모터 보호를 위한 가열 방식의 중요성
올바른 열 과부하 계전기를 선택하려면 가열 소자 기술과 리셋 메커니즘이라는 두 가지 중요한 요소를 이해해야 합니다. 가열 방식은 응답 정확도와 열 메모리 특성을 결정하고, 리셋 모드는 유지보수 요구 사항과 작동 안전에 영향을 미칩니다. 3상 모터 애플리케이션의 경우 수동 리셋 기능이 있는 바이메탈 계전기가 표준 산업 부하에 가장 안정적인 보호 기능을 제공하는 반면, 공융 합금 유형은 일관된 트립 포인트를 요구하는 고정밀 애플리케이션에 탁월합니다. 이 가이드에서는 계전기 특성을 모터 보호 요구 사항에 맞추는 데 도움이 되도록 두 가지 요소를 모두 살펴봅니다.
주요 내용
- 바이메탈 릴레이 점진적이고 예측 가능한 트립을 위해 차등 열팽창을 사용합니다. 산업용 모터 애플리케이션의 90%에 적합합니다.
- 공융 합금 계전기 상 변화 기술을 통해 정확하고 반복 가능한 트립 포인트를 제공하지만 수동 리셋만 필요합니다.
- 수동 재설정 작업자가 재시작하기 전에 조사를 강제하여 해결되지 않은 결함으로 인한 반복적인 손상을 방지합니다.
- 자동 리셋 원격 작동을 가능하게 하지만 과부하 원인이 지속되면 장비 손상 위험이 있습니다.
- 트립 클래스 선택 (10/20/30)은 모터 열 용량 및 시동 특성과 일치해야 합니다.
- 주변 온도 보상 옥외 설치 및 가변 온도 환경에 필수적입니다.
열 과부하 계전기 가열 기술 이해
바이메탈 열 과부하 릴레이
바이메탈 열 과부하 계전기는 산업 애플리케이션에서 가장 널리 사용되는 모터 보호 기술입니다. 이러한 장치는 일반적으로 강철과 구리-니켈 또는 니켈-크롬 합금으로 짝을 이루는 두 개의 다른 금속을 사용하여 복합 스트립을 형성합니다. 각 금속은 뚜렷한 열팽창 계수를 나타내므로 모터 전류가 인접한 히터 소자를 통해 흐를 때 스트립이 예측 가능하게 구부러집니다.
운영 원칙: 모터 회로를 통과하는 전류는 바이메탈 스트립 근처에 위치한 교정된 히터 코일을 통과합니다. 모터 부하가 증가함에 따라 히터 온도가 비례적으로 상승하여 두 금속층 간의 차등 팽창을 유발합니다. 스트립은 팽창 계수가 낮은 금속 쪽으로 구부러져 결국 제어 회로 접점을 여는 기계식 트립 메커니즘을 작동시킵니다.
열 메모리 장점: 바이메탈 계전기는 고유한 열 메모리를 가지고 있습니다. 즉, 이전 과부하 이벤트에서 축적된 열을 유지합니다. 이 특성은 반복적인 시작-정지 주기 또는 간헐적인 과부하를 겪는 모터에 대해 우수한 보호 기능을 제공합니다. 계전기는 열 스트레스를 “기억”하고 후속 이벤트에서 더 빠르게 트립하기 때문입니다. 스트립이 원래 모양으로 돌아가기 전에 필요한 냉각 기간은 즉각적인 재시작을 방지하여 모터가 안전하게 열을 발산할 수 있도록 합니다.
주요 애플리케이션:
- 범용 3상 모터 보호 (1-800 HP 범위)
- 잦은 시동 및 가변 부하가 있는 애플리케이션
- 주변 온도 보정이 필요한 환경
- 자동 리셋 기능이 필요한 개조 설치
장점:
- 대부분의 응용 분야에서 비용 효율적입니다.
- 수동 및 자동 리셋 구성 모두에서 사용 가능
- 점진적인 트립 특성으로 모터 시동 중 불필요한 트립 감소
- 수십 년간의 현장 성능 데이터로 입증된 신뢰성
제한 사항:
- 주변 온도 변화에 영향을 받는 트립 포인트 정확도 (일반적으로 ±10-15%)
- 시간이 지남에 따른 기계적 마모가 교정에 영향을 줄 수 있음
- 심각한 과부하에 대한 전자 계전기에 비해 느린 응답
공융 합금 열 과부하 계전기
공융 합금 과부하 계전기는 상 변화 열역학을 기반으로 근본적으로 다른 보호 메커니즘을 사용합니다. 이러한 장치에는 튜브 어셈블리 내에 밀봉된 정밀하게 배합된 주석-납 솔더 합금이 포함되어 있습니다. 합금 조성은 모터의 열 손상 임계값에 해당하는 특정 온도에서 녹도록 설계되었습니다.
