압력 트랜스미터 2선식 배선도와 4-20mA 신호 측정 방법 완벽 정리

📡 계측·센서 회로 | 글번호 83

압력 트랜스미터 배선도와
4-20mA 신호 측정 방법 완벽 정리

🔴 중급 전기기술자 대상 KEC 212 적용 전기기술사 대비

01 / 문제 제기

현장에서 가장 많이 발생하는 트랜스미터 배선 오류

압력 트랜스미터 배선 오류는 현장에서 가장 자주 접하는 계측 트러블 중 하나입니다. 트랜스미터를 설치했음에도 불구하고 PLC 화면에 4mA 대신 0mA가 표시되거나, 압력값이 실제와 전혀 다르게 나타나는 경우가 빈번합니다. 이러한 오류는 대부분 2선식·3선식 혼동, 루프 전원 미공급, 또는 멀티미터 측정 방법의 잘못된 적용에서 비롯됩니다.

4-20mA 전류 루프 신호는 산업 현장에서 가장 보편적으로 사용되는 아날로그 신호 방식으로, 장거리 전송에도 노이즈 영향이 적고 배선 단선 감지가 가능한 장점이 있습니다. 그럼에도 불구하고 올바른 배선 방법과 측정 절차를 모르면 현장에서 불필요한 시간 낭비와 설비 오동작이 발생합니다.

이 글에서는 2선식 압력 트랜스미터 배선도부터 실제 4-20mA 신호 측정 방법, PLC 아날로그 입력 연결, 노이즈 대책까지 단계별로 완벽하게 정리합니다. 전기기술사 실기 시험 준비자와 현장 전기기술자 모두에게 실전 가이드가 될 것입니다.

02 / 트랜스미터 종류 비교

2선식·3선식·4선식 트랜스미터 완벽 비교

압력 트랜스미터는 배선 방식에 따라 2선식(2-wire), 3선식(3-wire), 4선식(4-wire)으로 분류됩니다. 현장에서 가장 많이 사용되는 방식은 2선식 루프 파워드(Loop-Powered) 트랜스미터로, 전원 공급선과 신호선을 동일한 2가닥 케이블로 겸용합니다. 이로 인해 배선이 단순하고 케이블 비용이 절감되는 장점이 있으나, 루프 전원(보통 24V DC)이 반드시 공급되어야 동작합니다.

3선식은 전원 공급 (+, −)과 신호 출력을 별도 선으로 구성하며, 주로 RTD 온도 센서나 일부 능동형 센서에 사용됩니다. 4선식은 전원과 신호가 완전히 분리된 구조로, 자체 전원이 내장된 트랜스미터에 적용됩니다. 배선 오류를 예방하기 위해서는 설치 전 반드시 트랜스미터 데이터시트에서 트랜스미터 배선 방식 확인을 먼저 해야 합니다.

구분	2선식 (Loop-Powered)	3선식	4선식
전선 수	2가닥	3가닥	4가닥
전원 공급	루프 전원 (외부 24V)	별도 전원 (+, −)	자체 내장 전원
신호선	전원선과 겸용	별도 신호선	별도 신호선
소비 전류	4~20 mA	4~20 mA	신호와 무관
대표 적용	압력·차압 트랜스미터	열전대 변환기 일부	유량계, 고정밀 계기
배선 복잡도	★☆☆ (단순)	★★☆ (중간)	★★★ (복잡)

03 / 시스템 구성

압력 트랜스미터 시스템 전체 구성

압력 트랜스미터 4-20mA 루프 시스템의 전체 구성을 이해하면 배선 오류를 사전에 예방할 수 있습니다. 현장 프로세스의 압력 정보가 트랜스미터에서 전류 신호로 변환되어 PLC나 DCS의 아날로그 입력 모듈로 전달됩니다. 루프 전원 공급기, 트랜스미터, 신호 전송 케이블, 수신 계기가 하나의 직렬 루프를 구성하는 방식이 핵심입니다.

