기기 주위온도 낮게 운전하면 부하 더 사용할 수 있어

Q. 안녕하세요. EOCR에서 CT가 전류를 검출하는데, 그 전류가 기동전류인지 과전류인지 어떤 방식으로 구분하여 D-Time, O-Time이 동작하는건지 궁금합니다.

A. EOCR에서 D-Time은 Motor의 기동 즉 스타트 시간은 무시하는 시간입니다. Motor를 기동할 때는 여러 가지 기동 방식이 있습니다만 와이 델타 기동방식에서는 정격전류 3~6배의 전류가 올라갑니다. 이때 보편적으로 D-Time을 6~8초 정도로 세팅을 합니다. 이 시간만큼은 트립이 되지 말라는 것입니다. 이 시간이 초과를 하게 되면 EOCR 이 동작을 하여 Motor를 보호 하기 위함입니다. 그리고 O-Time은 정격운전중에 정격부하의 초과로 부하가 걸릴 때 O-Time 시간만큼 시간이 경과하여 계속 전류가 걸릴 때 EOCR 이 동작을 하여 Motor를 보호하기 위함입니다. D-Time은 기동 시에 필요한 설정값이고 O-Time은 운전 중에 필요한 설정값이라고 생각하시면 됩니다.

Q. 1. 인버터는 주파수를 변화시켜서 모터의 속도를 변화시킨다고 알고 있습니다. 그런데 인버터는 VVVF이라서 주파수와 전압을 모두 변화시키잖아요? 여기서 질문, 왜 Variable Voltage! 전압까지 변화시키는 겁니까?

2. 그리고 인버터를 사용하므로써 전기 절감 효과가 있다고들 합니다. 만약 측정했을 때, 인버터입력측 전압: 440V, 전류: 40A이고 인버터출력측이 전압: 550V, 전류: 32A이라면 이것이 절감효과가 있는 것입니까? 결국 소비 전력은 입력 측에서 계산된 값으로 전기료로 내야 하잖아요? 즉, 인버터로서 절감을 한다는 말은 속도를 낮추어서 전기를 절감한다는 뜻인가요? 그렇다면 속도를 낮추었을 때 얼마나 전력절감을 할 수 있는 것일까요?

3. 마지막 질문. 인버터 디스플레이창에 디스플레이 되는 부하전류는 만약, 인버터입력측 전압: 440V, 전류: 40A이고 인버터출력측이 전압: 550V, 전류: 32A이라면 출력측 전류(32A)일까요, 입력측 전류(40A)일까요.

A. 1. 전압은(교류) 주파수를 포함하고 있는데 이것이 주파수와 비례하여 주파수가 커지면 전압이 높아지고, 작아지면 전압이 낮아집니다.

2. 당연히 전압이 낮아지면 그만큼 전류도 낮아진 것이기 때문에 그렇고요 (전압=전류×전압. 전류에 주파수가 포함되어 있음) 인버터 입력이 440V인터 출력이 550V로 더 높게 나온다는 것은 본적이 없네요. 상식상 440V 이상은 출력전압이 안 나와요.

3. 디스플레이되는 전류는 부하전류로 출력측 32A가 맞습니다. 제가 알기론 입력측과 출력측이 전류가 다르게 나오는데 차이가 8A 차이면 그만큼의 에너지 소비가 적게 된다고 합니다.

Q. F종일 경우 주위온도(40)+권선의 온도상승(100) + HOT SPOT(15) = 155도로 알고 있습니다.

그런데 의미 자체가 이해가 잘 안 돼서요 만약에 주위온도가 60도로 올라간다거나 반대로 주위온도가 10도로 내려가면 어떻게 적용을 해야하는지요 여러 가지 사례를 검색해보았는데 이해가 잘 안 돼서 질문드립니다.

A. 주위온도 40℃는 기기를 사용하는 주위의 최대 예상온도입니다. 여름철에 주위온도가 60도까지 올라간다면 그 기기의 온도상승 한도는 80도입니다. 해서 현재 주위온도 0도이고 기기온도가 80도라면 여름철 기기온도는 140도 이상 올라간다는 것입니다. 반대로 여름철 최대 주위온도가 20도라면 F종기기의 온도상승 한도는 120도가 되는 것입니다. 즉 기기의 주위온도를 낮게 운전을 하면 그만큼 부하를 더 사용 할 수 있다는 것과 같습니다.

Q. 전동기에 의한 팬을 구동하고 있습니다. 전동기는 380V 10마력이고 2,400rpm정도 입니다. 사용 조건상 그리고 시험장비 감속기 등의 사용없이 전동기의 속도를 사변해서 사용하고 있습니다. 인버터를 이해해서 고속운전, 저속운전으로... 고속시는 50Hz, 2,000rpm으로 운전하며 저속시엔 15Hz, 600rpm으로 운전되며 고속운전시간은 25분 저속운전시간은 20분입니다. 

