전동기 절연은 왜 열화될까?

전동기 권선은 구리선만 감아놓은 구조가 아니다.

도체와 도체 사이에는 절연이 필요하고, 권선과 철심 사이에도 절연이 필요하다.

서로 다른 상의 권선 사이에도 충분한 절연이 있어야 한다.

이 절연이 정상적으로 유지되어야 전류가 정해진 경로로만 흐를 수 있다.

하지만 전동기를 수년 동안 운전하다 보면 절연재료도 처음 상태를 그대로 유지하지는 못한다.

높은 온도에 반복해서 노출된다.

기동과 정지 때마다 온도가 올라갔다 내려간다.

권선은 전자기력과 진동을 받는다.

먼지와 수분, 오일이 들어올 수도 있다.

인버터 운전에서는 빠르게 변하는 전압이 반복적으로 인가될 수도 있다.

이런 스트레스가 오랜 시간 누적되면 절연재료는 점차 약해진다.

이를 절연 열화라고 한다.

절연 열화가 충분히 진행되면

층간단락,

상간단락,

지락

같은 실제 권선사고로 이어질 수 있다.

전동기의 절연은 한 종류만 있는 것이 아니다

전동기 내부에는 여러 종류의 절연이 사용된다.

가장 먼저 생각할 수 있는 것이 권선도체 표면의 절연이다.

구리선 하나하나의 표면에는 얇은 절연피막이 있다.

이 절연은 서로 인접한 권선이 직접 전기적으로 접촉하지 않도록 한다.

이 부분이 손상되면 층간단락으로 이어질 수 있다.

또 권선과 고정자 철심 사이에는 슬롯절연이 있다.

이 절연이 손상되면 권선과 철심 사이에 전류경로가 생겨 지락으로 진행할 수 있다.

서로 다른 상의 코일이 가까이 위치하는 부분에는 상간절연도 중요하다.

따라서

절연저항이 좋다

라는 한마디만으로 모든 종류의 절연이 정상이라고 말할 수는 없다.

절연은 단순한 비닐피복이 아니다

전동기 권선에서는 에나멜 절연선과 슬롯절연재, 상간절연재, 바니시나 수지 등이 하나의 절연시스템을 구성한다.

권선을 감은 뒤 바니시를 함침하고 건조하거나 수지로 고정하는 것도 단순히 전기를 막기 위한 것만은 아니다.

권선을 기계적으로 고정한다.

습기와 오염물질의 침투를 줄인다.

권선에서 발생한 열이 철심과 프레임으로 전달되는 데도 영향을 준다.

즉 전동기 절연은

전기적 절연 + 기계적 고정 + 환경적 보호

를 함께 담당하는 시스템이라고 보는 것이 좋다.

전동기 절연을 열화시키는 원인은 하나가 아니다

절연열화는 흔히

“오래돼서 그렇다.”

라고 설명하기 쉽다.

하지만 시간 자체가 절연을 파괴하는 것은 아니다.

시간 동안 반복해서 가해진 여러 스트레스가 절연을 약하게 만든다.

대표적인 원인은 크게

열적 스트레스,

전기적 스트레스,

기계적 스트레스,

환경적 스트레스

로 나눠볼 수 있다.

그리고 실제 현장에서는 이 원인들이 하나씩 따로 발생하기보다 서로 겹치는 경우가 많다.

가장 중요한 절연열화 원인 가운데 하나는 열이다

절연재료는 높은 온도에 노출되면 화학적인 열화가 빨라질 수 있다.

수지와 바니시는 점차 경화되거나 취성이 커질 수 있다.

절연피막이 유연성을 잃으면 진동이나 열팽창을 견디는 능력도 떨어질 수 있다.

그래서 전동기의 온도는 단순히

“손을 대보니 뜨겁다.”

의 문제가 아니다.

장기간의 절연수명과 직접 연결된다.

권선에서 열이 발생하는 기본 원리

권선에는 전류가 흐른다.

권선 동손은 기본적으로

Pcu = I²R

관계로 증가한다.

