미국 에너지부 에 따르면 20년 동안 모터를 운용할 시 총비용 중 90%는 전기요금이며 5%는 다운 타임 비용, 4%는 정비 비용, 마지막으로 오직 1%만이 모터 구매 비용으로 추정 하고 있습니다.이러한 이유로 인버터를 사용한 전력 절감이 주목받고 있으며 인버터 구동 모터는 30~50%의 전기요금을 절감하는 효과가 있습니다. 예를 들어 인버터를 통해 팬 구동 속도를 20% 줄일 시 50% 정도의 전기요금을 절감할 수 있을 거라 예상 하며, 또한 미국 철강협회 에선 철강 제품 생산 비용의 20%에 달하는 전기요금 중 인버터 사용으로 전기요금의 30% 이상을 줄일 수 있을 거라 예측하고 있습니다.
전력 절감 효과와 함께 과부하도 예방해 모터 수명 증가에 도움이 되며 최근엔 최종 소비자 제품에도 인버터가 설치된 제품들이 출시되고 있는 상황입니다. 하지만 이러한 인버터 구동 모터에는 잘 알려지지 않은 치명적인 문제점이 존재합니다.
※ 축전류 순환도 이러한 손상은 전식(Electric Erosion)된 형태로 나타나 그 모양이 마치 세로로 홈을 낸 장식과 유사하다고 해서 플루팅이라고 부르며 베어링 손상은 모터에 진동과 소음을 유발하고 결국에는 베어링 수명을 단축해 갑작스러운 생산 공정의 정지, 혹은 불규칙한 유지보수를 야기해 사업자에게 예상치 못한 손해를 유발합니다.
※ 베어링 프로스팅 전식 ※ 베어링 플루팅 전식 인버터 구동 모터뿐만 아니라 일반적인 모터 고장의 약 60% 또한 베어링 손상에 의해 발생하며 손상의 가장 큰 원인은 축전류에 의한 베어링 전식 현상입니다. 0.3V 이상의 축전압이 모터 내 발생 시 축전압에 비례하여 모터의 손상률이 상승하게 되며 짧게는 1주에서 1년 정도에 모터의 베어링이 파손될 가능성이 있습니다. 그 때문에 미국 전기 제조업 협회(National Electrical Manufacturers Association) 및 미국 건설 시방서 협회(Construction Specifications Institute) 에서는 축전류 피해에 대한 대책을 강구토록 하고 있습니다.
고압 모터 및 인버터에 의해 구동되는 모든 모터는 펄스 폭 변조에 의해 유기되는 축전압과 이에 의한 모터 베어링 파손에 대한 대책을 강구토록 하고 있다.
인버터에 의해 구동되는 모터는 펄스 폭 변조 때문에 펄스 변조 때 높은 고주파수의 전압 변화의 원인으로 정전용량이 발생하여 높은 축 전압이 유기된다. 이 전압은 모터 베어링과 접지 사이에서의 전기적 방전으로 베어링 파손의 원인이 되고 베어링 수명을 감소시킨다.
축과 접지 사이에서 발생하는 정전용량 유기전압은 최대 10~40V이다. 또 모터 베어링을 절연 처리하여도 축에 연결된 다른 장치류(변속장치 등)에의 악영향을 막을 수는 없다.
NEMA MG1 31.4.4.3 및 CSI 23 05 13 (2007년)
이를 예방하기 위해 카본 브러시를 사용하지만, 300kHz 이하의 낮은 주파수에서만 효과적이며 축의 4%가 안 되는 접촉면으로 제대로 된 효과를 보기 어렵습니다. 또한 카본 브러시는 지속적인 사용 시 녹청을 형성해 전도성을 약화하며 습도에 많은 영향을 받습니다.
종류 카본 브러시 실버 그라파이트 브러시 카본 파이버 브러시 이물질 및 외부 취약성 O X X 정비 필요성 O X X RPM 영향 O X X 설치 용이성 쉬움 쉬움 어려움 접촉면 일부분 일부분 전방위 고유저항 높음 낮음 보통 연속 사용 시 사용 기간 1년 이내 10년 이상 20년 이상 가격 저가 중가 고가
※ 베어링 전식 예방 장치 비교표
미국과 일본 등의 국가에선 베어링 전식 예방 장치의 구매가 지속해서 늘어나는 추세이며 모터 제작업체들 또한 제작 시 축전압으로 인한 모터 수명 단축을 예방하기 위해 베어링 전식 예방 장치 를 내부에 설치해 판매하고 있습니다.
베어링 전식 예방 장치 는 다양한 종류가 있어 모터에 맞게 설치가 가능합니다. 신뢰성이 요구되는 모터의 경우 카본 파이버 브러시 를 설치해 모터의 베어링을 보호할 수 있으며 합리적인 성능과 수명, 가격을 요구하는 소형 모터의 경우 실버 그라파이트 브러시 로 모터를 보호할 수 있습니다.
또한 필요의 경우 축전압 측정 장비 로 축전압을 간단하게 측정할 수 있습니다. 오실로스코프를 이용한 복잡한 측정 방식이 아니기에 축전압 측정 장비 를 사용하면 간단하고 안전하게 축전압의 상태를 파악할 수 있습니다.
아울러 (주) 테라비스 는 수년간의 축적된 베어링 전식 현상 정보와 축전압 측정에 대한 전문적인 노하우를 가지고 있습니다. 전화나 이메일 을 통한 무료 상담을 해 드리며 필요 시 현장 방문을 하여 분석과 대안을 제시, 사용에 적합한 제품을 추천해 드리고 있습니다.
자주 받는 질문
베어링 제작업체마다 기준으로 하는 축전압이 다르지만, 일반적으로 0.5V 이하는 무해, 0.5~1.0V는 유해한 축전류가 흐를 가능성이 있으며 1.0V 이상은 1주에서 1년 이내에 베어링이 파손될 가능성이 있다고 봅니다.
구름 베어링의 경우 상한치는 없으나 일반적으로 0.3V 이상일 때 축전류 방지 작업을 해 주는 것이 바람직하다고 봅니다.
일반적으로 오실로스코프를 활용하여 (-)선은 모터 접지에, (+)선은 모터 축에 접촉하여 축전압을 측정합니다.
멀티 미터 테스터를 활용하는 측정 방법은 정확성이 없으며 설치와 측정에 대한 자세한 정보는 아래 동영상을 참조하시기 바랍니다.
※ 축전압 측정 동영상 혹은 축전압 측정 장비 로 간편하게 측정할 수 있습니다.
베어링 전식 예방 장치 를 설치한 모터와 설치하지 않은 모터와의 축전압 차이는 아래 사진들을 참조하시기 바랍니다.
※ 축 접지가 없을 때 ※ 카본 브러시 
