3상 모터 결상에 따른 권선 발열, 절연 손상
1. 기본: 권선이 발열하는 이유
전류가 모터 권선을 흐를 때, 권선의 저항은 전기의 일부를 열로 변환합니다. 이를 I²R 손실이라 하며, 전류의 제곱에 비례합니다.
- 전류 2배 → 발열 4배.
- 절연 등급(B: 130°C, F: 155°C, H: 180°C) 이상으로 온도가 오르면 절연이 빠르게 손상됩니다.
사례
한 제조공장에서 포장 라인 구동 모터(15kW, F등급)가 과부하로 장시간 운전되었습니다. 전류가 정격의 1.3배로 유지되면서 발열이 약 1.69배 증가했고, 두 달 후 권선 절연 저항이 1MΩ 이하로 떨어져 교체가 필요했습니다.
2. 결상 시 발생하는 일
한 상(R상)을 잃으면 해당 권선은 작동에서 제외되고, 나머지 두 권선(S, T)이 전체 부하를 감당하게 됩니다.
- 각 권선에 정상의 약 1.7배 전류가 흐름.
- 발열은 약 2.9배로 급증.
- 절연 한계를 단 몇 분 만에 초과 → 권선 소손.
그리고 현장에서는 결상된 권선보다 정상으로 남아 있던 두 권선이 먼저 타는 경우가 많습니다.
사례
수처리장 펌프 모터(7.5kW, Δ결선)에서 전원 케이블 한 상이 단선되었는데, 보호계전기가 없던 탓에 모터가 계속 운전되었습니다. 3분도 안 되어 S상과 T상 권선이 타버렸고, R상 권선은 멀쩡했습니다.
3. Y결선 vs Δ결선 – 결상 시 차이
Y결선
- 결상된 권선에 전류 없음.
- 나머지 두 권선은 과전류로 과열.
- 불균형 자계로 진동 증가.
Δ결선
- 전류가 남은 권선을 통해 불완전 경로로 흐름.
- 발열 속도가 Y결선보다 빠름.
- 기동 중 결상 시 즉시 정지, 운전 중이면 수 분 내 소손.
사례
콘크리트 믹서 설비의 Δ결선 모터가 작업 도중 결상되었으나, 오퍼레이터가 소음을 무시하고 계속 운전했습니다. 1분 40초 만에 한 권선의 절연이 타버렸고, 모터 교체와 작업 지연으로 수백만 원의 손실이 발생했습니다.
4. 절연과 수명
과도한 열은 절연 바니시를 경화시키고 갈라지게 하여 전기 절연 성능을 상실하게 합니다.
- Arrhenius 법칙: 온도 +10°C → 절연 수명 절반 감소.
- 130°C → 약 20,000시간
- 140°C → 약 10,000시간
- 150°C → 약 5,000시간
사례
자동차 부품 생산 라인의 11kW 모터에서 냉각팬이 파손되어 권선 온도가 160°C를 초과했습니다. 절연 수명이 수천 시간에서 수백 시간으로 단축되었고, 한 달 후 절연 파괴가 발생했습니다.
5. 현장 대응 팁
- 결상 보호계전기 또는 전류 불평형 보호계전기를 설치 → 1~2초 내 차단.
- 전류·온도를 실시간 모니터링.
- 이상 진동·소음 시 즉시 점검.
사례
한 식품 공장은 모든 주요 모터에 결상 보호계전기를 설치하고 매월 테스트를 실시했습니다. 결상 사고가 발생했을 때 0.8초 만에 차단되어, 모터와 생산 설비 모두 무사했습니다.
💡 핵심 요약:
결상은 단순히 한 권선의 고장이 아니라, 남은 두 권선에 치명적인 과전류와 발열을 가하는 사건입니다.
열은 보이지 않는 살인자이며, 예방은 수리보다 훨씬 저렴합니다.