전류가 정격보다 높아지면 발열은 전류 증가보다 훨씬 빠르게 커질 수 있다.

예를 들어 같은 저항조건에서 전류가 20% 증가했다고 하자.

전류는 1.2배지만 동손은

1.2² = 1.44

이므로 약 1.44배가 된다.

그래서 작은 과전류라도 장시간 지속되면 권선온도에는 상당한 영향을 줄 수 있다.

과부하가 절연열화로 이어지는 이유

부하기계에 문제가 생겨 모터가 정격보다 큰 토크를 계속 만들어야 한다고 하자.

전동기전류가 증가한다.

권선의 I²R 손실도 증가한다.

권선온도가 올라간다.

높은 온도가 오래 지속되면 절연재료의 열화속도가 빨라질 수 있다.

처음에는 전기적으로 아무런 단락이 없었던 모터도 장기간의 과부하 때문에 절연수명이 줄어들 수 있다.

그래서 과부하는 단순히 모터를 뜨겁게 만드는 문제에서 끝나지 않는다.

냉각불량도 같은 결과를 만들 수 있다

전류가 정상이라고 하자.

그렇다고 권선온도까지 항상 정상이라는 뜻은 아니다.

냉각팬이 파손되거나 통풍구가 막히면 발생한 열이 밖으로 빠져나가지 못한다.

결국 같은 손실에서도 권선온도가 더 높아질 수 있다.

따라서 전동기 절연열화를 분석할 때는

전류가 높았는가

뿐 아니라

냉각이 정상적이었는가

도 반드시 확인해야 한다.

온도가 몇 도 올라가면 절연수명이 절반이 될까?

현장에서 흔히

“온도가 10°C 올라가면 절연수명이 절반으로 줄어든다.”

라는 말을 듣기도 한다.

절연재료의 열화가 온도에 매우 민감하다는 점을 설명하기 위한 경험적인 표현으로는 이해할 수 있다.

하지만 모든 전동기와 모든 절연재료에 정확하게 같은 숫자를 적용해서는 안 된다.

실제 열화속도는

절연재료,

온도범위,

운전시간,

냉각방식,

전기적·기계적 스트레스

에 따라 달라진다.

중요한 것은 정확히 몇 도에서 몇 년이 줄어드느냐보다 지속적인 고온운전이 절연수명을 크게 줄일 수 있다는 것이다.

절연등급은 무엇을 의미할까?

전동기 명판에서 Class B, F, H 같은 절연등급을 볼 수 있다.

대표적인 절연시스템의 열등급은

B급 약 130°C,

F급 약 155°C,

H급 약 180°C

로 구분된다.

하지만 이 숫자를

“F종 모터는 외함이 155°C가 될 때까지 괜찮다.”

라고 해석하면 안 된다.

이 온도는 절연시스템의 열등급과 관련된 기준이다.

실제 전동기의 허용온도는 주위온도와 권선 온도상승, 핫스폿, 제조사 설계를 함께 고려해야 한다.

권선온도와 프레임온도는 같지 않다

현장에서 적외선 온도계로 모터 외함을 측정해

“60°C밖에 안 되네.”

라고 판단할 수 있다.

하지만 권선 내부는 프레임 표면보다 높은 온도일 수 있다.

권선에서 발생한 열이 철심과 프레임까지 이동하는 데는 열저항이 있기 때문이다.

특히 권선 내부의 작은 핫스폿은 외부 표면온도만으로 찾기 어려울 수 있다.

중요한 전동기에서 권선 RTD나 PTC 같은 온도센서를 사용하는 이유다.

열이 올라갔다 내려가는 것도 절연에 영향을 줄 수 있다

전동기를 기동하면 온도가 올라간다.

정지하면 식는다.

이 과정이 계속 반복된다.

구리,

철심,

절연재료,

수지

는 열팽창 특성이 완전히 같지 않다.

따라서 반복적인 가열과 냉각은 각 재료의 경계면에 기계적인 응력을 만들 수 있다.

절연이 이미 오래되어 딱딱하고 취약해진 상태라면 미세한 균열이 생길 가능성이 더 커진다.