⑥ 블록 다이어그램 — 4-20mA 루프 시스템 전체 구성

04 / 배선도

2선식 압력 트랜스미터 실제 배선도

2선식 압력 트랜스미터 단자 배선의 핵심은 루프 전원과 신호 전류가 동일한 2가닥 배선을 통해 흐른다는 점입니다. 트랜스미터의 (+) 단자에는 전원 공급기의 24V (+)가 연결되고, (−) 단자는 PLC 아날로그 입력 단자를 거쳐 전원 공급기의 GND(0V)로 돌아오는 루프 회로를 구성합니다. 이때 전류는 루프 전체에 동일하게 흐르므로 어느 지점에서 직렬로 측정해도 같은 mA 값이 나타납니다.

단자 결선 시에는 트랜스미터 외함의 케이블 인입부에 실드 처리를 하고, 실드 케이블 편조 실드 접지는 반드시 제어반 쪽 한 점(단일 접지)에만 접속해야 합니다. 양단 접지 시 접지 루프 전류가 발생하여 신호 오차가 생깁니다.

③ 배선도 — 2선식 압력 트랜스미터 단자 연결 배선도

05 / 신호 원리

4-20mA 전류 루프 신호의 원리와 계산법

4-20mA 라이브 제로(Live Zero) 방식의 가장 중요한 특징은 정상 동작 범위가 0mA가 아닌 4mA에서 시작한다는 점입니다. 이는 배선 단선 시 전류가 0mA가 되어 즉시 이상을 감지할 수 있는 Fault Detection 기능을 내장하기 위한 설계입니다. 4mA는 측정 범위 0%, 20mA는 100%에 해당하며, 중간 값은 선형 비례 관계로 계산됩니다.

예를 들어, 측정 범위가 0~10 bar인 트랜스미터에서 12mA가 측정되면 실제 압력은 5 bar입니다. PLC에서는 아날로그 입력 모듈의 부하 저항(보통 250Ω)을 통해 전류를 전압으로 변환하고, 이를 디지털 값으로 스케일링하여 공학 단위(bar, kPa 등)로 표시합니다.

/* 4-20mA → 공학값 변환 공식 */
측정값(%) = (측정전류[mA] - 4) ÷ (20 - 4) × 100

공학값 = 스팬(최대-최소) × 측정값(%) / 100 + 최솟값

/* 예시: 0~10 bar, 측정전류 = 12 mA */
측정값(%) = (12 - 4) / 16 × 100 = 50%
공학값 = (10 - 0) × 50 / 100 + 0 = 5.0 bar

/* PLC AI 부하저항 전압 변환 */
V = I × R = 20mA × 250Ω = 5V (최대)
V = I × R = 4mA × 250Ω = 1V (최소)

전류값 (mA)	측정 범위 (%)	압력 예시 (0~10 bar)	상태/의미
0 mA	—	—	배선 단선 / 기기 고장
4 mA	0%	0.0 bar	정상 최솟값 (Live Zero)
8 mA	25%	2.5 bar	정상 동작 범위
12 mA	50%	5.0 bar	정상 중간값
16 mA	75%	7.5 bar	정상 동작 범위
20 mA	100%	10.0 bar	정상 최댓값
21~22 mA	> 100%	Over Range	센서 초과 / 이상 신호

06 / 회로도

4-20mA 루프 회로도 및 측정 회로

4-20mA 루프 회로 직렬 측정법은 멀티미터를 루프 내 임의 지점에 직렬로 삽입하여 전류를 측정하는 방식입니다. 병렬로 연결하면 임피던스 변화로 루프가 단락되어 트랜스미터가 손상되므로 반드시 직렬 접속해야 합니다. 멀티미터의 전류 측정 단자(mA/A)를 사용하며, 붉은 프로브를 전류 유입 방향(+측)에 연결합니다.

회로도에서 트랜스미터는 가변 전류원(Controlled Current Source)으로 표현되며, 압력에 따라 4~20mA 전류를 루프 내에 흘려보냅니다. PLC AI 모듈의 입력단에는 250Ω 내부 저항이 포함되어 있어 전류를 1~5V 전압으로 변환합니다.

