유도 전동기 사고의 보호 방법 (feat. 사고 원인, 현상, 보호장치)

 

전동기는 전력 계통 끝에 위치하여 사고 발생 시 해당 기계나 장치가 멈추는 등 국부적인 영향을 미치지만, 사고 처리가 잘못되면 파급 효과로 인해 넓은 범위에서 정전이 발생할 수 있습니다. 이에 유도 전동기에서 일어날 수 있는 사고의 종류와 발생 가능한 현상 및 영향력을 살펴보고, 이에 대해 보호할 수 있는 보호 계전 장치들이 무엇인지 정리해 보려고 합니다.

 

<목차> 1. 전동기 자체 이상에 대한 보호  1) 과부하 보호  2) 회전자 구속 보호  3) 단락 보호  4) 지락 보호  5) 베어링 보호 2. 전원측 이상에 대한 보호  1) 결상 보호  2) 역상 보호  3) 저전압 보호  4) 과전압 보호

 

 

전동기의 보호는 원인과 목적에 따라 아래와 같은 2가지 유형으로 구분할 수 있습니다.

• 전동기와 부하 자신의 사고를 검출하여 그 영향을 최소화하기 위한 보호
• 전원 측의 이상으로부터 전동기와 부하를 보호하기 위한 것

1. 전동기 자체 이상에 대한 보호

전동기 내 이상여부를 확인하고 사고를 검출하여 그 영향을 최소화하기 위한 보호 방식으로 이러한 보고 방식의 보호 대항 항목은 아래와 같이 크게 5가지로 구분할 수 있습니다. 각 항목별로 그 사고원인과 현상, 영향, 보호계전장치에 대해 설명토록 하겠습니다.

1) 과부하 보호

① 사고 원인

 - 정격부하 이상에서 운전 실시.

② 현상

 - 과전류

 - 온도상승

 - 기동시에 기동 시간 지연.

③ 영향

 - 절연인화로 인한 전동기 수명 단축

 - 권선 소손.

④ 보호계전장치

 - 반한시성 과전류 계전기(51)

 - 열동계전기(49)

 - 퓨즈

 - NFB

2) 회전자 구속 보호

① 사고 원인

 - 회전자 걸림이나, 과대한 부하 혹은 기동 불량등에 의해 회전자가 정지 또는 구속됨.

② 현상

 - 기동전류와 같은 대전류 발생(정격전류의 4~10배).

③ 영향

 - 권선 및 회전자의 온도 급 상승(회전자 통풍 효과가 없어 온도 상승 가중됨.)

 - 절연인화로 인한 전동기 수명 단축

④ 보호계전장치

 - 열동계전기(49)

 - 순시형 과전류 계전기(50)와 기동 시 보조장치 조합

 - 회전수 변화율 계전기(기동후 회전수 감소가 큰 경우 감지)

3) 단락 보호

① 사고 원인

 - 권선과 권선 간의 절연파괴

 - 리드선 또는 연결 단자의 이탈

 - 공급 케이블의 회로 간 단락

② 현상

 - 과전류 발생(정격전류의 7~수십 배)

 - 영상 전류 급증

 - 영상 전압 증가 (중성점비접지 또는 고저항접지 배전계통에 연결된 경우에 한함)

③ 영향

 - 권선 소손

 - 회로 소손

 - 절연 파괴 확산

④ 보호계전장치

 - 순시형 과전류 계전기(50) : 중, 대형 전동기에 사용

 - 비율차동계전기 : 고압 대형 전동기에 사용

4) 지락 보호

① 사고 원인

 - 권선과 외함(core) 간의 절연파괴

 - 리드선 또는 연결 단자의 이탈

 - 전력 공급 회로의 지락

② 현상

 - 과전류 발생(중성점 직접접지로 배전계통에 연결된 경우 발생)

 - 영상 전류 급증

 - 영상 전압 증가 (중성점비접지 또는 고저항접지 배전계통에 연결된 경우에 한함)

③ 영향

 - 권선 소손

 - 절연 파괴 확산

 - 이상 과전압 발생 원인(중성점 비접지, 고저항 접지로 배전계통의 경우 발생)