그래서 기동횟수가 많고 열사이클이 심한 설비에서는 단순 운전시간뿐 아니라 운전패턴도 중요하다.

전압 불평형도 절연수명에 영향을 줄 수 있다

전압 불평형이 발생하면 유도전동기에는 정상적인 회전자계 외에 역상분에 의한 반대방향 자계가 생길 수 있다.

그 결과 전류불평형과 추가적인 회전자·고정자 발열이 발생할 수 있다.

전압불평형 자체가 절연재료를 직접 찢어버리는 것은 아니다.

하지만 추가발열을 통해 권선온도를 높이고 장기적으로 절연열화를 빠르게 만들 수 있다.

따라서 절연문제를 예방하려면 전압품질도 중요하다.

과전압은 절연에 어떤 영향을 줄까?

절연은 일정한 전기장을 견디도록 설계된다.

전동기에 정격보다 지나치게 높은 전압이 반복적으로 인가되면 절연에 걸리는 전기적 스트레스도 증가한다.

특히 순간적인 서지전압은 정상적인 상용주파수 전압보다 훨씬 빠르게 상승할 수 있다.

낙뢰와 개폐서지, 접촉기 동작, 전력전자 장치 등이 이런 과도전압의 원인이 될 수 있다.

절연상태가 이미 약해져 있다면 이런 순간적인 전압이 고장의 계기가 될 수도 있다.

인버터 운전에서는 왜 절연을 따로 생각해야 할까?

상용전원에 직접 연결된 모터는 비교적 부드러운 정현파에 가까운 전압을 받는다.

반면 인버터는 펄스폭변조, 즉 PWM 방식으로 출력전압을 만든다.

전압이 매우 짧은 시간에 빠르게 상승하고 하강하는 펄스 형태가 반복된다.

이때 중요한 개념이

dv/dt

다.

전압이 얼마나 빠른 시간에 변하는지를 나타낸다.

dv/dt가 크면 권선절연에 순간적으로 높은 전기적 스트레스가 가해질 수 있다.

인버터의 출력전압은 왜 모터단자에서 더 높아질 수 있을까?

인버터와 모터 사이의 케이블이 길어지면 케이블은 단순한 전선처럼만 동작하지 않는다.

빠른 PWM 펄스가 케이블을 따라 이동하면서 모터단자에서 반사현상이 발생할 수 있다.

특정 조건에서는 인버터 출력단에서 측정한 전압보다 모터단자에서 순간적인 전압피크가 더 높게 나타날 수 있다.

이를 반사파 영향과 연결해서 설명할 수 있다.

그래서 긴 인버터 케이블을 사용하는 설비에서는 모터의 절연사양과 출력필터 적용 여부 등을 함께 검토해야 한다.

인버터를 쓰면 기존 일반모터는 무조건 고장날까?

그렇지는 않다.

많은 일반 산업용 전동기가 인버터와 함께 문제없이 사용된다.

하지만

모터 절연설계,

인버터 전압,

케이블 길이,

스위칭특성,

운전주파수

에 따라 절연에 가해지는 스트레스가 달라진다.

따라서

“인버터니까 무조건 절연이 망가진다.”

도 틀리고,

“전압만 같으니까 아무 모터나 상관없다.”

도 적절하지 않다.

제조사의 인버터 운전 허용조건을 확인하는 것이 가장 안전하다.

부분방전이란 무엇일까?

고전압·중전압급 전동기의 절연진단에서는 부분방전(PD, Partial Discharge)이라는 말을 많이 사용한다.

절연 전체가 완전히 뚫리는 것은 아니지만 절연 내부의 작은 공극이나 약한 부분에서 국부적인 방전이 반복되는 현상이다.

절연 내부에 미세한 빈 공간이 있다고 하자.

그 부분의 전기장이 높아지면 작은 방전이 발생할 수 있다.

한 번의 부분방전이 바로 전체 절연을 파괴하는 것은 아니지만 반복되면 절연재료 표면을 조금씩 침식할 수 있다.

결국 장기간에 걸쳐 절연수명을 줄일 수 있다.

