[스크랩] 모터 과부하에 대해서...

「모터의 과부하 운전에 대한 이해」

1. 기계적인 원인

1.1 일반적인 과부하

 실제부하의 증가에 따른 과부하로서 대부분 서서히 증가하여 어느 과부하 전류값에서 안정되는 형태를 취하는 과부하를 의미한다 . 대표적인 원인으로는 정상 운전상태에서 Pump Discharge Valve 측의 Full Opening 과 같은 실제적인 과부하 현상 등이 있다 .

1.2 JAM 현상

 말 그대로 무엇인가에 꽉 조여 있는 상태로서 모터는 매우 낮은 속도로 회전하면서 정격을 크게 초과한 커다란 부하전류가 흐르는 상태를 의미한다  

․대표적인 원인으로는 베어링 그리스의 결빙 , Roller 와 같은 부하측에 커다란 물체의 침입 등을 들 수 있으며 기동 시에 발생되는 현상이다 .

실제 경험한 바에 의하면 상당히 기온이 낮은 겨울날에 베어링의 그리스가 결빙되어 커다란 저항이 생겨서 모터가 가속되지 못하고 JAM 현상이 발생된 적이있는데 정격속도의 20 % 이내로 회전하면서 커다란 부하전류가 흘러 여러 번의 기동실패를 반복한 것이었다 .

1.3 구속현상 (Locked Rotor)

 말 그대로 회전자가 구속되어 모터가 회전하지 못하는 상태가 되며 기동전류와

동일한 크기의 과전류가 흐르는 상태를 의미한다 .

 대표적인 원인으로는 베어링 소손에 의한 고착 , Pump Casing 내부에 단단한      이물질이 침입하여 Impeller 의 회전을 정지시키는 경우 등을 들 수 있으며 운전 중에 나타나는 현상이다 .

2. 전기적인 원인

2.1 장기간 사용으로 인한 효율 저하에 따른 전류의 증가

모터를 장시간 사용하게 되면 내부의 철심 및 절연물 등의 열화에 따라 철손이

증가하여 실제로 과부하가 아닌 상태에서 정격전류를 초과하는 전류가 흐르는 경우가 있다 .

2.2 입력전압 불평형에 의한 전류의 증가

 3 상 입력전압에 불평형이 생기면 전류의 불평형이 생기고 이로 인해 모터의 효율이 급격히 저하하여 실제로 과부하가 아닌 상태에서 정격전류를 초과하는 전류가 흐르는 경우가 있다 .

이와 같은 현상의 원인으로서는 각상의 접촉불량에 의한 모터의 단자전압 불평형 등을 생각할 수 있겠다 .

NEMA 규격에는 전압의 불평형이 효율에 미치는 영향을 명시해 놓고 있는 이는 뒤에서 다시 설명하도록 한다 .

3. 과부하시 모터에서 나타나는 현상

3.1 기계적인 과부하

 모터에 기계적인 과부하가 걸리면 즉시 나타나는 현상은 회전속도의 저하가 발생되는 것이다 .

물론 JAM 이나 구속현상과 같은 기계적인 과부하에 대해서는 눈으로 즉시 확인이 가능하지만 서서히 증가하는 과부하의 경우 육안으로 속도변화를 감지할 수는 없다는 어려움이 있다 .

모터의 기계적인 과부하가 발생하면 왜 회전속도가 저하하는지에 대해서는 다음의 속도 -토크 (전류 ) 특성곡선으로 쉽게 설명이 가능하다 .

참고로 아래 특선곡선 중 곡선 A 와 B 는 전전압 기동시에 속도증가에 따라 모터가 내는 토크와 전류를 나타내며 곡선 C 와 D 는 80 % 감전압 기동시에 속도증가에 따라 모터가 내는 토크와 전류를 나타낸다 .

