9. 전동기의 로터 바 단락에 의한 열적휨

Thermal Bow due to Shorted Rotor Bar of Motor

 

9.1 運轉 狀況 (Operating Status)

Hydrocracker 급수펌프 및 전동기는 그림 15-59와 같이 배열되어 있다. 펌프는 유막 베어링에 지지되는 4000 HP 유도전동기에 의해 구동된다. 당신은 진동 전문가로서 전동기의 고진동 진단을 의뢰 받았다. 분석을 수행하기 전에 먼저 다음의 운전 및 정비에 관한 정보를 고려해야 한다.

이 전동기의 고정자는 단락시 크게 손상받아 재권선한 경험이 있으며, 전동기 #1 베어링에서 큰 진동의 변화가 관찰되어 왔다. 또한 냉간 기동후 부하 증가시 특히 큰 진동의 변화가 일어난다.

그림 15-59 Hydrocracker의 개략도 및 변환기 구성도

 

9.2 電動機 諸元 (Motor Specifications)

정격 용량 : 4000 HP

축 속도 : 3560 rpm

Phase : 3

60 ㎐

전류 : 800 Amps

전압 : 2300 Volts

 

9.3 振動 分析者의 診斷 結果 (The Results Diagnosed by Analyst)

이 사례의 분석용 4개의 진동 자료 파일이 있다. 전동기는 전류 증가율에 민감한데 냉간기동일 때는 특히 더 민감하다. 즉, 부하를 빨리 올릴 때에는 열적 굽힘상태가 심각히 일어난다. 열적 굽힘의 원인은 적층철심 단락, 균열 Rotor Bar, 적층 불량이나 부적절한 End Ring 접촉중의 하나일 것 같다.

제2의 데이터베이스로는 전동기 단독 무부하 기동시의 자료가 있다. 전동기는 약 3초만에 3600 rpm에 이른다. 이것은 자료수집 설비의 제한사항을 아는 좋은 예이다. 종전의 108 DAIU 설비는 1회전당 12%이상 속도가 변화하면 기능이 유지되지 않는다. Keyphasor 에러나 속도의 부정확성 뿐만 아니라 스펙트럼 그림의 흐려짐이 급격한 속도 상승의 결과로 이 자료에서 나타났다.

 

9.4 診斷 結果의 細部內容 (Details of Diagnostic Results)

(1) 제공된 사례의 개요를 읽은 후 조사목적을 정의하고 나열한다.

∙ 전동기 및 펌프 Train의 운전상태를 측정하고 기록한다.

∙ 비정상 진동 특성의 원인을 규명한다.

∙ 이상 진동을 교정하기 위한 방법을 제안한다.

(2) 이 사례에서 나타난 기계와 상황에 대해 알고 있는 바를 열거한다.

∙ 기계 Train은 Hydrocracker 급수 펌프에 연결된 4000 HP 유도 전동기이다.

∙ XY 변위 변환기는 4개의 전 베어링에 설치되어 있다.

∙ Keyphasor는 이용가능하고 기계의 회전 방향은 반시계 방향이다.

∙ 기계 Train 및 변환기 구성은 그림 15-59와 같다.

(3) 데이터 베이스를 조사하는 동안 관심 항목이나 문제들을 요약한다.

∙ 전동기의 급격한 기동(3초이내 정격속도에 이름)은 불완전한 샘플링은 물론 과도상태 기동시 스펙트럼의 흐려짐 및 속도 부정확 등을 초래한다.

∙ 펌프 연결후 운전시와 전동기 단독운전후 정지시의 Slow Roll 진폭에 현저한 차이가 있다.

∙ 펌프 연결후 정상상태 운전시 전동기의 외측 베어링에서 아주 짧은 시간동안에 큰 1× 벡터의 변화가 있다.

∙ 외측 베어링에서 1× 진동을 변화시키는 문제는 국부과열의 원인이 되는 단락이나 균열 Rotor Bar나 끊어진 Rotor Bar 적층인 것으로 판단된다. 이 국부과열은 로터를 휘게하고 1× 응답을 변화시킨다. 굽힘양은 단락 부분과 나머지 철심 사이의 상대온도에 따른다. 이것이 냉간 기동때 문제를 악화시키는 원인이다. 벡터는 합해져 더 작은 합력벡터로 될 수 있으므로, 이 굽힘은 실제로는 1× 진폭을 감소시킬 수 있음에 유의해야 한다.

(4) 관찰한 기계거동의 근본원인과 이러한 관찰을 확인하는 Plot Format들을 열거한다.

∙ Rotor Bar의 단락이 가장 가능성이 있는 것으로 판단된다.

∙ 이 굽힘은 적층불량, 균열 Bar나 End Ring 이완 등이 원인이 될 수 있다.

∙ 전동기 단독 운전시와 정상상태 부하운전시의 전동기 외측 베어링의 Polar Plot를 비교하면 부하(또는 전하)의 영향을 알 수 있다.

∙ 펌프 연결후 운전시와 전동기 단독 운전후 정지시의 Polar Plot로부터 Slow Roll 벡터를 비교하면 전동기 부하운전후 현저히 변화하는 것을 알 수 있다.

(5) 지금은 이용할 수 없지만 당신의 가설을 확인 또는 부정하는 다른 정보들도 열거한다.

∙ 펌프 연결 상태에서 냉간 및 열간 기동으로 부하를 급증발시켜 자료를 비교해본다.

(6) 문제를 교정하기 위한 권고사항

∙ 전동기의 단락을 확인하기 위해 가능한 빠른 시일 안에 회전자를 점검하고 원인을 확인하여 정비한다.

∙ 정비시까지 급격한 부하 증발은 피한다. 단락지점(Hot Spot)과 다른 지점의 온도차를 최소화하여 굽힘을 최소화하도록 부하증발을 한다.

 

9.5 調査에 使用된 Plot (Plots Used during the Investigation)

(1) Polar Plot

그림 15-60 좌측의 펌프 연결 운전 및 우측의 전동기 단독 부하운전 정지시의
Polar Plot으로 전동기의 부하운전의 결과로 나타난 Slow Roll Vector의
큰 변화를 설명해준다

그림 15-61 정상 상태의 부하운전시 1× 벡터의 변화를 보여주는 Polar Plot

(2) Orbit

그림 15-62 짧은 시간 사이에 정상상태 부하운전시의 1× Orbit으로
국부과열에 따른 진폭과 위상각의 변화를 보여준다

 

9.6 診斷 專門家의 結論 要約 (Summary of Diagnostic Expert Engineer's Conclusions)

∙ 이 전동기의 굽힘량은 전동기의 부하 (즉, 전류)증가율에 민감하다. 전류의 급증은 단락점의 급격한 국부과열의 원인이 되는데, 이는 발산할 시간이 없기 때문이다.

∙ 전동기 단독 운전시에는 현저한 굽힘 영향이 없는데, 이는 전동기 회전자 Bar에 전류가 아주 적게 흐르기 때문이다.

∙ 가장 현저한 1× 진동 변화가 전동기 외측 베어링에서 일어나므로 단락위치는 회전자 외측일 것 같다

 

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