모든 저압 모터에서 부분방전을 측정해야 할까?

그럴 필요는 없다.

부분방전 진단은 특히 중전압·고전압 회전기 절연상태를 평가할 때 중요하게 다뤄진다.

일반적인 저압 소형모터에서는 절연시스템과 적용전압이 다르므로 똑같은 진단체계를 그대로 적용하지 않는다.

전동기의 전압등급과 중요도에 맞는 시험방법을 사용해야 한다.

진동은 왜 절연을 손상시킬 수 있을까?

권선은 슬롯 안에 단단하게 고정되어 있어야 한다.

하지만 지속적인 진동과 전자기력이 작용하면 권선이 미세하게 움직일 수 있다.

이 움직임이 장시간 반복되면

도체끼리,

도체와 슬롯절연 사이,

코일과 지지구조 사이

에 마찰이 생길 수 있다.

절연피막이 조금씩 닳는다.

처음에는 전기적으로 문제가 없지만 시간이 지나면서 약한 부분이 생길 수 있다.

따라서 베어링과 축정렬 문제는 기계적인 문제에서만 끝나지 않고 장기적으로 권선에도 영향을 줄 수 있다.

기동할 때 권선에는 큰 힘도 작용한다

기동전류는 정상운전 전류보다 클 수 있다.

전류가 커지면 도체 사이의 전자기력도 커질 수 있다.

정상적인 전동기는 이러한 기동조건을 고려해 설계된다.

하지만 지나치게 잦은 기동이나 장시간의 기동실패가 반복되면

열,

전자기력,

진동

이 동시에 권선에 반복된다.

권선고정이 약해지면 절연마모 가능성도 커질 수 있다.

수분은 절연저항에 왜 큰 영향을 줄까?

건조한 절연재료의 표면은 전류가 흐르기 어렵다.

하지만 수분이 표면에 붙으면 누설전류가 흐르기 쉬워질 수 있다.

특히 먼지와 염분 같은 오염물이 함께 있으면 수분을 흡수해 표면도전성이 더 커질 수 있다.

그 결과 메거로 측정한 절연저항이 크게 낮아질 수 있다.

그래서 장기간 정지한 모터나 습한 환경의 모터에서는 운전 전에 절연저항을 확인하는 것이 중요하다.

장기간 정지한 모터의 절연저항이 낮아질 수 있는 이유

운전 중인 모터는 자체발열 때문에 내부가 비교적 건조하게 유지될 수 있다.

하지만 장기간 정지하면 내부온도가 주변온도와 비슷해진다.

습도가 높거나 온도변화가 심하면 내부에 수분이 들어가거나 결로가 발생할 수도 있다.

이 상태에서는 권선 자체가 심하게 노후되지 않았더라도 절연저항이 낮게 측정될 수 있다.

그래서 대형모터에는 정지 중 내부를 따뜻하게 유지하기 위한 스페이스히터를 설치하는 경우도 있다.

스페이스히터는 왜 설치할까?

모터를 돌리지 않을 때 내부온도를 주변보다 약간 높게 유지하면 결로 발생가능성을 줄일 수 있다.

특히

옥외설비,

습도가 높은 장소,

장기간 대기하는 예비기

에서 도움이 된다.

스페이스히터는 모터를 가열해 운전온도로 만드는 장치라기보다 결로를 막기 위해 내부를 건조하게 유지하는 역할에 가깝다.

먼지도 절연에 문제를 만들까?

먼지가 모두 같은 것은 아니다.

깨끗하고 건조한 비전도성 먼지라면 즉시 큰 문제가 생기지 않을 수도 있다.

하지만 먼지가 권선에 두껍게 쌓이면 냉각을 방해한다.

권선온도를 높인다.

먼지가 수분이나 오일을 흡수하면 절연표면의 누설전류도 증가할 수 있다.

금속분진이나 탄소분진처럼 전도성이 있는 먼지는 더 위험할 수 있다.

따라서 오염은

냉각성능 저하 + 절연성능 저하

를 동시에 만들 수 있다.

