저압 전동기의 보호 방식에 대하여 (Low Voltage Motor Protection)

앞선 포스팅에서 고압 전동기의 보호에 대해서 다루었는데 이번에는 저압 전동기의 보호 방식에 대해서 검토해 보겠습니다. 요즘은 다양한 저압 전동기 보호 계전기가 여러 회사에서 나오고 있어서 각 장치별 특성을 모두 이해하기는 어렵습니다. 그래서 일반적인 보호 기능에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

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전동기 보호 장치는 과열, 수명 단축, 모터 권선 파괴, 커플링 또는 기어 박스 손상 등의 부정적인 결과를 초래할 수 있는 이상 상태에서의 모터의 구동을 방지하기 위해 구현된 장치입니다.

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일반적으로 "Conventional", "Advanced", "Advanced Plus" 및 "High Performance"의 네 가지 보호 등급이 사용되며, 이 등급은 구동되는 기계의 중요성과 용량에 따라 적용됩니다.

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"Conventional (통상적인)" 보호 기능은 모든 유형의 모터 또는 응용 프로그램에 적용됩니다,

"Advanced (고급)" 보호 기능은 특별한 주의를 요구하는 보다 정교한 기계에 적용됩니다,

"Advanced Plus (고급 플러스)" 및 "High Performance (고성능)" 보호 기능은 중요한 프로세스의 모터나 고용량 모터, 복잡한 기능의 모터에 적합하거나 접지 전류를 높은 정확도(약 0,01A)로 측정해야하는 모터 등에 적용됩니다.

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다음 표에서 보이는 것과 같이 "High Performance (고성능)" 보호는 전류뿐만 아니라 전압에도 관련됩니다.

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Protection	보호 기능	Conventional	Advanced	Advanced Plus	High Performance
Short-circuit / Instantaneous overcurrent	단락/순시 과전류	☑	☑	☑	☑
Thermal overload	열동 과부하	☑	☑	☑	☑
Phase current imbalance	상 불평형	☑	☑	☑	☑
Phase current loss	결상 (전류)	☑	☑	☑	☑
Over-current (instantaneous and temporised)	과전류 (순시와 한시)	☑	☑	☑	☑
Ground fault / Instantaneous earth fault	지락	☑	☑	☑	☑
Long start (stall) / Incomplete sequence	기동 실패	​	☑	☑	☑
Jam (locked rotor)	회전자 구속	​	☑	☑	☑
Under-current	저 전류	​	☑	☑	☑
Phase current reversal	역상	​	​	☑	☑
Motor temperature (by sensors)	권선 온도	​	​	☑	☑
Rapid cycle lock-out / Locking out	고속 폐쇄	​	​	☑	☑
Load shedding	부하 차단	​	​	☑	☑
Notching or jogging / Number of starts	기동 횟수	​	​	☑	☑
Phase voltage imbalance	상 전압 불평형	​	​	​	☑
Phase voltage loss	결상 (전압)	​	​	​	☑
Phase voltage reversal	역상 (전압)	​	​	​	☑
Under-voltage	저 전압	​	​	​	☑
Over-voltage	과 전압	​	​	​	☑
Under-power	부족 전력	​	​	​	☑
Over-power	과 전력	​	​	​	☑
Under power factor	부족 역률	​	​	​	☑
Over power factor	과 역률	​	​	​	☑
Motor reclosing	재폐로	​	​	​	☑

위 보호 목록에 대한 상세한 설명은 아래와 같습니다.

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단락 = 모터 단자 또는 모터 권선 내부에서 단락이 발생한 경우의 단선.

순시 과전류 =는 전류가 미리 설정된 값을 초과할 경우 의도적인 시간 지연 없이 작동합니다.

열동 과부하 = 토크가 공칭값을 초과하여 지속적으로 작동하는 경우 모터의 단선 과도한 고정자 전류 측정 또는 PTC 프로브를 사용하여 과부하를 감지합니다.

상전류 불평형 = 대전류 불균형 시 모터의 단선으로, 출력 손실 증가 및 과열의 원인이 됩니다.

결상 (전류) = 한 상전류가 0인 경우, 케이블 또는 연결이 끊어지는 것을 알 수 있기 때문에 모터의 연결이 끊어집니다.

과전류 = 높은 상전류의 경우 모터의 알람 또는 분리로 인해 샤프트가 과팽창하는 것을 알 수 있습니다.

지락 / 순시 지락 = 모터 단자와 접지의 고장 시 단선. 단락 전류가 제한되더라도 빠른 조치로 모터의 완전 파괴를 피할 수 있으며, 필요한 정확도가 높지 않을 경우(~30%) 3상 합으로 측정할 수 있으며, 높은 정확도가 필요할 경우 접지 CT(0.01A 정확도)로 측정해야 합니다.

기동 실패 (Stall) = 모터의 과열을 방지하기 위해 시동 시간이 정상보다 긴 경우(기계적인 문제 또는 전압 처짐으로 인해)에는 전원이 차단됩니다.

정체로 인해 모터가 작동 중에 막힐 경우 과열 및 기계적 응력을 방지하기 위해 걸림 = 단선.

