전동기 과열 원인 및 대책

열 받은 전동기를 대하는 우리들의 자세

전동기 과열 원인 및 대책

 

오늘도 전동기는 쉴 틈이 없다. 밀폐된 공간(기계실 또는 승강로)에서 20여 년 동안 구동하는 전동기는 지속적이고 주기적인 안전점검을 통하여 운전상태를 확인하고 운전상태에 따라 관련 소모부품은 즉시 교체해야 전동기 안전사고를 미리 예방을 할 수 있다. 그렇다면 전동기의 과열현상은 왜 발생하는지 그 원인과 대책을 알아보자.

글 김영수(한국승강기대학교 교수)

 

 

튼튼하고 활기차게 움직이는 심장은 피로나 노화에도 꿋꿋하게 몸을 지탱하고 움직이는 동력을 생산한다. 수직운송을 하는 엘리베이터나 수평(경사)으로 움직이는 에스컬레이터, 무빙워크에서 심장 역할을 하는 전동기 또한 마찬가지이다.

승강기에서 전동기는 생명이며, 힘의 원천이다. 그러나 전동기도 사용연한과 환경에 따라 노화가 진행되고 잦은 과로와 열화현상에 코일 등이 절연열화와 절연파괴현상으로 이어질 수 있다.

 

최근 지하철 에스컬레이터에서 전동기 과열로 인한 화재가 가끔 발생하고 있어 지하철 이용자들에게 불편을 주고 있다.

그렇다면 전동기 과열은 왜 일어날까?

 

 

전동기 과열현상의 원인

전동기가 운전상태에서 구속되어 있는 경우와 다른 요인에 의하여 주위 온도가 급격히 올라가면 전동기의 온도 또한 급격히 상승하게 된다. 이러한 경우에는 전동기 내 권선들이 열화되어 권선이 소손될 우려가 있다. 그 원인들을 정리하면 다음과 같다.

 

- 전동기 회전이 구속되어 있는 경우
- 전동기측 토크(Torque)보다 부하 측의 토크가 연속적으로 큰 경우
- 전동기의 주위 온도가 높을 경우
- 전압이 높을 경우
- 전압강하가 커서 전동기 출력이 저하되면서 전동기가 구속되는 상태로 될 경우
- 콘덴서 단자 사이가 단락 되어 있는 경우
- 콘덴서 용량이 정격보다 클 경우
- 기동 및 정지의 빈도가 높아서 제동장치들을 자주 사용할 경우

 

 

 

전동기의 과열 보호 장치

전동기 과열로 인한 소손 등을 방지하기 위하여 과열보호장치(예: Thermally Protected)를 전동기 내부에 설치하거나, 또는 제어회로 내(예: Thermal Relay)에 보호장치를 구비하여야 한다. 과열보호장치는 대개 바이메탈(Bimetal) 구조로 되어 있으며, 전동기 내의 회전자(Stator)에 설치되어 있다. 그 동작에서 개방온도는 120℃ 전후(±5℃), 복귀온도는 77℃ 전후(±15℃)이다.

이러한 과열보호장치를 구비하고 있는 전동기는 설정 온도값 이하로 떨어지면 전동기가 다시 회전하므로 과열로 인한 권선의 소손을 방지할 수 있다. 따라서 다음과 같이 과열보호장치가 작동하는 원인이 발생할 경우에는 전원을 재투입시켜 전동기를 기동시켜야 한다.

 

 

