연속 절연 저항 테스트로 모터 신뢰성·생산성 높이기

수십 년간 플랜트 담당자들은 휴대용 메가옴미터로 절연 저항 테스트를 수행해, 비용이 많이 드는 비계획적 셧다운, 생산 불이행 페널티, 권선 수리 등으로 이어지는 모터 고장을 예방해 왔습니다. 그러나 이러한 테스트는 모터 건강 상태의 '스냅샷'만 제공할 뿐입니다. 며칠 만에 습기, 화학물질, 오염물질, 진동에 노출된 모터 권선과 케이블이 손상되어 시동 시 고장날 수 있습니다.

휴대용 메가옴미터는 전기 기술자가 장비 케이블을 수동으로 분리하고, 잠재적으로 활성화되어 있거나 손상된 장비에 테스트 리드를 연결해 수동 테스트를 수행해야 합니다. 이 테스트는 기술자가 캐비닛에 접근할 때 아크 플래시(Arc Flash) 위험에 노출시킵니다. 미국에서 비치명적 아크 플래시 사고는 하루 5~10건, 치명적 사고는 하루 약 1건 발생합니다.

이처럼 많은 것이 걸려 있는 상황에서, 플랜트 관리자들은 모터가 정지한 순간부터 재시동될 때까지 지속되는 연속 메가옴 모니터링의 가치를 인식하고 있습니다.

이 실시간 정보로 무장한 유지보수 인력은 생산을 중단시킬 고장을 미리 방지하기 위해 사전에 시정 조치를 취할 수 있습니다. 그렇게 함으로써 수백만 달러에 달하는 비싼 권선 수리비, 생산 불이행 페널티, 손실된 생산 시간을 절약할 수 있습니다.

또한 영구 설치형 자동 테스트 장치는 캐비닛에 접근할 필요 없는 '핸즈프리' 모니터링을 가능하게 해 기술자를 위험에서 보호합니다.

유틸리티 분야의 모터 보호

산업에 관계없이 제조 및 가공 플랜트는 모터에 크게 의존하며, 플랜트 규모와 연료 유형에 따라 모터 수와 유형은 다릅니다. 일부 플랜트에는 20~30개의 중요 모터가 있으며, 평균 5~10개 정도입니다.

중요 모터는 예기치 않게 오프라인될 경우 비즈니스 목표의 안전한 달성이나 생산 수준에 중대한 지장을 줄 수 있는 모터입니다. 예를 들어 압축기, 펌프, 팬을 구동하는 480~13,800V 모터가 이에 해당합니다.

대부분의 유틸리티는 시간 기반 예방 정비(PM) 프로그램을 통해 이 모터들을 관리합니다. 절연 저항 테스트는 일반적으로 반기별로 예정됩니다. 그러나 대부분의 플랜트에서 인력이 감축되면서 그 빈도는 더 낮아질 수 있습니다. 이 테스트 결과를 바탕으로 모터를 수리점으로 보내 재정비 일정을 잡습니다.

일반적으로 연례 오버홀이나 계획된 정전 초기에 절연 저항 테스트를 수행해 수리가 필요한 모터를 식별하기도 합니다. 그럼에도 PM 프로그램에도 불구하고, 오프라인 상태이거나 빈번하게 사이클링되는 모터는 빠르게 손상될 수 있습니다. "우리는 상당한 모터 고장을 겪었고, 비용이 꽤 많이 들었습니다."라고 37년간 발전소에서 근무한 리처드 홀만(Richard Hohlman)은 말했습니다.

"때로는 고장 비용이 정말 엄청납니다. 그 플랜트에는 웨스팅하우스(Westinghouse) 2단 PAM AC 유도 모터가 몇 대 있었는데, 그중 하나를 재권선하는 데 6자리 수(10만 달러 이상) 비용이 들었을 것입니다."

O&M(운영 및 유지보수) 관점에서 "약한 모터를 식별하고, 시동 시도 중 고장날 위험을 피할 수 있다면 그것은 큰 절감입니다."라고 그는 덧붙였습니다.