오일이 권선에 묻으면 무조건 절연이 나빠질까?

오일의 종류와 절연재료에 따라 영향은 다르다.

하지만 장기간 오염되면 먼지가 달라붙고 냉각을 방해할 수 있다.

일부 화학물질은 절연수지나 에나멜과 반응해 재료의 성질을 변화시킬 수도 있다.

그래서 화학공장이나 오일미스트가 많은 환경에서는 모터의 보호구조와 절연시스템이 중요하다.

절연저항이 낮아지면 무조건 권선이 수명을 다한 것일까?

그렇지 않다.

전동기 절연저항은 매우 중요한 상태정보지만 측정값 하나만으로 절연수명을 확정할 수는 없다.

절연저항은

권선온도,

습기,

오염,

시험전압,

측정시간

등에 영향을 받는다.

예를 들어 비가 많이 온 뒤 장기간 정지해 있던 모터의 절연저항이 낮게 나왔다고 하자.

적절하게 건조시킨 뒤 다시 측정했더니 크게 회복될 수도 있다.

이 경우에는 심한 영구적 절연열화보다는 수분의 영향이 컸다고 볼 수 있다.

절연저항은 온도에 따라서도 달라진다

일반적으로 절연재료는 온도가 높아질수록 절연저항이 낮아지는 경향이 있다.

따라서 어제 차가운 상태에서 측정한 값과 오늘 운전 직후 뜨거운 상태에서 측정한 값을 그대로 비교하면 잘못 해석할 수 있다.

정기적인 절연상태 관리에서는 측정온도를 함께 기록하는 것이 중요하다.

필요하면 같은 기준온도로 보정한 값을 비교한다.

MΩ 값이 높으면 높을수록 무조건 좋은 것일까?

기본적으로 충분히 높은 절연저항은 좋은 신호다.

하지만 값이 매우 높다는 이유만으로 권선 전체가 완전히 새것과 같다고 말할 수는 없다.

대지절연은 좋은데 층간절연이 약할 수 있다.

절연재료가 건조하지만 기계적으로 취약해져 있을 수도 있다.

그래서

“몇 천 MΩ이니까 절대 문제없다.”

라고 단정하기보다 다른 상태정보도 함께 봐야 한다.

PI는 무엇을 보는 시험일까?

PI는 분극지수라고 한다.

보통 일정한 직류시험전압을 가한 상태에서 시간에 따른 절연저항의 변화를 비교하는 방법이다.

개념적으로

PI = 10분 절연저항 / 1분 절연저항

형태로 사용한다.

건전하고 건조한 절연에서는 전압을 인가한 뒤 시간이 지나면서 측정저항이 증가하는 특성이 나타날 수 있다.

하지만 PI도 모든 모터에 똑같이 적용되는 만능 판정법은 아니다.

절연시스템과 모터 크기, 측정값의 크기 등에 따라 해석이 달라질 수 있다.

절연저항이 낮으면 먼저 무엇을 확인할까?

첫 번째는 측정조건이다.

정말 완전히 무전압 상태인가?

인버터와 센서 등 민감한 전자장치는 분리했는가?

시험전압은 적절한가?

권선온도는 얼마인가?

두 번째는 환경조건이다.

최근 장기간 정지했는가?

비나 고습도 환경이었는가?

단자함이나 권선에 수분이 들어갔는가?

세 번째는 오염이다.

먼지와 오일이 심하게 쌓여 있는가?

그다음 세척이나 건조 후 값을 다시 확인한다.

그래도 절연저항이 회복되지 않거나 과거에 비해 계속 낮아지는 추세라면 실제 절연열화를 더 적극적으로 의심할 수 있다.

절연을 건조시키면 다시 새것처럼 되는 것일까?

수분 때문에 절연저항이 낮아진 경우에는 건조 후 값이 크게 회복될 수 있다.

하지만 열과 진동 때문에 절연재료 자체가 균열되거나 탄화된 상태라면 단순한 건조로 원상복구되지는 않는다.

즉

흡습

과

재료 자체의 열화

를 구분해야 한다.