고장 유형	고장 원인	점검 및 대책
기동 불능	도선 및 주회로의 단선	도선 및 주회로의 연결상태를 점검한다
	계자조정기의 손상	테스터로 J.K단자를 측정하여 전압이 인가되는지 확인
	저항기관계의 오접속	도면과 확인
	계자코일의 오접속 또는 개방	계자코일 J.K단자의 저항을 측정하여 성적서의 값과 비교
	계자코일의 단락 또는 접지	계자코일 J.K단자의 저항을 측정하여 성적서의 값과 비교
	전기자코일의 단락 또는 접지	기동하면 전류만 상승하고 기동이 안 되는 경우로 폐사에 문의
	브러쉬의 접속 불량	브러쉬의 접촉상태 점검, 리벳트 부분의 과열
	직권권선의 오접속	결선도를 보고 수정
전류의 흔들림 (전류의 헌팅)	부하연결 커플링의 불합리	커플링 연결 상태 점검
	기계의 이상 부하	기측 점검
	계자회로의 접속 불량	접속상태 점검
	브러쉬 및 브러쉬홀더 사이 차이가 큰 경우 또는 작은 경우	제조사로 문의
	접속 단자가 느슨한 경우	단자 접속상태 점검
	터미널 단자 결선이 잘못된 경우	단자 결선도 점검
	정류자 이상 마모 시(타원 및 줄무늬 마모	제조사로 문의
모터의 과열	과부하 운전일 경우	기계부하 점검
	타력 냉각 휀의 방향이 반대로 회전할 경우	냉각 휀 방향 점검 및 결선 수정
	자력식일 경우 정격 RPM의 60% 이하에서 운전되는 경우	타력식으로 변경
	전기자 전류의 맥동이 많고 불평형인 경우	판넬 점검
베어링의 과열	베어링이 융착된 경우	베어링 점검 및 교체
	그리스를 과다 주입한 경우	그리스량 점검 후 배출
	그리스량이 적은 경우	그리스량 점검 후 보충
	축의 좌우이동(End Play)이 적거나 많은 경우	제조사로 문의
	베어링커버의 조립불량	베어링커버 취부볼트를 약간 풀고 운전상태 점검(폐사로 문의)
베어링의 이상소음	베어링이 융착된 경우	점검 교체
	축의 좌우이동 적거나 많은 경우	제조사로 문의
	베어링커버의 조립이 불량한 경우	베어링커버 취부볼트를 약간 풀고 운전상태점검(폐사로 문의)
	그리스량이 적은 경우	그리스량 보충
RPM의 흔들 림(rpm헌팅)	T.G가 손상된 경우	T.G축을 손으로 돌려서 이상음 점검
	T.G 커플링이 마모된 경우	연결상태 점검 후 고정볼트를 조임
	T.G 커플링이 마모된 경우	커플링 교체
	단자의 접속불량	접속 부위 점검
	전기자 코일이 손상된 경우	제조사로 문의
	보극 코일이 손상된 경우	제조사로 문의
모터 이상 소음 및 진동	내부 휀과 브라켓과의 마찰	풀리 측 통풍구 제거, 점검 후 폐사로
	내부 휀과 방풍판과의 마찰	풀리 측 통풍구 제거, 점검 후 폐사로 문의
	베어링커버와 샤프트(Shaft)와의 마찰	육안 점검 후 베어링커버 분해 및 가공
	보극권선의 소손	제조사로 문의

 

 

 

전동기 절연열화 진단

전동기의 절연열화를 진단하여 전동기의 노화 정도를 알 수 있다. 전동기 열화측정장비를 이용하면 된다. 전동기 열화측정장비를 이용하여 전동기의 3가지 부문(절연저항, 분극지수, 유전정접)을 측정하여 전동기의 열화 정도를 판단하게 된다.

• 절연저항(MEG, Insulation Resistance): 절연물에 직류 전압(E)를 인가했을 때 절연물을 통해 흐르는 전류(I)로 나눈 값을 말한다.

• 분극지수(Polarization Index): 고전압의 직류전압을 인가했을 때의 전류-시간 특성 등으로부터 특히, 흡습·오손이나 절연 결함 등의 상태를 판단하려는 시험이다. PI= I (1min) / I(10min) 직류 고전압을 인가 할 때 전류는 수시충전전류, 흡습전류, 누설전류의 3성분으로 되어 있는데, 절연물이 흡습·오손 상태에 있으면 시간의 경과에 대해 거의 일정한 누설전류의 성분 비율이 커지므로 분극지수는 ‘1’에 가깝다. 일반적으로 1.5 이하일때 흡습 상태로 판단하고 있다.

