03 TV방송 시스템의 전원

TV방송제작 시스템을 운용함에 있어 중요한 것이 시스템에 공급되는 전원에 대한 기본적인 인식이다. 전원공급의 잘못으로 고가의 장비를 훼손시킬 수도 있다. 장비를 사용할 때는 제일 먼저 그 장비가 동작하도록 1차적으로 전원의 공급이 필수다. 어떤 장비의 고장발생의 원인은 전원문제가 제일 많다.

따라서 모든 장치는 정격전압과 정격전류를 잘 알고 전원을 투입해야 한타. 그 중 가장 민감한 것은 정격전압이다. 대부분 장비가 소모해야 할 전기의 용량(Wattage)은 전압과 전류에 의해서 결정되는데 그 중 전압에 큰 관계가 있다.

장비를 사용할 수 없는 고장이 발생하는 대부분이 전원고장에 의해서 일어난다. 문제가 있다면 우선 장치의 보호를 위해 사용되고 있는 정격퓨즈(Fuse)의 이상 유무를 살펴보고 이상이 없는지 확인할 필요가 있다.

 

3.1 전원장치

TV방송 장비를 사용하는 데는 반드시 전원이 필요하다. 전원에는 일반 가정용으로 110∼117Voltage, 200∼240Voltage가 있으나 주로 110V와 220V를 많이 사용한다. 그 원인은 미국, 캐나다, 일본처럼 방송장비를 많이 사용하는 국가들의 전원이 100V, 110V이고, 유럽과 우리나라 등이 220V, 230V의 전원을 사용하고 있기 때문이다. 그런데 모든 장비의 정격전압의 허용오차가 10%이어서 주로 110V와 220V를 사용해도 무방하다.

 

3.1.1 교류(AC)와 직류(DC)

전원에는 주파수를 가지고 있는 AC(Alternate Current)와 주파수가 없는 DC(Direct Current)가 있다. 큰 장비는 보통 AC를 사용하고, 작은 장비는 DC를 사용한다. 물론 TV방송 스튜디오 영상장비들은 대부분 AC를 사용한다.

▲ AC와 DC 전원의 특징

(1) AC 전원을 사용하면 여러 가지로 편리한 점이 있다. 특히 전기를 멀리 전송하거나 전압의 변환을 쉽게 할 수 있어 여러 가지 전압을 변동시켜 사용할 수 있다.

(2) DC는 전압변동이 어렵지만 일의 효율성을 높일 수 있다.

 

그림 3-1 교류와 직류

1. 전압(Voltage)

전압이란 2점간에 흐르는 전위차(電位差)를 말한다. 전기를 가지고 있는 전하가 흘러가기 위해서는 물과 같이 전압은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르고, 동일한 물의 양이지만 낙차가 크면 많은 힘을 얻을 수 있는 것과 같이 전압 또한 큰 전위차를 갖게 되면 큰 힘을 얻을 수 있게 된다.

2.  전류(Ampere)

전류란 2점간에 흐르는 전하의 이동양(移動量)을 말한다. 물과 비교한다면 단위 시간에 흐르는 물의양이라고 할 수 있다. 전하의 이동양이 많으면 큰 힘을 발휘할 수 있다.

3.  전력(Wattage)

전압과 전류가 작용해서 생기는 힘을 전력(Wattage)이라고 한다. 물과 비교한다면 물의 낙차와 물량이 결합해서 일으키는 힘(Power)이 될 수 있다. 여기서 알 수 있듯이 전류가 일정할 때 전압이 높아도 많은 힘인 전력을 높일 수 있고, 전압이 일정할 때 전류를 크게 해도 높은 전력을 얻을 수 있다.

전력(W) = 전압(V) × 전류(I )

4. Joule 열

앞에서 전력을 볼 때 전압이 일정할 때 전류를 높여도 많은 힘인 전력을 얻을 수 있다. 그런데 일정 기간 동안 전선에 전류가 흐르면서 저항에 의해 열이 발생해 전력의 손실이 많아진다. 열은 전류 I²에 비례하고 저항 R에 비례하는 것이 줄(Joule)열이라 한다.

Joule 열(H) = 전류(I²) × 저항(R) × 시간(t)

여기서 우리는 무리하게 전류가 많이 흐르도록 유도되면 많은 열이 발생하여 방송장비를 망가뜨릴 수 있음을 알 수 있다.

