모터의 명판정보 이해와 활용

출처 : http://blog.naver.com/wjchoi79?Redirect=Log&logNo=20011221548

“모터의 명판정보 이해와 활용”

1. 명판에 포함 되는 내용 (정보)

    모터의 명판에 포함된 모든 내용을 설명하는 것은 매우 많은 일이 될 것이며

    모터의 명판 내용 중 우리 전기기술자들이 파악하고 있어야 한다고 생각하는

    것들을 중심으로 설명하도록 한다.

명판내용	간략한 설명
Rated Voltage     [V]	정격전압 (주파수 포함)
Rated Current     [A]	정격전류
Rated Output [KW or HP]	정격출력
Insulation Class	절연계급
Temp. Rise     [℃]	온도상승
KVA Code	기동계급
Enclosure	외함 보호등급
Area Class.	방폭지역 구분
Frame	회전기의 크기
Serial No.	일련번호

        이 이외에도 설비에 따라 회전 수, 극 수, 베어링의 번호 등 많은 정보들이 포함될 수 있으나 대부분 참고용이라고 생각하기 바라며 위의 내용을 중심으로 설명하도록 하며 거의 대부분의 적용에 필요한 사항에대한 대답을 얻을 수 있을 것으로 본다.

2. 각 정보의 설계 및 물리적 개념

  가.  정격전압 (Rated Voltage ; V, 주파수 포함]

        모터가 가장 적합하게 운전될 수 있도록 설계 시 결정되며

       주파수는 우리나라는 전부 60 Hz 를 사용함.

        명판과 상이한 정격전압을 인가하면 절연파괴에 의한 손상이나 출력부족으로 인한 운전 불능 등 여러 가지 문제를 일으킬 수 있으므로 이

       전압을 확인하고 인가 하는 것이 기본이며 필수 적인 사항이다.

        특히 설계 시 정격전압과 주파수의 관계에 의해 철심의 단면적이 결정되는데 단면적은 주파수와 반비례하는 관계가 있으며 만일 동일한 정격전압의 모터를 명판상에 기재된 것과 다른 주파수를 사용할 경우에는 세심한 검토가 필요하다.

        현업에서 가끔 유럽에서 만든 모터의 경우 명판에 50 Hz 라고 기재되어 있어 60 Hz 를 사용하는 우리를 당황하게 하게 만드는 경우가 있다.

        이럴 경우 다음과 같은 기준으로 검토하면 되는데 만일 동일한 정격전압의모터를 50 Hz 용으로 제작한 경우에는 60 Hz 에 사용하는 것이 무방하나반대로 60 Hz 용은 50 Hz 에 사용하면 위에서 설명한 대로 철심의 단면적 부족으로 인해 모터의 철손 (히스테리시스손) 이 급격히 증가하여 정격전류 이하의 운전에서도 온도상승에 의해 모터가 소손될 수 있다.

        따라서 모터뿐만 아니라 어떤 전기 설비라 할 지라도 명판에 기재된 정격전압과 주파수를 가장 먼저 확인하여야 하며 이는 기본중의 기본이다.

나. 정격전류 (Rated Current; A)

        전기기기가 정격전압이 인가된 상태에서 제 임무를 수행 하는데 필요한 입력전류이며 이 정격정류를 초과하여 장시간 운전하면 온도상승에의해 수명이 급격히 단축되어 보장된 수명한도 이내에서 소손 되므로이 전류 값을 초과하는 정도에 따라 설비보호를 위한 장치가 설비의 특성에 맞도록 포함 되어 있다.

다.     정격출력 (Rated Output; KW or HP]

        정격전압과 정격전류를 곱한 값이며 Motor 의 경우에는 제작사에 따라 KW 또는 HP (Horse Power = 0.75 KW) 를 적용한다.

        모터의 명판상에 기재된 출력은 회전자의 기계적인 축 출력이며 전기적인 입력과는 다르다는 것을 알고 있어야 한다.

        따라서 정력전류와 정격전류 및 역률 (명판상에 기재되어 있다면) 를 곱하면 정격출력이 되는 것이 아니라 본래는 여기에 고정자 및 회전자의 효율을 고려하여야 되는 것이다.

        하지만 현장에서 실용적으로 정격출력을 보고 개략적으로 정격전류를 알수 있는 방법을 소개하니 활용하기 바라며 다음 표는 2 극 및 4 극 모터에 적용되고 극 수가 많아지면 역률이 저하되므로 정격전류는 이보다더 커지게 된다.

라. 절연계급 (Insulation Class)

   1) 전류에 의해 발생한 손실 열을 유효하게 방출하여 절연물이 손상되지         때문에 전류에 의한 열 작용에 따른 절연물의 온도상승 내력을 알고 있는     것이 필요하게 된다.

