열화상은 산업용 3상 전기 회로에서 정상 작동 조건과 비교하여 명확한 온도 차이를 쉽게 식별할 수 있는 방법입니다. 3상 모두의 열 분포를 나란히 놓고 검사함으로써 기술자가 불균형이나 과부하로 인한 개별 레그의 성능 이상을 신속하게 찾아낼 수 있습니다.
전기 불균형은 전원 공급 문제, 한 레그(leg)의 저전압, 모터 권선 내부의 절연 저항 파괴 등 여러 가지 원인에 의해 발생할 수 있습니다.
소량의 전압 불균형도 연결부를 손상시킬 수 있으며 공급되는 전압의 양을 줄여 모터와 기타 부하가 과도한 전류를 소비하게 만들고, 낮은 토크(관련된 기계적 응력 포함)를 전달하며, 더 빨리 고장을 유발할 수 있습니다. 심각한 불균형은 퓨즈를 끊어 단상으로 작동되는 상태로 만들 수 있습니다. 한편으로는, 불균형한 전류가 중성선(N)으로 돌아와 이 유틸리티가 시설의 최대 전력을 사용하게 하므로 비용이 증가하게 됩니다.
실제로, 3상 간 전압의 균형을 완벽하게 맞추는 것은 사실상 불가능합니다. NEMA(National Electrical Manufacturers Association)에서는 불균형을 백분율로 정의합니다. 불균형(%) – [(100)(평균 전압의 최대 편차)] / 평균 전압. 장비 작업자가 허용 가능한 불균형 수준을 결정할 수 있도록 NEMA는 여러 장치에 대한 사양의 초안을 작성했습니다. 이러한 기준을 유지보수 및 문제 해결 중에 유용한 비교 지점으로 사용할 수 있습니다.
일반적으로 검사하는 부품
모든 전기 패널과 구동부, 분리부, 컨트롤과 같은 다른 고부하 연결 지점의 열화상을 캡처합니다. 더 높은 온도를 발견한 경우 해당 회로를 따라 연관된 분기 및 부하를 검사합니다.
커버를 벗긴 상태에서 패널과 다른 연결부를 점검합니다. 전기 장치가 완전히 예열되고 일반적인 부하의 40% 이상을 포함하는 정상 상태 조건에 있을 때 전기 장치를 점검해야 합니다. 이렇게 해야 측정값을 올바르게 평가하고 정상 작동 조건과 비교할 수 있습니다.
높은 저항이나 과도한 전류 흐름과 관련된 비정상적인 가열은 전기 시스템에서 발생하는 많은 문제의 주요 원인입니다. 적외선 열화상 측정 검사를 활용하면 임박한 손상의 이러한 비가시적인 열 신호를 손상이 발생하기 전에 확인할 수 있습니다. 전류가 전기 회로를 통해 흐를 때 전기 에너지의 일부가 열 에너지로 변환됩니다. 이것은 정상적인 것입니다. 그러나 회로에 비정상적으로 높은 저항이 있거나 비정상적으로 높은 전류가 흐르는 경우 비정상적으로 높은 열이 발생할 수 있으며, 이로 인해 에너지가 낭비되고 손상이 발생할 수 있습니다. 이 상태는 정상이 아닙니다.
옴의 법칙(P=I2R)은 전류, 전기 저항 및 생성되는 출력 또는 열 에너지 사이의 관계를 나타냅니다. 토스터의 열이나 전구의 빛과 같이 긍정적인 결과를 얻기 위해 높은 전기 저항을 사용하는 경우가 있습니다. 그러나, 때로는 원치 않는 열이 발생하여 비용이 많이 드는 손상이 발생할 수 있습니다. 규격에 미치지 못하는 도체, 느슨한 연결부, 과도한 전류 흐름 등이 원인이 되어 원치 않는 비정상적으로 높은 열이 발생하고 전기 회로가 위험하게 과열될 수 있습니다. 말 그대로 부품이 녹을 정도로 가열될 수 있습니다.