사우나 기계실이라 온도가 30도에 가깝습니다. 운전을 3일 정도 하고 있는데요. 전동기에 저속운전시 소음이 나면서 코일카바에 열이 나고 있습니다. R, S, T 각 상의 전류를 체크하면 2% 정도의 차이가 발생하고 있는데요.

왜 전류의 차이가 생기는지 모르겠습니다? 그리고 인버터에 대하여 얄팍하게 아는 상식은 30Hz 미만으로 오래 동작되면 안 좋다는 정도를 알면서도 시간상 그리고 시험장비라 그냥 쓰고 있는데요. 인버터에 열나는 걸 우려해서 신선한 외부 공기를 전기판넬로 공급하고 있습니다. 그래서 괜찮지 않을까? 라고 생각하고 있는데요.

전동기에 소음과 열나는 것에 대해선 전혀 생각하지 못했던 상황입니다. 어떻게 이해를 하고 대처를 해야 할까요?

A. 2,400rpm 모터라면 당연히 그렇습니다. 모터 타입도 인버터형 모터 그냥 범용 모터 이 두 단계로 나뉘어집니다. 보통 범용 모터의 경우 정격대에서 사용하게끔 설계가 되므로 저속 영역에서는 효율성이 떨어집니다.

모터 효율이 떨어진다는 것은 그만큼 기계적인 손실이 많다는것을 뜻하고 이는 모터를 저속영역에서 구동시에 발열형상이 상대적으로 많게됩니다.

보통 인버터 연동 사용 시 10~60Hz(상기 모터 적용 240~2,400rpm) 영역에서 사용하게끔 권장하고 있습니다. 그 밑의 영역으로 구동 시에 위에 말한 효율이 떨어지는 현상이 심하게 되고, 심한 경우 데드밴드 동작안 하게 되는 현상도 발생됩니다. 보통 이 영역은 6Hz 미만입니다. 그래서 이 저속영역을 보강하기 위해서 인버터형 모터가 나오게 된거구요

저속으로 운전 시 당연 열이 올라가는데, 그 이유는 팬속도도 저속으로 돌기 때문에 열을 못 식히기 때문입니다. 이 두 가지 문제로 그러한 현상이 발생하는 듯 싶습니다. 그리고 열발생문제는 선풍기나 이런 걸로 따로 열을 식히면 되구요 절연등급이 얼마인지 모르겠는데 F클래스 등급 기준 모터 외함 온도가 100도 이하일경우 큰 문제가 되지 않습니다. 다만 수명이 줄뿐이죠.

Q. Fan Motor를 장시간 (2~3년) 오결선으로 사용을 했는데 이상이 없습니다. 380/220V 와이델타 Drive 쿨링 팬인데, 380전원에 델타 결선을 해서 사용해왔습니다. 

처음 입사 후에 드라이브 보드가 고장이 나서 그런가 보다 하고 선임들이 차단기를 따로 설치해서 팬을 사용해왔습니다. 그리고 2~3년 이 지난 지금 우연이 결선상태를 확인해 보니 오결선 이더군요. 상식적으로 Motor가 이상이 있을거라 생각을 하는데 왜 이상 없이 사용이 되고 있는지 선임에게 물어보니, 정확한 이유보다는 팬자체가 열을 바로바로 시켜줄 수 있어서 그럴수도 있지 않을까? 하고 대답을 해주시던데 아직 정확한 이유를 모르겠습니다 . 

즉 와이 결선으로 사용해야 하는 팬모터를 델타로 사용했는데 이상 없이 돌아가는 이유가 무엇일까요?

A. 먼저 어떻게 될 거라 생각을 하시는지? 기본에서 전압이 √3배 커져서 출력이 커진 상태가 되겠네요. 그러면 부하가 일정하다면 어떻게 될까요. 출력에 따른 전류가 1/√3으로 줄어들겠지요. 여기에서 생각해야 할 여러 가지가 숨어 있습니다. Motor Coil은 저항과 인덕턴스가 병렬로 존재하는 것과 같습니다. 기동이 완료하기 전에는 2차가 단락이 되어 정격의 6~7배 정도전류가 Motor가 갖는 병렬 Z에 의하여 흐릅니다. 결국 전압에 비례하여 전류가 흐른다는 예기이지요. 기동 시는 전압이 √3배 커지면 전류도 √3배 커져서 전력은 3배로 소모 열을 발생하지요. 기동 시 이때 대부분 소손이 됩니다. 기동이 되고 나면 토르크가 커져 슬립에 의한 유도 전력이 줄어들고 전류는 줄어듭니다만 Coil이 갖는 고유저항에 의한 전류는 √3배가 더 커져 서로 상반 된다고 볼 수 있습니다. 여기에서 줄어드는 전류와 커지는 전류가 변수입니다.

