고압 유도 전동기용 모터 보호 계전기

산업에서 사용되는 모터의 90% 이상은 유도 전동기입니다. 이는 저렴하고 견고하며 유지 관리하기 쉽기 때문입니다. 고출력(>250HP) 모터의 경우, 운전 전류를 줄이고 모터 크기를 감소시키기 위해 고전압을 선호합니다.

왜 모터를 보호해야 하는가?

이를 이해하려면 모터의 고장으로 인한 비용을 알아야 합니다. 즉,

• 생산 손실 (생산 비용)

• 모터 교체 (교체 비용)

• 수리 비용

• 이와 관련된 긴급 상황으로 인한 인력 비용

보호 릴레이의 기본 기능은 고장을 식별하고 시스템의 건전한 부분과 고장난 부분을 분리하는 것입니다. 이를 통해 전력 시스템의 신뢰성이 향상됩니다.
모터의 보호를 위해서는 다양한 고장 원인을 식별하고 해결해야 합니다. 다양한 고장 원인은 다음과 같습니다.

• 코일의 열 스트레스

• 단상

• 지구 단락

• 단락

• 잠금 로터

• 핫 스타트 횟수

• 베어링 고장

다양한 고장에 대한 간략한 설명은 아래와 같습니다:

• 코일의 열 스트레스 –
  모터가 정격 용량보다 계속해서 작동하면 코일과 절연체가 과열되고, 절연체가 악화되어 모터가 고장나게 됩니다. 또한, 전압이 설계 값보다 낮으면 정격 부하에서도 코일이 과열되어 모터가 고장날 수 있습니다.

• 단상 –
  모터(3상 모터의 경우)에 공급되는 한 상이 손실되면 단상 상태가 됩니다. 부하가 걸린 상태에서 모터를 시작하면 불균형으로 인해 모터가 고장납니다.

• 지구 단락 –
  코일의 어느 부분이 지면과 접촉하면 모터가 접지되었다고 할 수 있습니다. 모터를 시작하면 모터가 고장날 수 있습니다.

• 단락 –
  3상 코일 중 두 상 사이 또는 한 상 내의 회전 사이에 접촉이 발생하면 이를 단락이라고 합니다.

• 잠금 로터 –
  구동 장비가 잠겨 있거나 모터 축이 잠긴 상태를 말합니다. 모터를 시작하면 고장이 발생합니다.

• 핫 스타트 횟수 –
  각 모터는 특정 횟수의 핫 스타트를 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 모터가 작동 중일 때, 멈추고 즉시 다시 시작하면 이를 핫 스타트라고 합니다. 모터의 열 곡선에 따라 코일의 온도를 낮추기 위해 일정 시간을 주어야 합니다.

• 베어링 고장 –
  베어링이 고장나면 로터가 스테이터와 마찰하여 절연체와 코일에 물리적 손상을 입힙니다. 베어링 고장은 베어링 온도를 모니터링하여 피할 수 있습니다. 베어링 온도 감지기(BTD)는 이상 징후가 있을 때 모터를 모니터링하고 트리핑합니다.

모든 모터 보호 릴레이는 모터가 소비하는 전류를 기반으로 작동합니다. 모터 보호 릴레이는 다음 특징을 가진 고전압 지역에서 사용됩니다.

• 열 과부하 보호

• 단락 보호

• 단상 보호

• 지구 단락 보호

• 잠금 로터 보호

• 스타트 횟수 보호

릴레이 설정을 위해서는 모터의 CT 비율과 정격 전류가 필요합니다. 각 요소의 설정은 아래와 같습니다.

• 열 과부하 요소 –
  이 요소를 설정하려면 모터가 연속적으로 작동하는 정격 전류의 %를 식별해야 합니다.
  

• 단락 요소 –
  이 요소의 사용 가능한 범위는 시작 전류의 1에서 5배입니다. 시간 지연도 가능합니다. 일반적으로 시작 전류의 2배로 0.1초의 시간 지연으로 설정합니다.

• 단상 요소 –
  3상의 전류 불균형이 발생하면 이 요소가 작동합니다. 이를 불균형 보호라고도 합니다. 요소는 시작 전류의 1/3으로 설정됩니다. 시작 중에 트립되면 파라미터가 시작 전류의 1/2로 변경됩니다.

• 지구 단락 보호 –
  이 요소는 별 연결 CT 2차의 중성 전류를 측정합니다. 이 요소의 사용 가능한 범위는 CT 1차 전류의 0.02에서 2배입니다. 시간 지연도 가능합니다. 일반적으로 CT 1차 전류의 0.1배로 0.2초의 시간 지연으로 설정합니다. 모터 시작 중에 트립되면 시간 설정을 0.5초로 늘릴 수 있습니다.

• 잠금 로터 보호 –
  이 요소의 사용 가능한 범위는 정격 전류의 1에서 5배입니다. 시간 지연도 가능합니다. 일반적으로 FLC(정격 전류)의 2배로 설정합니다. 시간 지연은 모터의 시작 시간보다 길어야 합니다. "시작 시간은 모터가 최대 속도에 도달하는 데 필요한 시간"을 의미합니다.

• 핫 스타트 횟수 보호 –
  여기서는 지정된 시간 동안 허용되는 스타트 횟수를 제공합니다. 이를 통해 모터에 주어지는 핫 스타트 횟수를 제한합니다.

모터 보호 릴레이를 연결하는 회로도는 다음과 같습니다.

현대의 디지털 모터 보호 릴레이는 몇 가지 추가 기능을 가지고 있습니다. 예를 들어, 모터의 무부하 작동 및 열 보호입니다. 무부하 작동의 경우, 릴레이는 모터 전류를 감지합니다. 지정된 값보다 작으면 모터를 트립시킵니다. 또한, 릴레이에 온도 프로브를 연결하여 베어링과 코일의 온도를 모니터링하고, 지정된 온도를 초과하면 모터를 트립시킬 수 있습니다.

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