나 변압기 종류에 관계없이 도입 가능하며, 일반 차단기와 조합하여 시스템을 구현할 수 있어 기존 설비에도 채택할 수 있다.^[8]

4. 5. 위상각 제어 방식

변압기 철심 내의 잔류 자속과 투입 시 초기 자속과의 차이가 최소가 되는 타이밍에 차단기를 투입하는 방식이다.^[8] 이 방식은 전압 계급이나 변압기의 종류에 좌우되지 않고 도입이 가능하며, 일반적인 차단기와의 조합으로 시스템을 구현할 수 있기 때문에 기존 설비에도 채택할 수 있다.

4. 6. 고효율 변압기 (탑 러너 변압기)

2014년도부터 새로운 에너지 절약 기준이 시행됨에 따라, 탑 러너 변압기^[9]의 채택이 촉진되고 있다. 탑 러너 변압기는 고효율 변압기로, 기존 변압기보다 철심의 재질, 구조, 체적에 개선이 이루어져 돌입 전류가 비교적 덜 발생하는 특징이 있다. 특히, 여자 돌입 전류 억제를 특징으로 하는 제품도 있다.

4. 7. 시간 지연 퓨즈

전원 투입 시 일시적인 대전류만을 허용하는 특수한 퓨즈인 타임 래그 퓨즈/슬로우 블로우 퓨즈(slow-blow fuse)를 사용하는 경우가 있다.^[2] 무턱대고 퓨즈를 대용량으로 하면 기기를 보호하는 역할을 할 수 없기 때문이다.

4. 8. 기타 대책

라인과 직렬로 연결된 저항을 사용하여 입력 커패시터 충전 전류를 제한할 수 있지만, 이 방법은 고전력 장치에서는 효율적이지 않다. 저항에서 전압 강하가 발생하고 전력 손실이 발생하기 때문이다.

돌입 전류는 돌입 전류 제한기를 사용하여 줄일 수 있다. 음의 온도 계수(NTC) 써미스터는 스위칭 전원 공급 장치, 모터 드라이브 및 오디오 장비에서 돌입 전류로 인한 손상을 방지하는 데 일반적으로 사용된다. NTC 써미스터는 온도가 증가함에 따라 저항이 감소하는 특성을 가지고 있다.^[2] 돌입 전류 제한기가 가열되면 전류가 흐르기 시작하고, 저항이 감소하면서 상대적으로 작은 전류가 입력 커패시터를 충전한다. 커패시터가 충전된 후에는 돌입 전류 제한기가 회로에서 거의 저항을 제공하지 않아 전압 강하가 낮다. 하지만 장치를 끈 직후에는 NTC 저항이 뜨거워 저항이 낮아지므로, 냉각되기 전까지는 돌입 전류를 제한할 수 없다. 또한 NTC 써미스터는 단락 회로 방지 기능이 없다.

변압기 돌입 전류를 피하는 또 다른 방법은 "변압기 스위칭 릴레이"를 사용하는 것이다. 이 방법은 냉각 시간이 필요 없으며, 전력선 반파 전압 강하를 처리하고 단락 회로 방지 기능도 제공한다. 이 기술은 IEC 61000-4-11 테스트에 중요하다.

고전압 회로에서는 예비 충전 회로를 사용할 수 있다. 이 회로는 커패시터 충전 중 전류를 제한하는 예비 충전 모드를 지원하고, 부하 전압이 완전 충전의 90%에 도달하면 정상 작동 모드로 전환한다.

전원 스위치를 대용량으로 하는 것이 기본적인 대책이지만, 퓨즈를 대용량으로 하면 기기 보호 역할을 할 수 없다. 따라서 전원 투입 시 일시적인 대전류만 허용하는 특수 퓨즈인 타임 래그 퓨즈 또는 슬로우 블로우 퓨즈를 사용하기도 한다.