② 회로도 — 4-20mA 루프 전기 회로도 (IEC 60617 심볼)

07 / 측정 방법

멀티미터를 이용한 4-20mA 신호 측정 단계별 절차

멀티미터 직렬 연결 4-20mA 측정 방법은 반드시 루프를 일시 단선시키고 그 사이에 멀티미터를 직렬로 삽입하는 방식입니다. 측정 시에는 먼저 멀티미터 레인지를 DC mA(또는 200mA)로 설정하고, 붉은 프로브를 전류 유입측(+), 검정 프로브를 전류 유출측(−)에 연결합니다. 이때 극성을 반대로 연결하면 멀티미터에 음수 값이 표시되므로 주의해야 합니다.

측정 위치는 트랜스미터(−) 단자에서 PLC AI(+) 단자 사이, 또는 PLC AI(−)에서 전원 GND 사이 어느 지점이든 무관합니다. 직렬 루프이므로 전 구간에서 동일한 전류가 흐릅니다. 현장에서는 단자대(TB)에서 선을 분리하고 직렬 삽입하는 것이 가장 안전한 방법입니다.

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루프 전원 및 PLC 통전 상태 확인

측정 전 루프 전원 공급기(24V DC)가 정상 출력되고 PLC AI 모듈이 활성화되어 있는지 확인합니다. 전원이 공급되지 않으면 트랜스미터가 동작하지 않아 0mA가 출력됩니다.

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멀티미터 설정 — DC mA 레인지 선택

멀티미터를 DC 전류(mA) 측정 모드로 전환합니다. 레인지는 200mA 또는 Auto로 설정하며, 전류 측정 단자(COM, mA/A)를 사용합니다. 전압(V) 단자에 연결하면 내부 저항이 거의 없어 단락 사고가 발생합니다.

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단자대에서 배선 분리 후 직렬 삽입

측정할 단자대 구간에서 선 한 가닥을 분리하고, 분리된 단자와 선 사이에 멀티미터를 직렬로 연결합니다. 붉은 프로브는 전원 공급 방향(+측), 검정 프로브는 GND 방향(−측)에 접속합니다.

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압력 변화에 따른 전류값 확인

트랜스미터에 실제 압력이 없는 상태(대기압)에서는 4mA, 최대 압력 상태에서는 20mA에 가까운 값이 표시되어야 정상입니다. 중간 압력에서는 위의 선형 변환 공식으로 정상 여부를 판단합니다.

5

측정 후 배선 복구 및 절연 확인

측정이 완료되면 분리했던 배선을 원래 단자에 재결선하고 토크렌치로 단자 조임을 확인합니다. 이후 PLC에서 AI 입력 값이 정상 스케일로 표시되는지 최종 확인합니다.

⚠ 주의: 멀티미터의 전압(V) 단자에 전류를 측정하면 내부 저항이 거의 0Ω이므로 루프가 단락되어 트랜스미터 및 PLC 모듈이 손상됩니다. 반드시 mA 전용 단자를 사용하십시오.

08 / 계통도

제어반 내부 기기 배치 및 접속 계통도

압력 트랜스미터 제어반 계통도는 루프 전원 공급기, 단자대(TB), 차단기, PLC AI 모듈 간의 전력 및 신호 흐름을 나타냅니다. 현장에서 트랜스미터와 제어반을 연결하는 케이블은 단자대를 거쳐 PLC 모듈에 접속되며, 이 단자대가 배선 점검과 신호 측정의 주요 포인트가 됩니다.

루프 전원 공급기는 일반적으로 DIN레일 장착형 24V DC 전원 모듈을 사용하며, 과전류 보호를 위해 소형 차단기(MCB 1A)와 함께 설치합니다. 트랜스미터 루프 전원 보호 회로에는 역전류 방지용 다이오드나 폴리퓨즈를 추가하는 것이 권장됩니다.

④ 접속도 — 현장 트랜스미터 ↔ 제어반 간 케이블 접속 계통도

09 / KEC 법규

KEC 및 전기설비기술기준 적용 기준

KEC 212조 아날로그 신호 배선 기준에 따르면 계측 신호 배선은 동력 배선과 분리하여 포설해야 하며, 특히 4-20mA 신호 케이블은 노이즈 유입 방지를 위해 실드 케이블 사용을 권장합니다. 전기설비기술기준 제21조에서는 약전류 회로의 혼촉 방지를 위한 이격 거리와 보호 방식을 규정하고 있습니다.