이것을 이해하려면 Y-델타 기동 시 전압을 낮추어 기동하는 것을 이해하셔야 됩니다. 소손이 안 된 이유는 기동시간이 그다지 길지 않았고 운전 시 전류가 적어져서 소손이 안된 것으로 추정합니다. 운전시 A를 측정해 보세요. 아마 Motor가 소손 되지 않았다면 전류가 정격전류보다도 훨씬 적었을것입니다. 이것은 어디까지나 낚시꾼의 추정입니다.

Q. 저는 Plant 전기 설계를 하고 있습니다. 이번에 Single Line Diagram을 작업하고 있는데 Breaker Size 를 구해야 합니다. 예를 들어 메인 부스가 3PH, 3W, 440V, 60Hz, 2,000A 라하고 Motor 용량이 30kW 일때 AF 와 AT 를 구하고 싶습니다. 어떻게 구하는지 알려주시면 감사하겠습니다.

A. 메인 부스 3PH, 3W, 440V, 60Hz, 2,000A는  30kW보다 충분한 용량이 되므로 Motor관련 차단기선정만 생각을 하면 됩니다. 차단기에서 중요한 요소는 차단정격전류용량과 정격전류입니다. 차단정격전류용량은 부하에서 단락사고가 발생할 때 차단기에 흐를 수 있는 최대허용 전류값입니다. 단락전류 계산은 단락 시 Z를 알아야하고 V에서 그것을 나누어야 합니다. V/Z = I입니다. 단락 시 Z는 변압기의 Z와 선로의 Z(차단기 2차 단락점)를 합한 것입니다. 해서 차단정격전류가 단락전류보다는 무조건 커야 합니다. 정격전류(AT)는 30kW Motor의 정격전류×3배이어야 합니다. 차단기 AF는 Frame 전류로 설치장소 등의 Space 등을 고려하여 선정합니다.

Q. 1. UVR: 부족전압계전기, 세팅값 이하로 전압이 떨어졌을 때 단락되어서 회로를 재구성한다고 합니다. EOCR은 어떤 기능인가요? 명칭은 어떻게 되나요? 

2. OCR: 과전류 계전기, 관전류를 차단해서 회로를 차단하는 기능입니다. OVR 어떤 기능을 하죠?

3. PT・CT도 전압과 전류가 허용치 이상으로 흐를 때 차단해서 기기를 보호하는 기능을 하는 건데 이런 설명으로 보면 UVR이나 OCR과 같은 기능을 하는거 같은데 PT, CT는 MOF에 흐르는 전류 전압에 관해서 동작하는 기능을 하는 건가요?

인터넷이나 자료 찾아보면 UVR과 EOCR이 같고 OCR과 OVR이 같은 기능을 하는거 같아서 명칭도 같던데 똑같나요? 아니면 잘못된 건지

4. 그리고 수배전실에서 정전이 되면 UVR이 트립이 되어서 메인VCB가동 → 발전기측 ACB가 가동이 되고 발전기가 동작이 된다는 것이 맞나요? 

A. 1. UVR(Under Voltage Relay): 부족전압 계전기는 전압이 세팅치 이하로 떨어졌을때 동작하여 (접점을 연결함, 스위치를 온 하는 것과 같음) 차단기를 차단할 수도 있고 뭐 다른 것 경보를 한다든가 그렇지요. 유도형 UVR 을 설명하면 시계 유사(스프링) 같은 것으로 원판을 접점쪽으로 힘을 가하여 놓고 전압코일에 세팅치 보다 높은 전압이 걸릴 땐 스프링 힘을 이겨 원판이 그대로 있어 접점이 이루어지지 않지만 전압이 낮거나 무전압이 되면 스프링 힘에 의해서 원판이 회전을 하여 접접을 닫지요.

EOCR: 이것이 나오기 전에는 그냥 OCR이라고 해서 모터 같은 것의 과전류 보호 계전기로, 원리를 설명하면 도선에 전류가 흐르면 열이 나지요. 이 열을 바이메탈에 전달하여 휘어지는 것을 이용하여 접접을 오픈시켜 차단하는 것이었는데, 조금 더 발전을 하여 전자식 과부하리레이(Electronic Over Current Relay) 라고 하지요. 앞에 설명한 리레이를 열동형 과부하리레이라 하면 이것은 전자식 과부하 리에이라 하지요. 원리를 간단히 설명하면 일단 부하에 흐르는 전류를 CT를 통해서 검출하여 이 전류의 양을 전자회로 (머 TR, 콤파레이타)등으로 비교하여 세팅치 이상이 되면 작동이 되도록 하였다.