열화상 카메라를 사용하면 회로가 끊어지거나 폭발할 정도로 뜨거워지기 훨씬 전에 높은 전기 저항과 관련된 열 신호를 감지할 수 있습니다. 전기 고장과 관련하여 알아야 하는 두 가지 기본적인 열 패턴은 1) 불량한 접촉면으로 인해 발생하는 고저항과 2) 과부하된 회로 또는 상간 불균형 문제입니다.
찾을 대상
부하가 동일하면 온도가 동일해야 합니다. 불균형한 부하 상황에서는 저항에 의해 생성되는 열로 인해 더 많은 부하가 걸리는 상이 다른 상보다 높은 온도를 나타냅니다. 그러나 불균형한 부하, 과부하, 불량한 연결부, 고조파 불균형 등이 모두 유사한 패턴을 생성할 수 있습니다. 따라서, 문제를 정확하게 진단하려면 전기 부하를 측정해야 합니다.
모든 주요 전기 연결부를 포함하는 정기적인 검사 경로를 만드는 것이 올바른 절차입니다. Fluke 열화상 카메라와 함께 제공되는 소프트웨어를 사용하면 캡처한 각 이미지를 컴퓨터에 저장하고, 시간에 따른 측정값을 추적할 수 있습니다. 이 경우 나중에 캡처한 화상과 비교할 기준 화상을 만들 수 있습니다. 이 절차는 열점 또는 냉점이 비정상적인지 여부를 판단하는 데도 도움이 됩니다. 시정 조치 후 새 화상을 캡처하면 수리가 성공적으로 완료되었는지 여부를 판단할 수 있습니다.
열은 전기 저항이 높은 접점을 통해 흐르는 전류에 의해 생성됩니다. 이러한 유형의 문제는 일반적으로 스위치 접점 및 커넥터와 관련이 있습니다. 실제 가열 지점은 처음에 1.6mm 미만의 매우 작은 크기인 경우가 많습니다. 다음은 고객 데모 중에 IR SnapShot으로 발견한 몇 가지 예입니다.
열분석도 A)는 대형 호텔에 있는 엘리베이터의 모터 컨트롤러를 보여줍니다. 3상 연결부 중 하나가 느슨해져 커넥터 위치의 저항이 증가했습니다. 과도한 열로 인해 온도가 50°C(90°F) 상승했습니다. 열분석도 B)는 퓨즈의 한쪽 끝에서 회로와의 전기적 접촉이 불량한 3상 퓨즈 설치를 보여줍니다. 이 퓨즈 연결부에서 접촉 저항이 증가하여 다른 퓨즈 연결부보다 온도가 45°C(81°F) 더 높습니다. 열분석도 C)는 한 접점이 다른 접점보다 55°C(99°F) 더 뜨거운 퓨즈 클립을 보여줍니다. 열분석도 D)는 전선 연결부가 느슨해져 단자가 주변 온도보다 55°C(100°F) 더 높게 가열되는 2상 벽면 플러그를 보여줍니다.
이 네 가지 예는 모두 심각했으며 즉각적인 주의가 필요했습니다. 열분석도 B)는 전기 회로의 열 패턴을 해석하는 데 사용되는 흥미로운 원리를 보여줍니다. 퓨즈는 한쪽 끝만 뜨겁습니다. 퓨즈의 양쪽 끝이 모두 뜨거웠다면 문제가 다르게 해석될 수 있습니다. 과부하된 회로, 상 불균형 또는 부족한 용량의 퓨즈로 인해 퓨즈의 양쪽 끝이 동시에 과열될 수 있습니다. 한쪽 끝만 뜨거워지는 경우 문제는 가열된 끝단의 높은 접촉 저항입니다.
아래 그림에서 볼 수 있듯이 열분석도 D)의 벽면 플러그는 심각하게 손상되었지만 교체될 때까지 계속 작동했습니다.
"빨간색 경고"는 무엇을 나타냅니까?