운영 원칙: 모터 전류는 공융 합금 튜브 주위에 감긴 히터 권선을 통해 흐릅니다. 정상 작동 조건에서 고체 합금은 스프링 장착된 래칫 휠을 기계적으로 구속합니다. 지속적인 과전류로 인해 히터가 합금의 융점 (일반적으로 표준 주석-납 공융의 경우 183°C)에 도달하면 재료가 급격한 액화를 겪습니다. 이 상 변화는 래칫 메커니즘을 해제하여 스프링 장력 하에서 회전하여 제어 회로 접점을 엽니다.
정밀 트립 특성: 공융 합금의 날카로운 융점은 바이메탈 설계에 비해 뛰어난 트립 반복성 (±2-3% 변동)을 제공합니다. 이러한 정밀도로 인해 공융 계전기는 밀폐형 압축기 모터 또는 정밀 기계 드라이브와 같이 일관된 보호 임계값이 중요한 애플리케이션에 선호되는 선택입니다.
리셋 요구 사항: 공융 계전기는 수동 리셋을 의무화합니다. 합금이 냉각되어 다시 굳어지기 전에 래칫 메커니즘을 수동으로 다시 결합하는 것이 물리적으로 불가능하기 때문에 자동 리셋은 불가능합니다. 이러한 강제 개입은 작업자가 장비를 다시 시작하기 전에 과부하 원인을 조사하도록 보장합니다.
주요 애플리케이션:
- NEMA 등급 모터 스타터 (크기 1-6)
- 밀폐형 냉동 압축기 보호
- 정확한 트립 포인트가 필요한 중요한 공정 모터
- 수동 리셋 확인이 필수적인 애플리케이션
장점:
- 뛰어난 트립 포인트 정확도 및 반복성
- 기계적 진동에 영향을 받지 않음
- 우수한 장기 교정 안정성
- 고유한 수동 리셋은 안전 확인을 제공합니다.
제한 사항:
- 수동 리셋만 가능 - 원격 재시작 기능 없음
- 바이메탈 유형에 비해 더 높은 초기 비용
- 리셋 전에 더 긴 냉각 기간 필요 (일반적으로 5-15분)
- 더 작은 모터 정격에 대한 제한된 가용성
비교 분석: 바이메탈 대 공융 기술
| 특성 | 바이메탈 계전기 | 공융 합금 계전기 |
|---|---|---|
| 여행 메커니즘 | 차등 열팽창 | 상 변화 액화 |
| 트립 정확도 | ±10-15% (온도 의존적) | ±2-3% (매우 반복 가능) |
| 리셋 옵션 | 수동 또는 자동 | 수동 전용 |
| 열 메모리 | 우수 (점진적 냉각) | 보통 (이진 고체/액체 상태) |
| 응답 속도 | 점진적 (클래스 10/20/30 선택 가능) | 트립 포인트에서 빠름 |
| 주변 보상 | 프리미엄 모델에서 사용 가능 | 고정된 융점으로 인한 고유 특성 |
| 일반적인 비용 | Lower | 20-40% 더 높음 |
| 유지 관리 | 주기적인 교정 권장 | 최소—본질적으로 안정적 |
| 최고의 응용 프로그램 | 일반 산업용 모터, 가변 부하 | 정밀 애플리케이션, 밀폐형 모터 |
리셋 모드 선택: 수동 vs. 자동
트립 후 열 과부하 계전기가 정상 작동으로 복귀하는 방식을 리셋 메커니즘이 결정합니다. 이 선택은 운영 안전, 유지보수 요구 사항 및 시스템 자동화 기능에 큰 영향을 미칩니다.
수동 리셋 구성
수동 리셋 계전기는 트립 후 회로를 복원하기 위해 물리적인 작업자 개입이 필요합니다. 계전기 하우징의 리셋 버튼 또는 레버를 눌러 접점 메커니즘을 기계적으로 다시 연결해야 합니다. 이 설계는 장비 재시작 전에 필수적인 조사 기간을 강제합니다.
안전 이점: 수동 리셋은 중요한 안전 점검 지점을 제공합니다. 모터가 과부하로 트립되면 강제적인 수동 개입을 통해 다음 사항을 보장합니다.
- 작업자가 모터 및 구동 장비의 기계적 결함을 물리적으로 검사합니다.
- 과부하 원인(베어링 걸림, 과도한 부하, 위상 불균형)을 식별하고 수정합니다.
- 재시작 시도 전에 충분한 냉각 시간이 확보됩니다.
- 유지보수 추세 분석을 위해 트립 이벤트가 문서화됩니다.