전전압 기동 시 전류는 정격의 약 600 % 가 흐르고 기동토크는 정격의 약 80 % 를 내고 있음을 알수 있으며 80 % 감전압 기동시의 기동전류는 전전압 기동전류의 약 80 %, 기동전류는 전전압 기동토크의 약 64 % 가 되는 것을 알 수 있다 .

 이와 같은 사실에서 정격전압을 기준으로 볼 때 모터의 전류는 인가되는 전압에 비례하고 토크는 인가되는 전압의 제곱에 비례함을 알 수 있다 .

또한 정격 토크의 의미는 정격회전 속도에서의 모터가 내는 토크이며 정격 회전속도는 명판상에 나타나 있는 속도를 의미한다 .

예를 들어 2 극일 때는 3570RPM, 4 극일 때는 1780 RPM 등과 같은 동기속도가 아닌 정격슬립이 반영된 실제의 회전속도를 의미하는 것이니 혼돈이 없도록 하기 바란다 .

 이와 같은 개념을 바탕으로 이제부터 설명에 들어가도록 하며 다음에 기술되는

내용들은 그 개념을 반드시 파악하도록 하여야 한다 .

 유도전동기의 회전속도는 부하에 따라 차이가 나며 전류 역시 이에 따라 변하게 되는 것은 당연하다 .

이 변하는 궤적은 당연히 속도 -토크 특성 곡선 및 속도 -전류 특성 곡선을 따라서 움직이게 될 것은 또한 당연하다 .

결론적으로 한가지만 기억하도록 한다 .

유도전동기의 속도는 부하에 따라 변하게 되며 부하가 증가하면 속도가 감소하

고 부하가 감소하면 속도가 증가하는 서로 상반적인 관계가 있다는 것이다 .

그럼 어느 정도 속도가 변할까 하는 의문이 생기는데 순수하게 이론적으로 계

산하는 것은 매우 복잡하지만 간단하게 보면 다음과 같다 .

 모터의 속도에 대한 토크의 특성은 속도의 증가에 토크가 일정하게 감소하는 거의 직선적으로 비례함을 알 수 있다 .

따라서 다음과 같이 간단하게 특성을 추정하는 것이 가능하다고 본다 .

지금 정격출력이 1000 HP, 동기속도가 1800 RPM 인 4 극 유도전동기 명판상

의 정격속도가 1750 RPM 이라고 하면 이때 부하가 500 HP 걸려 있다면 모터의

속도는 정격속도에서 슬립 (50 RPM) 의 반인 약 25 RPM 만큼 빠르게 회전한다고

볼 수 있으며 약 1775 RPM 으로 회전함을 확인할 수 있다 .

우리가 흔히 말하는 No Load Test (Solo Test) 의 경우 모터는 1800 RPM 으로 회

전하게 된다 .

우리는 Solo Test 할 때 속도를 점검하지 않는데 이는 경우에 따라서 매우 중

요한 사항이니 최초 가동 시 꼭 점검해 놓는 습관을 가지도록 하여야 한다 ..3.2 전기적인 과부하

전기적인 원인에 의해서 발생된 과부하의 경우 위에서 살펴본 기계적인 원인에 의한 과부하와는 다른 현상이 발생한다 . 쉽게 말하면 기계적인 과부하의 경우에는 부하의 크기와 모터의 속도는 서로 반비례한 관계를 가지게 되는데 전기적인 원인에 의한 과전류 유입의 경우에는 이러한 규칙이 통하지 않는다는 것이다 .

특히 모터의 효율저하에 따른 과전류 유입의 경우 위에서 설명한 동작과는 전혀 맞지 않는 현상이 발생한다 .

예를 들어 기계적으로는 정격부하가 이하에서 운전되어 정격속도 이상으로 회전하는데 전류는 정격이상으로 소요되는 경우가 발생한다 .

