전압 불균형의 영향

3상 시스템을 사용하는 경우 산업 플랜트의 가장 일반적인 전력 문제 중 하나인 불균형 전압에 대해 알고 있어야 합니다. 불균형을 방지할 수 있는 조치가 마련되어 있지 않으면 식물에 불균형이 발생할 가능성이 높습니다. 장비에 심각한 손상을 입히기 전에 불균형을 잡는 것이 이상적입니다.

아래에서 전압 불균형의 정의와 원인, 그리고 이를 예방하고 테스트하여 전기 시스템을 보호할 수 있는 방법을 알아보세요.

3상 전압 불균형이란?

3상 전원 시스템은 3상 전압과 전류의 진폭이 같을 때 균형 또는 대칭입니다. 불균형 시스템은 위상 전압이 같지 않음을 의미합니다.

이 불균형은 3상 시스템에서 전압 위상 간의 차이를 측정합니다. 이러한 전력 문제는 산업 발전소나 강력한 모터가 장착된 대형 기계를 가동하는 모든 공장에서 흔히 발생합니다.

전압 불균형을 경험하면 모터 효율성, 비용 및 손상을 포함하여 작업의 여러 측면에 영향을 미칠 수 있습니다.

불균형 전압의 원인은 무엇입니까?

ANSI C84.1에 명시되어 있습니다: 전기 공급 시스템은 무부하 상태에서 전기 계량기에서 측정할 때 최대 전압 불균형을 3%로 제한하도록 설계 및 운영되어야 합니다. 즉, 자체 플랜트 전압의 균형 상태를 확인하는 것은 사용자의 책임입니다.

전압이 불균형한 경우는 종종 시스템 부하 분산 때문입니다. 이러한 불균형은 시스템의 어느 지점에서나 발생할 수 있으며 불균형 전력 시스템은 여러 가지 이유로 발생할 수 있습니다.

불균형 전압의 가장 일반적인 원인은 다음과 같습니다.

• 전송 라인의 대칭 부족
• 아크로 또는 용접기와 같은 대형 단상 부하
• 잘못된 역률 보정 커패시터 뱅크
• 개방형 델타 또는 와이 변압기
• 기계적 응력을 유발하는 낮은 토크 출력
• 3상 정류기 및 모터의 고전류
• 중성선에 흐르는 전류 불균형
• 역률 보정 장비의 오작동
• 불균형하거나 불안정한 유틸리티 공급
• 뱅크에 비해 너무 큰 3상 부하를 공급하는 불균형 변압기 뱅크
• 동일한 전원 시스템에서 고르지 않게 분산된 단상 부하
• 확인되지 않은 단상 대지 결함
• 느슨하고 부식되고 패인 커넥터 또는 접촉기

플랜트 조건도 전압 불균형을 유발하거나 기여할 수 있습니다. 예를 들어 과부하 변압기, 역률 보정 장치 오작동, 주기적 제어, 디튠된 리액터 등이 모두 불균형을 초래할 수 있습니다. 옆 공장이나 전력선에서 더 멀리 떨어진 공장에서 일어나는 일도 시설의 전압 불균형에 영향을 미칠 수 있습니다.

전압 불균형의 영향

전압 불균형은 모터에 손상을 줄 수 있습니다. 상전압의 차이로 인해 3상 모터에 순환 전류가 발생하여 전압 불균형보다 6~15배 높은 전류 불균형이 발생합니다. 추가 전류는 모터 가열 증가에 기여하며 이는 충분히 큰 불균형으로 심각할 수 있습니다. 이렇게 높은 모터 온도는 주변 절연을 저하시켜 모터 수명을 단축하고 모터 소손으로 이어집니다.

불균형 전류 및 전압의 다른 영향으로는 맥동 증가, 기계적 응력, 진동 및 손실이 있습니다. 또한 마모된 접점 및 느슨한 연결과 같은 유지 관리 문제가 일반적입니다. 이러한 문제로 인해 모터가 시끄럽게 작동하고 고온에서 작동하며 조기에 고장날 수 있습니다.

또한, 전압 불균형은 이미 상대적으로 높은 구속된 회전자 권선 전류의 비율을 없애고 전체 부하 속도가 약간 감소하고 토크가 감소합니다. 전압 불균형이 충분히 큰 경우 감소된 토크 용량이 애플리케이션에 적합하지 않을 수 있으며 모터가 정격 속도에 도달하지 않습니다.