이상적인 애플리케이션:
- 무인 재시작이 위험을 초래하는 중요한 안전 시스템
- 예기치 않은 재시작으로 손상될 수 있는 장비를 구동하는 모터(컨베이어, 믹서, 분쇄기)
- 원격 모니터링 기능이 제한적인 설치
- OSHA 잠금/태그아웃 요구 사항이 적용되는 애플리케이션
- 재시작 전에 냉각 확인이 필요한 밀폐형 압축기
제한 사항:
- 계전기 위치에 대한 로컬 액세스 필요
- 원격 또는 접근하기 어려운 설치에서 가동 중지 시간 증가
- 무인 작동이 필요한 완전 자동화 공정에 적합하지 않음
- 24/7 운영을 위해 추가 인력이 필요할 수 있음
자동 리셋 구성
자동 리셋 계전기는 열 요소가 리셋 임계값 아래로 냉각되면 자동으로 복원됩니다. 제어 전원이 복원되면 작업자 개입 없이 접점 메커니즘이 다시 연결되어 모터 기동기가 다시 작동됩니다.
운영상의 이점: 자동 리셋은 다음을 가능하게 합니다.
- PLC 또는 SCADA 제어를 통한 원격 시스템 재시작
- 과도 과부하 이벤트로 인한 가동 중지 시간 단축
- 원격 설치(펌프 스테이션, HVAC 시스템)에서의 무인 작동
- 빌딩 자동화 시스템과의 간소화된 통합
중요한 고려 사항:
- 반복적인 재시작 주기: 과부하 원인이 지속되면 자동 리셋으로 인해 모터가 반복적으로 시작되어 권선이 열 손상 한계를 넘어 빠르게 과열될 수 있습니다.
- 예기치 않은 장비 움직임: 자동 재시작은 작업자가 기계가 비활성화되었다고 가정하고 기계 근처에서 작업하는 경우 위험을 초래할 수 있습니다.
- 숨겨진 고장 모드: 과도 트립은 작업자가 알아차리기 전에 리셋되어 기계적 또는 전기적 문제가 발생하고 있음을 숨길 수 있습니다.
- 압축기 손상 위험: 냉매 압력이 균등화되기 전에 냉동 시스템이 재시작되어 압축기 고장을 일으킬 수 있습니다.
리셋 모드 선택 매트릭스
| 애플리케이션 유형 | 권장 리셋 모드 | 정당성 |
|---|---|---|
| 컨베이어 시스템 | 매뉴얼 | 걸린 재료 또는 장비 근처의 인력과 함께 재시작 방지 |
| 수중 펌프(원격) | 자동 | 원격 재시작 활성화; 반복적인 트립에 대해 SCADA를 통해 모니터링 |
| 공작 기계 드라이브 | 매뉴얼 | 기계적 결합 또는 공구 파손에 대한 조사 보장 |
| HVAC 에어 핸들러 | 자동 | 과도 과부하가 일반적임; 빌딩 자동화 통합 필요 |
| 밀폐형 압축기 | 매뉴얼 | 필수 냉각 기간; 단기 사이클 손상 방지 |
| 관개 펌프 | 자동 | 원격 위치; 시동 중 허용 가능한 과도 과부하 |
| 믹서/교반기 드라이브 | 매뉴얼 | 응고된 재료 또는 기계적 고장으로 인한 재시작 방지 |
| 패키지형 옥상 장치 | 자동 | 통합 제어; BMS를 통한 원격 모니터링 |
모터 열 보호를 위한 트립 등급 선택
트립 등급은 열 과부하 계전기가 회로를 차단하기 전에 지속적인 과전류를 허용하는 최대 시간을 정의합니다. IEC 60947-4-1 및 UL 표준에 정의된 이 표준화된 분류는 계전기 응답 특성이 모터 열 용량 및 시동 프로파일과 일치하도록 보장합니다.
트립 등급 표준 이해
트립 등급은 계전기가 콜드 스타트에서 전류 설정의 600%를 전달할 때 최대 트립 시간을 초 단위로 나타내는 숫자(5, 10, 20 또는 30)로 표시됩니다. 이 표준화된 테스트 조건은 제조업체 간의 계전기 응답을 비교하기 위한 일관된 기준을 제공합니다.
| 트립 등급 | 600% 전류에서의 트립 시간 | 일반적인 애플리케이션 |
|---|---|---|
| 클래스 5 | 최대 5초 | 수중 펌프, 밀폐형 압축기 (제한된 열용량) |
| 클래스 10 | 최대 10초 | IEC 모터, 급출발 애플리케이션, 인공 냉각 모터 |
| 클래스 20 | 최대 20초 | NEMA 설계 B 모터, 일반 산업 애플리케이션 (가장 일반적) |
| 클래스 30 | 최대 30초 | 고관성 부하, 제철소용 모터, 확장된 가속 시간 |
냉간 상태 대 고온 상태 트립 곡선
열 과부하 계전기는 초기 열 조건에 따라 상당히 다른 응답 특성을 나타냅니다.
냉간 상태 작동: 모터가 충분한 냉각 시간 (일반적으로 주변 온도에서 2시간 이상) 후에 시작되면 열 요소는 실온에서 시작됩니다. 계전기는 열을 축적하고 트립 임계값에 도달하는 데 최대 시간이 필요합니다. 게시된 트립 곡선은 일반적으로 냉간 상태 성능을 나타냅니다.