또한 극히 드문 일이지만 모선전압에 불평형이 발생하면 현저한 효율저하가 발생되고 이에 따라 과전류가 유입하게 되는데 이론적인 측면에서 보면 대부분의 경우 한 상이 다른 두상에 비해 전류가 크게 흐른다 .

모터의 내부에 각상 임피던스 불평형이 발생하여 입력전류가 서로 다르게 되는 경우도 위와 거의 유사한 현상이 발생한다 .

모선전압이 상당히 안정적인 전력계통에서는 모선전압 자체가 불평형이 되는 경우는 거의 없다고 생각하며 따라서 불평형 현상의 대부분은 모터 내부이상에 의한 것으로 볼 수 있다 .

그러면 NEMA 에서 규정하고 있는 전압 불평형에 의한 모터의 효율저하에 대하여 알아보도록 한다 . 자료의 인용출처는 NEMA MG-1, 1987, Part 14, Page 7,Figure 14-1 이다 .

[전압 불평형에 따른 모터의 효율 저하 특성 ].

 전압 불평형 율이 2 % 만 되어도 효율은 원래 자신이 가지고 있던 95 % 로 줄어들게 됨을 알 수 있으며 이는 곧 자기 정격용량의 95 % 밖에 사용하지 못하는 것을 의미하는 뜻에서 용량저감율 (De-Rating Factor) 라 한다 .

여기서 Derating Factor 를 계산하는데 사용되는 전압 불평형율은 3 상 전압의 평균 값에 대한 이 평균 값과 최대의 편차를 가지는 전압의 백분율이다 .

이상과 같이 모터의 과부하에 대하여 기계적인 부분의 원인과 전기적인 부분의

원인으로 구분하여 살펴보았다 . 아마도 이 이외에도 우리가 경험하지 못하고 미처

생각하지 못하는 원인이 있을 수 있으며 항상 업무를 수행하면서 얻은 새로운 경

험은 반드시 그 이론적 배경을 철저히 분석하여 우리의 Know-How 를 축적해 가

야 할 것이다 .

이제는 과부하가 발생되었을 경우 우리가 어떤 항목을 무엇을 사용하여 어떻게

점검해야 하는 지에 대한 감을 잡을 수 있을 것이다 ..

4. 과부하 발생시의 점검 및 조치사항

앞에서 충분히 그 원인에 대하여 살펴보았으므로 긴 설명은 필요 없을 것으로

생각한다 . 다만 정리하는 의미에서 간단하게 과부하 현상이 발생 했을 경우에 점

검해야 할 사항과 조치등에 대하여 간단히 설명해 보도록 한다 .

과부하의 정확한 원인을 파악하고 조치하기 위해서는 다음과 같은 항목의 점검

이 필요함을 알 수 있다 .

* 전압과 전류의 불평형 여부

* 실제 기계적인 과부하 여부를 알 수 있는 모터의 속도 측정

따라서 이와 같은 점검작업에 필요한 장비인 전류 및 전압을 측정할 수 있는

Multi-Tester 와 모터의 회전속도를 측정할 수 있는 Tachometer 를 준비하고 해당

항목을 측정하여 결론을 내린 후 필요한 조치를 수행하면 되는 것이다 .

다시 한번 강조하지만 모터의 회전속도를 측정하여 정격속도 이하로 돌면서 정

격전류를 초과하면 기계적인 문제점이며 그렇지 않으면 전기적인 문제점일 가능성

이 매우 높은 것이다 .

이상으로 모터 과부하의 원인 및 점검방법에 대한 설명은 마치기로 하며 아무튼 모든 현상이 우리가 생각하는 대로 속단할 수 있는 것은 그리 많지 않다는 것을 다시 한번 말하며 어떤 일을 수행하든 항상 기술자의 자세로 임하여야만 품질높은 결과를 얻을 수 있다는 것을 강조한다 

출처 : 세상을 향해 외치자. 난 성공할 것이라고..

글쓴이 : 성공열매준비하기 원글보기

메모 :