전동기 권선 단락은 어떻게 발생할까?

전동기 권선이 탔다고 하면 흔히 권선 전체가 한 번에 심하게 소손된 모습을 떠올리기 쉽다.

하지만 실제 권선고장은 아주 작은 부분에서 시작될 수 있다.

서로 붙어 있던 두 턴 사이의 절연이 약해진다.

처음에는 몇 턴만 서로 단락된다.

단락된 부분에 큰 순환전류가 흐르면서 국부적으로 온도가 올라간다.

주변 절연재료가 열에 의해 더 손상된다.

결국 단락범위가 확대되고 서로 다른 상의 권선이나 철심까지 사고가 번질 수 있다.

그래서 심하게 탄 권선을 분해해보면 최종 손상은 넓게 보이지만 실제 고장의 시작점은 매우 작았을 수도 있다.

전동기 권선 단락을 이해할 때 가장 중요한 것은

최종적으로 탄 모습보다 처음 어떤 절연이 무너졌는지를 보는 것이다.

단락과 단선은 무엇이 다를까?

단락과 단선은 서로 반대에 가까운 고장이다.

단선은 원래 이어져 있어야 할 전류경로가 끊어진 상태다.

저항이 매우 커지거나 회로가 완전히 개방된다.

반대로 단락은 원래 절연되어 있어야 할 두 지점 사이에 비정상적인 전류경로가 만들어진 상태다.

따라서 단락에서는 전류가 흐르지 않아야 할 곳으로 전류가 흐른다.

특히 매우 낮은 임피던스의 경로가 만들어지면 큰 전류가 흐를 수 있다.

전동기 권선에서는 이 단락이 어느 부분에서 발생했느냐에 따라 고장의 성격이 달라진다.

전동기 권선 단락은 크게 어떻게 나눌까?

대표적으로 세 가지를 생각할 수 있다.

첫 번째는 턴간 단락이다.

같은 코일 안에서 서로 절연되어 있어야 할 두 개 이상의 턴이 붙는 고장이다.

두 번째는 상간 단락이다.

U상과 V상처럼 서로 다른 상의 권선 사이 절연이 무너지는 경우다.

세 번째는 권선-대지 단락이다.

권선과 철심 또는 프레임 사이의 절연이 무너지면서 대지쪽으로 전류경로가 형성되는 고장이다.

세 고장은 모두 절연파괴라는 공통점이 있지만 전류경로와 보호장치의 반응은 크게 다를 수 있다.

턴간 단락은 무엇일까?

전동기 권선은 하나의 굵은 도체를 한 번 감은 것이 아니다.

절연된 도체를 여러 번 감아 코일을 만든다.

각 도체의 표면에는 턴과 턴이 서로 전기적으로 접촉하지 않도록 절연층이 존재한다.

이 절연이 손상되어 인접한 두 턴이 직접 연결되면 턴간 단락이 발생한다.

예를 들어 원래 100개의 턴으로 이루어진 코일에서 두 턴 사이가 붙었다고 하자.

전체 100턴이 즉시 사라지는 것은 아니다.

하지만 붙은 부분은 별도의 매우 낮은 임피던스 루프를 형성할 수 있다.

이 작은 루프가 심각한 문제를 만든다.

턴 몇 개만 붙었는데 왜 전류가 그렇게 커질까?

단락된 턴은 일종의 단락된 2차권선처럼 생각할 수 있다.

변화하는 자속이 단락된 턴을 통과하면 그 루프에도 기전력이 유도된다.

간단하게 생각하면 단락루프 전류는

Isc ≈ Esc / Zsc

로 볼 수 있다.

여기서

Esc는 단락된 루프에 유도되는 전압,

Zsc는 그 루프의 임피던스다.

단락된 루프의 길이는 짧다.

구리저항도 매우 작다.

따라서 유도전압 자체가 크지 않더라도 임피던스가 매우 작으면 큰 순환전류가 흐를 수 있다.

이 전류는 외부 단자에서 들어오는 정상적인 부하전류와는 성격이 다르다.

권선 내부의 작은 부분을 계속 순환하면서 강한 국부발열을 만들 수 있다.

