기동 시 보호 장치가 트립되는 모터, 우기를 지난 뒤 고장 난 케이블, 수개월째 보관 중인 변압기. 세 경우 모두 첫 번째 질문은 같습니다. 절연 상태는 어떠한가? 절연 저항(IR) 시험, 현장에서 흔히 “메거 시험”이라 부르는 이 시험은 이 질문에 답하는 가장 빠르고 경제적인 수단입니다. 단, 적절한 전압을 사용하고, 온도 보정을 하며, 회전기의 경우 IEEE 43을 기준으로 삼아 결과를 추세로 해석할 때에만 그렇습니다.
절연 저항 시험이 실제로 측정하는 것
도체와 대지 사이에 DC 전압을 인가하면 절연체를 통해 흐르는 전체 전류는 세 가지 성분으로 이루어집니다.
- 용량성 전류: 권선이나 케이블의 정전용량을 충전하며 수 초 안에 감쇠합니다.
- 흡수 전류(성극 전류): 유전체 내 쌍극자의 배향에 의해 발생하며 수 분에 걸쳐 서서히 감쇠합니다.
- 전도 전류 및 표면 누설 전류: 거의 일정하며 습기, 오염, 탄화물 또는 균열이 있을 때 증가합니다.
건전한 절연은 누설이 적기 때문에 전체 전류가 수 분 동안 계속 감소하고 겉보기 저항은 상승합니다. 반면 습기를 머금었거나 오염된 절연은 누설이 지배적이어서 판독값이 일찍, 그리고 낮은 값에서 안정됩니다.
스폿 시험, PI 및 DAR
스폿 시험(spot test)
일정 시간, 보통 1분 동안 전압을 인가한 뒤 판독값(IR1min)을 기록합니다. 전압, 결선 방식, 온도가 비교 가능한 조건이라면 최소 기준값과 비교하는 데, 그리고 무엇보다 동일 설비의 이력과 비교하는 데 유용합니다.
성극 지수(PI)
PI = IR10min / IR1min. 동일 설비를 같은 온도에서 측정한 두 판독값의 비이므로 스폿 판독값보다 온도의 영향을 훨씬 적게 받습니다. IEEE 43은 열적 등급 A 절연에 대해 PI 최소값 1.5, B·F·H 등급에 대해 2.0을 권장합니다. 같은 지침은 40 °C로 보정한 IR1min이 약 5000 MΩ을 초과하면 PI가 의미를 갖지 못할 수 있으므로 PI만으로 설비를 불합격 처리해서는 안 된다고 경고합니다.
유전 흡수비(DAR)
DAR은 더 짧은 두 판독값, 일반적으로 IR60s / IR30s를 비교합니다. 10분 시험을 수행할 시간이 없을 때나, 흡수가 빨리 끝나는 저정전용량 소형 설비에 실용적입니다. IEEE 43은 DAR에 대한 한계값을 정하지 않으며, 합격 기준은 계측기 제조사나 각 공장의 내부 절차에서 정해지므로 추세 지표로 활용하는 것이 바람직합니다.
시험 전압 선정
회전기 권선의 경우 IEEE 43은 권선 정격 전압에 따라 다음과 같은 DC 시험 전압을 제시합니다.
| 권선 정격 전압(V) | 권장 DC 시험 전압(V) |
|---|---|
| 1000 미만 | 500 |
| 1000 ~ 2500 | 500 ~ 1000 |
| 2501 ~ 5000 | 1000 ~ 2500 |
| 5001 ~ 12 000 | 2500 ~ 5000 |
| 12 000 초과 | 5000 ~ 10 000 |
케이블과 변압기의 시험 전압은 해당 표준, 제조사 사양 또는 고객 절차에 따라 정해집니다. 노화된 XLPE 절연 중전압(고압) 케이블에 대해 IEEE 400은 DC 내전압(Hipot) 시험을 권장하지 않습니다. 이 경우 더 높은 스트레스를 가하는 평가는 IEEE 400.2에 따른 초저주파(VLF) 시험으로 수행하고, 절연 저항은 저전압 진단 시험으로 활용합니다. 추세 관리를 위해 중요한 것은 항상 동일한 전압으로 반복 측정하는 것입니다.
온도 보정
절연 저항은 온도가 상승하면 대략 지수적으로 감소합니다. 그래서 IEEE 43은 회전기의 판독값을 40 °C 기준으로 환산하도록 요구합니다. 온도가 10 °C 상승할 때마다 저항이 절반으로 줄어든다는 고전적인 근사는 참고용으로는 쓸 수 있으나, 지침 자체도 재료에 따라 달라진다고 인정합니다. 가장 신뢰할 수 있는 방법은 동일 설비를 여러 온도에서 측정해 고유 곡선을 구하는 것이며, 최소한 주변 온도가 아닌 권선 온도를 항상 기록하고 유사한 조건에서 시험해야 합니다. 변압기의 경우 제조사가 제시한 계수나 IEEE C57.152 지침에 따라 보정합니다.