    2) 모터에 적용된 절연물의 최고 사용 허용 온도를 기준으로 구분한 것을 절연 계급이라 하며 다음과 같이 7 개의 종류로 대별된다.

절연계급	최고 허용온도	사용 재료
Y	90 ℃	면, 견, 종이, 요소수지, 폴리아미드섬유 등
A	105 ℃	상기 재료와 절연유 혼합
E	120 ℃	에폭시수지, 폴리우레탄, 합성수지 등
B	130 ℃	유리, 마이카, 석면등과 바니스 조합
F	155 ℃	상기재료와 에폭시수지등과 조합
H	180 ℃	상기재료와 실리콘수지등과의 조합
C	180 ℃ 이상	열 안정 유기재료 [200 ℃ 이상]

     ※음영 표시 부분이 산업분야에서 범용적으로 사용되는 절연 계급입니다

마. 온도상승 (Temperature Rise)

        모터는 정지 시에도 주위온도 만큼의 기본온도를 유지한다.

        온도상승이란 모터가 부하를 안고 운전 될 때의 손실 열에 의해 상승된 온도를 의미하며 운전 시 발생 될 수 있는 온도에서 주위온도를 뺀값이다.

        따라서 온도상승 허용치란 절연계급의 허용된 최고온도에서 주위온도를 뺀 값으로써 앞의 표에서 보면 B 종 절연의 허용 온도상승은 주위온도 (Ambient Temperature) 를 40 ℃ 로 기준 할 때 80 ℃ 가 되는 것이다.

        따라서 모터 제작 시 이런 사항이 반영되어 모터에 정격부하가 걸릴때 허용 온도 상승치 내로 운전 될 수 있도록 모터의 효과적인 열 방산을 위해 냉각방식을 결정하는 외함의 형태가 선정 되는 것이다.

  1) 온도상승과 수명과의 관계

        모터가 허용온도상승 내에서 운전될 때 평균수명을 30 년 정도 잡는다고 한다.

        하지만 간헐적인 과부하운전 이나 하절기 등과 같이 지나친 주위온도상승에 따라 이보다 높은 온도로 운전 할 경우 모터에 사용된 절연물의종류에 따라 약간의 차이가 있으나 자시의 허용온도상승을 초과하여매 10 ℃ 상승 시 마다 수명이 절반으로 줄어든 것이 재료공학의 연구결과 밝혀져 있다.

        따라서 공정의 사정으로 인해 약간 과부하 운전을 하여 온도가 허용치이상으로 상승할 경우 흔히 당황하여 모터를 정지시키는 경우가 있을수 있으나 앞으로는 이러한 관계를 충분히 이해하고 과부하의 지속정도, 실제의 주변온도를 기준으로 한 온도상승 등을 충분히 검토하여 판단하여야 할 것으로 생각한다.

        이와 같은 사유로 중요한 부하를 담당하는 모터의 운전 온도는 부하와 주변온도의 변동에 따른 온도상승 Trend 를 관리하여야 한다고 생각한다.

   2) 절연물의 기본적인 성질

        모터의 절연은 수명에 직결되는 매우 중요한 사항이므로 상세하게 알고 넘어 가기 위하여 기본적으로 절연물이 가져야 하는 성질에 대하여살펴보자.

        열적 특성 : 열 전도도, 내열성, 운전 온도에서의 전기 / 기계적 강도유지

        전기적 특성 : 절연 강도, 저항,내 코로나성, 표면 아크 발생 저항성

        기계적특성 : 유연성 및 탄력성, 내 피로성, 마모 및 휨 강도

        환경적특성 : 물, 소금, 기름, 화공약품등에 대한 내성

바. 기동계급 (KVA Code) : NEC (NFPA 70)

        동기 및 유도 전동기에 적용되며 이들은 전기적인 특성에 의해 기동시 커다란 전류를 필요로 하며 통상 정격전류의 6 배 정도가 유입하게되는데 이는 선로의 전압 강하를 유발하여 운전중인 다른 부하에 나쁜영향을 미칠 수 있으므로 기동 특성을 파악하여 이에 대한 고려를 하여변압기 및 케이블 등 제반설비를 이에 적합하도록 선정 하여야 한다.

        기동계급이란 Motor 의 HP 에 대한 기동시의 필요 KVA 를 표시하는 것으로서 결국 정격전류에 대한 기동전류의 크기를 나타내는 것과 동일한의미이다.