작은 턴간 단락이 왜 큰 권선소손으로 진행될까?

단락된 턴에는 큰 전류가 흐를 수 있다.

도체에서 발생하는 열은 기본적으로

P = I²R

관계의 영향을 받는다.

전류가 커지면 매우 작은 저항에서도 상당한 열이 발생할 수 있다.

문제는 이 열이 작은 영역에 집중된다는 점이다.

단락된 지점 주변의 에나멜 절연과 슬롯 절연, 바니시가 높은 온도에 노출된다.

주변 턴의 절연도 약해진다.

처음에는 두 턴만 붙었지만 시간이 지나면서 세 턴, 네 턴으로 확대될 수 있다.

결국 더 큰 권선구간이 단락될 수 있다.

절연이 탄화되면 왜 사고가 더 빨리 커질까?

정상적인 절연재료는 전류를 차단한다.

하지만 심한 열과 아크로 절연재료가 손상되고 탄화되면 절연성능이 크게 떨어질 수 있다.

처음에는 아주 좁은 영역에서 발생했던 전류경로가 주변으로 확대될 수 있다.

결국 같은 상 내부의 단락에서 끝나지 않고 다른 상 권선 또는 철심과 연결되는 사고로 진행할 수 있다.

그래서 최종적으로 발견되는 권선소손은 처음 발생한 턴간 결함보다 훨씬 넓을 수 있다.

턴간 단락은 왜 초기에 발견하기 어려울까?

초기에는 단락되는 턴 수가 매우 적을 수 있다.

전체 권선에서 보면 극히 작은 부분이다.

그래서 외부에서 측정하는 선전류가 즉시 크게 증가하지 않을 수도 있다.

모터는 계속 회전할 수 있다.

속도도 거의 정상일 수 있다.

보호계전기가 동작하지 않을 수도 있다.

하지만 권선 내부의 단락루프에서는 큰 순환전류와 국부발열이 이미 발생하고 있을 수 있다.

이것이 턴간 단락이 까다로운 이유다.

상간 단락은 무엇일까?

U상과 V상처럼 서로 다른 상에 속한 권선은 서로 절연되어 있어야 한다.

그런데 권선 끝부분이나 슬롯 내부에서 상간절연이 손상되면 서로 다른 상의 도체가 직접 연결될 수 있다.

이를 상간 단락이라고 한다.

서로 다른 상 사이에는 상당한 전위차가 존재한다.

따라서 직접적인 상간 단락이 발생하면 매우 큰 사고전류가 흐를 수 있다.

실제 전류의 크기는

전원 임피던스,

변압기 용량,

케이블 임피던스,

단락위치,

권선임피던스

등에 따라 달라진다.

상간 단락은 왜 턴간 단락보다 사고가 크게 보이는 경우가 많을까?

턴간 단락은 같은 권선 내부의 몇 개 턴 사이에서 시작할 수 있다.

반면 상간 단락은 서로 다른 상전압 사이에 직접적인 고장경로를 만든다.

그래서 큰 사고전류와 강한 전자기력이 발생할 수 있다.

아크와 열 때문에 주변 절연이 매우 빠르게 파괴될 수 있다.

보호장치도 과전류나 차동보호 등에 의해 빠르게 동작할 가능성이 높아진다.

하지만 보호방식과 고장위치에 따라 실제 동작양상은 달라진다.

권선-대지 단락은 무엇일까?

권선은 철심 슬롯 안에 들어가 있다.

따라서 도체와 철심 사이에도 충분한 절연이 필요하다.

이 절연이 손상되어 권선이 철심이나 프레임과 전기적으로 연결되면 권선-대지 사고가 발생한다.

흔히 지락이라고 표현하기도 한다.

이때 사고전류의 크기는 설비의 접지방식에 따라 크게 달라질 수 있다.

직접접지 계통에서는 큰 지락전류가 흐를 수 있다.

저항접지나 다른 접지방식을 사용하는 계통에서는 사고전류가 제한될 수 있다.

따라서 대지단락은

“몇 A가 흐른다”

라고 하나의 숫자로 일반화할 수 없다.

턴간 단락과 대지단락은 완전히 다른 시험으로 봐야 한다

턴간 절연은 서로 인접한 도체 사이의 절연이다.