설비 유형별 해석과 추세 해석
모터 및 발전기
IEEE 43은 40 °C 기준 IR1min 최소값으로 다음을 제시합니다. 대략 1970년 이후 제작된 성형 코일 AC 권선 및 DC 전기자 대부분은 100 MΩ, 랜덤 권선 및 1 kV 미만 성형 코일 권선은 5 MΩ, 그보다 오래된 권선은 kV+1 MΩ입니다. 최소값은 충족하더라도 이전 측정 대비 크게 떨어진 값이라면 조사가 필요합니다.
케이블
저항은 길이에 따라 달라지므로(길이가 길수록 저항은 낮아짐) 동일 회로의 이전 측정값이나 km당 정규화된 값과 비교합니다. 각 상을 나머지 두 상과 차폐층을 접지한 상태에서 시험하고, 표면 누설을 절연 불량으로 오인하지 않도록 단말부를 청소하십시오.
변압기
고압 대 저압+대지, 저압 대 고압+대지, 고압 대 저압을 측정합니다. 유입 변압기의 PI는 일반적으로 회전기보다 낮으며 같은 한계값으로 해석하지 않습니다. 결과는 역률, 절연유 분석, 변압비 시험으로 보완합니다.
추세 읽기
단일 판독값만으로는 알 수 있는 것이 거의 없습니다. 정비 때마다 동일한 계측기, 전압, 결선으로 보정된 IR과 PI를 그래프로 기록하십시오. 지속적인 감소는 점진적인 습기 침투나 오염을, 급격한 감소는 손상이나 수분 유입을 시사합니다. IR은 유지되는데 PI가 떨어진다면 표면 오염을 나타낼 수 있습니다.
현장 점검 목록
- NOM-029-STPS-2011(멕시코 노동사회보장부 전기 작업 안전 표준)에 따라 잠금·표지(LOTO)를 적용하고, 무전압을 확인한 뒤 결선 전에 접지하십시오.
- 시험 전압을 받아서는 안 되는 인버터(VFD), 커패시터, 피뢰기 및 전자 장치를 분리하십시오.
- 권선 온도, 상대 습도 및 청결 상태를 기록하십시오.
- 이전 시험과 동일한 전압과 결선 구성을 사용하고, 해당되는 경우 가드 단자를 사용하여 표면 누설을 제거하십시오.
- 30초, 1분, 10분에 판독하여 한 번의 시험으로 스폿 값, DAR, PI를 모두 구하십시오.
- 시험이 끝나면 설비를 대지로 방전하십시오. IEEE 43은 전압 인가 시간의 최소 4배 이상 접지할 것을 권장합니다.
- 기준 온도로 보정하고 결과를 자산 이력에 기록하십시오.
고전압 시험은 반드시 자격을 갖춘 인원만이, 설비를 운전 정지한 상태에서 잠금·표지 절차에 따라 수행해야 합니다.
자주 묻는 질문
PI가 스폿 시험을 대체합니까?
아닙니다. 둘은 상호 보완적입니다. 보정된 스폿 판독값은 절연의 절대 수준을, PI는 흡수 곡선의 형태를 나타냅니다. IEEE 43은 두 가지를 모두 평가합니다.
인버터(VFD)에 연결된 상태로 모터를 시험해도 됩니까?
권장하지 않습니다. 모터 단자에서 인버터를 분리하십시오. 시험 전압이 전자 회로를 손상시킬 수 있으며, 판독값에 인버터와 케이블의 값까지 포함됩니다.
얼마나 자주 측정해야 합니까?
설비의 중요도, 환경 및 이력에 따라 다릅니다. 일반적으로 정기 예방 정비 때마다, 보관 설비를 가압하기 전, 그리고 습기 노출이나 고장 발생 후에 측정합니다.
CreativeIT Group은 현장 또는 시험소에서 케이블 및 권선 절연 저항 시험을 수행하며, 사진과 영상으로 기록하고 요청 시 고객 입회하에 진행합니다. 또한 메거, 내전압(Hipot), VLF를 이용한 절연 분석, 10 kV 절연 저항계 렌탈, NIST 추적 가능한 절연 저항계 판매도 제공합니다. 당사 엔지니어가 직접 분석하고 당일 회신해 드립니다. 견적을 요청하십시오. 전화 (81) 4777 6921 또는 이메일 info@creativeit.mx로도 문의하실 수 있습니다.