        기동계급에는 다음과 같이 19 개의 영문자로 표기되며 이를 회전자 구속시의 유입 전력이라는 의미로 Locked-Rotor Indicating Code Letter 이라 한다.

Code Letter	KVA / HP	Code Letter	KVA / HP	Code Letter	KVA / HP
A	3.14 이하	H	6.3 ~ 7.09	R	14.0 ~15.99
B	3.15 ~ 3.54	J	7.1 ~ 7.99	S	16.0 ~ 17.99
C	3.55 ~ 3.99	K	8.0 ~ 8.99	T	18.0 ~ 19.99
D	4.0 ~ 4.49	L	9.0 ~ 9.99	U	20.0 ~ 22.39
E	4.5 ~ 4.99	M	10.0 ~ 11.19	V	22.4 이상
F	5.0 ~ 5.59	N	11.2 ~ 12.49
G	5.6 ~ 6.29	P	12.5 ~ 13.99

        음영 표시된 부분이 유도 전동기에 범용 적으로 적용되는 기동계급 이다.

        위 표의 의미는 100 HP 의 모터가 J 기동계급을 갖는 경우 기동에 필요한 피상전력은 약 7 배에서 8 배가 필요하다는 것으로서 700 KVA ~ 800 KVA 가 되는 것이다.

        이를 정격전류 입장에서 보면 480 V, 2 극 모터라면 정격전류는 앞의 개략적인 값을 구하는 표로부터 약 110 A 이며 기동에 필요한 피상전력에해당하는 전류는 약 720 A ~ 840 A 가 되므로 기동전류가 정격전류의 6배 이상이 됨을 보여주고 있는 것이다.

사. 외함 보호등급 (Enclosure)

        전기기기의 외함은 주변의 설치환경, 운전상태 및 조건등에 따라 내부의 충전부위 및 운동부위를 보호하여야 하므로 매우 중요하며 이런 조건들에 적합하게 선정될 수 있도록 예전에는 다음과 같이 IP 등급과NEMA Type 으로 구분되어 있었으나 현재는 통합되어 IP 등급이 표준으로 되어 있다.

 1) I P 보호등급

   I P   ○  ○           고형물체에 대한 보호

                            물에대한 보호

1st Number	보호등급		2nd Number	보호등급
0	고형물체에 대한 비보호		0	물에 대한 비보호
1	지름 50mm 초과 고형물체		1	수직낙하 물방울
2	길이 80mm 이내 및 지름 12mm초과 고형물체		2	수직과 15º 경사의 낙하물방울
3	지름 2.5mm 이상의 공구등과같은 고형물체		3	수직과 60º 경사의 뿌리는 물(Water Spray) 에 대한 보호
4	지름 1.0mm 이상의 고형물체		4	모든 방향으로 튀는 물 (Water Splash) 에 대한보호
5	방진 (Dust Protected)		5	모든 방향의 노즐에서 분사되는Water Jet 에 대한보호
6	완전방진 (Dust Tight)		6	큰 파도에 대한보호
		7		물속에 담 그었을 때의 보호(Immersion)
		8		계속 침몰상태의 보호(Submersion)

 예를 들어 옥외형 기기의 표준 등급인 IP 54 는 Dust Protected & Water

 Splash 에 대한 보호구조를 의미하며 옥내형의 표준 등급인 IP 40 은     지름이 1.0mm 이상의  고형물체에 보호 및 물에 대해서는 비보호         구조임을 의미한다.

  2)   NEMA Type 보호등급

Type	사용장소	사용지역	보호등급
1	실내	비방폭	비환기 구조 및 환기구조로 나뉘며 오염물질에 보호됨
2	실내	비방폭	Type 1 과 같으며 물에 대한 보호 추가
3	실외	비방폭	먼지, 비 ,진눈개비에 대한 보호, 내부응축 및 결빙허용
3R	실외	비방폭	Type 3 과 같으며 뿌리는 비에 보호되는 구조
3S	실외	비방폭	Type 3 과 같으며 외부에 얼음 형성 시에도 동작가능 구조
4	실내/실외	비방폭	호스로 직접 쏘거나 뿌리는 물에 보호됨, 내부응축 및 결빙허용
4X		비방폭	Type 4 와 같으나 부식에 대한 보호가 추가됨
5	실내	비방폭	먼지 및 낙하물질에 대한 보호구조, 내부응축 허용
6	실내/실외	비방폭	얕은 물에 임시 침수 시 방수 되며 외함에 얼음형성 시 손상되지 않는 구조, 내부결빙, 응축 및 부식허용
6P		비방폭	Type 6 과 같으며 장시간 침수에도 방수 되는 구조
7	실외	방폭	가스에 대한 내압방폭 구조 (Flameproof)
8	실내/실외	방폭	유입방폭 구조 (모든 Arcing 소자가 기름 속에 잠김)
9	실내	방폭	분진에 대한 방폭구조
10	실내/실외	방폭	광산 및 보건소
11	실내	비방폭	오염성 액체 및 가스 보호구조, 내부응축 및 결빙허용
12	실내	비방폭	먼지, 오염물질 및 방울로 떨어지는 비부식성 액체 보호구조
12K	실내	비방폭	Type 12 와 같으며 간단한 공구로서 외항의 덮개를 분리 할수 있는 Knockout 을 가진 구조
13	실내	비방폭	먼지, 뿌리는 물, 비부식성 냉각수에 대한 보호구조, 내부응축 허용