수리는 안전을 최우선으로 하여(즉, 안전 위험을 내포하는 장비 상태) 장비의 중요도 및 온도 상승 정도에 따라 우선 순위를 지정해야 합니다. NETA(InterNational Electrical Testing Association) 지침에서는 유사한 부하에서 유사한 전기 부품 간의 온도 차이가 15°C(27°F)를 초과하거나, 전기 부품과 주변 공기 간의 온도 차이가 40°C(72°F)를 초과하는 경우 즉각적인 조치를 취해야 한다고 설명합니다.
NEMA 표준은 전압 불균형이 1%를 초과하는 상태에서 모터를 작동하지 않도록 경고합니다. 사실, NEMA에서는 이보다 높은 불균형 상태에서 작동하는 모터는 출력을 내려서 사용하도록 권장합니다. 안전 불균형 비율은 장비에 따라 다릅니다.
다음 열분석도는 과부하가 걸린 회로를 보여줍니다. 열분석도 E)는 상부의 메인 차단기가 주변 온도보다 75°C(135°F) 높은 온도로 가열된 회로 패널을 보여줍니다. 이 전체 패널이 과부하되어 즉각적인 주의가 필요합니다. 열분석도 E) 및 F)는 과열된 모든 표준 회로 차단기를 보여줍니다. 회로 차단기 온도는 주변 온도보다 60°C(108°F) 높습니다. 열분석도에서 전선은 파란색이지만 역시 45~50°C(81~90°F)의 고온입니다. 이 전체 전기 시스템을 다시 만들어야 합니다.
열분석도 G)는 컨트롤러의 한 라인이 다른 라인보다 온도가 약 20°C(36°F) 높은 것을 보여줍니다. 한 전선이 다른 전선보다 훨씬 더 뜨거운 이유를 파악하고 수리가 필요한지 판단하려면 추가적인 조사가 필요합니다. 열분석도 H)는 3상 서비스 설비에서 다른 두 전류 변압기보다 온도가 14°C(25°F) 더 높은 전류 변압기를 보여줍니다. 이것은 서비스의 심각한 불균형이나 결함이 있는 전류 변압기를 나타내며, 이로 인해 고객의 전력 요금이 심각한 영향을 받을 수 있습니다.
부하 요구 사항
검사를 수행할 때 시스템에 부하가 있는 것이 중요합니다. "최악의 상황"이나 최대 부하가 될 때까지 또는 부하가 40% 이상이 될 때까지(NFPA 70B에 따라) 기다립니다. 느슨한 연결부로 인해 발생하는 열은 부하의 제곱으로 상승합니다. 부하가 높을수록 문제를 쉽게 찾을 수 있습니다.
바람이나 기타 공기 움직임의 냉각 효과를 고려하는 것을 잊지 마십시오.
표면 온도만
적외선 카메라는 전기 캐비닛이나 고체 금속 버스 트레이를 통과할 수 없습니다. 가능한 경우 항상 인클로저를 열어 카메라로 전기 회로 및 부품을 직접 볼 수 있게 해야 합니다. 인클로저 외부 표면의 온도가 비정상적으로 높은 경우 인클로저 내부의 온도는 더 높으며 일반적으로 훨씬 높다고 확신할 수 있습니다. 다음은 버스 인클로저에서 촬영한 몇 가지 열분석도이며 인클로저 내부의 전기 버스에 심각한 문제가 있음을 보여줍니다. 열점은 버스 인클로저의 다른 부분보다 6°C 이상 높고, 주변 온도보다 10°C 이상 높습니다.
버스 인클로저:
배전
문자 그대로 수백 가지의 다양한 장비가 전기 시스템에서 발견될 수 있습니다. 이는 유틸리티 전기 생산, 고전압 배전, 스위치야드 및 변전소부터 시작하여 서비스 변압기, 개폐기, 차단기, 측정기, 국부적(local) 배전, 어플라이언스 패널에 이르기까지 다양합니다. 많은 유틸리티 기업들이 FlexCam® 또는 SnapShot®을 구매하여 유지보수를 지원하고 있습니다. 그리고 거의 모든 유형의 산업에서 배전 시스템의 유지보수를 지원하기 위해 Infrared Solutions 카메라를 구입했습니다.
