상세보기

전동기의 효율적이 보호 전동기의 효율적이 보호 관리자 기자입력 2006-11-13 10:46:41

삼화EOCR 기술영업부 심세규 상무이사

Ⅰ. 모터 개요

1. Motor 소손원인 및 보호방법

1). 개요
모든 산업현장은 물론 일반적으로 많이 사용되고 있는 전동기가 어떤 원인으로 비정상적인 정지를 하거나 소손이 되면 공장의 가동중지에 의한 생산손실과 휴지시간에 따른 인력손실은 전동기 자체의 교환비용에 비교될 수 없을 정도로 크다는 것은 말할 필요도 없다.
그렇다면 어떻게 이러한 문제를 적절하게 보호하고 방지할 수 있는가를 설명하기로 한다.

2). 모터 소손원인
첫째, 전기적인 원인으로 과부하, 결상, 층간단락 및 선간단락, 권선의 지락, 순간 과전압 유입 등이 있다.
둘째, 기계적인 원인으로 구속, 전동기 회전자가 고정자에 닿을 경우 축 베어링의 마모나 윤활유의 부족으로 발생한 열의 전도에 의해 모터가 손상된다.

(1). 전기적 원인
① 과부하: 과부하(Over Load)란 전동기에 연결된 기계(기구)에 전동기의 정격보다 많은 힘이 가해짐에 의해 전  동기에 무리가 가는 것을 말한다. 즉 기계(기구)에 중점을 두고 사용된 의미이다.
   과전류: 과전류(Over Current)란 전동기에 그 정격전류 이상의 전류가 흐름을 의미한다. 즉 모터에 중점을 두고 사용된 의미이다.

② 결상:결상(Phase Loss, Single Phasing)이란 3상 중 단상이 어떤 원인으로 3상 전동기나  3상 부하에 공급되는 것을 말한다.(1.7배 전류 상승)

③ 역상:역상(Reverse Phase, Negative Phase)
        3상이 상회전이 바뀐 상태로 부하에 공급되는 것을 말한다.

④ 지락:지락이란 접지(Earth Fault, Ground Fault, Earth Leakage)정상적인 전류통로가 아닌 곳으로 전류가 흐르는 것, 즉 대지로 전류가 흐르는것을 말한다.(ZCT 영상전류 검출)

⑤ 불평형:불평형(Current Unbalance)이란 3상전류 중 어느 한 상이 다른 두 상보다 작거나 두 상보다 한 상의 전류가 클 때를 의미한다.

⑥ 단락:단락(Short Circuit)이란 전위차가 있는 2점 사이를 저항이 극히 작은 도체로 연결           하는 것을 의미하며 쉽게 말하면 전류가 흐르는 2선 또는 3선을 합선시키는 것을 의미하고 전동기의 단락은 층간단락(Layer)과 선간단락으로 구분한다.

⑦ 과전압:과전압(Over Voltage)이란 정격전압 이상의 전압을 의미한다.

⑧ 저전압:저전압(Under Voltage)이란 정격전압 이하의 전압을 의미하며 부족전압이라고도 한다.

⑨ 과열:전동기가 절연내력 이상의 열이 발생하는 것을 의미한다.

(2). 기계적 원인
① 구속:전동기가 과중한 부하로 인해 회전하지 못하고 정지된 상태를 말하며 계속적으로 전원이 투입되어 있을 경우, 이때 흐르는 전류는 정격전류의 약 6배가 흐르게 되어 그 상태가 유지되면 발생되는 열에 의해 전동기가 소손된다.

② 전동기 회전자가 고정자에 닿을 경우: 
   전동기의 축(Shaft)의 이상으로 회전자가 고정자를 스치고 돌아갈 때 발생하는 열에 의해 전기가 손상된다. 

③ 축 베어링의 마모나 윤활유의 부족:
  전동기의 축 베어링에서 발생한 열이 전도에 의해 전동기의 권선(Coil)까지 온도상승을 일으켜 소손된다.

3). 모터 보호방법
① 과부하(Over Load)와 과전류(Over Current) 보호전동기에 연결된 부하에 필요한 입력의 크기는 전동기의 출력(kW)에 비해 작게 되어있으며 그 비율 즉 (부하에 필요한 입력 kW/전동기 출력)×100%=50~85%, 최대 90%로 되어 있다. 전동기 보호를 위하여 설정하는 전류치(설정 전류값)는 그 정격전류의 125%, 기계부하  보호는 110%를 설정하도록 하고 있다. (정한시, 반한시) EOCR은 실제 과부하가 걸린 상태에서 부하에 100%로 흐르는 전류를 확인한 후 설정을 하기 때문에 정확한 설정을 할 수 있고 그만큼 정확한 보호를 할 수 있다. 정한시 동작형과 반한시 동작형이 있다.

