플로트 스위치 저수조·고수조 수위 제어 회로 구성법 — 회로도 4종 완전 수록

플로트 스위치를 이용한 저수조·고수조 제어 회로 구성법

수위 자동 감지부터 펌프 자기유지 제어까지 — 실무 회로 설계 완전 가이드

전동기 제어 / 시퀀스 회로 🔴 고급 KEC 2023 IEC 60617

01 / 개요

저수조·고수조 수위 제어의 필요성

건물 급수 설비에서 저수조(하부 물탱크)와 고수조(옥상 물탱크)는 안정적인 급수를 위해 반드시 수위를 자동으로 관리해야 합니다. 수위 제어가 제대로 이루어지지 않으면 저수조가 비었을 때 펌프가 공회전하여 모터 과열·소손이 발생하고, 고수조가 가득 찬 상태에서도 펌프가 계속 구동되면 물이 넘쳐 건물 구조물 피해로 이어집니다. 플로트 스위치(Float Switch)는 부력을 이용해 수위를 전기 접점 신호로 변환하는 센서로, 비용 대비 신뢰성이 높아 현장에서 가장 널리 사용됩니다. 본 가이드에서는 저수조·고수조를 연동하는 자기유지 시퀀스 제어 회로를 단계별로 설계하고, 실무에서 자주 발생하는 오배선 실수와 안전 대책을 함께 정리합니다.

💧

저수조 역할

상수도에서 공급받은 물을 1차 저장하는 하부 탱크입니다. 하한 수위 이하로 내려가면 펌프 기동 신호를 발생시켜 수위를 유지합니다.

🏗️

고수조 역할

옥상 등 높은 위치에 설치되어 중력으로 각 층에 급수하는 상부 탱크입니다. 상한 수위 도달 시 펌프 정지 신호를 발생시킵니다.

🔄

펌프 자동화

플로트 스위치 신호를 조합한 자기유지 회로로 펌프를 자동 기동·정지합니다. 사람이 수동 조작하지 않아도 수위가 설정 범위 내에서 자동 유지됩니다.

🛡️

안전 보호

수위 이상(over/under) 시 알람 출력과 비상 정지 기능을 추가하여 펌프 손상과 수조 범람을 이중으로 방지합니다.

02 / 주회로 및 제어 회로도

플로트 스위치 수위 제어 — 주회로·제어회로 다이어그램

그림 1 — 3상 유도전동기(펌프) 주회로(좌)와 플로트 스위치 자기유지 제어 회로(우). R·S·T 3상 전원 → MCCB → MC 주접점 → THR → 전동기 순으로 구성되며, 제어 회로는 저수조 하한(FS-1 NO)·고수조 상한(FS-2 NC)·자기유지 보조접점·MC 코일로 구성됩니다.

02-B / 배선 연결도

실제 배선 연결도 (Terminal Wiring Diagram)

그림 2 — 저수조(FS-1 NO접점)·고수조(FS-2 NC접점)와 제어반 단자대 간 실제 배선 연결도. 신호 케이블은 CVVS 2C×1.5mm²를 사용하며, 제어반 내 단자대(TB)를 통해 각 기기와 접속합니다.

02-C / 블록 다이어그램

수위 자동 제어 시스템 블록 다이어그램

그림 3 — 수위 자동 제어 시스템 블록 다이어그램. 저수조 FS-1(하한 NO) 및 고수조 FS-2(상한 NC) 신호가 제어반 시퀀스 회로로 입력되어 MC 동작을 결정하고, 펌프 구동 후 수위 피드백으로 자동 정지되는 폐루프 구조를 나타냅니다.

03 / 기기 구성

기기별 역할 및 선정 기준

저수조·고수조 수위 제어 회로를 구성하는 각 기기는 역할이 명확히 구분되므로 선정 시 정격과 용도를 정확히 파악해야 합니다. 주회로 기기는 대전류(펌프 운전 전류)를 개폐하고, 제어 회로 기기는 소신호(플로트 스위치 접점 신호)를 처리합니다. 플로트 스위치는 수조 내부에 직접 노출되는 만큼 IP68 이상의 방수 등급과 내식성이 확보된 제품을 선택해야 하며, 전자접촉기는 펌프 정격전류의 125% 이상 정격을 갖는 제품으로 선정합니다. 아래 표에서 각 기기의 IEC 심볼 번호, 역할, 적정 규격 및 선정 기준을 정리하였습니다.