대지절연은 권선 전체와 프레임·철심 사이의 절연이다.

두 절연은 서로 관련은 있지만 동일한 것은 아니다.

권선과 프레임 사이의 절연은 매우 좋은데 특정 두 턴 사이의 에나멜만 손상되어 있을 수도 있다.

따라서 대지절연 시험 하나만 정상이라고 전체 권선절연이 모두 정상이라고 말할 수 없다.

메거가 정상인데 턴간 단락이 있을 수 있을까?

있을 수 있다.

전동기 절연저항을 메거로 측정할 때는 일반적으로 권선과 대지 또는 프레임 사이의 절연상태를 본다.

시험전압을 권선과 프레임 사이에 인가해 누설전류를 확인한다.

그런데 턴간 단락은 같은 권선 내부에서 발생한 고장이다.

권선과 프레임 사이의 절연은 그대로 양호할 수 있다.

따라서 턴간 단락이 존재해도 대지절연저항이 매우 높게 측정될 수 있다.

즉

메거값 정상 = 턴간 절연도 정상

은 아니다.

PI 값이 좋아도 턴간 단락을 놓칠 수 있을까?

가능하다.

PI는 시간에 따른 대지절연저항의 변화를 이용해 절연상태를 판단하는 하나의 방법이다.

하지만 기본적으로 권선과 대지 사이의 절연응답을 보는 시험이다.

특정 코일 내부의 몇 턴 사이 절연만 파괴된 상태라면 PI 값이 그 문제를 직접 보여주지 못할 수 있다.

그래서 대지절연시험과 턴간절연시험은 목적이 다르다고 이해해야 한다.

권선저항으로 턴간 단락을 찾을 수 있을까?

전동기 권선저항을 세 상에서 비교하면 단선과 접속불량, 큰 저항불평형을 찾는 데 매우 유용하다.

하지만 초기 턴간 단락은 DC 권선저항 변화가 매우 작을 수 있다.

예를 들어 수백 턴 가운데 두세 턴만 단락됐다고 하자.

전체 도체길이에서 차지하는 비율은 매우 작다.

일반적인 저항측정에서는 그 차이가 계측오차와 접촉저항, 온도차에 묻힐 수도 있다.

따라서

세 상 권선저항이 같다 = 턴간 단락이 없다

라고 결론내리면 안 된다.

턴간 단락이 진행되면 권선저항도 달라질 수 있지 않을까?

손상이 크게 진행되면 가능하다.

여러 턴이 단락되거나 도체가 녹고 연결상태가 변하면 상별 DC 저항에서도 차이가 나타날 수 있다.

하지만 그 단계라면 이미 다른 증상도 뚜렷할 가능성이 높다.

권선저항은 중요한 기본검사지만 턴간 절연의 초기결함을 단독으로 확인하는 시험은 아니다.

턴간 단락은 인덕턴스에도 영향을 줄 수 있다

권선의 유효 턴 수와 자계분포가 변하면 상의 인덕턴스와 임피던스도 달라질 수 있다.

따라서 세 상의 임피던스나 인덕턴스를 비교하면 비대칭을 찾는 데 도움이 될 수 있다.

하지만 모터구조와 회전자 위치, 측정주파수 등에 따라 값이 달라질 수 있으므로 단순한 숫자 하나로 판정하기는 어렵다.

전용 시험절차와 기준이 필요하다.

서지 시험은 왜 턴간 절연에 사용될까?

턴간 절연의 취약점을 확인하기 위해 서지 비교시험을 사용할 수 있다.

권선에 짧은 과도전압을 인가하면 권선의 인덕턴스와 커패시턴스에 의해 특유의 응답파형이 나타난다.

세 상 또는 동일한 코일구조의 응답을 비교했을 때 턴간 절연이 약하면 파형의 주기나 감쇠가 달라질 수 있다.

다만 서지 시험은 적절한 전용장비와 절차가 필요한 시험이다.

모터의 정격과 절연상태를 고려하지 않고 임의의 고전압을 가해서는 안 된다.

턴간 단락이 생기면 3상 전류는 어떻게 변할까?