NEMA 표준 MG-1에서는 다상 모터가 모터 단자의 전압 불균형이 1%를 초과하지 않을 때 정격 부하에서 작동 조건에서 성공적으로 작동해야 한다고 명시합니다. 또한 5% 이상의 불균형 상태에서 모터를 작동하는 것은 권장되지 않으며 모터가 손상될 수 있습니다.

일반적으로 바람직하지 않지만 또 다른 시정 조치는 모터의 용량을 줄이는 것일 수 있습니다. 전압 불균형이 1%를 초과하면 성공적으로 작동하기 위해 모터를 감소시켜야 합니다. 아래 표시된 경감 곡선은 불균형에 대해 NEMA에서 설정한 5% 한도에서 모터가 명판 마력 정격의 약 75%까지 상당히 경감됨을 나타냅니다.

전압 불균형은 가변 주파수 드라이브(VFD)에 사용되는 3상 DC 컨버터에 손상을 줄 수 있습니다. 측정값이 다르게 표시되더라도 회로 과부하의 모든 징후를 나타내는 성가신 트리핑이 있는 문제가 있는 가변 주파수 드라이브(VFD)는 위상 전류의 균형이 맞지 않을 수 있습니다. VFD 라인 전류는 하나 또는 두 위상의 과도한 전류로 인해 매우 불균형해질 수 있습니다. 이는 3상의 평균 전류가 VFD의 전류 등급보다 훨씬 낮은 경우에도 발생합니다.

VFD의 프런트 엔드는 고전력 다이오드 배열을 사용하여 3상 AC 입력 전력을 변환하여 전원 인버터 섹션의 저장소인 DC 버스를 생성합니다. 입력 정류기 섹션을 통과하는 전류는 펄스로 표시됩니다. 이상적으로는 각 다이오드를 통과하는 전류 흐름이 균등하게 분배되지만, VFD 입력에 공급되는 전압 불균형으로 인해 개별 다이오드에 공급되는 전력이 균등하지 않아 전원 다이오드의 조기 및 잦은 고장이 발생합니다. 전류 다이오드의 불균형 출력은 고조파 성분을 증가시킵니다. 출력 펄스의 불균형이 심해지면 삼중 전류 고조파도 증가합니다.

이것이 중요한 이유는 무엇입니까?

전압 불균형에 관심을 가져야 하는 가장 분명한 이유는 모터 효율성과 성능이 감소하기 때문입니다. 이 두 가지 모두 회사의 수익성에 영향을 미칩니다. 특정 모터의 효율은 애플리케이션 유형, 부하, 공급 전압 등의 요인에 따라 달라질 수 있습니다.

더 큰 전압 불균형이 있는 전원 공급 장치에서 작동하면 회전자와 고정자에서 I ² R 손실, 즉 저항의 제곱을 곱한 전류가 증가합니다. 모터는 더 뜨거워지고 결과적으로 덜 효율적으로 작동합니다. 회전자 손실이 증가하면 “슬립”이 증가하므로 모터가 조금 더 느리게 회전하고 주어진 시간에 더 적은 작업을 수행합니다.

기본 아레니우스 방정식에 따르면 화학 반응 속도는 온도가 1도 상승할 때마다 두 배로 증가합니다. 이 방정식을 모터의 절연에 적용하면 온도가 상승하면 모터 수명이 급격히 줄어든다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 다음 표는 전압 불균형으로 인한 권선 온도의 영향을 보여줍니다.

불균형으로 인해 장비가 손상되면 모터가 효율적으로 작동하지 않아 플랜트가 다운타임을 겪게 됩니다. 가동 중지 시간 동안 손실되는 비용 외에도 손상된 모터는 값비싼 교체 또는 수리가 필요합니다.

불균형 전원 시스템을 방지하는 방법

전압 불균형을 방지하려면 패널 보드의 여러 상에 부하를 균등하게 분배해야 합니다. 한 위상이 다른 위상보다 더 많이 부하되면 해당 위상의 전압이 낮아져 불균형이 발생합니다. 부하를 고르게 분산하면 한 단계가 과부하되는 것을 방지할 수 있습니다.