기기명	IEC번호	역할	전압/용량	선정기준
플로트 스위치 FS-1	IEC 60947-5	저수조 하한 수위 감지 (NO 접점 출력)	AC 250V / 10A	IP68, 내식성 재질, 동작 수위 조정 가능 여부
플로트 스위치 FS-2	IEC 60947-5	고수조 상한 수위 감지 (NC 접점 출력)	AC 250V / 10A	IP68, 배선 인출 방향(상·하) 및 케이블 길이 확인
전자접촉기 MC	IEC 60947-4	주회로 개폐 및 자기유지 보조접점 제공	AC 380V / 18A 이상	펌프 정격전류 × 1.25 이상, AC-3급 선정
열동계전기 THR	IEC 60947-4	전동기 과부하 전류 검출 및 회로 차단	정격전류 ±20% 조정	펌프 FLA에 맞는 정격 범위 설정, 자동 복귀형
배선용 차단기 MCCB	IEC 60947-2	단락 및 과전류 보호 (주회로 최상위 보호)	3P / 정격전류 × 1.5 ~ 2.5배	차단 용량(kA), 순시 트립 특성(D형) 확인
누전차단기 ELB	IEC 60947-2	수중 및 수조 주변 지락 전류 검출·차단	30mA / 0.1초 이내	수(水)분야 설비 필수 적용, 감도 30mA 선택

04 / 동작 시퀀스

수위 변화에 따른 제어 동작 단계별 해설

1

저수조 수위 하한 도달 — FS-1 ON

저수조 수위가 설정된 하한선 이하로 내려가면 부력을 잃은 FS-1 플로트가 내려가면서 NO 접점이 닫힙니다. 이 신호는 제어 회로의 기동 조건으로 사용되며, 고수조 상한 접점(FS-2 NC)이 닫혀 있는 상태이면 MC 코일에 전압이 인가됩니다. MC가 여자되면 주접점이 닫혀 전동기(펌프)가 기동하고, 동시에 MC 보조 a접점(자기유지 접점)도 닫힙니다. 이후 FS-1이 다시 열려도 자기유지 접점에 의해 MC는 계속 여자 상태를 유지하므로 펌프는 계속 구동됩니다.

2

펌프 기동 및 자기유지 유지

MC 코일이 여자된 후 자기유지 보조 a접점이 FS-1과 병렬로 연결되어 있으므로, FS-1 접점이 수위 상승으로 다시 열려도 회로는 계속 도통 상태입니다. 이 자기유지 회로는 펌프가 물을 채워 나가는 동안 안정적으로 운전이 지속되도록 보장하는 핵심 기능입니다. 자기유지가 없으면 수위가 소폭 상승할 때마다 펌프가 잦은 기동·정지를 반복하여 모터 수명을 단축시킵니다. 실무에서는 자기유지 보조접점의 접촉 불량이 가장 흔한 오작동 원인이므로 정기 점검이 필요합니다.

3

고수조 수위 상한 도달 — FS-2 동작으로 정지

펌프 가동으로 고수조 수위가 상승하여 설정 상한에 도달하면 부력으로 FS-2 플로트가 올라가 NC 접점이 열립니다. 제어 회로의 FS-2 NC 접점이 열리면 MC 코일 회로가 끊겨 MC가 소자되고, 주접점과 자기유지 보조접점이 모두 열리면서 펌프가 정지합니다. 자기유지가 해제된 상태이므로 이후 수위가 다시 소폭 내려가도 FS-2가 닫혀도 펌프는 재기동하지 않으며, 저수조 수위가 다시 하한에 도달해야만 FS-1이 ON되어 재기동 조건이 형성됩니다. 이 히스테리시스 특성이 펌프의 빈번한 기동·정지를 방지합니다.

4

과부하 발생 — THR 트립 및 ALM 경보 출력

펌프 운전 중 과부하 전류가 흐르면 열동계전기(THR)가 트립하여 NC 접점이 열리고 MC 코일 회로를 차단합니다. 동시에 THR의 다른 접점(a접점)이 닫혀 알람 코일(ALM)에 전압이 공급되어 경보 부저나 경보등이 동작합니다. 관리자는 알람 신호를 확인하고 원인을 제거한 후 THR 리셋 버튼을 눌러 복귀시켜야 합니다. 자동 복귀형 THR은 원인이 제거되면 자동으로 복귀하지만, 반복 트립을 방지하기 위해 수동 복귀형을 권장합니다.

5

수동 조작 — PB-ON / PB-OFF 비상 제어

자동 수위 제어 외에도 현장 점검이나 비상 상황을 대비하여 수동 기동(PB-ON)과 수동 정지(PB-OFF) 버튼을 반드시 설치해야 합니다. PB-ON은 FS-1과 병렬로 연결되어 수동 기동이 가능하도록 하며, PB-OFF는 제어 회로 직렬에 연결하여 언제든지 펌프를 즉시 정지할 수 있도록 합니다. 수동 조작 시에도 자기유지 회로가 정상 동작해야 하므로 배선 완료 후 수동 기동·수동 정지 동작을 반드시 테스트합니다. 현장 제어반에는 자동/수동 절환 선택 스위치(Auto/Manual Switch)를 추가하면 더욱 완성도 높은 제어 시스템이 됩니다.

