NEC 법규/전동기

전기기기(변압기, 유도전동기)에서 자기포화(magnetic saturation)가 발생할 경우 나타날 수 있는 현상, 화재 등 사고사례, 예방대책, 점검방법

NEC MASTER 2025. 8. 16. 22:11
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코어가 쉽게 포화되면 전기기기(특히 변압기, 유도전동기)에서 여러 가지 부정적 영향이 생깁니다.

 

🔍 코어 포화 시 발생하는 현상

  1. 자기 회로(코어)가 더 이상 자속을 흡수하지 못함
    • 자속(Φ)이 증가하지 않고, 대신 코어는 "벽"에 부딪힌 것처럼 포화됨.
    • 그 결과 전류는 계속 늘어나는데, 자속은 거의 증가하지 않음.
  2. 무효전류(자화 전류) 급증
    • 보통 기기는 작은 무효전류만 필요하지만, 포화되면 큰 무효전류가 흐름.
    • 이는 전력 손실(열)과 전압 파형 왜곡을 일으킴.
  3. 전압 파형의 왜곡 (고조파 발생)
    • 코어가 포화되면 자속-전류 관계가 비선형이 됨.
    • 이 때문에 **전압과 전류에 고조파(harmonics)**가 생겨 다른 기기에 간섭을 줌.
  4. 코어 과열 & 절연 열화
    • 불필요하게 큰 전류가 코일을 흐르면서 권선 발열 증가.
    • 절연재가 열에 의해 손상 → 장기적으로 화재 위험 증가.
  5. 토크의 불안정 (전동기일 경우)
    • 유도전동기에서 포화가 일어나면 토크-속도 특성이 비정상적이 됨.
    • 회전이 울컥거리는 현상(토크 리플) → 기계적 진동과 소음 발생.

🚨 요약 (부정적 영향)

  • 🔥 발열 증가 → 절연 열화, 화재 위험
  • ⚡ 전류 급증 → 효율 저하, 전력 손실
  • 📉 전압 파형 왜곡 → 다른 장비에도 피해
  • 🚜 전동기 불안정 → 진동, 소음, 수명 단축

👉 쉽게 말하면, 코어가 포화되면 기기가 힘은 더 쓰지 못하면서, 땀만 엄청 흘리는 상황이에요.
즉, 효율은 떨어지고, 수명은 짧아지고, 고장이나 화재 위험이 커지는 부정적 현상이 대부분입니다.

 

Transformer (변압기) 관련 화재 사례

  • 변압기 내부의 절연재, 나무, 종이, 플라스틱 등이 고온에서 발화되어 화재로 이어진 사례들이 있습니다.
  • **변압기 내부의 절연유(Transformer oil)**가 과열로 인해 기화 및 폭발, 그리고 화재 확산으로 이어진 경우도 종종 보고됩니다.
  • 이는 대부분 절연 열화, 과부하, 냉각 불량 등으로 인해 내부 온도가 비정상적으로 상승하면서 발생했습니다. 

Induction Motor (유도전동기) 관련 사고 사례

  • 직접적으로 코어 포화로 인한 화재 사례는 많지 않지만,
  • 그러나 Stator winding fault, 예: Locked rotor 상태에서 과전류가 흐르면,
    내부 권선 온도가 300°C까지 올라가 절연재가 타오르며 화재가 발생한 실험적 사례가 있습니다. 

요약 정리 (표)

        장비                       포화 → 화재 가능성                                               주요 원인 및 사례 요약

 

변압기 적은 빈도지만 가능 절연재 착화, 절연유 과열, 과부하, 냉각 불량 등으로 발화 사례 존재
유도전동기 직접적 사례는 적지만 가능성 있음 고정자로 과전류/Locked rotor 상태 시 절연 열화로 화재 가능

한 줄 요약

  • 변압기는 과열이나 절연 손상 등으로 인해 내부 화재가 발생할 수 있으며,
  • 유도전동기는 일반적이지 않지만 과전류로 인한 권선 과열로 인한 화재 가능성도 있습니다.

 

유도전동기 권선 과열은 실제 화재나 고장으로 이어질 수 있기 때문에 사전 감지가 매우 중요합니다. 실무에서는 여러 방법을 병행해서 점검합니다. 

🔥 1. 과열 감지 (Overheating Detection)

  • PT100/RTD 온도센서
    • 모터 권선이나 베어링 근처에 설치해서 권선 온도를 직접 측정.
    • 일정 온도 이상(예: 120~150℃) 시 알람 및 차단 동작.
  • 열화상 카메라(Infrared Camera) 점검
    • 정기 점검 시 전기실이나 현장에서 권선/단자부의 발열 패턴을 확인.
    • 이상 국소 발열(Hot spot)을 빠르게 찾아낼 수 있음.
  • 온도 스위치(Thermal Switch, Thermistor)
    • 권선 내부에 삽입되어 일정 온도 초과 시 모터 차단 신호 출력.
    • 소형·중형 모터에서 많이 사용.

📊 2. 온도 모니터링 (Temperature Monitoring)

  • 모터 보호 계전기(Motor Protection Relay, MPR)
    • 전류, 온도, 절연 상태를 종합적으로 모니터링.
    • 과부하나 단상운전으로 인한 과열을 자동 감지 후 차단.
  • IoT/스마트 센서 활용
    • 최근에는 무선 센서를 부착해 **실시간 데이터(온도·전류·진동)**를 모니터링.
    • 중앙 제어실 SCADA/HMI에서 이상 발생 시 즉각 확인 가능.

⚡ 3. 절연 점검 (Insulation Testing)

  • 절연저항 측정기(Megger)
    • 정기적으로 모터 권선-접지 간 절연저항을 측정 (예: 500 V, 1000 V).
    • 권장값은 보통 1 MΩ 이상 유지해야 함. 저하되면 권선 열화 신호.
  • 유전손실 시험(Tan δ, Dissipation Factor)
    • 고압 모터에서 절연재의 노화를 평가하는 정밀 시험.
    • 절연재가 고온·습기·오염으로 열화되는지 파악 가능.
  • 부분방전(PD: Partial Discharge) 검사
    • 고압 대형 모터에서는 권선 절연 파괴를 사전 탐지하기 위해 사용.

🛠 4. 예방 대책 (Preventive Measures)

  • 적정 부하 운전
    • 모터 정격전류의 80~90% 범위에서 운전 → 과부하 방지.
  • 정기적 청소 및 통풍 확보
    • 냉각팬, 통풍 덕트 막힘 제거 → 냉각 효율 유지.
  • 윤활 관리
    • 베어링 과열로 권선 온도가 상승할 수 있으므로 주기적 윤활 필요.
  • 전동기 기동 조건 관리
    • 반복적인 Direct On Line (DOL) 기동 대신 Soft Starter, VFD 사용 → 기동 전류와 토크 감소.

✅ 한 줄 요약

👉 실무에서는 센서와 계전기로 실시간 감지 + 정기적인 절연 점검을 통해 권선 과열을 사전에 찾아내고, 부하·냉각·기동 조건을 관리하여 사고를 예방합니다.

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