고온 상태 작동: 자주 순환하거나 정지 직후에 다시 시작하는 모터는 상승된 열 요소 온도로 시작합니다. 고온 상태 트립 곡선은 계전기가 트립 임계값에 더 가깝게 시작하므로 20-30% 더 빠른 응답 시간을 보여줍니다. 이 가속화된 응답은 적절한 냉각 기간 없이 반복적인 과부하 이벤트를 겪는 모터에 중요한 보호 기능을 제공합니다.
실제적 의미:
- 빈번한 시작-정지 애플리케이션은 성가신 트립을 방지하기 위해 고온 상태 곡선을 고려해야 합니다.
- 60%를 초과하는 듀티 사이클을 가진 모터는 주로 고온 상태 조건에서 작동합니다.
- 온도 보상 계전기는 주변 온도에 따라 트립 특성을 조정하여 일관된 보호를 유지합니다.
애플리케이션별 트립 등급 선택
클래스 10 선택 기준:
- 열용량이 제한된 모터 (수중 펌프, 밀접 결합 설계)
- 가속이 3-5초 이내에 완료되는 급출발 애플리케이션
- 더 빠른 보호 응답을 위해 설계된 IEC 등급 모터
- 고정자 구속 조건에서 모터 손상이 빠르게 발생하는 애플리케이션
예: 클래스 B 절연이 적용된 15 HP 수중 우물 펌프 모터는 50°F 물에 잠겨 작동합니다. 외부 냉각은 정상적인 시작 중에 성가신 트립 없이 공격적인 클래스 10 보호를 허용하는 동시에 펌프가 마르거나 기계적 결합이 발생할 경우 빠른 응답을 제공합니다.
클래스 20 선택 기준 (가장 일반적):
- 표준 열용량을 가진 NEMA 설계 B 모터
- 5-10초 가속 시간을 가진 일반 산업 애플리케이션
- 중간 시작 토크 요구 사항이 있는 부하
- 가끔 과도한 과부하가 허용되는 애플리케이션
예: HVAC 시스템의 원심 팬을 구동하는 50 HP 모터는 450% 시작 전류로 5-7초 가속을 경험합니다. 클래스 20 보호는 정상적인 시작을 수용하는 동시에 팬이 기계적으로 결합되거나 베어링 고장이 발생할 경우 20초 이내에 트립됩니다.
클래스 30 선택 기준:
- 확장된 가속 (15-25초)이 필요한 고관성 부하
- 향상된 열용량을 가진 제철소용 또는 가혹한 작업용 모터
- 높은 파단 토크가 있는 애플리케이션 (분쇄기, 볼 밀, 압출기)
- 시작 전류가 확장된 기간 동안 500% FLA를 초과하는 부하
예: 볼 밀을 구동하는 200 HP 모터는 거대한 회전 질량으로 인해 최대 속도에 도달하는 데 18-22초가 필요합니다. 밀의 충전 중량은 가속 전반에 걸쳐 550% 시작 전류를 생성합니다. 클래스 30 보호는 정상적인 시작 중에 성가신 트립을 방지하는 동시에 고정자 구속 또는 기계적 걸림 조건으로부터 보호합니다.
일반적인 트립 등급 선택 오류
성가신 트립 방지를 위한 과도한 크기 조정: 성가신 트립을 경험하는 표준 모터에 대해 클래스 30 보호를 선택하면 근본 원인을 해결하기보다는 (기계적 결합, 전압 문제, 부적절한 계전기 크기 조정) 근본적인 문제를 가립니다. 이 관행은 실제 과부하 이벤트 중에 모터를 열 손상에 노출시킵니다.
“더 나은 보호”를 위한 과소 크기 조정”: 고관성 부하에 대해 클래스 10 계전기를 지정하면 정상적인 가속 중에 반복적인 성가신 트립이 발생합니다. 이로 인해 작업자가 보호 시스템을 무력화하거나 계전기 설정을 과도하게 조정하게 되어 효과적인 모터 보호가 제거됩니다.
고온 상태 곡선 무시: 빈번한 순환이 있는 애플리케이션은 고온 상태 트립 특성을 평가해야 합니다. 차갑게 시작하는 데 성공한 모터는 축적된 열 요소 열로 인해 여러 번의 빠른 순환 후에 성가신 트립을 경험할 수 있습니다.
주변 온도 보상
열 과부하 계전기는 IEC 표준에 따라 40°C (104°F) 주변 온도에서 최적의 성능을 위해 보정됩니다. 이 기준점에서 크게 벗어나면 트립 정확도와 응답 시간에 영향을 미쳐 모터 보호를 손상시키거나 성가신 트립을 유발할 수 있습니다.
계전기 성능에 대한 온도 영향
높은 주변 온도 (>40°C):
- 열 요소가 트립 임계값에 더 가깝게 시작합니다.
- 트립 시간이 50°C 주변 온도에서 10-20% 감소합니다.
