직류 대전류 션트, 출력 전압과 발열로 모델 고르기
수십~수백 A의 직류를 정밀하게 잴 때는 클램프보다 직류 대전류 션트를 쓰는 경우가 많습니다. 그런데 막상 모델을 고르려 하면 저항값과 출력 전압, 발열 가운데 무엇을 기준으로 삼아야 할지 헷갈립니다. Ohm-Labs CS 시리즈의 공식 사양을 바탕으로 션트를 고르는 기준과, 자기가열이 안정될 때까지 기다리는 운용 요령을 정리했습니다.
모델 선택
정격 전류와 출력 전압으로 고르는 모델
CS 시리즈는 정격 전류를 흘렸을 때 1 V(10 A 이하), 0.5~1 V(20·50 A), 30~200 mV(100~300 A), 100 mV(500·1000 A)가 나오도록 저항값이 정해져 있습니다.
션트는 값을 정확히 아는 저항에 전류를 흘리고, 양단 전압으로 전류를 구하는 표준기입니다. 그래서 저항값을 고르는 일은 측정기에 들어갈 전압을 고르는 일과 같습니다. 아래 표의 정격 전력은 정격 전류의 제곱에 저항을 곱한 값(I²R)이고, CS-100·200·300은 제품 페이지에 전력이 나와 있지 않아 사양값으로 계산했습니다.
| 모델 | 정격 전류 | 저항 | 정격 출력 | 정격 전력 | 정확도 |
|---|---|---|---|---|---|
| CS-1 | 1 A | 1 Ω | 1 V | 1 W | <0.005% |
| CS-10 | 10 A | 0.1 Ω | 1 V | 10 W | <0.01% |
| CS-50 | 50 A | 0.01 Ω | 0.5 V | 25 W | 0.01% |
| CS-100 | 100 A | 1 mΩ | 0.1 V | 10 W(계산) | 0.01% |
| CS-200 | 200 A | 1 mΩ | 0.2 V | 40 W(계산) | 0.02% |
| CS-300 | 300 A | 0.1 mΩ | 30 mV | 9 W(계산) | 0.025% |
| CS-500 | 500 A | 200 µΩ | 100 mV | 50 W | <0.02% |
| CS-1000 | 1000 A | 100 µΩ | 100 mV | 100 W | <0.025% |
출력 전압을 키울까요, 발열을 줄일까요?
150 A를 잴 때 CS-200은 0.15 V를 내보내지만 22.5 W가 발열합니다. CS-300은 발열이 2.25 W에 그치는 대신 출력이 15 mV에 머뭅니다.
출력 전압이 크면 측정기 분해능과 열기전력의 영향이 상대적으로 작아집니다. 열기전력은 서로 다른 금속이 만나는 곳의 온도차로 생기는 작은 전압입니다. 열기전력을 1 µV라고 가정하면 CS-200에서는 약 6.7 ppm이지만 CS-300에서는 약 67 ppm이 되어 열 배 차이가 납니다. 반대로 저항이 크면 발열이 커지고 안정 시간이 길어지니, 측정기의 전압 레인지와 허용할 수 있는 발열을 함께 놓고 고르세요.
사양 조건
정확도 사양에 들어 있는 운용 조건
CS 시리즈의 정확도는 0~100% 정격 전류, 18~30 °C 운용, 12개월 예측 안정도를 모두 포함한 값입니다. 그 조건 안이라면 별도의 전류·온도 보정 없이 사양을 그대로 적용할 수 있습니다.
0.1~50 A 모델은 여기에 교정 불확도까지 포함한다고 밝히고 있습니다. 따져 볼 것은 조건 밖에서 쓰는 경우입니다. 작업장 온도가 35 °C라면 18~30 °C를 5 °C 벗어나므로, 온도계수 상한으로 어림해 CS-200은 약 25 ppm, CS-300은 약 100 ppm을 더해 두는 편이 안전합니다. 계수가 선형이라고 가정한 보수적인 어림입니다.
자기가열이 안정되기까지 얼마나 기다려야 할까요?
Ohm-Labs의 션트 교정 논문에 따르면 높은 전류에서는 열평형까지 1시간 이상 걸릴 수 있고, 예시로 든 100 A 션트는 45분이 지나서야 꽤 안정되었습니다.
전류가 흐르면 저항체가 데워지고, 저항 합금은 온도에 따라 값이 바뀌므로 통전 직후의 값은 아직 움직이는 중입니다. 같은 논문은 망가닌의 온도계수를 실온 부근 약 20 ppm/°C로 들고, 자기가열에 따른 변화가 비선형이라 예시 션트의 값이 약 67 A에서 정점을 찍은 뒤 다시 내려갔다고 보고합니다. 전류를 바꿀 때마다 안정 시간을 다시 두고, 값의 변화가 멈춘 것을 확인한 다음 기록하세요.