현장에서 케이블 포설 시에는 계측 신호 케이블과 동력 케이블 이격 거리를 최소 300mm 이상 유지해야 하며, 부득이하게 교차 포설 시에는 90° 직각으로 교차시켜 유도 노이즈를 최소화해야 합니다. 트레이 배선 시에는 격벽 설치가 권장됩니다.

KEC 212 — 저압 배선 기준

계측 신호 배선은 동력 배선과 별도 경로로 포설. 신호 케이블 최소 이격 거리: 동력 배선과 300mm 이상 유지.

전기설비기술기준 제21조

약전류 전선과 강전류 전선의 혼촉 방지 규정. 계측 신호 회로는 별도 덕트 또는 실드 케이블 적용 의무.

KEC 142 — 접지 시스템

실드 케이블의 편조 실드는 제어반 단일 점 접지. 양단 접지 시 접지 루프에 의한 노이즈 전류 발생 금지.

KEC 511 — 계기용 변성기 보호

아날로그 신호 루프에는 과전류 보호 소자(퓨즈 또는 MCB 1A)를 설치하여 트랜스미터 보호.

10 / 노이즈 대책

4-20mA 신호 노이즈 원인과 현장 대책

4-20mA 신호 노이즈 원인과 대책은 현장 계측 품질 유지에 필수적인 지식입니다. 전류 루프 방식은 전압 신호(0-10V)에 비해 노이즈에 강하지만, 케이블 포설 경로가 잘못되거나 접지 처리가 불량하면 신호 변동 및 오차가 발생합니다. 특히 인버터(VFD)나 대용량 모터 근처에서는 전자기 유도 노이즈가 심하게 발생합니다.

노이즈 대책의 핵심은 실드 케이블 사용, 제어반 단일 점 접지, 신호선과 동력선 분리 포설입니다. 추가적으로 트랜스미터 측에 서지 보호 소자(TVS 다이오드 또는 배리스터)를 설치하면 낙뢰 서지로부터 계기를 보호할 수 있습니다.

✅ 실드 케이블 사용

편조(Braided) 또는 호일(Foil) 실드 케이블을 사용하고, 실드는 제어반 측 한 점에만 접지합니다.

✅ 케이블 이격 포설

동력 케이블(인버터, 모터)과 신호 케이블은 최소 300mm 이상 이격하여 별도 트레이에 포설합니다.

✅ 페라이트 코어 적용

신호 케이블 입·출력 단에 페라이트 코어(클램프 타입)를 추가하면 고주파 노이즈를 효과적으로 제거합니다.

✅ 서지 보호 소자 설치

낙뢰가 빈번한 지역의 야외 트랜스미터에는 신호선 단자에 서지 어레스터(Surge Arrester)를 설치합니다.

노이즈 원인	증상	대책	효과
인버터 고주파	신호 0.5~2mA 변동	실드 케이블 + 이격	★★★
접지 루프	주기적 신호 노이즈	단일 점 접지 변경	★★★
낙뢰 서지	트랜스미터 소손	서지 어레스터 설치	★★☆
배선 길이 과다	신호 감쇠	루프 전압 ≥ 12V 확인	★★☆
케이블 교차	간헐적 오차	90° 직각 교차 포설	★☆☆
단자 산화	저항 증가 → mA 감소	단자 청소 + 재결선	★★☆

11 / 안전수칙

압력 트랜스미터 배선 작업 안전수칙

압력 트랜스미터 배선 작업 안전 절차는 전기적 위험뿐만 아니라 압력 시스템의 유체 유출 위험도 함께 고려해야 합니다. 트랜스미터를 설치 또는 교체할 때는 반드시 해당 공정의 압력을 차단하고 잔압을 제거한 후 작업해야 합니다. 전기 배선 작업은 정전 상태에서 수행하되, 루프 전원을 차단한 뒤 멀티미터로 전압이 0V임을 확인합니다.