- 정상적인 모터 작동 중 성가신 트립 위험
- 유효 전류 설정 감소 (계전기가 더 낮은 실제 전류에서 트립됨)
낮은 주변 온도 (<20°C):
- 열 요소가 트립하려면 더 많은 열 축적이 필요합니다.
- 트립 시간이 0°C 주변 온도에서 15-25% 증가합니다.
- 실제 과부하 중 부적절한 모터 보호 위험
- 유효 전류 설정 증가 (계전기가 모터 손상이 발생할 때까지 트립되지 않을 수 있음)
보상 기술
바이메탈 보상: 프리미엄 바이메탈 계전기는 주변 온도 효과를 상쇄하는 추가 보상 바이메탈 요소를 통합합니다. 이러한 요소는 주변 온도에 따라 트립 메커니즘 위치를 조정하여 -25°C ~ +60°C 작동 범위에서 일관된 트립 특성을 유지합니다.
전자식 온도 감지: 최신 전자식 과부하 계전기는 서미스터 또는 RTD 센서를 사용하여 주변 온도를 측정하고 알고리즘으로 트립 임계값을 조정합니다. 이러한 능동 보상은 넓은 온도 범위에서 ±3% 정확도를 제공하고 모터 열 모델링과 같은 고급 기능을 가능하게 합니다.
애플리케이션 지침
야외 설치: 실외 인클로저의 모터는 기후 및 태양 부하에 따라 -20°C ~ +50°C의 주변 온도를 경험합니다. 온도 보상 계전기는 계절적 변화에 따른 일관된 보호를 위해 필수적입니다.
고온 환경: 주조 공장, 제철소 및 기타 고온 산업 환경에서는 전류 설정의 적절한 디레이팅 또는 고온 모델 선택과 함께 60°C 주변 온도에서 연속 작동을 위해 정격된 계전기가 필요합니다.
냉장 보관 애플리케이션: -20°C ~ 0°C에서 작동하는 냉장 창고 및 냉장 보관 시설에는 모터 과부하 시 트립 지연을 방지하기 위해 보상 기능이 있는 저온 정격 계전기가 필요합니다.
실용적인 선택 워크플로
1단계: 모터 열 특성 결정
다음 모터 명판 및 애플리케이션 데이터를 수집합니다.
- 모터 명판의 정격 전류(FLA)
- 서비스 계수(SF) - 일반적으로 산업용 모터의 경우 1.0 또는 1.15
- 열 용량을 나타내는 절연 등급(B, F 또는 H)
- 듀티 사이클 및 시간당 예상 시작 횟수
- 전 부하 조건에서의 가속 시간
2단계: 가열 기술 선택
바이메탈 선택 시:
- 일반 산업용 모터 보호(1-800 HP)
- 원격 작동에 필요한 자동 재설정 기능
- 예산 제약으로 인해 초기 비용이 낮아집니다.
- 애플리케이션에 가변 부하 또는 빈번한 사이클링이 포함됨
공융 합금 선택 시:
- 정확하고 반복 가능한 트립 포인트 필요
- NEMA 정격 스타터 통합(크기 1-6)
- 밀폐형 압축기 또는 중요 공정 모터
- 안전 규정 준수를 위해 수동 재설정 확인 필수
3단계: 트립 클래스 결정
클래스 10 선택 시:
- 모터 가속 시간 <5초
- IEC 정격 모터 또는 수중 펌프 애플리케이션
- 제한된 모터 열 용량으로 빠른 보호 필요
- 낮은 관성 부하로 빠른 시작 애플리케이션
클래스 20 선택 시 (기본 선택):
- 표준 열 용량을 가진 NEMA 설계 B 모터
- 가속 시간 5-10초
- 특별한 요구 사항이 없는 일반 산업 애플리케이션
- 모터 제조업체에서 대체 클래스를 지정하지 않음
클래스 30 선택 시:
- 가속 시간 >15초인 고관성 부하
- 밀 듀티 또는 가혹한 듀티 모터 정격
- 모터 제조업체에서 클래스 30을 특별히 권장
- 정상적인 시작 중 클래스 20으로 인한 성가신 트립 기록
4단계: 재설정 모드 선택
수동 재설정 선택 시:
- 안전 규정에 따라 재시작 전에 작업자 확인 필요
- 예기치 않은 재시작으로 장비가 손상될 수 있음
- 계전기 위치에 대한 로컬 액세스가 실용적임
- 애플리케이션에 잠금/태그아웃 절차가 포함됨
자동 재설정 선택 시:
- 원격 설치에는 무인 작동이 필요함
- 자동 재시작에 필요한 SCADA 또는 BMS 통합
- 과도한 과부하가 예상되고 허용됨
- 포괄적인 원격 모니터링 및 경보 구현
5단계: 환경 요인 고려
온도 보상이 필요한 경우:
- 주변 온도가 40°C 기준에서 >±10°C 벗어남
- 계절적 온도 변화에 영향을 받는 실외 설치
- 고온 환경(주조 공장, 제철소)
- 냉장 보관 또는 냉장 공간 설치
추가 환경 고려 사항:
- 부식성 대기에는 밀폐된 계전기 인클로저가 필요함
- 고진동 환경은 공융 합금 기술에 유리함
- 먼지가 많은 조건에는 NEMA 12 또는 IP54 최소 인클로저 등급이 필요함
모터 보호 시스템과의 통합
열 과부하 계전기는 포괄적인 모터 보호 전략의 일부로 기능합니다. 광범위한 보호 아키텍처 내에서 역할을 이해하면 효과적인 조정이 보장되고 보호 격차가 방지됩니다.