전류 단자와 전위 단자를 나눈 4단자 결선
CS 시리즈는 큰 바인딩 포스트로 전류를 흘리고 작은 포스트에서 전압을 재는 4단자 구조입니다. 전위 단자로 전류를 흘리면 션트가 손상될 수 있습니다.
전류를 흘리는 선과 전압을 읽는 선을 따로 두는 4단자 결선이라야 리드와 접촉 저항이 결과에 섞이지 않습니다. 논문은 전위 리드를 바깥쪽으로 옮기면 값이 커지고 안쪽으로 옮기면 작아진다고 설명합니다. 포스트 윗면에 물리면 큰 오차가 생기므로 구멍에 끼워 연결하고, 케이블은 션트와 일직선으로 놓고, 전류 접촉면은 깨끗이 닦아 두라고 권합니다. 연결 방법을 모르는 성적서 값에는 전위·전류 연결 각각 100 ppm을 불확도에 더하는 추정도 소개합니다.
실제 쓰는 전류 범위 전체를 교정해야 하는 이유
CS 시리즈에는 정격 전류까지의 ISO/IEC 17025 인정 교정이 포함되어 있고, 매뉴얼도 정격 전류까지 정기적으로 재교정하라고 권장합니다.
논문은 정격 전류까지 교정하지 않으면 사실상 교정하지 않은 것과 같다고 강조합니다. 자기가열 곡선이 비선형이라 작은 전류의 값으로 큰 전류의 값을 추정할 수 없기 때문입니다. 온도까지 추적하려면 500 A 이상 모델 페이지가 안내하는 온도 옵션(100 Ω RTD, T형 열전대, 10 kΩ 서미스터 중 선택)으로 션트 소자에 센서를 붙이고, 전류·온도 특성을 함께 교정받으면 됩니다.
선택 순서
직류 션트 선택 순서
최대 전류에서 출발해 출력 전압, 발열, 온도 조건, 결선 순서로 모델을 좁혀 갑니다.
- 측정할 최대 전류를 정하고 정격이 그 이상인 모델을 추립니다.
- 정격 출력이 측정기 전압 레인지에 맞는지 확인합니다.
- 실제 전류에서 I²R 발열과 안정 시간을 계산합니다.
- 작업장 온도가 18~30 °C 밖이면 온도계수로 추가 오차를 어림합니다.
- 전류·전위 단자를 구분해 결선하고 안정 후 기록합니다.
- 실제 쓰는 전류 범위 전체로 재교정 일정을 잡습니다.
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자주 묻는 질문
전류 션트는 어떤 기준으로 고르나요?
정격 전류가 최대 측정 전류 이상이고, 정격 출력이 측정기의 전압 레인지에 맞는 모델을 고르세요. 같은 전류에서도 저항이 크면 출력은 커지지만 그만큼 I²R 발열도 늘어납니다.
CS-200으로 150 A를 재면 출력과 발열은 얼마인가요?
출력은 0.15 V, 발열은 22.5 W입니다. 저항이 1 mΩ이므로 150 A × 1 mΩ = 0.15 V, 150² × 1 mΩ = 22.5 W로 계산합니다.
전류 션트는 통전 후 얼마나 기다렸다가 측정해야 하나요?
높은 전류에서는 1시간 이상 걸릴 수 있습니다. Ohm-Labs 논문에 예시된 100 A 션트는 45분 뒤에 꽤 안정되었고, 전류를 바꿀 때마다 안정 상태를 다시 확인해야 합니다.
CS 시리즈 전류 션트를 정격 전류에서 계속 써도 되나요?
써도 됩니다. CS 시리즈 매뉴얼은 정격 전류까지 열화 없이 운용할 수 있다고 밝히고 있습니다. 다만 발열이 커지는 만큼 안정 시간은 길어집니다.
CS 시리즈로 교류 전류도 측정할 수 있나요?
저주파라면 측정할 수 있습니다. CS-100~300은 50 A에서 AC-DC 차이가 60 Hz 기준 0.01% 미만, 1 kHz 기준 0.1% 미만입니다. 다만 500 A 이상 모델은 펄스·고주파 용도에 권장되지 않습니다.
대전류 션트 선택, (주)테솔 엔지니어와 상의하세요
측정할 최대 전류와 읽을 장비의 입력 범위를 알려 주시면, 발열까지 고려해 맞는 션트 모델을 골라 드립니다. 대표번호 031-713-5988
제품 상담하기참고 자료
- Ohm-Labs, CS Series Precision Current Shunts 제품 페이지(0.1~10 A, 20~50 A, 100~300 A, 500 A 이상)
- Ohm-Labs, CS Instruction Manual
- Ohm-Labs, Calibrating Current Shunts – Techniques and Uncertainties
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