 

3.2 TV방송 장치의 정격전압

우리는 전압(V)과 전류(I )가 작용하여 장비를 이용할 수 있는 전력의 힘을 이용하게 된다는 것을 알 수 있다. 여기서 충분한 전력을 얻는 데 전압이 큰 역할을 한다는 사실을 알 수 있다.

우리나라도 처음에 가정에 공급되던 전압은 110V였다. 그러나 잘살게 되면서 가정의 전기 사용량이 늘어나 많은 전력을 해결하는 데 기존시설의 전선을 바꾸지 않고 전압을 높일 필요가 생겨 AC 220V의 전압을 사용하게 되었다.

많은 전력을 사용하기 위해 전류를 증가시키거나 전압을 증가시켜야 하는데 송전선에서 전류의 손실을 적게 하려면 전선이 굵어야 한다. 이 작업은 전선의 교체 비용이 너무 많이 필요하게 된다.

따라서 전류를 높여 공급하는 것보다 전압을 2배로 높여 준다면 2배의 전력(Power)을 얻을 수 있어 가정용 전압은 AC 220V로 승압시키게 되고, 가전제품의 정격전압이 AC 220V로 결정됐다. 그런데 TV방송 장비는 대개가 AC 110V의 전압을 정격전압(Rated Voltage)으로 사용하고 있다.

그 이유는 과거 미국과 일본에서 방송장비를 개발하고 많이 사용하는 관계로 제작을 그렇게 하고 있다. 따라서 우리나라의 방송설비는 방송장비의 정격전압에 일치시키기 위해 스튜디오 시설은 AC 110V를 기준으로 시설하여 사용된다.

그렇다면 유럽은 어떤 전압을 사용하고 있는가? 대개의 유럽 국가들은 AC 230V를 많이 사용하고 있어 일부의 방송제작 장비들이 AC 230V의 정격전압을 사용할 수 있도록 제작되고 있다. 이러한 장비는 우리의 AC 220V에서 사용해도 무방하다. 정격전압의 허용오차를 전압의 ±10%로 보고 있기 때문이다.

 

3.3  전원의 양극과 음극

전원은 일반적으로 극성을 중요시할 필요가 있다. 우리는 일반적으로 직류의 경우 ＋극, －극을 엄격히 구분해 사용하고 있지만 교류에서도 필요에 따라서 ＋극, －극을 결정하고 구분해야 할 필요가 있다.

어떤 장비를 단독으로 사용할 경우는 구별하지 않아도 좋지만 2대 이상의 장비를 유기적으로 연결하여 사용할 경우 극성이 서로 틀리면 장비와 장비 간의 전위차가 일어나 비디오나 오디오 Cable을 연결할 경우 전위차로 전기가 흐르게 되고 잘못되면 장비의 고장원인이 될 수 있다.

일반적으로 AC 110V, 220V의 경우 변압기에서 Y결선을 사용하게 되는데 3상의 중성점을 Ground 시킨다. 이 중성점을 연결한 중성선(中性線)과 다른 상(相)간에서 얻어지는 전압의 경우 중성선이 Ground 되고 있어 －극으로 볼 수 있다.

또한 중요한 것이 모든 장비는 접지(Ground)의 필요성이 있다. 접지라는 것은 장비의 표면 일부가 땅(Earth)과 똑 같은 전위를 갖도록 함으로서 사람이 장비에 접촉됐을 때 인체를 따라 전혀 전기가 흐르지 않게 되어 안전할 수 있다.

좀 더 구체적으로 기술한다면 우리가 살고 있는 지구의 표면전위를 0(V)전위로 결정해서 사람이 접해 있는 동안 0 Volt 전위를 유지하고 있다. 때문에 접지가 되어 있는 장비의 겉 표면이 0 Volt 전위가 되어 있어야 인체와 접속되거나 다른 장치들과의 사이에 전위차가 없어 전기가 전혀 흐르지 않게 된다.

일반 전선에 전기가 흐르고 있는 동안 사람이 전선을 접촉했을 때도 땅에 인체의 일부가 닿아 있다면 전위차에 의해 전기쇼크를 받게 되지만, 땅에 신체의 일부가 닿지 않으면 전기쇼크를 받지 않는다.

그러나 높은 전압을 가지고 있는 전선에 접촉되어 아래로 매달려 있을 경우 땅에 접촉이 안 돼도 콘덴서(Condenser)역할의 충전방전 작용이 일어나 생명을 잃게 된다.