05 / KEC 기준

관련 KEC 기준

KEC 232

자동 제어 회로 구성 기준

수위 제어와 같이 자동으로 전동기를 기동·정지하는 회로는 KEC 232(제어 회로)에 따라 적합한 보호 장치와 제어 소자를 설치해야 합니다. 제어 회로 전압은 최대 AC 250V 이하를 원칙으로 하며, 안전을 위해 가능하면 AC 24V 또는 DC 24V 저전압 제어 방식을 권장합니다.

KEC 210

전동기 과부하 및 단락 보호

전동기 회로는 KEC 210에 따라 과부하 보호(THR 또는 전자식 과전류계전기)와 단락 보호(MCCB 또는 퓨즈)를 각각 독립적으로 설치해야 합니다. 배선용 차단기 한 가지만으로는 전동기 보호 규정을 완전히 충족하지 못하므로 반드시 열동계전기를 병용해야 합니다.

KEC 140

접지 및 감전 보호 (수(水)분야)

수조 주변 습윤 환경에서는 KEC 140(접지 시스템)에 따라 보호 접지(PE)를 전동기, 제어반 외함, 수조 금속 구조물에 적용해야 합니다. 또한 감전 위험 장소(욕실, 수영장 등과 유사한 환경)에 준하여 누전차단기(ELB, 30mA)를 설치하도록 규정합니다.

KEC 232.3

과전류 차단 장치 위치 및 배선

제어 회로 배선은 KEC 232.3에 따라 과전류 차단 장치를 제어 전원 공급 측 가까운 곳에 설치하여 배선 단락 시 보호가 이루어지도록 해야 합니다. 제어 회로 배선에는 1.5mm² 이상의 CVVS(차폐 케이블) 사용을 권장하며, 동력 케이블과 분리 배선하여 노이즈 유입을 방지합니다.

06 / 현장 팁

현장 실무 포인트

🔧

플로트 스위치 접점 확인 — NO/NC 오배선 방지

현장에서 가장 흔한 실수는 FS-1(하한)을 NO 대신 NC로 연결하거나, FS-2(상한)을 NC 대신 NO로 연결하는 오배선입니다. 설치 전 반드시 테스터기로 수위 변화에 따른 접점 동작 방향을 확인하고, 시운전 시 물을 직접 채워 넣으며 동작을 검증하세요. 접점 동작이 반대로 나타나면 제어 회로 내 해당 접점의 연결 방향을 수정하거나 스위치 자체를 뒤집어 설치합니다.

📐

플로트 스위치 설치 위치 및 수위 조정

저수조 하한 스위치는 펌프 흡입구보다 최소 10~15cm 위에 설치하여 펌프 공회전을 방지합니다. 고수조 상한 스위치는 만수위보다 5~10cm 아래에 설치하여 배관 연결부 누수나 지연 정지로 인한 범람 여유를 확보합니다. 플로트 스위치의 케이블 길이(앙커 길이)를 조정하여 상한·하한의 수위 차이(히스테리시스)를 현장 조건에 맞게 설정합니다.

⚠️

자기유지 보조접점 불량 — 정기 점검 필수

자기유지 회로에서 MC 보조 a접점이 산화나 마모로 불량해지면 펌프가 자기유지 해제 후 재기동하지 않거나, 반대로 정지 신호에도 계속 운전되는 현상이 발생합니다. 정기 점검 시 보조접점의 접촉 저항(정상: 1Ω 이하)을 측정하고, 전자접촉기 교체 주기(통상 10만 회 조작)를 준수합니다. 접점 불량이 의심되면 접촉면을 청소하거나 MC를 교체하고, 추가로 보조접점 블록을 외부 릴레이(HH 릴레이)로 대체하는 방법도 있습니다.

💡

알람 및 표시등 회로 반드시 추가

수위 이상(고수위·저수위 동시 이상)이나 THR 트립 시 관리자에게 즉시 알려주는 알람 회로와 운전 상태 표시등(PL)은 생략하기 쉽지만 실무에서 매우 중요합니다. 알람은 제어반 전면의 부저와 경보등으로 출력하고, 원격 모니터링이 필요한 현장에서는 릴레이 출력을 BAS(빌딩 자동화 시스템) 또는 SCADA로 연결합니다. 야간·무인 운영 건물의 경우 SMS 경보 시스템 연동을 적극 검토하세요.