⚡ 전원 차단 확인

배선 작업 전 루프 전원(24V DC) 차단 후 멀티미터로 0V 확인. LOTO(잠금·태그아웃) 절차 적용.

🔧 잔압 제거

압력 라인 연결 트랜스미터 교체 시 밸브 차단 후 블리딩 밸브로 잔압 완전 제거 후 작업.

🧤 PPE 착용

절연 장갑(Class 00 이상), 안전화, 보안경을 착용. 고압 유체 작업 시 내압 장갑 추가 착용.

📋 배선 전 도면 확인

작업 전 최신 배선도(As-built)를 반드시 확인하고, 변경 사항이 있으면 도면을 업데이트합니다.

🚨 위험: 4-20mA 루프 배선은 저전압(24V)이나, 공정 배관의 고압 유체(스팀, 고압가스)가 누출되면 치명적 사고로 이어질 수 있습니다. 압력 시스템은 반드시 공정 차단 및 잔압 제거 후 작업하십시오.

FAQ

자주 묻는 질문

Q1. 압력 트랜스미터는 반드시 2선식인가요? 3선식과 차이는 무엇인가요?

대부분의 산업용 압력 트랜스미터는 2선식(Loop-Powered)입니다. 2선식은 전원과 신호를 동일한 2가닥 배선으로 겸용하여 배선이 단순하고 경제적입니다. 3선식은 전원(+, −)과 신호선이 별도로 분리된 방식으로 RTD 등 일부 센서에 사용되며, 배선 전 데이터시트에서 반드시 확인해야 합니다.

Q2. 4mA가 0%인 이유가 무엇인가요? 0mA를 쓰면 더 단순하지 않나요?

4mA에서 시작하는 것은 "라이브 제로(Live Zero)" 방식으로, 배선이 단선되면 전류가 0mA가 되어 측정값 0%와 구별됩니다. 만약 0mA를 0%로 사용하면 배선 단선과 실제 0% 신호를 구분할 수 없어 설비 이상 감지가 불가능합니다. 4mA 기반 설계는 Fault Detection을 위한 산업 표준입니다.

Q3. KEC 및 전기설비기술기준에서 4-20mA 배선에 관한 규정이 있나요?

한국전기설비규정(KEC) 212조에서 계측 신호 배선의 분리 포설을 규정하며, 전기설비기술기준 제21조에서 약전류 회로의 혼촉 방지 기준을 명시합니다. 실드 케이블 사용 및 동력 배선과의 이격(300mm 이상)이 주요 요구 사항이며, KEC 142조에서는 계측 배선의 단일 점 접지를 규정합니다.

Q4. 4-20mA 신호를 측정할 때 전압으로 측정할 수는 없나요?

직접적인 전류 측정이 어려운 경우, PLC AI 모듈의 250Ω 부하 저항 양단 전압을 측정하면 간접적으로 전류를 계산할 수 있습니다. 4mA에서 1V, 20mA에서 5V가 됩니다(V=I×R). 다만 이 방법은 250Ω 저항이 내장되어 있을 때만 유효하며, 직렬 mA 측정이 더 정확하고 직관적입니다.

Q5. 전기기술사 실기 시험에서 압력 트랜스미터 관련 문제가 출제되나요?

네, 전기기술사 실기 시험에서 4-20mA 루프 배선도 작성, 신호 변환 계산, PLC AI 스케일링, 노이즈 대책 등이 꾸준히 출제됩니다. 특히 2선식 루프 회로도와 단선 시 Fault Detection 원리, 실드 케이블 접지 방식은 빈출 항목이므로 회로도와 함께 숙지가 필요합니다.

📌 핵심 요약 — 압력 트랜스미터 배선 완벽 정리

2선식 압력 트랜스미터는 루프 전원(24V DC)과 4-20mA 신호를 동일 2가닥 배선으로 사용합니다. 4mA = 0%, 20mA = 100%의 라이브 제로 방식으로 단선 감지가 가능하며, 측정 시에는 멀티미터를 반드시 직렬로 연결해야 합니다. 실드 케이블 단일 점 접지와 동력 배선 이격(300mm)을 준수하면 노이즈 없는 안정적인 신호 전송이 가능합니다.