1. Service Factor 1.0과 1.15의 차이점
1) Coil Size 및 절연등급등은 모두 동일하나, S.F=1.15의 경우는 Motor Frame Size 만 1단계 크게 설계하여
Cooling 효과 증대로 15% 까지의 비연속적인 과부하에 대해서 모터 수명에 영향을 주지 않도록 제작된 것을 의미한다.
2) S.F : 1.15 로 설계된 모터의 경우
15% 과부하 운전 시 모터 사양의 Temperature Rise 보다 Temperature Rise + Max. 10℃ 이하로 상승되도록
설계되었음을 의미한다.
예) 모터 절연등급 : F종 (105℃), Temperature Rise : B종 (80℃)
- 115% 부하 시 : Temperature Rise + 10℃ = 90℃까지 상승할 수 있다.
- 100% 부하 시 : 모터 명판상의 Temperature Rise 보다 낮은 65~70℃ 정도에서 유지 (Cooling 효과 때문)
3) 온도상승 (Temperature Rise) 비교 (주위온도 40℃ 기준)
구 분 |
권선온도 측정방법 |
정격전류 (S.F=1.0) |
15% 과부하 (S.F=1.15) |
||||||
A |
B |
F |
H |
A |
B |
F |
H |
||
모든 모터 (HP) |
Resistance |
60 |
80 |
105 |
125 |
70 |
90 |
115 |
135 |
1,500 HP 이하 |
Embedded Detector |
70 |
90 |
115 |
140 |
80 |
100 |
125 |
150 |
1,500 HP 이상 1) 7,000V 이하 2) 7,000V 이상 |
Embedded Detector |
65 |
85 |
110 |
135 |
75 |
95 |
120 |
145 |
● 권선온도상승이 상기의 범위내로만 유지될 경우 모터 수명에 전혀 지장을 주지 않는다.
(NEMA MG1-1993, Part 20, Page 3 참조)
● 상기 표를 보면 동일한 절연등급 (Insulation Class)으로 설계된 모터라도 S.F=1.15로 설계된
모터는 S.F=1.0 으로 설계된 모터보다 권선온도 상승을 10℃ 더 허용한다는 점에 주목해야 한다. (Cooling 효과)
예) Class F 경우 S.F=1.0 은 105℃, S.F=1.15 는 115℃ (Resistance 측정기준)
● 저항(Resistance) 측정 : 권선온도의 평균값을 측정한 것이므로 모터 내 가장 뜨거운 부분은 평균값보다 10℃ 높다.
따라서, 절연계급이 F종 일 경우 권선온도 기준은 155℃ (F종) - 40℃ (주위온도) - 10℃ (가장 Hot Point) = 105℃
● 매입 온도계 (Embedded Detector) : 모터의 가장 뜨거운 부분의 온도이다. (Resistance 측정값 + 10℃)
4) 이 밖에 참고적으로 (단, 아래 내용은 규정에 나와 있는 것이 아니라 제작사에 문의한 결과값이다.)
일반적인 모터 (S.F=1.0)에 15% 과부하가 걸릴 경우 정격부하에서의 권선온도에 비해 아래와 같은
정도의 온도가 상승한다.
- 순간적인 과부하 (수분이내) : 약 10℃ 상승 (효성)
- 연속적인 과부하 : 약 20 ~ 30℃ 상승 (현대, 효성, Siemens)
S.F=1.15 로 설계된 모터의 경우는 15% 과부하시 권선 온도상승분을 고려하여 설계(Max.10℃ 상승)된다.
2. S.F에 따른 모터 절연등급과 온도상승 관계 (모터 절연수명 20~25년으로 가정)
설 계 |
100% 부하 시 |
115% 부하 시 |
||||
S.F |
절연등급 |
온도상승(모터명판) |
온도상승 (℃) |
상대수명 |
온도상승 (℃) |
상대수명 |
S.F = 1.0 |
B |
80 ℃ |
80 |
1.0 |
105~115 |
0.1~0.16 |
F |
105 ℃ |
105 |
1.0 |
140~150 |
0.1~0.16 |
|
F |
80 ℃ |
80 |
6.0 |
105~115 |
0.5~1.00 |
|
S.F = 1.15 |
B |
80 ℃ |
65~70 |
2.0~3.0 |
90 |
0.5 |
F |
105 ℃ |
85~95 |
2.0~3.0 |
115 |
0.5 |
|
F |
80 ℃ |
65~70 |
12.0~16.0 |
90 |
3.0 |
|
● 권선온도 10℃ 상승 시 모터 절연수명은 약 1/2 로 줄어든다.
● 권선온도가 절연등급에 비해 40℃ 낮게 운전될 때, 모터 수명은 약 16배 증가한다.
● 권선온도가 절연등급에 비해 30℃ 높게 운전될 때, 모터 수명은 약 0.125 배 줄어든다.
● S.F=1.15로 설계된 모터는 115% 과부하운전시 허용 온도상승보다 Max.10℃ 정도 상승한다.
● S.F=1.0 으로 설계된 모터는 115% 과부하운전시 허용 온도상승보다 20℃~30℃ 정도까지 상승한다.
3. 예제를 통한 S.F 개념 파악 (F Class, Resistance 측정 기준)
1) 모터 데이타 (Motor Data)
- 절연등급 (Insulation Class) : F , S.F : 1.15
- 온도상승 (Temperature Rise) : 80℃ , above 40℃ By Resist
2) 이는 주위온도가 40℃ 일 때 정격부하 (100% Load)가 걸릴 경우 권선온도상승이 모터 명판의
온도상승 80℃ 보다 낮은 65~70℃ 로 제한된다. (105℃ - 70℃ = 35℃ 가 낮게 운전된다.)
따라서, 이 모터의 절연수명은 약 11배 이상 길어진다.
3) 15%의 과부하 상태가 연속으로 운전될 때, 권선온도의 상승은 설계시의 온도상승 80℃ 보다
10℃ 높은 Max. 90℃ 까지 상승된다. (모터 설계 수명보다 약 3배 정도 길어진다.)
따라서, NEMA 규정의 권선온도상승 105℃ 이하이므로 모터의 수명에는 지장이 없을 것으로 판단 할 수 있다.
4. 결론
1) NEMA 규정에서 S.F를 적용하여 운전할 경우 단시간에만 가능하다라는 언급이 있는데
이는 절연등급과 권선온도 상승값이 거의 동일할 때의 기준인 것으로 판단된다.
2) 절연등급과 권선온도 상승값의 차이가 30℃ 이상일 경우에는 온도상승 비교표
(NEMA MG1-1003 Part20 3Page)에 따라 절연등급 F종, 온도상승 B종 (80℃)인 모터에 한해서는
S.F 1.15 로 운전하여도 수명에 지장이 없을 것으로 판단된다.