저전류 = 저전류 값이 감지되어 무부하 상태(예: 펌프 드레인, 공동 현상, 샤프트 파손 등)가 나타날 경우 모터의 알람 또는 연결 해제

역상 (전류) = 잘못된 상전류 시퀀스가 감지될 때의 연결 끊김

권선 온도 = 프로브에 의해 고온이 감지되는 경우 알람 또는 연결 해제.

고속 폐쇄 = 연결을 방지하고, 너무 잦은 시동으로 인한 과열을 방지합니다.

부하 차단 = 공급 부하를 줄이고 정상 전압으로 돌아가기 위해 전압 강하가 감지되면 모터를 분리합니다.

기동 횟수 = 지정된 시간 내 연속적인 작업의 지정된 횟수입니다.

상전압 불평형 = 고전압 불균형 시 모터의 단선으로, 출력 손실 증가 및 과열의 원인이 됩니다.

결상 (전압) = 공급전압의 한 상이 누락된 경우 모터의 단선. 3상 모터의 단상 구동을 방지하기 위해서는 토크의 감소, 고정자 전류의 증가, 시동 불가 등이 필요합니다.

역상 (전압) = 모터 단자에 대한 위상 케이블이 잘못 연결된 경우, 예를 들어 유지보수 중에 발생할 수 있는 모터의 역회전을 방지하고 방지합니다.

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위의 내용을 보면 Conventional (통상적인) 보호 수준이 대부분의 전동기에 해당된다는 것을 알 수 있습니다. 그리고 대부분의 전자식 모터 보호용 릴레이에는 Advanced (고급) 보호 수준까지의 기능이 기본적으로 내장된 경우도 많습니다 이 두 가지 방식이면 대부분의 전동기에 적용이 가능할 것으로 보입니다.

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(Chat GPT 작성 자료를 보여드립니다)

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저압 모터 보호 방법은 다양한 산업 및 상업적 응용 분야에서 널리 사용되는 전기 모터의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하기 위해 중요하며, 이러한 보호 방법은 모터 및 관련 장비의 손상을 방지하고 전기적 위험으로부터 작업자를 보호하기 위해 고안되었습니다. 저압 모터 보호의 몇 가지 주요 측면 및 방법은 다음과 같습니다:

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과부하 방지:

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과부하 보호는 모터를 보호하기 위한 주요 방법 중 하나로 과도한 전류 소모로 인한 과열 및 손상을 방지하기 위한 것입니다. 열동 과부하 릴레이 또는 전자식 과부하 릴레이와 같은 과부하 보호 장치는 모터의 전류를 지속적으로 모니터링하며, 전류가 일정 기간 동안 미리 설정된 임계값을 초과하면 모터에 대한 전원을 트립 및 차단합니다.

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단락 보호:

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모터의 배선 또는 기타 전기 부품의 고장으로 인해 단락이 발생할 수 있으며, 이러한 고장으로 인한 손상을 방지하기 위해서는 단락 보호 방법이 필수적입니다. 퓨즈와 차단기는 일반적으로 단락을 보호하기 위해 사용됩니다. 단락이 발생하면 회로를 차단하여 모터의 전원 공급을 차단합니다.

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결상 및 역상 보호:

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3상 모터는 상고장 보호가 중요한데, 3상 모터의 1상이 고장나면 불균형 작동, 과열, 모터 손상 등이 발생할 수 있습니다. 위상 고장 릴레이 또는 센서는 각 위상의 전압을 모니터링하기 위해 사용됩니다. 위상이 일정 임계값 이하로 떨어지거나 연결이 끊어지면 보호 장치가 트립되어 더 이상의 작동을 방지합니다.

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저전압 보호:

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공급 전압이 정격 전압 이하로 현저하게 떨어지면 모터가 손상될 수 있습니다. 전압 보호 방법에서는 이러한 조건에서 모터가 작동하지 않습니다. 전압 릴레이 또는 센서는 공급 전압을 모니터링합니다. 사전 설정된 레벨 이하로 떨어지면 보호 장치가 동작하여 모터를 분리합니다.

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과전압 보호:

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또한 고전압은 모터 및 관련 장비를 손상시킬 수 있습니다. 과전압 보호 방법은 전압 스파이크 또는 과도한 공급 전압으로부터 보호합니다. 과전압 릴레이 또는 서지 보호 장치는 전압을 모니터링하기 위해 사용되며, 이들 장치는 지정된 임계값을 초과하는 경우 모터를 보호하기 위한 조치를 취합니다.

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지락 고장 보호:

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지락 고장은 전류가 모터 도체 중 하나에서 접지로 흐를 때 발생하며, 지락 고장 보호는 안전 및 장비 손상 방지를 위해 필수적입니다. 지락 고장이 감지되면 지락 고장 릴레이 또는 지락 고장 회로 인터럽터(GFCI)를 사용하여 모터 회로를 감지하고 트립 할 수 있습니다.

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(샘플 모터 보호 단선도)

​결론적으로 저압 전동기의 보호 기능은 전동기의 용량이나 부하의 중요도에 따라서 다르게 적용하는 것이 일반적이며 경우에 따라서는 과전류 보호기능만으로도 충분하기도 합니다. 따라서 적정한 보호기능을 선정하는 것이 중요한 업무가 되겠습니다. 그리고 지능형의 경우 이더넷등의 통신 장치를 설치하여 모든 정보가 EMS등으로 전달되도록 구성하는 것이 중요합니다.