상위 보호 장치와의 협조
회로 차단기 협조: 상위 회로 차단기 또는 모터 회로 보호기(MCP)는 과부하 계전기 작동을 방해하지 않고 단락 보호를 제공해야 합니다. 적절한 협조는 다음을 보장합니다.
- 모터 고정자 구속 전류(일반적으로 FLA의 10-12배) 이상으로 설정된 회로 차단기 순시 트립
- 과부하 계전기는 115-600% FLA 범위에 대한 모든 보호 제공
- 전류 범위에 걸쳐 보호 범위의 중복 또는 간격 없음
퓨즈 협조: 퓨즈가 단락 보호를 제공하는 경우 모터 기동 전류가 개방 없이 흐르도록 허용하는 시간 지연 특성을 가진 Class RK1 또는 Class J 퓨즈를 선택합니다. 협조 곡선은 퓨즈 최소 용융 시간과 과부하 계전기 최대 트립 시간 사이에 명확한 분리를 보여야 합니다.
접촉기와의 통합
열 과부하 계전기는 IEC 구성에서 접촉기에 직접 장착하거나 NEMA 어셈블리에서 별도로 설치합니다. 과부하 계전기의 보조 접점은 접촉기 코일 회로와 직렬로 연결되어 과부하 트립이 발생하면 접촉기의 전원이 차단되고 모터 전원이 차단됩니다.
중요한 배선 고려 사항:
- 제어 회로 전압 및 전류에 정격화된 과부하 계전기 보조 접점
- 적절한 위상 배열은 모든 3상 모터 위상 모니터링을 보장합니다(3극 계전기).
- 회로 차단기 정격이 아닌 실제 모터 FLA에 맞게 크기가 조정된 히터 요소
- 제어 회로에는 과부하 재설정 상태 표시가 포함됩니다.
접촉기 선택 및 모터 제어 기본 사항에 대한 자세한 내용은 접촉기의 정의 및 작동 방식에 대한 포괄적인 가이드를 참조하십시오.
고급 보호 기능
최신 전자식 과부하 계전기는 기본적인 열 모델링을 넘어 향상된 보호 기능을 제공합니다.
접지 고장 보호: 접지 오류 조건을 나타내는 위상 간 전류 불균형을 감지합니다. 특히 습하거나 전도성이 있는 환경에서 인력 안전에 매우 중요합니다.
위상 손실/불균형 보호: 모든 3상을 모니터링하고 전압 또는 전류 불균형이 10-15%를 초과하면 트립합니다. 3상 모터에 대한 단상 손상 방지.
고정자 구속 보호: 모터가 가속되지 못할 때 더 빠른 트립 응답을 제공하여 기계적 걸림 조건에서 권선 손상을 방지합니다.
모터 열 모델링: 전자식 계전기는 전류 이력, 듀티 사이클 및 냉각 시간을 기준으로 누적된 모터 열을 계산합니다. 이 정교한 알고리즘은 단순한 열 요소 응답에 비해 우수한 보호 기능을 제공합니다.
열 과부하 계전기 작동 및 구성 요소에 대한 기본 이해를 위해 다음의 자세한 기사를 참조하십시오. 열 과부하 계전기 기본 사항.
설치 및 시운전 모범 사례
적절한 계전기 크기 조정 및 설정
전류 설정 절차:
- 모터 명판 정격 전류(FLA) 찾기
- 1.15 서비스 계수가 있는 모터의 경우: 계전기를 모터 FLA로 설정
- 1.0 서비스 계수가 있는 모터의 경우: 계전기를 모터 FLA의 90%로 설정
- 설정이 3상 시스템의 전류 불균형을 고려하는지 확인
일반적인 크기 조정 오류:
- 모터 FLA 대신 회로 차단기 정격으로 계전기 설정
- 설정 계산 시 서비스 계수를 고려하지 못함
- 근본 원인을 해결하기보다는 성가신 트립을 방지하기 위해 계전기 설정을 과도하게 설정
- 3상 모터 애플리케이션에 단상 계전기 전류 정격 사용
장착 및 환경 고려 사항
방향 요구 사항: 대부분의 열 과부하 계전기는 수직 장착 위치(수직에서 ±30°)에 맞게 보정됩니다. 수평 장착은 기계적 트립 메커니즘에 대한 중력 효과로 인해 트립 정확도에 10-15% 영향을 줄 수 있습니다. 승인된 장착 방향은 제조업체 사양을 참조하십시오.