② 결상보호(Phase Loss)
3상 전동기에 단상이 공급되면 기동을 하지 못하거나 운전 중일 경우 건전상에 정격전류의 1.732배의 전류가 흐르게 되고 그것은 결국 회전자의 구속에 이르게 된다.
결상의 발생은 간이 수전설비의 경우 Power Fuse 또는 COS에서 발생하는 경우가 많고 MCC(전동기반)에서는 전자접촉기(Magnetic Contactor)가 기동정지를 빈번하게 하는 것이, 또는 차단 용량이 낮은 것이 접점이 마모되어 일어나는 경우가 많으며 전동기가 소     손되는 원인은 거의 결상으로 발생되는 것(70%)으로 봐도 될 정도로 그 발생이 많아 반드시 보호되어야 하며 가능한 빨리 전원을 차단해야 한다.
EOCR은 모델에 따라 결상이 발생하면 4초 또는 3초 이내에 동작하는 것이 있고 운전중에는 설정된 O-Time이 지난 후 동작하는 것이 있으며 어느 상이 결상이 되었는지 결상된 상을 표시하여 정비할 때 시간을 최소로 단축시킬 수 있다.

③ 역상보호(Reverse Phase): 한전 위상각 기준임.
3상3선 간선과 EOCR 3CT 결선이면 3상3선 간선과 EOCR 3CT 결선이 L1→L3→L2, L2→L1→L3, L3→L2→L1이면 역상이다.
역상보호 기능이 있는 EOCR은 전원이 EOCR을 설치한 전단에서 역상으로 공급되면 0.1초 이내에 동작되어 전동기의 역회전을 최단시간에 정지시키도록 되어있어 보호에 적합하며 전압을 감지하여 역상을 방지하는 전압계전기는 역상이 입력되면 전동기 기동회     로가 구성되지 않아 전동기를 구동하지 못하도록 되어 있다. 역상이 입력되면 계전기는 역상이라는 표시(-RP-)를 하고 있어 쉽게 판단할 수 있다.


④ 지락보호(Earth Leakage)
전동기 회로 또는 전동기 내부의 권선에서 지락이 발생했을 때 여러 가지 문제를 발생시켜 그 문제에 따라 적당한 대처를 해야 하는 것이다.
지락이 발생했을 때 지락(접지)전류의 크기는 그것을 이루고 있는 전원공급 계통 즉, System에 따라 달라지고 또한 지락된 것의 접지 저항의 크기에 따라 달라지므로 얼마라고 할 수 없다.
비접지 방식(3상3선식)과 직접접지 방식(3상4선식)에 따라 완전 지락상태에서 비접지 방식은 아주 미세(0.2~0.5A)하거나 거의 전류가 흐르지 않으며 직접접지 방식은 거의 단락과 같은 전류가 흐르게 된다.


⑤ 구속보호
전동기가 기동을 하지 못하거나 운전 중 어떤 원인에 의해 회전자가 회전을 하지 못한 상태를 구속이라고 하며 이 때 전동기에 흐르는 전류는 정격전류의 6배 정도가 흐르게 되고 그 상태가 오래 지속되면 전동기는 소손되게 된다.
EOCR은 전동기가 가동되지 않을 때 그 전류를 감지하여 바로 전원을 차단하여 전동기를 보호한다.

⑥ 불평형 보호
전동기에 3상전류가 흐를 때 각 상전류의 편차가 많으면 전동기 자체가 문제를 가지고 있을 수 있다. 또한 외부적인 요인으로는 전동기로 공급되는 전선의 이상으로 전동기에만 공급되어야 할 전류가 다른 곳에 공급되어 전류의 편차가 많게 될 수 있다. 이 상     태에서도 공급을 중단하고 점검해야 하며 EOCR은 전류편차가 50% 이상이 되면 8초에 동작하여 전원을 차단한다.


⑦ 단락보호
단락보호는 단락전류를 사고 이전에 감지하여 전원을 차단하기에는 여러 가지 어려움이 있다. 단락사고 발생시 가장 빠른 속도로 사고의 파급효과를 최소화해야 하며 그 사고지점에서 가장 가까운 곳에서 차단하여 다른 측에 피해를 줄여야 한다. EOCR은 과전류     설정치의 배수로 설정하며 그 이상의 전류가 감지되면 0.05초 이내에 순시로 동작하여 파급효과를 최소화한다.


⑧ 과전압 보호
전동기의 권선에 절연내력 이상의 전압이 유입되면 권선의 절연이 파괴되어 소손의 원인이 되어 보호되어야 한다. EOCR이 이것을 보호하도록 하고 있다.

⑨ 저전압 보호
전동기에 전원전압이 저하되어 저전압이 유입되면 전동기의 전류가 증가하여 전동기가 과열되는 현상이 발생한다.

⑩ 과열보호
전동기 권선의 온도를 전동기의 고정자 권선에 서미스터를 붙여 전동기의 기종, 정지 빈도, 단시간 과부하 반복 등의 운전경력에 의한 축적 과열에 대한 보호를 할 수 있어 아주 우수하지만 전류검출이 어렵고, 전류검출 방식에 비해 여러 가지 비용이 증가하여 사용에 어려움이 있지만 대용량의 전동기에는 많이 사용하고 있다.