메거값이 건조 후 회복되었다고 해도 왜 수분이 들어갔는지 원인은 찾아야 한다.

뜨거운 모터를 바로 메거로 재면 안 되는 이유는 무엇일까?

첫째는 안전이다.

전원을 완전히 차단하고 잔류전압과 저장에너지를 확인해야 한다.

둘째는 온도영향이다.

운전 직후 뜨거운 상태에서는 절연저항이 낮게 측정될 수 있다.

과거의 차가운 상태 측정값과 단순비교하면 잘못 판단할 수 있다.

따라서 절연저항 데이터에는 측정온도를 함께 기록하는 습관이 중요하다.

절연열화가 심해지면 어떤 증상이 나타날까?

초기에는 아무 증상이 없을 수 있다.

절연저항 추세가 조금씩 낮아질 수 있다.

전류불평형이 나타날 수도 있다.

온도가 이전보다 높아질 수 있다.

특정 조건에서 진동이나 소음이 달라질 수도 있다.

하지만 층간단락이 시작되면 국부적인 발열이 빠르게 커질 수 있다.

고장이 더 진행되면

상간단락,

지락,

과전류,

차단기 또는 보호계전기 동작

으로 이어질 수 있다.

절연 열화와 절연 파괴는 같은 뜻일까?

완전히 같지는 않다.

절연 열화는 절연재료의 성능이 점차 떨어지는 과정이다.

아직 정상운전이 가능할 수 있다.

절연 파괴는 그 절연이 더 이상 전기적인 스트레스를 견디지 못하고 실제로 전류경로가 형성된 상태다.

즉

열화 → 약화 → 파괴

의 관계로 이해하면 쉽다.

따라서 예방정비의 목적은 파괴된 뒤 찾는 것이 아니라 열화단계에서 변화추세를 발견하는 것이다.

한 번의 절연저항 측정보다 추세관리가 중요한 이유

오늘 500MΩ이 나왔다고 하자.

이 숫자 하나만 보면 큰 문제가 없어 보일 수 있다.

하지만 같은 조건에서

1년 전 5000MΩ,

6개월 전 2500MΩ,

3개월 전 1200MΩ,

현재 500MΩ

으로 계속 떨어지고 있다면 상황이 다르다.

아직 절대값은 높아 보여도 상태가 지속적으로 변하고 있다는 의미일 수 있다.

그래서 중요모터에서는 절연저항을 단순 합격·불합격 값으로만 보지 않고 과거추세를 함께 관리하는 것이 좋다.

같은 장소의 예비모터와 비교하는 것도 도움이 된다

같은 모델의 전동기 두 대가 비슷한 환경에 있다고 하자.

한 대는 장기간 운전 중이고 다른 한 대는 예비기로 보관되어 있다.

절연저항과 온도, 진동 데이터를 비교하면 이상을 판단하는 데 도움이 될 수 있다.

다만 운전시간과 습기노출, 보관조건이 다르기 때문에 단순한 숫자비교로 결론내려서는 안 된다.

절연고장이 반복된다면 원인은 권선 밖에 있을 수도 있다

재권선을 했는데 몇 개월 뒤 다시 소손된다면 재권선 품질만 의심하기 쉽다.

하지만 실제 원인이

지속적인 과부하,

냉각팬 고장,

전압불평형,

과도한 기동횟수,

인버터와 모터의 부적절한 조합,

심한 진동

에 있다면 새 권선도 같은 스트레스를 받는다.

결국 다시 절연열화가 진행될 수 있다.

그래서 반복되는 권선고장은 모터뿐 아니라 운전환경 전체를 확인해야 한다.

절연상태를 관리할 때 무엇을 기록하면 좋을까?

최소한 다음 정보를 함께 남기는 것이 좋다.

측정날짜,

권선온도 또는 주변온도,

시험전압,

1분 절연저항,

필요한 경우 PI,

세 상 권선저항,

운전전압과 전류,

특이사항

이다.

여기에 최근 세척과 건조, 재권선, 베어링교체 같은 정비이력까지 있으면 절연상태 변화의 원인을 찾기가 훨씬 쉬워진다.