📊

제어 배선과 동력 배선 분리

플로트 스위치 신호 케이블(소신호 제어선)을 전동기 동력 케이블(3상 380V 대전류)과 같은 트레이나 덕트에 배선하면 전자기 노이즈 유입으로 오동작이 발생할 수 있습니다. 제어 배선은 CVVS(차폐 케이블)를 사용하고, 동력 배선과 최소 15cm 이상 이격하거나 별도의 금속 배선 덕트(Metal Duct)에 분리하여 배선합니다. 차폐층(Shield)은 제어반 측 1점 접지를 원칙으로 합니다.

🌡️

수조 내부 환경 고려 — 부식 및 방수 대책

수조 내부는 상시 습윤 환경으로 플로트 스위치 케이블 인출부, 금속 피팅류의 부식이 빠르게 진행됩니다. 스테인리스 STS304 또는 PP 재질의 스위치를 선택하고, 케이블 인출부에는 방수 그랜드(Waterproof Cable Gland)를 사용하여 수분 침투를 차단합니다. 수조 청소 주기에 맞춰 플로트 스위치 케이블의 피복 상태와 접점 동작을 함께 점검하는 것이 좋습니다.

07 / 시험 포인트

전기기사·전기산업기사 빈출 포인트

• 자기유지 회로 구성 원리: 전자접촉기 MC의 보조 a접점을 기동 접점(PB-ON 또는 FS-1 NO)과 병렬로 연결하여 자기유지를 구성하는 방법과 목적(잦은 기동·정지 방지, 안정 운전 유지)을 이해해야 합니다. 시험에서는 자기유지 접점이 없을 때 회로 동작의 차이를 묻는 문제가 출제됩니다.
• 플로트 스위치 접점 선택 (NO vs NC): 하한 감지에 NO 접점, 상한 정지에 NC 접점을 사용하는 이유와 페일세이프(Fail-Safe) 개념이 빈출입니다. 배선 단선 시 NC 접점 사용 부분에서 자동 정지가 이루어지는 안전 설계 원리를 반드시 숙지하세요.
• 열동계전기 (THR) 트립 후 복귀 방법: 수동 복귀형과 자동 복귀형의 차이, 트립 후 재기동 절차, 정격전류 설정 방법(FLA 기준)을 이해해야 합니다. 전기기사 필기에서는 과부하 계전기 특성 곡선과 트립 시간 계산 문제가 자주 출제됩니다.
• KEC 232 자동 제어 회로 규정: 제어 전압 범위, 과전류 차단 장치 설치 위치, 배선 굵기 기준을 법규 조항과 연계하여 암기해야 합니다. 특히 수(水)분야 설비에서 누전차단기(ELB 30mA) 설치 의무와 보호 접지(PE) 요건은 실기 시험의 설계 조건에도 반영됩니다.

08 / 안전

작업 안전 수칙

⛔

전원 차단 및 잠금 (LOTO) 철저 이행

수조 주변 전기 배선 작업 전에는 반드시 MCCB를 OFF하고 잠금장치(Lock-Out Tag-Out)를 적용하여 타인의 불시 투입을 방지해야 합니다. 전원 차단 후 검전기로 무전압 상태를 반드시 확인한 후 작업하며, 단순 점검이라도 활선 상태에서의 접점 조작은 절대 금지입니다.

🧤

방수·절연 보호구 착용

수조 내부 또는 인근에서 작업할 때는 절연 장갑(AC 1000V 등급 이상)과 방수 안전화를 반드시 착용해야 합니다. 바닥이나 벽면에 물기가 있는 상태에서 절연 장갑 없이 제어반을 조작하는 행위는 매우 위험하며, 300mA 이상의 지락 전류는 심실세동을 유발할 수 있으므로 절대 주의가 필요합니다.

🔒

누전차단기 동작 상태 정기 점검

수조 전기 설비에 설치된 누전차단기(ELB 30mA)는 월 1회 이상 테스트 버튼으로 정상 동작 여부를 확인해야 합니다. 누전차단기가 트립 후 재투입되지 않거나 테스트 동작이 불량한 경우 즉시 교체해야 하며, 절대로 테이프나 쐐기로 강제 투입 상태를 유지하는 행위는 금지합니다.

📋

작업 전 위험성 평가 및 2인 1조 작업

수조 내부 진입을 수반하는 작업(플로트 스위치 교체, 케이블 인출 등)은 밀폐 공간 작업 절차에 준하여 산소 농도 측정, 환기, 2인 1조 작업을 반드시 준수해야 합니다. 작업 전 작업 허가서(PTW)를 발행하고 비상 연락망과 구조 장비를 사전에 확인한 후 작업에 임하도록 합니다.

본 가이드는 교육 목적으로 작성되었습니다.
KEC 2023 · IEC 60617 · IEC 60947 · KEPCO 기준 참조