불균형의 원인을 이해하면 귀하와 귀하의 기술자가 징후를 찾고 이를 방지하기 위해 노력하는 데 도움이 됩니다. 불균형을 방지하는 가장 좋은 방법은 전압 불균형을 테스트하고 그 원인을 파악하는 것입니다. 시스템 어딘가에 약간의 불균형이 있더라도 지금 테스트하면 효과가 손상되기 전에 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다. ATPOL III™ Energized Electrical Signature Analysis(ESA) 테스트 기기는 ATPOL 8.0 소프트웨어와 함께 1분도 채 걸리지 않는 일상적인 통전 모터 테스트의 일부로 이러한 업계 일꾼에게 공급되는 전압 불균형을 빠르고 정확하게 측정하고 계산할 수 있습니다. ATPOL 8.0 소프트웨어는 전압 불균형 비율을 계산하고 적절한 전압 경감 계수를 제공합니다.

휴대용 ATPOL III™는 특수 커넥터를 사용하여 사전 설치된 ALL-SAFE© 커넥터에 빠르게 연결하거나 쉽게 접근할 수 있는 모터 컨트롤러 또는 분리형 모터에 탈착식 CT 및 전압 프로브를 사용하여 연결할 수 있습니다. 점점 더 대중화되고 있는 VFD에 대한 추가적인 보호를 제공하기 위해 이러한 고가의 컨트롤러에 대한 입력 전력을 테스트하여 정류기 섹션을 통해 전류 불균형을 유발할 수 있는 전압 불균형 조건이 없는지 확인할 수도 있습니다.

불균형 전류 계산 방법

불균형 전압의 백분율을 수동으로 계산하려면 먼저 평균 전류 또는 전압과 최대 편차를 결정해야 합니다. 그런 다음 편차를 평균 전압으로 나누고 그 숫자에 100을 곱하여 백분율을 구합니다.

전압 불균형 비율:

예: V1 = 469

V2 = 478

V3 = 461

평균 전압 = 469.33 V2의 최대 편차는 8.66667입니다.

% vub = 100(8.66667/469.33) = 1.84%

ATPOL은 통전 모터 테스트를 위해 예측 유지보수 도구 상자에 추가하기에 이상적인 도구입니다. ALL-SAFE PRO ©를 사용하여 정기적으로 ESA 모터 테스트를 수행하면 공장에서 전체 모터 시스템의 전체 검사를 신속하게 수행할 수 있습니다.

ATPOL III ™는 모터의 전압과 전류를 사용하여 다음에 액세스합니다.

• 들어오는 전원의 상태
• 모터의 전기적, 기계적 상태 및 불균형
• 오정렬
• 베어링 조건
• 설사
• 부하의 문지름
• 캐비테이션과 같은 프로세스의 이상

휴대용, 클램프온 또는 플렉시블 CT를 사용하여 모든 안전장치가 없는 모든 모터에서 쉽게 휴대용 측정을 수행할 수 있습니다.

ATPOL III™는 전압과 전류의 3단계 데이터를 동시에 캡처하여 그래프, 표 및 디스플레이를 생성하여 전력 품질을 세계 최고 수준의 설비에 필요한 예측 유지보수 도구로 활용합니다. V 불균형을 사용하여 조기 권선 절연 실패를 예측하여 전압 불균형으로 인한 모터 수명 감소를 결정합니다.

ALL-TEST PRO로 모터를 정확하게 테스트하십시오

모터 테스트는 장비가 제대로 작동하는지 확인하고 오류나 잠재적인 문제를 찾아 해결할 수 있도록 하는 데 중요합니다. 모터를 테스트할 때 정확성을 보장하려면 ALL-TEST 제품을 사용하십시오. 전압 불균형을 테스트하든 무전압 테스트를 수행하든, 키사이트의 제품은 모터의 상태를 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다.

ATP는 모터를 알고 있습니다. ATP는 현장 테스트를 위한 전원이 공급되는 솔루션과 전원이 공급되지 않는 솔루션을 전문으로 합니다. ATP 제품은 현장 휴대가 가능하고 가볍고 사용하기 쉬우며 정확하고 잠재적인 문제를 조기에 감지하여 플랜트를 효율적이고 안전하게 운영할 수 있도록 지원합니다.