절연열화를 늦추려면 어떻게 해야 할까?

가장 먼저 과도한 열을 줄여야 한다.

정격범위를 지킨다.

냉각팬과 통풍로를 관리한다.

베어링과 축정렬을 정상상태로 유지한다.

전압불평형을 관리한다.

장기간 정지하는 모터에서는 결로와 수분을 방지한다.

먼지와 오일오염을 줄인다.

인버터 운전에서는 모터와 케이블이 해당 운전조건에 적합한지 확인한다.

그리고 정기적인 절연저항과 운전데이터를 기록해 추세를 본다.

자주 헷갈리는 부분

첫째, 절연열화와 절연파괴는 같은 뜻이 아니다. 열화는 성능이 점차 약해지는 과정이고 파괴는 실제 전류경로가 생긴 상태다.

둘째, 절연은 권선과 프레임 사이에만 있는 것이 아니다. 도체 사이, 상 사이, 권선과 철심 사이에 각각 다른 절연이 필요하다.

셋째, 메거값이 높다고 층간절연까지 반드시 정상이라는 뜻은 아니다.

넷째, 절연저항이 낮다고 모터가 반드시 영구적으로 손상된 것도 아니다. 수분과 온도의 영향을 먼저 확인해야 한다.

다섯째, 지속적인 고온은 절연수명을 크게 줄일 수 있지만 모든 절연에 동일한 수명공식을 적용해서는 안 된다.

여섯째, F종 절연이라고 외함을 155°C까지 사용해도 된다는 의미는 아니다.

일곱째, 진동과 권선움직임도 절연을 기계적으로 마모시킬 수 있다.

여덟째, 인버터 PWM의 빠른 전압변화는 절연에 추가적인 전기적 스트레스를 줄 수 있지만 인버터 운전 자체가 곧 절연고장을 의미하지는 않는다.

아홉째, 장기간 정지한 모터의 절연저항 저하는 결로와 흡습 때문일 수도 있다.

열째, 절연상태는 한 번의 MΩ 값보다 측정조건이 일정한 장기간의 변화추세를 보는 것이 중요하다.

마무리

전동기 절연은 단순히 전선에 입혀진 피복 하나가 아니다.

도체와 도체,

상과 상,

권선과 철심

을 서로 전기적으로 분리하면서 권선을 기계적으로 고정하고 환경으로부터 보호하는 하나의 절연시스템이다.

이 절연은 운전하는 동안 계속 스트레스를 받는다.

과부하와 냉각불량은 온도를 높인다.

높은 온도는 절연재료를 점차 약하게 만든다.

반복적인 가열과 냉각은 서로 다른 재료의 열팽창 차이로 기계적인 응력을 만든다.

진동은 권선과 절연재료 사이에 마찰을 만든다.

수분과 오염은 표면누설전류를 증가시키고 절연저항을 떨어뜨릴 수 있다.

과전압과 서지는 전기적인 스트레스를 높인다.

인버터에서는 빠른 PWM 전압변화와 케이블 반사파까지 고려해야 할 수 있다.

따라서 절연고장을 예방하려면

열적 스트레스

만 관리해서도 부족하고,

전기적 스트레스

만 관리해서도 부족하다.

열,

전압,

진동,

습기,

오염,

운전방식

을 하나의 시스템으로 봐야 한다.

그리고 가장 중요한 것은 절연이 완전히 파괴된 뒤 발견하는 것이 아니다.

절연저항과 온도, 전류와 정비이력을 장기간 기록해 열화가 진행되는 단계에서 변화를 찾아내는 것이다.

다음 글에서는 이 절연열화와 발열문제를 실제 현장점검으로 연결해 전동기 온도가 높을 때 무엇부터 점검해야 할까?를 살펴본다.

전류는 정상인데 뜨거운 경우와 전류까지 높은 경우를 구분하고, 과부하·전압불평형·베어링·냉각·축정렬·인버터 저속운전까지 어떤 순서로 확인하면 되는지 하나의 점검 흐름으로 정리한다.