HVAC 장비의 전원 문제 해결

가변 주파수 드라이브(VFD)는 토출 팬 속도를 변경하지 못합니다. 모터가 과열되어 조기에 고장납니다. 일반적으로 문제 없이 작동하는 프로그래밍 가능한 컨트롤은 대기 전원에서 작동할 때 갑자기 문제가 발생합니다. VFD가 냉각수 시스템에서 명백한 이유 없이 트립되어 고온 경보가 발생합니다. 회로 차단기가 트립되어 시스템이 종료됩니다. 그러나 클램프 미터 판독값은 재시작 후 시스템에 비정상적인 전류 흐름을 나타내지 않습니다.

HVAC 시스템의 각 문제 해결 문제는 고유한 상황을 나타내지만 유지 관리 전문가는 이러한 문제를 가능한 전력 품질 문제로 인식할 수 있습니다.

진정한 원인 찾기
전자 제품은 현대 제어 시스템의 기초입니다. 프로그래밍 가능한 제어 장치, 솔리드 스테이트 릴레이, 센서, 변환기, 팬 및 냉각수 펌프의 가변 주파수 드라이브, 액추에이터의 전자 제어 장치는 모두 이전의 순수 전기 기계식 제어 장치에는 없는 문제에 취약합니다. 이러한 문제는 종종 HVAC 장비에 공급되는 전압 및 전류 품질의 결과입니다. 열악한 "전력 품질"은 지정된 매개변수를 충족하지 않는 전력입니다.

모든 형태의 HVAC 문제 해결과 마찬가지로 기술자는 문제를 해결하기 위해 잠재적인 문제의 원인을 이해해야 합니다. 설명할 수 없는 문제는 종종 전자 장비의 결함에 기인합니다.
그러나 실제 원인은 전자 장비에 전혀 있지 않을 수 있습니다.

거짓 또는 기만적인 단서
예를 들어, VFD에서 방전을 적절하게 변경하지 못하는 VFD(공기 팬 속도는 VFD에서 시작된 DDC 오버라이드, 결함 있는 정압 센서, 과도한 덕트 누출에 이르기까지 다양한 시스템 문제의 결과일 수 있음). 초기 실패의 원인이 VFD 자체에 있는 경우는 거의 없지만 VFD는 실제로 다른 시스템 문제를 일으킬 수 있습니다. 모터 과열, 회로 차단기의 성가신 트립 또는 설명할 수 없는 퓨즈 끊어짐이 발생하고 디지털 제어 시스템의 다른 곳에서 가짜 경보가 발생할 수 있습니다. 이는 모두 정상적인 VFD 작동의 특징일 수 있으므로 기술자는 항상 문제의 원인을 다시 추적해야 합니다.

일례로 팬 공급 VFD는 전력이 일반 소스에서 대기 소스로 전환될 때 냉각기 시스템에서 실수로 트립됩니다. 그 결과 부적절한 냉각으로 인해 공급된 장비에 고온 경보가 발생했습니다. VFD는 시스템에서 일정한 양의 전압 중단을 통과하도록 설계되었습니다. 그러나 이러한 결함에 대한 VFD 사양을 초과하면 VFD가 종료됩니다.

이 경우 전자 드라이브가 먼저 결함이 있는 것으로 생각되었습니다. 그러나 VFD 작동 매개변수를 조사하고 시스템 전원을 전송하는 동안 전압 및 전류 값을 로깅한 결과 문제의 진정한 원인이 밝혀졌습니다. 전송 스위치 시간이 종종 VFD 작동을 지원하기에는 너무 길었습니다.

또 다른 경우에는 대기 전원에서 전원이 공급될 때 VAV 터미널의 VFD가 오프라인으로 트립됩니다. 문제는 대기 발전기가 VFD를 작동하기에 충분한 전력 품질을 제공할 수 없다는 점으로 밝혀졌습니다. 대기 전원일 때 전압 변동으로 인해 VFD가 트립되었습니다. 솔루션은 대기 전원일 때 VFD를 바이패스 작동으로 전환하여 전자 가변 속도 제어 장치를 바이패스하는 것이었습니다.

전력 품질 문제의 근원
전자장비는 교류를 받아 전자부품에 사용하기 위해 직류로 변환하여 동작한다. 이 프로세스는 시스템으로 다시 흐르는 고조파 전류를 생성합니다. 이러한 고조파 전류는 과열을 유발하고 전자 장치의 사인파 상류를 왜곡할 수도 있습니다.