손상된 상의 유효 임피던스와 자속분포가 변할 수 있다.

그 결과 세 상 전류가 불평형해질 수 있다.

하지만 초기에는 변화가 매우 작을 수도 있다.

고장이 진행되면 특정 상 전류가 증가하고 모터 전체의 입력전류와 온도가 상승할 수 있다.

자기력의 대칭성이 깨지면서 진동과 소음도 증가할 수 있다.

따라서

전류,

진동,

온도

가 함께 변하기 시작하면 권선상태를 더 적극적으로 확인할 필요가 있다.

단락된 턴에서는 왜 큰 열이 나는데 선전류는 많이 안 변할 수 있을까?

단락루프는 권선 내부에 존재한다.

루프 자체에서 큰 전류가 순환하더라도 외부 선전류에는 그 영향이 간접적으로 나타난다.

특히 단락된 턴 수가 적다면 전체 모터 입력전류의 변화는 상대적으로 작을 수 있다.

그러나 작은 영역에 집중되는 열은 매우 클 수 있다.

그래서 열적 손상속도와 외부 전류계의 변화 정도가 반드시 비례하지 않는다.

전동기에서 타는 냄새가 나면 이미 늦은 단계일까?

절연 바니시나 에나멜이 고온에 노출되면 특유의 냄새가 날 수 있다.

이런 냄새가 실제로 느껴질 정도라면 절연이 상당한 열적 스트레스를 받고 있을 가능성이 있다.

하지만 냄새만으로 권선 단락이라고 확정해서는 안 된다.

베어링과 브레이크, 오염물질의 과열에서도 비슷한 냄새가 날 수 있다.

다만

타는 냄새,

온도상승,

전류불평형,

이상소음

이 함께 나타난다면 운전을 계속하기보다 점검이 필요하다.

권선 끝부분에서 단락이 잘 발생할 수 있는 이유

코일의 엔드턴 부분은 슬롯 밖으로 나와 있다.

슬롯 내부보다 기계적인 지지가 약할 수 있고 전자기력에 의해 움직임을 받을 수 있다.

기동과 사고전류가 반복되면 권선 끝부분에 상당한 기계적 힘이 작용할 수 있다.

진동으로 도체끼리 계속 마찰하면 절연이 닳을 수도 있다.

또 서로 다른 상의 코일 끝부분이 가까이 지나가는 구조에서는 상간 절연상태가 중요하다.

슬롯 안에서는 어떤 문제가 생길까?

슬롯 내부에서는 권선이 철심 가까이에 위치한다.

슬롯 절연이 손상되면 권선과 철심 사이 대지사고로 진행할 수 있다.

권선이 슬롯 안에서 움직이면 절연표면이 반복적으로 마찰될 수도 있다.

열팽창과 진동, 오염, 제작상태 등이 장기간 영향을 줄 수 있다.

따라서 권선은 단순히 전기적으로만 절연되어 있으면 되는 것이 아니라 기계적으로도 안정적으로 고정되어야 한다.

기동전류가 큰 것이 권선 단락을 직접 만드는 것일까?

정상적인 기동전류 자체는 모터가 견디도록 설계된 범위 안에 있어야 한다.

하지만 지나치게 잦은 기동과 장시간 기동실패가 반복되면 열적·기계적 스트레스가 누적될 수 있다.

큰 전류는 권선온도를 높인다.

동시에 전자기력도 커진다.

권선이 충분히 고정되어 있지 않으면 반복적인 움직임과 마찰이 발생할 수 있다.

따라서 정상적인 한 번의 기동보다 과도한 반복기동과 비정상적으로 긴 기동시간이 더 문제가 된다.

과부하는 권선 단락과 어떤 관계가 있을까?

과부하가 발생하면 전류가 증가한다.

권선 동손은

Pcu = I²R

관계로 증가한다.

전류가 장시간 정격보다 높으면 권선온도도 올라간다.

높은 온도는 절연재료의 열화를 빠르게 할 수 있다.

처음부터 단락이 발생하는 것은 아니더라도 장기간의 과부하는 턴간 절연이 약해지는 환경을 만들 수 있다.