2. OCR: (Over Current Relay) 과전류 계전기는 유도형 과전류 계전기를 설명하면 유사(스프링)의 방향이 1 번설명과 반대로 힘을 가하고 있다가 계전기의 전류코일에 어느 이상의 전류가 흐르면 스프링의 힘을 이겨 접점을 닫지요.

OVR: 은 (Over Voltage Relay)로서 계전기의 전압코일에 세팅 전압보다 높은 전압이 걸리면 스프링의 힘을 이겨 원판의 회전을 하여 접점을 닫지요.

3. PT・CT(Potential Transformer. Current Transformer)로서 몇백암페어가 흐르는 전기선을 배전반에 가져올 수 없지 않아요? 그리고 높은 고압 특고압을 배전반에 가져올 수 없잖아요? 그래서 CT는 2차 전류가 5A, PT는 2차전압이 110V 되게 한 변압기라 생각하면 됩니다. 이 전압 혹은 전류를 1번 2번에서 설명한 계전기의 전류코일 혹은 전압코일에 인가하여 과전압, 부족전압, 과전류를 측정하지요.

4. 정전이 되면 UVR동작 VCD차단 후 발전기 가동 후  발전기 ACB투입 아마 이렇게 되지요. 

Q. 초보 설계자입니다. 기존 안정기에 점등할 때, 위이잉 이런 소리가 납니다. 왜 이럴까 생각을 하지만 답을 모르겠어요. 부품이나 진동에 의한 소리일까요? 확실히 소리는 안정기에서 나는 건데 노이즈 필터가 문제일까요? 기본적인 안정기 테스트는 뭐가 있을까요?

A. 문제는 안정기가 전자식이 아니라, 기계식(자기식)안정기 이기 때문입니다. 기계식 안정기는 전자식과 달라 규소강판이 성층으로 이루어져 있어 철손실, 히스테리시스손실이 발생하게 됩니다. 철심에 코일이 감겨져 있어, 전류가 흐르게 되면 코일에 자계가 발생하여 손실이 발생하게 됩니다. 이렇게 되면 자속밀도도 상승하게 되죠! 그리하여 처음 점등 시에는 전류를 많이 사용하진 않지만 전자식 안정기에 비하여, 장시간 사용 시에는 전기사용량이 전자식안정기보다 많아지게 됩니다. 하지만 이와 달리 전자식안정기는 첫 점등 시에만 전기사용량이 많을 뿐 차츰 전류가 안정화되어 기계식안정기보다 효율이 높습니다. 

점등 시에 노이즈가 발생하여, 민감한 분은 신경이 많이 쓰일 수도 있습니다. 요즘에는 전자식 안정기 사용으로 이러한 문제점을 많이 줄었습니다. 전자식안정기를 사용하시면 이러한 문제점을 고칠 수 있습니다.

Q. 플레밍의 왼손법칙과 오른손 법칙 수많은 글을 읽어도 같은 말이라서 단지 외워질 뿐, 실제로 어떻게 이용을 하는 건지 모르겠네요. 실제 전동기 회전자의 회전축, 코일, 고정자와 왼손법칙의 힘의 방향, 자속의 방향, 전류의 방향 전동기가 왼손법칙의 원리라는데 실제 전동기를 보고도 왼손법칙으로 힘의 방향을 어떻게 매치하는지 잘 모르겠네요.

A. 엄지손가락은 힘이고 검지손가락은 자속이고 중지손가락은 전류에 해당합니다. 먼저 Motor에 전원이 들어가면 Motor Coil에 전류가 흐르면서 고정자에 자극이 생깁니다. 자극이 있으면 자력(흡인력)이 생깁니다. 자극은 R.S.T가 1초에 60Hz로 회전위상을 갖습니다. 그러면 R.S.T가 회전하면서 자력(흡인력)에 의하여 회전자를 돌려주는 것이 되고 그렇게 회전하는 것이 아라고의 원판 원리입니다.

그리고 N극에서 S극으로 자속이 흐르는데 그 자속(검지 방향)속에 도체를 놓으면 도체(회전자의 단락 편)에 전압이 유도되고 이때 흐르는 전류가 중지손가락 방향이 됩니다. 이 전류에 의하여 자속이 생깁니다. 그 자속은 주자속과 합하여지면서 한쪽은 증자되고 한쪽은 감자되어 힘(엄지손가락)이 회전방향으로 증가되는 역할을 합니다.