▲ 일반적으로 전선의 극성 표시

① ＋극: White 또는 Red의 Color로 된 피복선

② －극: Black Color로 된 피복선

③ Ground: Green Color로 된 피복선으로 구분하고 있다.

그러나 2021년 이후 부터 Y결선에서 갈색(L1), 흑색(L2), 회색(L3) 그리고 청색(중성선)으로 표시된다.

전원코드의 입력 플러그(Plug)에서 장비와 접촉되는 부분이 AC 110V용이나 AC 220V용이나 구조가 똑같아서 주의하지 않으면 정격전압을 잘못 입력시킬 수 있다. 플러그가 꽂혀지는 장비의 전원입력 부분에 표시된 전원을 꼭 확인하고 사용해야 안전하다.

 

3.4 정격퓨즈(Fuse)의 사용

TV방송 장비뿐 아니라 여러 가전제품에도 안전장치의 하나로 퓨즈가 장착되어있다. 이 퓨즈는 과전류(過電流)에 의해 열이 발생하면 녹아서 순간적으로 끊어진다. 이렇게 전기의 흐름을 차단하여 장비의 내부고장을 예방하고 있다.

장비에 전기를 투입하는 순간 일시적인 과전류가 흘러 퓨즈가 견디지 못하고 차단되는 경우도 발생한다. 이러한 과전류에 의해 전원을 차단시켜 장비를 보호하는 데 사용되는 퓨즈는 그 용량이 정해져 있다. 일례로 125V, 0.3A 등으로 표시되어 있는 것을 확인하고 똑같은 퓨즈로 교체해야 장비를 보호할 수 있다.

퓨즈(Fuse)의 용량이 적은 것을 사용하면 장비를 사용하기 전에 또 퓨즈가 단절되고, 정격보다 큰 용량의 퓨즈를 사용하면 과부하가 걸렸을 때 장비를 보호하지 못하고 장비 자체가 손상된다. 주의할 것은 규정된 퓨즈로 교체했는데 다시 퓨즈가 단절된다면 장비 내부의 어떤 문제가 있음을 인식하고 전문가의 확인이 필요하다.

일반적인 장비의 퓨즈(Fuse)는 유리대롱 퓨즈를 많이 사용하고 있는데 그 장단의 길이가 장비에 따라 다르기 때문에 정격전압과 전류가 표시되어 있는 동일한 크기를 사용하도록 주의가 필요하다.

 

3.5 테스터(Tester)의 유용성

방송장비를 사용하다 보면 간단한 고장진단을 위해 사용하는 측정기 중 테스터(Tester)가 있다. 이 테스터는 주로 전압, 저항, 전류 등의 값을 측정하는 데 사용되지만 그 기능을 활용하여 퓨즈의 이상 유무, 케이블의 이상 유무, 전압 등을 측정하는 데 매우 유용한 장치이다. 테스터에는 아날로그와 디지털 테스터가 있다.

3.1.1 테스터의 측정 준비

테스터를 사용해서 전압, 전류, 저항을 측정하기 위해서는 준비가 필요하다. 보통은 테스터 본체와 연결선(Lead Line)을 분리해 놓고 있어 그 연결선의 설치가 필요하다.

1. 본체의 ＋ 표시부(Ω․V로도 표시)에 붉은(Red)선을 연결한다.

2. 본체의 Com(－) 표시부에 검은(Black)선을 연결한다.

3. 테스터 전원을 On시키고 측정할 전압, 측정저항 등을 먼저 선택해 테스터를 사용한다. 테스터의 선택 스위치를 저항측정 위치에 놓고 2개의 리드 선(Lead Line)을 단락(Short)시켜 눈금을 가리키는 바늘 또는 수치가 움직인다면 내부 건전지가 동작 중이라고 판단할 수 있다. 이 때 내부 자체의 건전지가 살아 있는지 확인한다. 만약 건전지가 없거나 잔량이 미약하다면 교체해야 한다.

 

3.5.2 테스터의 AC, DC 전압의 측정법

예측할 수 없는 전압, 전류의 측정은 테스터를 잘못 사용하여 소손할 우려가 있어 주의를 요한다. 아날로그 Tester와 디지털 Tester의 준비가 조금 다른데 우선 아날로그 Tester의 사용방법을 익혀 본다. 전압에는 교류전압과 직류전압이 있어 구분해서 측정한다.