냉각불량도 결국 절연에 영향을 준다

팬이 멈추거나 방열핀이 막혀도 권선에서 발생하는 손실은 계속된다.

열이 밖으로 빠져나가지 못하면 권선의 절대온도가 올라간다.

높은 온도에서 오랜 시간 운전하면 절연재료의 열화가 빨라질 수 있다.

그래서 권선 단락의 근본원인을 분석할 때는 단순히

“권선이 탔다.”

로 끝내서는 안 된다.

과부하와 냉각상태도 함께 봐야 한다.

수분과 오염은 어떤 영향을 줄까?

수분과 먼지, 오일과 도전성 오염물은 절연표면의 성능을 떨어뜨릴 수 있다.

특히 권선과 철심 사이 표면누설을 증가시킬 수 있다.

염분이나 화학물질이 존재하는 환경에서는 부식도 함께 발생할 수 있다.

결국 대지절연의 약한 부분에서 지락이 시작될 가능성이 커진다.

인버터 운전에서는 턴간 절연이 더 중요할까?

인버터는 PWM 전압을 사용하기 때문에 모터단자에는 매우 빠른 전압변화가 나타날 수 있다.

특정 조건에서는 케이블 반사와 빠른 상승시간 때문에 모터권선에 반복적인 전기적 스트레스가 가해질 수 있다.

특히 긴 케이블이나 높은 DC 링크 전압, 높은 스위칭속도 등의 조건에서는 턴간 전압분포를 고려해야 한다.

그래서 인버터 운전을 고려한 모터에서는 턴간 절연과 절연시스템 설계가 중요하다.

그렇다고 인버터를 사용하면 모든 모터가 턴간 단락되는 것은 아니다.

모터와 케이블, 드라이브의 적합성을 확인하는 것이 핵심이다.

고압전동기에서는 부분방전도 중요할 수 있다

중전압급 전동기에서는 권선절연 내부나 표면의 국부적인 전기장이 높아질 수 있다.

절연 내부의 미세공극이나 결함에서 부분방전이 반복되면 장기간에 걸쳐 절연재료가 침식될 수 있다.

이런 현상은 저압 소형모터와는 다른 수준의 절연진단이 필요하다.

전압등급과 절연시스템에 맞는 시험과 기준을 사용해야 한다.

재권선 후에도 단락이 발생할 수 있을까?

가능하다.

재권선 과정에서는

도체선정,

턴 수,

절연재료,

코일 삽입,

상간절연,

결선,

바니시 처리,

건조공정

등이 모두 중요하다.

코일을 슬롯에 넣는 과정에서 에나멜이 손상될 수도 있다.

엔드턴에서 상간거리가 부족할 수도 있다.

따라서 재권선 후에는 단순히 저항만 재는 것이 아니라 해당 정비기준에 맞는 절연시험과 품질확인이 필요하다.

권선 단락이 발생하면 토크도 떨어질까?

가능하다.

한 상의 권선이 정상적인 자화력을 만들지 못하면 3상 자계의 대칭성이 무너질 수 있다.

유효한 회전자계가 약해지고 역상성분이나 고조파성분이 증가할 수 있다.

같은 부하토크를 유지하려면 전류가 더 증가할 수 있다.

고장이 진행되면 속도가 내려가고 토크맥동이 커질 수도 있다.

전류가 증가하면 보호기가 바로 동작하지 않을까?

큰 상간 단락이나 심한 대지사고라면 보호기가 빠르게 동작할 수 있다.

하지만 초기 턴간 단락은 외부 선전류의 증가가 작을 수 있다.

일반 과부하계전기는 내부 몇 턴의 국부적인 순환전류를 직접 측정하지 않는다.

그래서 단락루프는 뜨거워지고 있는데 보호계전기는 아직 정상이라고 판단할 가능성이 있다.

대형 중요 전동기에서 보다 다양한 보호와 상태감시를 사용하는 이유가 여기에 있다.

온도센서가 있으면 초기 턴간 단락을 잡을 수 있을까?

도움이 될 수 있지만 완벽하지는 않다.

권선 RTD나 PTC는 권선온도의 이상상승을 감지할 수 있다.