홀만은 롱아일랜드 사운드 1,500mW 플랜트에서 24시간 이상 정지된 모든 중요 모터를 재시동 전에 휴대용 메가옴미터로 수동 테스트하도록 요구했습니다. "그 자체가 비용이었는데, 테스트가 종종 하루 중 다른 시간, 초과근무 수당이 적용되는 시간에 수행되었기 때문입니다. 하지만 그렇게 함으로써 여러 모터 고장을 피할 수 있었습니다."

홀만은 팀원이 위스콘신주 미노콰(Minocqua) 소재 메가얼러트(Meg-Alert)사가 제조한 연속 테스트 및 모니터링 장치 '메가얼러트'를 발견했다고 말했습니다. 플랜트는 처음에 4대의 순환 펌프와 여러 유도 송풍기에 설치했고, 나중에 여러 강제 송풍기와 플랜트 전반의 다른 중요 모터에도 추가했습니다.

메가얼러트 장치는 MCC 또는 스위치기어의 고압 구획 내부에 영구 설치되어 모터 또는 발전기 권선에 직접 연결됩니다. 이 장치는 모터나 발전기가 오프라인 상태임을 감지하면, 장비가 재시동될 때까지 권선 절연에 대한 연속 유전체 테스트를 수행합니다.

이 장치는 비파괴 전류 제한 DC 테스트 전압을 상 권선에 인가하고, 절연을 통해 접지로 누설 전류가 있는지 안전하게 측정합니다. 시스템은 장비의 운전 전압에 기반해 IEEE, ABS, ANSI/NETA, ASTM 인터내셔널 표준을 충족하는 500, 1,000, 2,500, 5,000V의 DC 전압 레벨을 사용합니다.

이 테스트는 절연 열화를 일으키지 않으며, 인원을 보호하는 전류 제한 기술을 포함합니다.

"연속 모니터링으로 O&M 팀은 모터의 근무 적합성을 항상 인지합니다. 모터가 꺼질 때마다—몇 초든, 하루든, 10일간의 정전이든—모터는 테스트됩니다. 안전 수준 아래로 떨어지면 즉시 경보가 울리고 모터 시동을 차단할 수도 있습니다."라고 홀만은 말했습니다.

이는 정전 초기에 메가옴미터로 찍는 스냅샷과 극명한 대조를 이룹니다. 모터는 습도와 오염으로 인해 빠르게 상당한 수분을 흡수할 수 있습니다.

"전기 모터는 미국 남부 지역에서 불과 몇 시간 만에 시동 시 손상을 일으킬 만큼의 수분을 흡수할 수 있습니다."라고 폴리염화비닐(PVC) 분말 형태와 주원료인 염화비닐을 만드는 대형 플랜트의 전기 및 계장 매니저 리키 루프(Ricky Loupe)는 말했습니다. "남부에는 비 오는 날과 높은 습도가 많고, 수분과 전기는 섞이지 않습니다."

"수분으로 가득 찬 모터가 시동되면 권선이 접지되어 모터가 손상됩니다. 그러면 손상된 권선을 가진 중요 모터가 생기고, 수리에 상당한 비용이 듭니다."

당시 엔지니어였던 그는 팀과 함께 근본 원인을 분석하고 예방법을 모색했습니다. 메가얼러트에 대해 더 알게 된 후 시험 삼아 하나를 구매했습니다. 루프는 4,160V, 1,200hp WP 인클로저 모터(칠러 유닛의 압축기 구동용)에 설치했습니다.

생산 요구사항에 따라 일부 칠러는 꺼졌다가 필요할 때만 사용되었습니다. 이는 일부 유닛의 모터가 유휴 상태일 수 있음을 의미했습니다. 칠러를 다시 가동하기 전에는 휴대용 메가옴미터로 모터를 테스트해야 했습니다. "운영 요구와 가능한 한 빨리 시동해야 하는 요건 때문에 이 작업은 종종 근무 시간 외에 수행되었습니다." 루프는 설명했습니다. "기술자들이 주말에 초과근무 수당을 받으며 모터를 테스트하러 오곤 했습니다."