 

1.  AC 측정

① 알지 못하는 전압측정은 먼저 AC 측정 선택 스위치를 돌려 가장 높은 전압측정범위 값을 선택하거나 이미 알고 있는 AC는 그보다 약간 높은 값의 측정범위를 선택한다.

② 리드(Read) 선을 측정 전원선 양쪽에 연결하고 눈금 지시기를 읽어 대개의 측정값을 찾고, 더 자세히 측정할 수 있는 그 측정값보다 큰 테스터의 선택범위로 바꾸고 AC전압의 정확한 눈금을 읽어낸다.

▲ 테스터의 AC 전압 측정범위 선택

➀ 0, 2, 4, 6, 8, 10 (10V Range 선택)

➁ 0, 10, 20, 30, 40, 50 (50V Range 선택)

➂ 0, 50, 100, 150, 200, 250 (250V Range 선택)

이들 중에서 각 측정전압 선택 법위를 확인하며 알맞은 선택 범위(Range)를 찾아 정확한 전압을 측정해야 한다.

일례로 9V이하의 전원을 측정한다면 ➀, ➁, ➂ 중 어떤 범위를 선택해도 측정할 수 있으나 보다 정확한 수치를 읽기 낼 수 있기 위해서서는 ➀를 선택해 10V 범위를 사용하는 것이 정확히 측정할 수 있다.

 

2. DC 측정

➀ DC의 측정은 DC 선택 범위 스위치를 알맞게 선택하고, 반드시 극성표시에 적합하도록 리드 선을 연결해 주어야 한다. DC는 정해진 극성이 있어 측정기의 ＋에는 ＋리드 선을 연결하고, －에는 Common(－)리드 선을 연결하여 측정한다.

② 전압 측정일 경우 DC의 측정 범위(Range)를 큰 것부터 선택하여 점점 측정 범위를 낮추어 정확히 측정할 수 있도록 한다.

 

3. 저항측정

① 저항측정의 측정 범위를 선택한다.

② 아날로그 Tester는 눈금에 대한 교정(Calibration) 작업이 우선한다. 리드 선을 단락(Short)시킨 후 지시바늘이 0 Ω을 지시하도록 교정 간(Control Knob)을 조정한다.

③ 측정할 저항의 양단에 리드 선을 연결해 저항을 측정한다.

④ 테스트 범위 선택(Range)에서 ×1, ×10, ×1 K, ×10 K를 선택한 경우 가리키는 눈금에 그 배수만큼 곱해서 읽어야 한다.

 

3.5.3 전류 측정

어떤 장비의 전류 측정은 특별한 경우가 아니면 측정할 필요가 없다. 이 전류의 측정이 테스터를 망가뜨리기 제일 쉬운 원인이 된다. 따라서 전류 측정은 전문가에게 의뢰하고 일반인은 실행하지 않도록 하는 것이 좋다.

우리가 흔히 테스터를 고장 내는 원인이 전류를 마치 전압 측정방법과 같은 방법으로 측정하는 데서 발생한다. 전류는 Tester와 병렬로 측정하는 것이 아니고 부하(Load)와 직렬로 측정해야 한다.

 

3.5.4 저항 측정의 활용

저항 측정은 정확한 저항만 측정할 때는 물론 다른 용도로도 많이 응용되고 있다. 선의 연결 상태의 이상 유무를 점검(Check)하는 방법으로 선로의 이상 유무를 쉽게 알아볼 수 있고, Audio, Video cable 등의 연결 유무 상태를 확인하거나, 퓨즈의 이상 유무를 상태도 확인할 수 있다.

좀 더 구체적으로 말하면 전압, 전류, 저항을 정확히 측정하는 것은 전문성을 요하지만 일반적으로 Fuse의 이상 여부, 전선의 이상 여부, 비디오나 오디오 Cable의 이상 여부 등을 측정하는 데 매우 유효하게 사용될 수 있어 테스터의 활용도가 가장 높다.

 

3.5.5 테스터 측정 후 정리

1. 모든 테스터는 측정이 끝나면 선택 스위치를 반듯이 Off 상태로 돌려놓아 건전지의 소모를 방지한다.

2. 리드 선은 뽑아서 정리하거나, 고정된 경우 잘 정리한다.