고조파 전류는 기본 60Hz(헤르츠) 주파수의 배수로 나타나는 전류입니다. 예를 들어, 3차 고조파는 180Hz(60 x 3)로 흐르는 전류입니다. 5차 고조파는 300Hz(60 x 5)로 흐르는 전류입니다.

고조파 측정 방법
기술자는 고조파가 문제를 일으키는지 확인하기 위해 다양한 고조파의 레벨과 생성된 왜곡의 양을 측정합니다. 전력 품질 분석기를 사용하여 고조파 레벨과 왜곡을 측정합니다. 핵심 측정은 전압의 THD(총 고조파 왜곡)입니다.

지침에 따라 분석기를 설정하고 미터면에서 직접 THD를 읽습니다. VFD를 공급하는 피더가 다른 부하도 공급하는 지점에서 측정할 때 THD는 5%를 초과해서는 안 됩니다. 이것이 공통 결합(PCC)의 포인트입니다.

전압의 THD가 한계를 초과하면 VFD 제조업체에 문의하여 최상의 솔루션을 결정하십시오. 여기에는 라인 리액터 또는 절연 변압기 설치가 포함될 수 있습니다. 전력 품질 분석기를 사용하는 방법을 배우는 것은 어렵지 않으며 일반적으로 이러한 노력은 HVAC 시스템 다운타임 비용을 훨씬 능가합니다.

모터 고장
HVAC 시스템에서 경험하는 또 다른 전력 품질 문제는 특히 VFD에서 공급되는 모터 고장입니다. 모터가 많은 응용 분야에서 일반적으로 느린 속도로 작동하는 경향이 있는 경우 이 고장률이 증가할 수 있습니다. 고장에는 종종 과열, 절연 파손 또는 조기 베어링 고장이 포함됩니다.

이러한 모든 오류는 VFD의 정상적인 작동 특성에 기인할 수 있습니다. 전자 드라이브는 모터의 전압과 주파수를 변경하여 속도를 변경합니다. 불행히도 고조파 전류도 모터에 공급되어 과열될 수 있습니다. 모터에 공급되는 이 "펄스 폭 변조" 전압 및 전류도 절연을 손상시켜 조기 고장 및 모터 고장을 일으킬 수 있습니다. 전류는 또한 모터 베어링을 통해 흐를 수 있어 수명이 크게 단축됩니다.

이러한 모든 문제에 대한 최상의 솔루션은 가변 주파수 드라이브용으로 특별히 설계된 인버터 정격 모터를 사용하는 것입니다.

전압 불균형
VFD에 의해 공급되지 않는 3상 모터는 전압 불균형이라는 또 다른 전력 품질 문제로 인해 고장날 수도 있습니다. 1% 정도만 균형이 맞지 않는 위상 전압은 모터 전류 불균형이 6~10배 더 커질 수 있습니다. 이러한 과도한 양의 전류 흐름으로 인해 모터가 빠르게 과열될 수 있습니다.

불균형을 확인하려면 A-B, A-C 및 B-C의 각 위상에 대해 위상 간 전압을 측정합니다. 3개의 판독값을 합산하여 3으로 나눕니다. 이것은 평균 상간 전압입니다. 3개의 개별 판독값 중 하나라도 평균에서 1% 이상 차이가 나면 전압 불균형이 있는 것입니다.

5% 전압 불균형에서 모터는 일반적으로 과열되어 파손됩니다. 일반적으로 문제는 하나의 개별 위상에서 너무 많은 단상 부하를 공급한다는 것입니다. 이러한 부하는 문제를 해결하기 위해 패널 보드의 여러 단계에 고르게 분배되어야 합니다.

일반 지침
모든 HVAC 전기 및 전자 장비에는 전기 공급 매개변수가 지정되어 있습니다. 이를 충족하지 못하면 장비가 계획대로 작동하지 않을 것입니다. 팬 전원 VAV 터미널은 지정된 전기 공급 요구 사항이 있는 장비의 전형적인 예입니다.

이 장비의 오작동이 발생하면 전기 공급 매개변수가 충족되는지 확인하십시오. 이러한 장비의 경우 AC 입력 전압은 정격 주파수에서 정격 전압의 10% 이내여야 합니다. 명판에 장비의 정격 전압이 표시됩니다. 예를 들어, 정격이 208V인 장비에는 187V에서 229V 사이의 공급 전압이 있어야 합니다. 장비 문제를 해결할 때 낮은 전압을 찾는 것은 드문 일이 아닙니다.