인클로저 선택:
- 실내, 깨끗한 환경: 최소 NEMA 1 / IP20
- 실외 또는 먼지가 많은 위치: NEMA 3R 또는 4 / IP54 또는 IP65
- 부식성 대기: NEMA 4X 스테인리스 스틸 / IP66
- 위험한 위치: NEC Article 500에 따른 방폭 인클로저
환기 요구 사항: 열 계전기 주변에 적절한 공기 순환을 보장합니다. 뜨거운 환경의 밀폐된 스타터는 주변 온도가 계전기 성능에 영향을 미치지 않도록 강제 환기 또는 과도한 크기의 인클로저가 필요할 수 있습니다.
테스트 및 검증
초기 시운전 테스트:
- 연속성 테스트: 수동 테스트 버튼을 통해 보조 접점 작동 확인
- 전류 설정 확인: 다이얼 또는 디지털 설정이 모터 FLA와 일치하는지 확인
- 트립 클래스 확인: 계전기 트립 클래스가 모터 요구 사항과 일치하는지 확인
- 재설정 기능 테스트: 수동 또는 자동 재설정이 올바르게 작동하는지 확인
- 위상 균형 점검: 전체 부하에서 모든 3상에서 전류 측정
정기 유지 보수 테스트:
- 1차 전류 주입을 사용한 연간 트립 시간 확인(600% FLA 테스트)
- 보조 접점의 접촉 저항 측정
- 과열, 부식 또는 기계적 손상 징후에 대한 육안 검사
- 조정 가능한 계전기의 교정 확인(제조업체 사양과 비교)
한 일반적인 문제 해결
성가신 트립
| 증상 | 가능한 원인 | 진단 절차 | 솔루션 |
|---|---|---|---|
| 모터 시동 중 트립 | 적용 분야에 비해 트립 등급이 너무 빠름 | 가속 시간을 측정하고 릴레이 트립 곡선과 비교 | 더 느린 트립 등급으로 업그레이드 (10→20 또는 20→30) |
| 여러 번의 급격한 시동 후 트립 발생 | 시동 간 냉각 부족 | 듀티 사이클을 모니터링하고 고온 상태 트립 곡선 확인 | 시동 빈도를 줄이거나 열 메모리가 더 우수한 릴레이 선택 |
| 더운 날씨에만 트립 발생 | 주변 온도 보상이 부적절함 | 트립 이벤트 중 인클로저 온도 측정 | 온도 보상 릴레이를 설치하거나 환기 개선 |
| 정상 부하 상태에서 임의 트립 발생 | 히터 소자 연결 불량 | 히터 소자 단자를 검사하고 전압 강하 측정 | 연결을 조이고 손상된 히터 교체 |
| 한 상에서만 트립 발생 | 상 불균형 또는 단일 히터 고장 | 세 상 모두에서 전류 측정 | 부하 균형을 맞추고 결함이 있는 히터 소자 교체 |
과부하 시 트립 실패
중요한 안전 문제: 실제 과부하 조건에서 트립되지 않는 릴레이는 모터가 열 손상 및 잠재적인 화재 위험에 노출됩니다. 즉시 조사해야 합니다.
진단 단계:
- 릴레이 전류 설정이 모터 FLA와 일치하는지 확인 (과대 설정 금지)
- 수동 테스트 버튼을 사용하여 릴레이 트립 기능 테스트
- 부하 조건에서 실제 모터 전류 측정
- 측정된 전류를 릴레이 설정 및 트립 곡선과 비교
- 릴레이 설정의 150% 및 200%에서 1차 전류 주입 테스트 수행
일반적인 원인:
- 성가신 트립을 방지하기 위해 릴레이 설정이 부주의하게 증가됨
- 히터 소자가 손상되었거나 잘못된 크기가 설치됨
- 기계식 트립 메커니즘이 묶이거나 마모됨
- 자동 재설정 릴레이가 작업자가 트립을 인지하기 전에 반복적으로 재설정됨
자주 묻는 질문
Q: Class 10 모터에 Class 20 열 과부하 릴레이를 사용할 수 있습니까?
A: 아니요. 모터에 필요한 것보다 느린 트립 등급을 사용하면 과부하 조건에서 모터가 열 손상에 노출됩니다. 모터 제조업체는 모터의 열 용량 및 냉각 설계를 기반으로 필요한 트립 등급을 지정합니다. 항상 모터의 지정된 트립 등급 요구 사항과 일치하거나 초과(더 빠름)해야 합니다. 올바른 트립 등급으로 성가신 트립이 발생하는 경우 더 느린 릴레이를 선택하는 대신 근본 원인(기계적 결합, 전압 문제, 부적절한 크기 조정)을 조사하십시오.