• 유전정접(tan δ): 교류전압을 인가하면 절연물에는 근소한 전력손실을 수반한 저항분이 존재하며 이때의 전력손실을 ‘유전손’ 이라 한다. 이때 발생된 유전손 때문에 흐르는 전전류 I는 인가전압 V보다도 90° 앞선

 

 

고장 유형	고장 원인	점검 및 대책
모터 이상 소음 및 진동	판넬 전원의 이상	판넬 점검
	커플링의 언밸런스	커플링의 설치상태 점검
	벨트의 텐션이 너무 강함	벨트 텐션 조정
	기초볼트의 이완	기초볼트 점검
ARC발생	정류자면의 편심	정류자면 가공 후 언더커팅
	정류자 마이카 돌출	정류자면 가공 후 언더커팅
	브러쉬의 진동	브러쉬 홀더의 볼트 풀림 점검
	브러쉬 압력의 불균형	스프링 텐션 점검
	브러쉬 재질불량(상이한 재질혼용사용)	동일 재질인지 확인 및 사양서 상의 재질과 동일한지 확인
	브러쉬의 접촉불량	브러쉬 접촉상태 점검
	브러쉬와 보지기홀더와의 공차가 너무 크거나 작다.	브러쉬 치수 점검 후 도면과 비교
	보극의 강도가 너무 세거나 약할 때	제조사로 문의
	보극의 극성이 바뀌었을 때	제조사로 문의
	복극코일의 레이어(Layer)현상	제조사로 문의
	‘로커링 Ass'y’가 표시된 중성점에서 이동된 경우	중성점 조정 후 상태점검 및 폐사로 문의
	로커링의 홀더지지대의 유동	로커링의 점검
	전기자 권선의 Layer	제조사로 문의
	결선부의 접촉불량	결선부 접촉 상태 점검
	정류자의 편간단락	정류자편간 점검 후 폐사로 문의
	균압선의 접촉 불량	제조사로 문의
	리액턴스 전압이 큰 경우	제조사로 문의
	정류자편간 전압이 큰 경우	제조사로 문의
	단자의 결선이 틀린 경우	결선도 확인 점검
	과부하운전	기계 부하의 점검
모터 소손 원인	모터 자체 결함 내용	• 모터 축수 베어링 • 모터 고정자 권선 절연파괴 • 모터 고정자축과 가동자 축과의 공극 문제 • 장기 미운전 결과 축수가 녹슬어 구속 상태 • 모터 단자 절연파괴 및 상혼촉(단락) • 모터 단자와 외부 케이블 연결 상태 불량 및 외함과 접지 • 380/220V 겸용 오결선 • Y-Δ 오결선
	모터 외부 결함 내용	• MCCB 및 MC(전자접촉기)의 주접점 불량으로 단상 운전 • 이상전압 투입으로 모터 절연파괴 • Y-Δ 오결선 • 장기간 모터 상의 오결선으로 역회전 • 모터 보호용 계전기(TH-RY OR EOCR)의 불량 및 미 정정 • 모터 연결용 케이블 단선으로 인한 운전지속 • 배수 및 급수펌프인 경우 무부하 운전 • 모터 관련 주회로의 조임상태 불량

 

 

충전전류 Ic, 인가전압 V와 동상인 손실전류 IR과의 합성된 값이 되며, 전전류 I는 충전전류 Ic보다도 약간 늦어 전력손실이 발생한다.

유전체 내부에서 열로 소모되는 전력손실(유전손실) W는 ‘W = VIcosθ’가 된다. 그러나, cosθ가 되므로 진상 90°에 상당히 근접하게 되면, ‘cosθ = sinδ ≒ tanδ’의 근사식이 성립되기 때문에 ‘W=VIcosθ≒VItanδ≒ωCV2tanδ’로 전력손실이 표현된다.

 

여기서 δ를 유전손실각, tanδ를 유전정접(正接)이라 하며, 유전손실과 tanδ는 비례관계에 있다. 전동기 열화측정 3부문에 대한 판정은 아래와 같으로 아래 판정표에 따라 전동기의 열화 수준을 결정한다.