④ 보호계전장치

 - 순시 및 한시 과전류 계전기(50N/51N) : 직접 접지계통 및 중, 대용량 전동기에 사용

 - 선택접지 계전기(67N) 또는 지락 계전기(32N) : 비접지 및 저항접지 계통에 사용

5) 베어링 보호

① 사고 원인

 - 윤활유 열화

 - 윤활유 부족

② 현상

 - 베어링 부분 과열

 - 마찰음 발생

③ 영향

 - 베어링 열화 및 소손

④ 보호계전장치

 - 경보 접점부 온도계

 - 유압 유량 계전기 ( 급유 상태 확인 )

 - 압력 유량 계전기 ( 냉각 매체 확인 )

 

2. 전원측 이상에 대한 보호

전력을 공급하는 전원 측에서의 이상 발생 시 이로부터 전동기와 부하를 보호 방식으로 이러한 보고 방식의 보호 대항 항목은 아래와 같이 크게 4가지로 구분할 수 있습니다. 각 항목별로 그 사고원인과 현상, 영향, 보호계전장치에 대해 설명토록 하겠습니다.

1) 결상 보호

① 사고 원인

 - 전력 퓨즈 용단

 - 개폐기류 접촉 불량에 따른 1상 결상

 - 전동기 내부 권선 단선

 - 기타 원인을 인한 1상 회로 개방

② 현상

 - 과전류 (전부하 운전 시 : 정격 전류의 200~250% / 기동 중 결상 시 : 구속 전류의 약√3/2배)

 - 역상 전압,전류 발생

 - 회전자 전류 파형 일그러짐.

③ 영향

 - 회전자 및 고정자 과열(소손)

④ 보호계전장치

 - 과전류 계전기(51)

 - 역상과전류 계전기(46)

 - 역상과전압 계전기(47)

 - 결상보호부 열동계전기

2) 역상 보호

① 사고 원인

 - 전원의 상 회전이 반대로 됨.

 - 전원회로의 오결선

 - 전원 전압의 상 불평형

 - 전원측 전압조정기 불량

② 현상

 - 전동기 회전 방향이 반대로 됨.

 - 역상분 전압, 전류 발생

 - 동일부하에서 입력 전류 증가

 - 회전자 전류 파형 일그러짐.

③ 영향

 - 전동기 자체에는 영향이 없으나, 연결된 기계장치가 역회전하면서 큰 위험을 초래하는 경우가 있음.

 - 회전자 과열

 - 전동기 전체의 온도 상승

④ 보호계전장치

 - 역상과전류 계전기(46)

 - 역상과전압 계전기(47)

 - 역회전 방지 장치

3) 저전압 보호

① 사고 원인

 - 저역율부하 및 전원계통 이상으로 전원 측의 전압 강하 과다 발생.

 - 전원측 정전

 - 전압 조정 장치 이상

② 현상

 - 입력 전류 증가 (부하를 회전시키기 위한 에너지 공급은 일정해야 하므로 전압저하 대신 전류가 증가됨.)

 - 전동기 속도 저하 혹은 정지

③ 영향

 - 전동기 과열

 - 전원전압 회복 시 동일계통에 있는 전동기가 일시에 모두 기동 되어 전압강하로 인한 기동 지연 발생

 - 저전압 운전 시간 연장 시 과열 초래 및 전원측 과전류 계전기 동작으로 정전 유발 할 수 있음.

 - 정전 회복 시 자동 재시동으로 인해 운전원 및 기계장치의 전기적 스트레스 초래

④ 보호계전장치

 - 저전압 계전기(27)

 - 상시 교류조작식 개폐기(소용량 전동기용)

4) 과전압 보호

① 사고 원인

 - 전압 조정 장치 이상

 - 전압 조정 불량

② 현상

 - 과전류 (무효분 증가)

③ 영향

 - 절연파괴

④ 보호계전장치

 - 과저전압 계전기(59)

 

상기와 같이 전동기를 사용함에 있어 고장 및 사고 발생 전 사전에 보호할 수 있는 계전기를 갖추어 사고 확대로 인한 피해를 줄일 수 있었으면 합니다.(끝)