루프는 메가얼러트 장치로 이제 그 정보를 실시간으로 얻는다고 말했습니다. 장치가 스타터에 연결되어 있어, 비 온 날 이후 낮은 메가옴 저항 값으로 인해 모터가 켜지지 않게 되자 더욱 확신하게 되었습니다. "메가얼러트가 모터에 수분이 너무 많다는 이유로 시동을 허용하지 않았습니다. 그 자체로 연속 모니터링 장치 비용의 10배를 회수한 셈입니다."

오늘날 이 플랜트에는 모든 10대의 칠러 모터와 다른 구역의 4대의 900hp 냉각탑 펌프에 메가얼러트가 설치되어 있습니다.

'핸즈프리' 모니터링

연속 모니터링 시스템은 제어 캐비닛에 접근해 수동 절연 저항 테스트를 수행할 필요가 없는 '핸즈프리' 접근도 가능하게 합니다. 대신 제어 캐비닛 문 외부의 아날로그 미터가 메가옴 단위로 측정된 절연 저항 값을 실시간으로 표시합니다. 미터는 녹색, 노란색, 빨간색의 단순한 색상 체계로 양호, 보통, 불량 절연 수준을 나타냅니다.

사전에 정해진 절연 저항 설정값에 도달하면 표시등이 켜져 경보 상태를 알리고, 자동 알림이 모니터링 네트워크로 전송될 수 있습니다. 연속 모니터링은 열적 온도 유지나 결로 방지에 사용되는 히터가 제대로 작동하는지도 보여줍니다.

대부분의 모터는 모터 내부의 온도가 운전 온도나 외부 주변 온도에서 크게 벗어나지 않게 유지하기 위해 히터를 사용합니다. 이슬점 아래로 떨어지면 모터가 오프라인 상태에서 결로를 흡수하기 시작합니다.

그러나 이 히터가 제대로 작동하지 않거나 차단기가 트립되면, 유지보수 인력은 모터가 시동 시 고장날 때까지 모를 수 있습니다. 이 모터 히터들이 정기적으로 점검되긴 하지만, 이는 중요 모터와 발전기를 수주 또는 수개월 동안 무방비 상태로 둘 수 있습니다.

아크 플래시 예방

아마 더 중요하게, 루프는 핸즈프리 접근이 직원들의 아크 플래시 잠재적 위험 노출을 줄여준다고 말했습니다. "연속 절연 저항 모니터링 장치로, 기술자가 메가옴 테스트를 위해 캐비닛을 열 필요가 없어짐으로써 아크 플래시의 잠재적 피해를 제거합니다."

아크 플래시는 도체 사이나 도체에서 접지로 공기를 통해 이동하는 원치 않는 전기 방전입니다. 플래시는 즉각적이며 태양 표면 온도의 4배에 달하는 온도를 생성할 수 있습니다. 강렬한 열기는 공기의 급격한 팽창을 일으켜 작업자를 방 건너로 던지거나 사다리에서 떨어뜨릴 수 있는 충격파를 만듭니다. 아크 플래시 부상에는 3도 화상, 실명, 청력 상실, 신경 손상, 심정지, 사망 등이 포함됩니다.

NFPA 70E에 나열된 아크 플래시 잠재 원인 중에는 '테스트 장비의 부적절한 사용'이 포함됩니다. 테스트 전 장비 차단과 적절한 개인 보호구(PPE) 착용이 권장되지만, 최선의 해결책은 절연 저항 테스트를 위해 제어 캐비닛에 접근할 필요 자체를 없애는 것입니다.

아크 플래시 위험 외에도, 루프는 모터가 직원 몇 피트 앞에서 쇼트날 때 발생할 수 있는 또 다른 잠재적 위험을 직접 목격했습니다. 플랜트에서 칠러 시동 시 인원은 모터에서 약 5피트 거리에 있습니다. 모터가 쇼트나면 엄청난 소음과 함께 불꽃 덩어리가 튀어 나옵니다.

"연속 절연 저항 모니터링으로 모터가 시동 시 고장나도 직원이 위험에 처하지 않습니다. 그 안전 우려도 해소됩니다."라고 루프는 말했습니다.

자세한 정보는 www.megalert.com을 방문하거나 800-778-5689로 문의하십시오.