하지만 센서가 위치한 곳과 실제 국부 핫스폿이 떨어져 있다면 초기 결함을 바로 감지하지 못할 수도 있다.

작은 턴간 단락은 매우 좁은 영역에서 빠르게 가열될 수 있기 때문이다.

온도센서는 중요한 보호수단이지만 모든 국부결함을 즉시 잡는다고 생각해서는 안 된다.

큰 모터에서는 차동보호가 왜 사용될까?

전동기 내부 사고가 발생하면 모터로 들어가는 전류와 나오는 전류의 관계가 달라질 수 있다.

차동보호는 보호구간으로 들어가고 나오는 전류를 비교해 내부사고를 빠르게 검출하는 원리를 사용한다.

대용량·중요 전동기에서는 내부 상간사고 등을 보호하기 위해 적용될 수 있다.

하지만 모든 소형모터에 차동보호가 적용되는 것은 아니다.

모터의 용량과 중요도, 전압등급에 따라 보호구성이 달라진다.

지락보호는 왜 따로 필요할 수 있을까?

대지단락 전류는 일반 과부하전류와 특성이 다를 수 있다.

접지방식에 따라 사고전류가 크거나 제한될 수 있다.

그래서 전동기 보호계전기에는 지락전류를 별도로 감시하는 기능이 사용될 수 있다.

특히 제한접지 계통에서는 일반 과전류 요소만으로 작은 지락전류를 민감하게 찾기 어려운 경우가 있다.

권선이 소손된 모터에서 원인을 찾을 때 무엇을 봐야 할까?

탄 부분만 보고

“절연불량”

이라고 끝내면 근본원인을 놓칠 수 있다.

소손패턴을 확인한다.

한 상 전체가 과열된 것인지,

특정 코일만 국부적으로 탄 것인지,

상간 경계에서 심한 손상이 있는지,

철심과 접촉한 흔적이 있는지 본다.

운전이력도 확인한다.

최근 과부하가 있었는지,

냉각팬에 문제가 있었는지,

전압불평형이 있었는지,

반복기동이나 구속사고가 있었는지,

인버터 운전조건이 변경되었는지

를 함께 봐야 한다.

세 상 전체가 비슷하게 검게 탔다면 무엇을 생각할까?

모든 상이 비슷하게 과열되어 있다면 장기간 과부하나 냉각불량처럼 전체 권선에 영향을 주는 원인을 검토할 수 있다.

반대로 특정 상이나 특정 코일에 손상이 집중되어 있다면 국부적인 절연결함이나 접속문제를 더 적극적으로 생각해볼 수 있다.

하지만 최종소손 단계에서는 고장이 서로 확산되어 최초 원인이 가려질 수 있다.

따라서 보호계전기 기록과 운전데이터가 중요하다.

한 번 심하게 탄 모터의 철심도 확인해야 하는 이유

권선사고가 심하면 높은 온도와 아크가 고정자 철심에도 영향을 줄 수 있다.

철심 적층판 사이의 절연이 손상되면 국부적인 와전류손실이 증가할 수 있다.

이 상태에서 권선만 새로 감아도 철심의 핫스폿이 남아 새로운 권선을 과열시킬 수 있다.

심한 소손 후 재권선을 할 때 철심상태까지 확인해야 하는 이유다.

권선을 다시 감으면 정격이 원래대로 돌아올까?

올바르게 재권선하고 철심과 기계상태가 정상이라면 원래 성능에 가깝게 복원할 수 있다.

하지만 턴 수와 도체단면적, 코일피치, 결선방식이 달라지거나 철심손상이 남아 있으면 성능이 달라질 수 있다.

따라서 재권선은 단순히 같은 굵기의 전선을 빈 공간에 채우는 작업이 아니다.

기존 설계정보를 유지하는 것이 중요하다.

정비 후에는 무엇을 기록하는 것이 좋을까?

최소한 세 상 권선저항과 대지절연저항을 기록한다.

가능하면 시험온도와 측정조건도 남긴다.

재권선을 했다면 각 상의 저항과 절연시험 결과를 기준값으로 보관한다.

운전 후에는

전압,

전류,

진동,

베어링과 프레임 온도

를 확인한다.