도구
전압 및 전류 값을 측정할 때 true-rms 미터를 사용하는 것도 중요합니다. 오늘날의 현대 HVAC 시스템은 고조파 전류를 생성할 뿐만 아니라 이러한 고조파에 의해 생성된 사인파 왜곡으로 인해 부적절하게 작동할 수도 있습니다. 많은 HVAC 기술자가 사용하는 평균 응답 측정기는 고조파가 있는 경우 정확한 판독값을 제공하지 않습니다.

평균 응답 미터는 고조파가 없는 60Hz에서 사인파 파형의 전류 및 전압을 읽습니다. VFD와 같은 비선형 부하는 다양한 주파수에서 비정현파 파형과 전류 및 전압을 생성합니다. 이러한 공급 회로의 값을 읽으려면 올바른 측정기를 사용해야 합니다. true-rms 미터만이 정확한 판독값을 제공합니다.

공급 전압
공급 전압이 저전압 사양보다 낮으면 HVAC 장비에 두 가지 문제가 발생할 수 있습니다. 첫째, 모터가 더 낮은 전압에서 필요한 마력을 생산하기 위해 과전류를 끌어오기 때문에 모터 수명이 단축됩니다. 둘째, 전자 제어 장치의 전원 공급 장치 부분에 필터링 회로의 커패시터를 충전하기에 충분한 전압이 없기 때문에 전자 장치가 제대로 작동하지 않습니다.

일반적으로 5볼트 DC에서만 작동하는 전자 부품은 이제 낮은 유입 전압의 영향을 크게 받습니다. 낮은 인입 전압의 심각도에 따라 오작동 및 허위 경보가 발생할 수 있습니다. 그리고 True-rms 미터가 없으면 실제 공급 전압을 정확하게 파악할 수 없다는 점을 기억하십시오.

AC 전원은 또한 일반적인 VAV 단자의 정격 전압에서 정격 주파수의 5% 이내여야 합니다. 일반적으로 유틸리티 전원으로 작동할 때는 문제가 되지 않습니다. 그러나 HVAC 전문가는 대기 발전기에서 작동할 때 전압과 주파수 모두에서 수많은 문제를 보고합니다. HVAC 시스템에 필요한 모든 전원에 대해 들어오는 모든 전기 공급 사양을 확인하십시오.

추가 장비 제조업체 요구 사항은 전원이 "정격 주파수의 5%를 초과하지 않는 한 주파수 변동이 정격 값의 10%(절대값의 합계)"인 전압 및 주파수의 결합 변동을 충족해야 한다는 것입니다. 다시 한 번, 장비는 대기 전원으로 작동할 때 이 문제를 나타낼 가능성이 가장 큽니다. 대기 전원으로 작동할 때 제어 문제를 안정화하기 위해 몇 가지 옵션을 사용할 수 있습니다. 이를 위해서는 적절한 시스템 엔지니어 및 기술자와 협력해야 하지만, 첫 번째 단계는 제어 문제가 불안정한 대기 전력에 있다는 주장을 뒷받침할 정확한 판독값을 확보하는 것입니다.

요약
많은 HVAC 문제 해결 문제는 퓨즈 점검, 접촉기의 전압 존재 테스트 및 전류 흐름이 모터 명판 데이터를 초과하지 않는지 확인하는 것과 같은 일상적인 작업으로 계속 해결될 것입니다. 그러나 전자 제어 및 VFD가 포함된 시스템은 전력 품질 문제로 인해 문제가 발생합니다.

오늘날 많은 HVAC 전문가들이 이 분야에 대한 기술과 지식을 확장하고 있습니다. HVAC 및 빌딩 시스템에서 더 많은 제어가 사용되면 더 많은 전력 품질 문제가 발생합니다. 시간이 지남에 따라 전기 매개변수를 기록하는 True-RMS 미터 및 분석기를 사용하면 전력 품질 문제의 격리 및 수정이 크게 향상됩니다. 올바른 도구와 결합된 적절한 지식은 유지보수 전문가가 오늘날의 HVAC 시스템과 관련된 많은 문제를 해결하는 데 큰 도움이 됩니다.

자세한 내용은 Fluke Corporation 웹 사이트(www.fluke.com)를 방문하십시오.