Q: 내 애플리케이션에 주변 온도 보정이 필요한지 어떻게 알 수 있습니까?
A: 주변 온도가 40°C 교정 표준에서 ±10°C 이상 벗어나는 경우 온도 보정이 필수적입니다. 계절적 변화, 실외 인클로저의 태양열 부하 및 인접 장비의 열을 고려하여 릴레이 위치에서 예상되는 온도 범위를 계산합니다. 보정이 필요한 애플리케이션에는 실외 설치, 고온 산업 환경(>50°C) 및 저온 저장 시설(<20°C)이 포함됩니다. 최신 전자 과부하 릴레이에는 자동 온도 보정이 표준 기능으로 포함되어 있습니다.
Q: 열 과부하 릴레이와 모터 회로 보호 장치의 차이점은 무엇입니까?
A: 열 과부하 릴레이는 지속적인 과전류 조건(115-600% FLA 범위)에 대한 시간 지연 보호를 제공하여 모터가 정상적으로 시동되는 동시에 과부하 손상으로부터 보호합니다. 모터 회로 보호 장치(MCP)는 시간 지연 없이 순간적인 단락 보호(일반적으로 >10× FLA)를 제공하는 특수 회로 차단기입니다. 완전한 모터 보호에는 두 장치가 모두 필요합니다. 단락 보호를 위한 MCP와 과부하 보호를 위한 열 과부하 릴레이입니다. 일부 최신 모터 보호 회로 차단기(MPCB)는 두 기능을 단일 장치로 결합합니다.
Q: 공융 합금 열 장치를 바이메탈 소자로 교체할 수 있습니까?
A: 아니요. 공융 합금 및 바이메탈 릴레이는 장착 구성, 히터 소자 사양 및 트립 특성이 다릅니다. 릴레이 베이스와 접촉기는 특정 열 소자 유형에 맞게 설계되었습니다. 기술을 혼합하면 부적절한 장착, 잘못된 트립 특성 및 모터 보호 손실이 발생합니다. 열 소자를 교체할 때는 항상 릴레이 모델에 지정된 정확한 제조업체 부품 번호를 사용하십시오. 제조업체 간의 상호 참조에는 전기 정격 및 트립 곡선의 신중한 확인이 필요합니다.
Q: 자동 재설정 릴레이가 계속 켜졌다 꺼졌다 하는 이유는 무엇입니까?
A: 반복적인 자동 재설정 사이클링은 과부하 조건이 해결되지 않았음을 나타냅니다. 릴레이가 트립되고 냉각되고 재설정되고 모터가 계속 과도한 전류를 끌어오기 때문에 즉시 다시 트립됩니다. 이 사이클링은 모터 권선을 열 손상 한계를 넘어 빠르게 과열시킬 수 있습니다. 필요한 즉각적인 조치: (1) 추가 사이클링을 방지하기 위해 수동 재설정 모드로 전환하거나 잠금 장치를 설치합니다. (2) 과부하 원인을 조사합니다. 기계적 결합, 과도한 부하, 상 불균형 또는 전압 문제를 확인합니다. (3) 부하 상태에서 실제 모터 전류를 측정하고 명판 FLA와 비교합니다. (4) 릴레이 설정이 모터 요구 사항과 일치하는지 확인합니다. 근본 원인을 식별하고 수정하지 않고는 사이클링을 중지하기 위해 릴레이 설정을 늘리지 마십시오.
결론
적절한 열 과부하 릴레이를 선택하려면 특정 모터 보호 요구 사항에 따라 가열 기술, 재설정 모드, 트립 등급 및 환경 요소를 균형 있게 조정해야 합니다. 바이메탈 릴레이는 대부분의 산업 애플리케이션에 다용도적이고 비용 효율적인 보호 기능을 제공하는 반면, 공융 합금 유형은 중요한 프로세스에 대한 정밀한 트립 특성을 제공합니다. 수동 재설정은 안전 검증을 시행하지만 자동화를 제한하는 반면, 자동 재설정은 신중한 모니터링 프로토콜을 통해 원격 작동을 가능하게 합니다.
트립 등급 선택은 성가신 트립 빈도와 모터 보호 효과에 직접적인 영향을 미칩니다. Class 20은 NEMA 모터의 기본값으로 사용되며, 모터 열 특성 또는 부하 프로필에 따라 더 빠르거나 느린 응답이 필요한 경우에만 Class 10 또는 30이 지정됩니다. 주변 온도 보정은 상당한 온도 변화를 겪는 설치에 필수적입니다.
포괄적인 모터 보호 시스템 설계를 위해 열 과부하 릴레이를 적절하게 조정된 업스트림 단락 보호와 통합하고 접지 오류 감지, 상 모니터링 또는 정교한 열 모델링 기능이 필요한 애플리케이션에는 고급 전자 릴레이를 고려하십시오. 정기적인 테스트 및 유지 관리를 통해 릴레이 수명 동안 지속적인 보호 신뢰성을 보장합니다.