이 기준데이터가 있으면 나중에 상태가 변했을 때 비교하기 쉬워진다.

권선 단락을 예방할 수 있을까?

완전히 막을 수는 없지만 위험을 줄일 수는 있다.

정격부하와 허용기동횟수를 지킨다.

냉각팬과 통풍로를 정상적으로 유지한다.

전압불평형과 과전압을 관리한다.

수분과 도전성 오염물의 유입을 줄인다.

베어링과 축정렬을 관리해 불필요한 진동을 줄인다.

인버터 운전에서는 모터와 케이블이 해당 운전조건에 적합한지 확인한다.

그리고 절연저항이나 권선저항 하나만 보는 것이 아니라 여러 상태정보를 장기간 비교하는 것이 중요하다.

자주 헷갈리는 부분

첫째, 턴간 단락과 대지단락은 같은 고장이 아니다.

턴간 단락은 같은 권선 내부의 턴 사이에서 발생한다.

둘째, 메거값이 높다고 턴간 절연까지 반드시 정상인 것은 아니다.

셋째, 권선저항이 세 상에서 비슷하다고 초기 턴간 단락이 없다고 단정할 수 없다.

넷째, 턴간 단락은 단락된 작은 루프 내부에 큰 순환전류를 만들어 국부적인 발열을 발생시킬 수 있다.

다섯째, 초기 턴간 단락에서는 모터가 계속 정상적으로 회전하고 보호기가 동작하지 않을 수도 있다.

여섯째, 상간 단락은 서로 다른 상 사이의 전위차 때문에 매우 큰 사고로 발전할 수 있다.

일곱째, 대지단락 전류의 크기는 계통의 접지방식에 따라 달라질 수 있다.

여덟째, 과부하와 냉각불량, 수분과 진동은 권선절연을 약화시켜 단락으로 이어지는 배경원인이 될 수 있다.

아홉째, 인버터 PWM 운전에서는 빠른 전압변화가 턴간 절연에 추가적인 스트레스를 줄 수 있지만 모든 인버터 운전이 곧 절연파괴를 의미하는 것은 아니다.

열째, 심하게 탄 권선만 보고 최초 고장원인을 확정하기 어렵다. 보호기록과 운전이력, 소손패턴을 함께 봐야 한다.

마무리

전동기 권선 단락은 대부분 한순간에 권선 전체가 동시에 무너지는 형태로만 발생하지 않는다.

아주 작은 절연결함에서 시작될 수 있다.

그중 특히 까다로운 것이 턴간 단락이다.

같은 코일의 몇 개 턴이 붙으면 단락된 턴이 작은 폐회로를 만든다.

그 루프의 임피던스는 매우 낮을 수 있기 때문에

Isc ≈ Esc / Zsc

관계에 따라 큰 순환전류가 발생할 수 있다.

외부 선전류의 변화는 작아도 단락부에서는

P = I²R

손실에 의해 강한 국부발열이 생긴다.

이 열이 주변 절연을 손상시키면 더 많은 턴이 단락된다.

절연탄화가 진행되면 상간 또는 대지사고로 확대될 수 있다.

그래서

절연저항 정상

또는

권선저항 정상

이라는 결과 하나만으로 권선 전체가 완전히 정상이라고 판단해서는 안 된다.

각 시험이 무엇을 보는 시험인지 이해해야 한다.

대지절연시험은 권선과 프레임 사이를 본다.

권선저항은 도체와 접속상태를 본다.

턴간 절연은 별도의 관점과 진단이 필요하다.

결국 권선 단락을 조기에 찾으려면

전류·온도·진동·절연저항·권선저항·운전이력

을 함께 보는 것이 중요하다.

그리고 권선이 실제로 소손되었다면 단순히 다시 감는 것보다

왜 최초 절연이 무너졌는가

를 찾는 것이 더 중요하다.

다음 글에서는 그 원인을 더 깊게 들어가 전동기 절연은 왜 열화될까?를 살펴본다.

열과 수분, 오염, 진동, 부분방전과 인버터의 빠른 전압변화가 절연수명을 어떻게 줄이고 결국 턴간·대지 사고로 이어질 수 있는지 정리한다.