열분석도 M)은 냉각 오일이 일부 누출되어 상단 근처의 코일이 위험하게 과열된 서비스 변압기를 보여줍니다. 한 연결부는 주변 온도보다 160°C(288°F) 높은 온도였습니다. 이 변압기는 즉시 교체해야 했지만 회사는 예정된 전체 플랜트 가동 중단 중에 교체가 이루어질 수 있도록 수리를 한 달 연기하고자 했습니다. 이 회사는 IR SnapShot 카메라를 사용하여 변압기의 상태를 모니터링함으로써 수리를 성공적으로 지연시켰습니다. 열분석도 N)은 온도가 주변 온도보다 30°C(54°F) 높은 연결부가 있는 기둥 장착형 서비스 변압기를 보여줍니다. 이 조건에서는 다음 번의 편리한 기회에 유지보수가 필요했습니다. 열분석도 O)는 멕시코의 변전소에 있는 차단기의 고온 주 연결부를
보여줍니다. 이 연결부는 다른 연결부보다 온도가 14°C(25°F) 높은 것으로 확인되었습니다. 이 문제는 주의가 필요한 문제로 여겨졌습니다. 열분석도 P)는 페루 변전소의 오버헤드 연결부를 보여줍니다. 온도가 주변 온도보다 10°C(18°F) 낮았으며 즉각적인 조치가 필요한 문제는 아니었습니다.
잠재적 고장 비용은 얼마입니까?
모터 고장은 전압 불균형의 일반적인 결과입니다. 총 비용은 모터 비용, 모터 교체에 필요한 공임, 불균일한 생산으로 인해 폐기된 제품 비용, 라인 작동, 라인 가동 중단 중에 손실된 수익 등을 합쳐야 합니다.
매년 50hp 모터를 교체하는 비용이 인건비를 포함해서 5,000달러라고 가정합니다. 연간 가동 중단 시간이 4시간이며 시간당 수익 손실이 6,000달러라고 가정합니다. 총 비용: $5,000 + (4 x $6,000) = 연간 $29,000
후속 조치
열화상에 전체 도체가 회로 전체의 다른 부품보다 더 높은 온도로 나타나는 경우 도체의 용량이 부족하거나 과부하가 발생한 것일 수 있습니다. 도체 정격 및 실제 부하를 점검하여 어떤 경우인지 확인합니다.
클램프가 연결된 멀티미터, 클램프미터 또는 전력 품질 분석기를 사용하여 각 상의 전류 균형 및 부하를 점검합니다.
전압 측면에서 보호기 및 개폐기의 전압 강하를 점검합니다. 일반적으로 라인 전압은 명판 정격의 10% 이내여야 합니다. 중성선(N)-접지(G) 전압은 시스템에 부하가 얼마나 심하게 걸렸는지 알려주며, 고조파 전류를 추적하는 데 도움이 됩니다. N-G 전압이 3%보다 높으면 추가 조사가 필요합니다.
부하가 변화되어, 상당히 큰 단상 부하가 운전 상태로 전환되면 한 레그에서 상이 갑자기 5% 낮아질 수 있습니다. 퓨즈와 스위치 간의 전압 강하는 모터의 불균형과 근본적인 문제 지점의 과도한 열로 나타날 수 있습니다. 원인을 발견했다고 가정하기 전에 열화상 장비와 멀티미터 또는 클램프미터 전류 측정값을 모두 다시 확인하십시오.
피더(feeder) 또는 분기 회로 중 어느 것도 최대 허용 한계까지 부하가 걸려서는 안 됩니다. 회로 부하 방정식에서도 고조파가 고려되어야 합니다. 과부하에 대한 가장 일반적인 해결책은 회로 간에 부하를 재분배하거나 공정 중에 부하가 발생하는 시기를 관리하는 것입니다.
관련 소프트웨어를 사용하여 열화상 장비로 파악된 의심스러운 각 문제를 장비의 열화상과 디지털 화상이 포함된 보고서에 문서화할 수 있습니다. 이 방법은 문제를 알리고 수리를 제안하는 가장 좋은 방법입니다.