가장 근본적인 대책은 전원 전압이 서서히 상승하도록 하는 것이다. 출력 임피던스가 큰 전원을 사용하면 대전류가 흐를 때 출력 전압이 낮아져 대책으로 유효하다. 저항을 직렬로 삽입하는 것도 효과적이지만 정상 사용 시 손실이 크다.

소비 전력이 작은 기기라면 큰 자기 인덕턴스를 가진 코일을 직렬로 삽입하고, 그 뒤에 큰 디커플링 커패시터를 부착하여 상승을 완만하게 하고 전원의 저저항화를 양립할 수 있다. 파워 서미스터(NTC Type)를 사용하는 것도 방법이지만, 전원 차단 직후 재투입에는 효과가 없는 등의 단점이 있다. 대규모 회로에서는 전원 회로 자체에 서서히 상승하는 기능을 탑재하는 것을 고려해야 한다.

고압 설비에서는 저항 투입 방식^[7]이 널리 사용된다. 전동 조작으로 투입 저항 접점을 먼저 투입하여 돌입 전류를 억제한 후 주 접점을 투입하는 방식이다. 돌입 전류를 일정 값으로 억제하고 정상 상태의 손실도 없다. 분산형 전원 설비에서는 계통/고압측 용량이 작은 경향이 있어 돌입 전류가 발생하기 쉬우므로 이 방식의 채택이 증가하고 있다.

특고압 설비에서는 저항 투입 방식의 차단기를 메인 차단기와 병렬로 연결하거나, 대용량 저항기를 사용한 시스템을 구축하기도 한다. 차단기 투입 시에만 부하측에서 발전기로 인한 역방향 충전 상태로 계통과 동기 투입하는 방식도 널리 사용되지만, 발전기 연료비와 유지비가 높아지는 경향이 있다.

다른 방식으로는 위상각 제어 방식^[8]이 있다. 변압기 철심 내 잔류 자속과 투입 시 초기 자속 차이가 최소가 되는 타이밍에 차단기를 투입하는 방식이다. 이 방식은 전압 계급이나 변압기 종류에 관계없이 도입 가능하며, 일반 차단기와 조합하여 시스템을 구축할 수 있어 기존 설비에도 채택할 수 있다.

최근에는 새로운 에너지 절약 기준 시행으로 탑 러너 변압기^[9] 채택이 촉진되고 있다. 탑 러너 변압기는 고효율 변압기로, 철심 재질, 구조, 체적 개선으로 돌입 전류가 흐르기 어려운 성질을 가진다. 특히 여자 돌입 전류 억제를 특징으로 하는 제품도 있다.

5. 스위치 오프 시 스파이크

변압기, 전동기, 전자석 또는 다른 유도성 부하를 끌 때, 인덕터는 스위치나 차단기 양단의 전압을 높여 아크 방전을 발생시킨다. 변압기의 1차측 스위치를 끌 때, 유도성 역기전력(inductive kick)에 의해 2차측에 전압 급상승(voltage spike)이 발생하여 절연 파괴 및 연결된 부하에 손상을 줄 수 있다.^[3]

참조

_[1] 서적 Industrial Power Distribution John Wiley & Sons 2015
_[2] 웹사이트 NTC thermistors http://www.temperatu[...]
_[3] 웹사이트 Electrical Engineer https://books.google[...] 1896
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_[5] 웹사이트 変圧器励磁突入電流抑制制御装置の開発 http://www1.kyuden.c[...]
_[6] 웹사이트 起動時に突入電流を発生させる機器をUPSに接続して使用することはできますか／接続してはいけない機器はありますか https://www.oss.omro[...]
_[7] 웹사이트 2008電設工業展製品コンクール入賞製品ガイド http://www.ohmsha.co[...]
_[8] 웹사이트 変圧器励磁突入電流抑制装置紹介記事 https://www.ipros.jp[...]
_[9] 웹사이트 トップランナー変圧器第二次判断基準2014年度スタート http://www.jema-net.[...]

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