3. 모터에 적용되는 외함 구조

        모터의 외함 구조는 개방형 (Open Type) 과 전폐형 (Totally Enclosed Type) 으로 크게 구분되며 이들은 각각 다시 여러 가지로 구분된다.

        다음에 설명되는 것들이 대부분 우리가 사용하는 것에 해당되며

        모터의 외함 구조는 냉각작용에 아주 중요한 역할을 하므로 상세히 기술토록 하겠다.

 가.    개방형 (Open Type)

        전동기 주위의 외부공기가 직접 내부를 순환하여 냉각하는 방식으로써 범용적으로 적용되는 다음의 3 가지를 설명한다.

        ODP (Open Drip Proof)

        낙하각도가 수직과 15°이내인 액체나 고체가 들어갈 수 없도록 외부공기 순환용 냉각 Opening 을 가진 구조의 외함

        WP Ⅰ (Weather Protected Ⅰ)

        ODP Type 의 Opening 에 통상 스크린 등을 설치하여 손가락이나 막대기 등이 들어갈 수 없는 구조의 외함

        WP Ⅱ (Weather Protected Ⅱ)

        WP Ⅰ 의 냉각공기 순환통로 구조를 개선하여 외부의 오염물질이 내부의 충전부위 및 운동부위에 직접 도달하지 못하도록 한 구조의 외함

        이와 같이 개방형은 외부의 공기가 직접 모터의 내부를 통해 순환하면서 냉각을 하게 되므로 냉각용 공기의 순환통로를 확보하고 공기를 따라 내부에 축적된 미세한 이 물질의 제거를 위해 주기적인 Air Filter 의Cleaning 및 Stator Coil 의 Cleaning 이 매우 중요하다는 것을 알 수 있다.

 나.    전폐형 (Totally Enclosed Type)

        이것은 내부로 직접 공기를 순환시키는 대신 오함으로 전달된 열을 별도의 팬이나 주변의 공기와 자연적인 열 교환을 통해 냉각되도록 하는외함만을 냉각하는 간접 냉각방식으로써 크게 다음과 같이 적용되며우리회사에서는 주로 TEFC 및 TEAAC 를 적용하며 경우에 따라TEWAC 를 적용하기도 한다.

        TEFC (Totally Enclosed Fan Cooled)

        모터의 외부에서 축에 직결된 별도로 냉각용 팬을 이용하여 외함을 냉각시키는 구조로서 우리회사의 중, 저 용량급 대부분의 모터가 이 방식을 채용한다.

        TEAAC (Totally Enclosed Air-to-Air Cooled)

        TEFC 와 동일한 냉각방식이지만 축에 직결된 외부의 팬에 Air Duct 를설치하고 공기를 외함의 상부에 설치된 Tube 를 통과시켜 내부에서 회함으로 전달된 열을 빼앗는 구조로서 우리가 Tube Cooled 방식이라고부르는 것이다.

        TEWAC (Totally Enclosed Water to Air Cooled)

        전동기의 외함에 냉각수 순환통로 (Tube) 를 설치하여 냉각수를 강제순환 시키는 방식으로써 우리회사에는 합성수지공장 PP 공정의 Main Extruder 구동용 모터가 이 방식을 채용하고 있다.

        TEFV (Totally Enclosed Forced Ventilated)

        TEFC 와 동일한 냉각방식이지만 오함을 냉각시키는 동시에 깨끗한 공기를 내부에 불어넣어 내부를 냉각시키는 구조를 갖는다.

        TENV (Totally Enclosed Non Ventilated)

        TEFC 와 동일한 냉각방식이지만 축에 직결된 외부의 팬이 없고 오함의 열을 주변공기와 자연적인 열 교환을 통해 열을 뺏도록 하는 것이 다르다.

