컴프레셔 시스템의 전기 설비

시스템이 가장 효율적이고 효과적인 수준에서 작동하도록 하려면 컴프레셔에 적합한 모터를 선택해야 합니다.

이는 기계 고장의 위험을 최소화하고 비용이 많이 드는 수리 및 가동 중지 시간을 방지합니다. 모터가 오래 지속되고 작동할수록 비용이 많이 절감됩니다.

공기 컴프레셔 작동 시 3상 농형 유도 모터가 일반적으로 사용됩니다. 저전압 모터는 450~500kW의 전력을 공급하는 데 이상적이며, 고전압 모터는 더 높은 출력에 적합합니다. 

이 모터는 일반적으로 팬 냉각 방식이며 최대 40°C의 온도와 1,000m의 고도에서 작동하도록 선택됩니다. 일부 제조업체는 최대 주변 온도 46°C의 표준 모터를 제공합니다. 높은 고도나 높은 온도에서 컴프레셔를 설치할 때는 출력을 낮게 설정해야 합니다. 

모터는 일반적으로 플랜지 방식으로 장착되며 컴프레셔에 직접 연결됩니다. 속도는 컴프레셔 유형에 맞게 조정되지만 각각 속도가 3,000rpm인 2극 또는 4극 모터만 사용합니다. 1,500rpm에서의 모터 정격 출력도 결정됩니다.

과도한 모터를 사용하면 

• 더 높은 비용, 

• 불필요하게 높은 시동 전류, 

• 더 큰 퓨즈, 

• 낮은 역률, 

• 및 감소된 효율 수준이 초래될 수 있습니다. 

반면에 과소한 모터를 사용하면

• 과부하가 걸리고
• 고장의 위험이 있습니다.

모터 출력을 컴프레셔의 요구 사항에 맞추면 잠재적인 문제를 방지하고 모터가 최상의 성능을 발휘할 수 있습니다. 이는 모터와 컴프레셔가 오래 지속되고 보다 효율적으로 작동할 수 있도록 도와주므로 모두에 적합합니다.

모터 보호 등급은 모터가 먼지와 물에 얼마나 잘 견딜 수 있는지 측정한 것입니다. 모터 보호 등급은 표준으로 규제됩니다. 

개방형 모터는 먼지와 물에 대한 적절한 보호 기능을 제공하지 않으므로 컴프레셔와 함께 사용하기에 적합하지 않다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어, IP23 모터는 물이 튀거나 미세한 분무라면 견딜 수 있지만 액체에 완전히 잠기는 것은 견딜 수 없습니다.

방진 및 방수 설계(IP55)는 정기적인 분해 및 청소가 필요할 수 있는 개방형 모터(IP23)보다 선호됩니다.

다른 경우, 장비에 쌓인 먼지로 인해 결국 과열이 발생하여 사용 수명이 단축될 수 있습니다. 또한 컴프레셔 패키지 인클로저는 먼지와 물로부터 보호하므로 IP55 미만의 보호 등급도 사용할 수 있습니다.

모터를 선택할 때는 시동 방법도 고려해야 합니다. 스타/델타 시동의 경우, 모터는 정상 시동 토크의 3분의 1로만 시동되므로 모터와 컴프레셔 토크 곡선을 비교하는 것이 올바른 컴프레셔 시동을 보장하는 데 유용할 수 있습니다.

가장 일반적인 시동 방법은 직접 시동, 스타/델타 시동 및 소프트 시동입니다.

• 직접 시동은 간단하지만 시동 전류와 토크가 높아 모터가 손상될 수 있습니다. 

• 스타/델타 시동은 시동 전류를 제한하며 3개의 접촉기, 과부하 보호, 모터를 스타에서 델타 연결로 전환하는 타이머로 구성됩니다. 

• 소프트 시동은 반도체 스위치를 사용하여 시동 전류를 제한하는 점진적인 시동 방법입니다. 

직접 시동은 간단하며 접촉기와 과부하 보호만 필요합니다. 단점은 모터 정격 전류의 6-10배인 높은 시동 전류와 샤프트와 커플링을 손상시킬 수 있는 높은 시동 토크 등입니다.

스타/델타 시동은 시동 전류를 제한하는 데 사용됩니다. 시동기는 3개의 접촉기, 과부하 보호 장치 및 타이머로 구성됩니다.

모터는 스타 연결로 시동되고 설정 시간(속도가 정격 속도의 90%에 도달할 때)이 지나면 타이머가 접촉기를 전환하여 모터가 작동 모드인 델타 연결이 되도록 합니다. 

스타/델타 시동은 직접 시동에 비해 시동 전류를 약 1/3로 줄입니다. 그러나 동시에 시동 토크도 1/3로 떨어집니다.

상대적으로 낮은 시동 토크는 모터가 델타 연결로 전환하기 전에 사실상 정격 속도에 도달할 수 있도록 시동 단계 동안 모터의 부하가 낮아야 한다는 것을 의미합니다.

속도가 너무 느리면 델타 연결로 전환할 때 직접 시동과 같은 큰 전류/토크 피크가 발생합니다.