⑪ 부족전류(경 부하 보호)
모터 공회전의 경우, 전부하 전류의 30~50%로 감소한다. 전동기에 연결된 부하가 물펌프, Conveyor, V-Belt로 연결된 Blower 등은 무부하로 즉 물이 없거나 벨트가 끊어진 상태로 운전되는 경우에는 전동기는 정격전류 이하의 전류가 흐르기 때문에 전혀 문     제가 되지 않지만 전동기는 공회전을 하게 되며 특히 수중펌프나 심정(深井)펌프인 경우, 전동기가 수냉식이므로 물이 없으며 냉각이 되지 않아 소손이 될 수 있다.
이러한 현상을 방지하기 위해 EOCR-3M이나 EOCR-FDM을 사용해 보호가 가능하다.

4). EOCR의 필요성
모든 회전기기(Motor 포함)의 사용가능 연한을 10~15년으로 추정하면 장기간 사용한 모터는 전면의 ‘피로현상’ 상태에서 약간의 문제가 발생해도 소손으로 이어지게 된다.
사용연한 이전의 소손은 불가항력적인 것을 제외하고는 보호되어 소손되지 않도록 해야한다. 
설비 또는 계통의 보호범위를 넓히고 소손사고를 최소화하는 것이야말로 설비관리상 최선의 선택이라고 할 수 있다.

여기서 잠깐!
* IT839 전략, ‘기술’에서 ‘시장’으로 상용화 박차

정통부는 ‘2006년 상반기 IT839 시장동향조사 결과’를 발표하였다. 이 조사는 2004년 2월 수립된 IT839 전략이 올해를 기점으로 본격 상용화 단계에 돌입함에 따라 구체적인 시장상황에 맞는 정책추진을 위해 기획되었는데, IT839 시장상황에 대해 정부 차원에서 실시된 최초의 종합 조사이다.

이번 시장동향 조사는 지난 7월과 8월, 정보통신부 주관으로 정보통신연구진흥원, 한국정보통신산업협회의 지원 하에 이루어졌으며, IT839 분야별 생산액 등 시장확산 동향, 기업활동 동향, 기술혁신 동향, 소비자인지도 조사 등 4개 부문으로 나누어 실시되었다. 이 조사에 따르면 2006년 상반기 IT839 전략 분야 전체 생산규모는 38.4조원으로 전년 동기대비 8.7% 증가하였다. 상반기 시장은 WiBro, HSDPA 등 신규 서비스의 도입과 함께, SW 분야의 뚜렷한 실적 개선, 하드웨어 분야의 상반된 실적 등이 큰 특징인데, 오는 하반기에도 계절적 성수기 진입, 휴대폰 수출 회복세 등에 힘입어 상승세가 이어질 것으로 전망된다.

8대 서비스 분야의 경우, 연말 전국 84개 도시 커버리지 확대를 목표로 HSDPA 투자가 순조롭게 진행중이며, WiBro도 연내 서울 전역 및 수도권 일부로 확대될 예정이다. DMB 이용자가 지난해말 49만명에서 올 상반기 185만명으로 3.8배 급증하였으나 비수도권 지상파 DMB 사업자 선정 지연 등으로 생산액은 1.9배 증가에 그쳤다.
IT 서비스를 중심으로 한 소프트웨어 산업 전체로는 차세대 시스템 구축 수요 증가와 정부의 SW 제값 받기 대책, 발주체계 개선 등의 노력에 힘입어 지난해 같은 기간 대비 24.5%의 급신장세를 보였으며, RFID/USN 산업(기기 포함)도 국방, 항만 등 공공분야 도입사업이 본격화됨에 따라 전년 동기대비 38.3% 성장하였다.
 
9대 신성장동력의 경우, 상반기에 분야별로 상반되는 성과를 보였다. 디지털TV(25.7%), RFID 기기(61.4%), 지능형 서비스로봇(71.4%), IT SoC(7.2%)는 빠르게 성장한 반면, 차세대 컴퓨팅 기기(0.4%), 이동통신 기기(-2.8%), 광대역/홈 네트워크 기기(-45.7%)는 글로벌 경쟁 심화와 단가하락 등으로 성장이 둔화 또는 감소하였다.
한편, IT839 관련 총 259개 기업을 대상으로 상반기 기업활동을 분석해 본 결과, 매출액증감율이 전년동기 대비 9.5%, 영업이익률이 11.9%를 기록하였는데, 이는 우리나라 전체 상장회사 평균보다 각각 2.8%p, 5.4%p 높은 수치이다. 전년동기 대비 유형자산증감률은 통신서비스 업체 -0.2%, IT839 관련기업 전체로는 2.4%로서 그동안 적극적인 투자가 미진함을 보여주고 있지만 지난해에 비해 각각 3.9%p, 3.8%p 상승세로 반전하여 투자회복 조짐이 나타나고 있다.

관리자 기자
로봇시대의 글로벌 리더를 만드는 로봇기술 뉴스레터 받기
전문보기
관련 뉴스
의견나누기 회원로그인
  • 자동등록방지