        TEXP (Totally Enclosed Explosion Proof)

        방폭형 구조로서 내압방폭 (Flame Proof) 을 의미함

다. 모터의 외함 구조 선정 시 고려사항

        개방형의 경우 직접냉각에 다른 효과가 우수하여 모터의 효율적인 운전과 가격 측면에서는 장점이 있지만 구조적으로 취약하여 주기적인Maintenance 를 통한 비용이 증대하고 고장의 요인이 잠재하는 단점이있으며

        전폐형의 경우 간접냉각에 따른 효율은 약간 저하되는 단점이 있으나구조적으로 견고하여 고장에 노출될 경우가 극히 적다는 장점이 있다.

        따라서 모터의 외함을 선정할 경우에는 이러한 경제성과 안전성의 비교검토가 가장 중요한 요소이며 설치환경, 부하조건 등을 고려하여 선정하는 것이 가장 바람직한 방법이다.

3. 회전기의 크기 (Frame Size)

        모터의 프레임 사이즈란 전동기의 Foot 에서 축 Center 까지 거리로서전동기의 크기를 알 수 있는 척도가 되는 치수 이며 설치공간등에 제약을 줄 수 있으므로 전동기 선정 시에 아주 중요한 요소이며 특히 기존모터의 용량증대를 위해 교체를 검토할 때 가장 우선적으로 파악하여야 하는 내용이다.

        프레임 사이즈를 명판에 표시하는 방법은 미국 (NEMA : National Electrical Manufacturers Association) 과 유럽 (IEC : International Electro-technical Committee) 이 다르며 유럽 및 일본, 우리나라에서는사용자의 특별한 요구가 없을 경우 이를 mm 단위로 직접 기재하여 곧바로 알 수 있는 IEC 표기방법을  채용하여 별 문제가 없으나 NEMA 에서는 이것을 특정한 방법으로 나타내고 있는데 다음 그림을 통해 NEMA의 프레임에 표기법에 대하여 알아보자.

        Frame Size 는 3 자리 또는 4 자리로 구성되며 D Size 로 표기한다.

        처음의 2 자리는 D 의 4 배를 Inch 단위로 나타낸 것이며 나머지 한자리또는 두 자리는 2F Size 를 나타내며 이는 그림에서 알 수 있듯이 전동기측면의 Foot Bolt Hole 간의 거리를 의미한다.

예를 들어 전동기의 Frame Size 가 285 라면 이것에 대한 의미는 다음표의 음영진 부분의 크기를 의미한다.

Frame	D Size	2 F Size (3 번째 또는 4 번째 순자)
		1	3	5	7	9	11	13	15
140	3.5	3.00	4.00	5.00	6.25	8.00	10.00	12.50	16.00
180	4.5	4.00	5.00	6.25	8.00	10.00	12.50	16.00	20.00
280	7.00	6.25	8.00	10.00	12.50	16.00	20.00	25.00	32.00
360	9.00	8.00	10.00	12.50	16.00	20.00	25.00	32.00	40.00
440	11.00	10.00	12.50	16.00	20.00	25.00	32.00	40.00	50.00
580	14.50	12.50	16.00	20.00	25.00	32.00	40.00	50.00	63.00
680	17.00	16.00	20.00	25.00	32.00	40.00	50.00	63.00	80.00

        3 번째와 4 번째 숫자는 1 에서 15 까지 되어 있으며 위의 표는 홀수만을 추출 한 것 이다.

        예를 하나 더 들어 보면 Frame 이 4415 이면 D Size 는 11.00 인치 이며 2 F Size 는 50 인치 임을 의미 한다.

        명판상에 기재된 Frame 이 유럽식인지 미국식인지 구분하는 특별한 방법은 없으며 명판을 잘 살펴보면 대부분 IEC 인지 NEMA 인지 나타나 있다.

4. 일련번호 (Serial No.)

        일련번호는 설비의 제작년도를 포함하여 Lot 번호 관련 사항을 함축적으로 나타내고 있는 설비의 주민등록 번호와 같은 것이다.

        이는 기존 모터의 정보를 제작사에 요청할 경우 매우 편리하게 사용될 수있으므로 관리시 이력카드에 기입하여 놓는 것이 바람직하다..

        이상으로 명판에 관한 설명은 마치기로 하며 설명된 사항 이외에도 다양한 정보들이 있을 수 있으니 항상 명판내용에 관심을 갖도록 하여야하며 현장에 설치된 모터의 경우 명판이 떨어져 나간 것을 간혹 볼 수있는데 이는 위에서 살펴본 바와 같이 모터의 모든 자료를 잃어 버린 것이니 항상 명판의 관리에 세심한 주의가 필요하다고 생각한다.

[출처] 모터명판 정보 이해|작성자 우정