스타/델타 시동의 대체 시동 방법이 될 수 있는 소프트 시동(또는 점진적 시동)은 기계적 접촉기 대신 반도체(IGBT 유형 전원 스위치)로 구성된 시동기입니다. 시동은 점진적이며 시동 전류는 정격 전류의 약 3배로 제한됩니다. 

직접 시동 및 스타/델타 시동용 시동기는 대부분의 경우 컴프레셔에 통합되어 있습니다.

대형 컴프레셔 플랜트의 경우, 다음과 같은 이유로 장치를 개폐기에 별도로 배치할 수 있습니다.

• 공간 요구 사항,
• 열 축적
• 및 정비를 위한 액세스.

(컴프레셔실에서 최적의 작업 조건을 만드는 방법에 대한 자세한 내용을 참조하십시오.)

소프트 시동용 시동기는 일반적으로 열 방사로 인해 컴프레셔 옆에 별도로 배치되지만, 냉각 시스템이 제대로 고정되어 있다면 컴프레서 패키지 내부에 통합될 수 있습니다. 고압 구동 컴프레셔는 항상 별도의 전기 캐비닛에 시동 장비를 갖추고 있습니다.

케이블은 표준 조항에 따라 "정상적인 작동 중에 과도한 온도가 발생하지 않고 전기 단락에 의해 열적 또는 기계적으로 손상되지 않도록 치수를 지정해야 합니다".

작업에 적합한 케이블을 선택하려면 다음을 고려해야 합니다.

• 부하,
• 허용되는 전압 강하,
• 라우팅 방법(랙, 벽 등)
• 주변 온도.

퓨즈는 단락 및 과부하로부터 케이블을 보호하는 데도 사용할 수 있습니다.

모터를 사용할 때는 두 가지 유형의 보호가 필요합니다. 퓨즈와 같은 단락 방지 기능은 위험한 전기 단락을 방지하는 데 사용됩니다. 일반적으로 시동기에 포함된 모터 보호 기능인 과부하 보호는 전류가 일정 수준을 초과하면 시동기를 트립하고 차단하여 모터와 케이블을 보호합니다.

단락 방지 기능은 시동기, 과부하 보호 장치 및 케이블을 보호합니다. 올바른 케이블 크기를 선택하려면 IEC 60364-5-52를 참조하십시오. 

하지만 "트리핑 조건"이라는 또 다른 중요한 요소가 있습니다. 즉, 단락이 있을 경우 빠르고 안전하게 차단되도록 설치가 설계되어야 합니다. 조건이 충족되는지 확인하려면 케이블 길이, 단면 및 단락 보호를 고려해야 합니다.

단락 보호는 케이블의 시작 지점 중 하나에 있으며 퓨즈 또는 회로 차단기를 포함할 수 있습니다. 선택한 솔루션이 시스템과 올바르게 일치할 경우 두 옵션 모두 적절한 수준의 보호를 제공합니다. 

퓨즈는 큰 단락 전류에 대해 더 잘 작동하지만 완벽하게 절연된 차단을 제공하지는 않으며 작은 고장의 경우 트립 시간이 길어집니다.회로 차단기는 작은 결함에서 빠르고 완벽한 절연 차단을 수행하지만 더 많은 계획이 필요합니다. 단락 보호 장치의 치수 지정은 예상 부하와 시동기 장치의 제한 사항에 따라 달라집니다.

시동기 단락 보호에 대해서는 국제 전기 위원회(IEC) 표준 60947-4-1 유형 1 및 유형 2를 참조하십시오.

유형 1 또는 유형 2 선택은 단락이 시동기에 미치는 영향을 기반으로 합니다. 

유형 1: "… 단락 상태에서 접촉기나 시동기는 사람 또는 설비에 위험을 초래하지 않아야 하며 수리 및 부품 교체 없이는 추가 서비스에 적합하지 않을 수 있습니다." 

유형 2: "… 단락 상태에서 접촉기나 시동기는 사람 또는 설비에 위험을 초래하지 않아야 하며 향후 사용에 적합해야 합니다. 접촉기의 경용접 위험이 인식되면 제조업체가 유지보수 조치를 취해야 합니다."

전기 모터는 유효 전력(기계적 작동)과 무효 전력(모터를 자화함)을 모두 사용합니다. 무효 전력은 케이블과 변압기에 부하를 가합니다. 역률인 cos φ는 두 요소 간의 관계를 결정합니다. 이 관계는 일반적으로 0.7~0.9이며, 소형 모터는 이 값이 더 낮습니다.

커패시터를 사용하여 기계가 직접 무효 출력을 발생시킴으로써 역률을 거의 1까지 높일 수 있습니다. 즉 주전원에서 무효 전력을 많이 끌어낼 필요가 없다는 것을 의미합니다. 이는 사전에 지정된 레벨 이상의 무효 전력을 끌어내기 위해 전력 공급업체로부터 추가 요금이 부과되는 것을 방지하기 위해 수행됩니다. 또한 많이 사용되는 변압기와 케이블의 부하를 줄이는 데 도움이 됩니다.

이러한 요소를 고려하여 컴프레셔의 성능과 수명을 최대화하는 제대로 작동하는 전기 시스템을 만들 수 있습니다.

아래에서 컴프레셔 시스템 설치 공정에 대해 자세히 알아봅니다.