인버터가 없는데 왜 축전압이 생기나요?

정전기 때문입니다. 축전압을 인버터가 만든다고만 알고 계시면 이 경우를 설명할 수 없습니다. 그런데 정전기로 인한 축전류는 인버터보다 훨씬 오래된 문제이고, 지금도 그대로 있습니다.

인버터가 나오기 전부터 있던 문제입니다

평벨트로 공장 기계를 돌리던 시절에도 베어링이 전기로 상했습니다. 가죽 벨트가 풀리 위를 미끄러지면서 회전자에 전하를 실어 날랐기 때문입니다. 인버터는 이 문제에 새로운 경로를 하나 더한 것이지, 유일한 원인이 된 적은 없습니다.

현장에서 이 구분이 중요한 이유는 대책이 다르기 때문입니다. 인버터 쪽 원인은 필터나 케이블로 다룰 여지가 있지만, 정전기는 인버터를 아무리 손봐도 줄지 않습니다.

어디서 전하가 쌓이나

공통점은 무언가가 회전체 표면을 스치거나 때린다는 것입니다.

• 물방울 — 증기터빈의 습분 단계가 대표적입니다. 물방울이 날개에 부딪히며 전하가 갈라집니다. 실제로 증기 온도를 낮추자 접지 전류가 올라간 사례가 보고돼 있습니다
• 분진·입자 — 먼지를 실은 공기를 다루는 팬·블로어, 분체 이송 설비
• 벨트 마찰 — 벨트 구동 설비. 오래된 원인이지만 사라지지 않았습니다
• 공기 마찰 — 풍력발전기 블레이드가 여기 해당합니다

쌓인 전하는 땅으로 나갈 길을 찾습니다. 그리고 그 길에서 가장 가까운 지점이 대개 베어링의 유막이 가장 얇아지는 자리입니다. 전하가 거기서 뚫고 나갑니다.

인버터 축전류와 성격이 다릅니다

인버터가 만드는 공통 모드 전압은 스위칭에 맞춰 주기적으로 나타납니다. 파형에 규칙이 보이고, 반송 주파수와 관계가 있습니다.

정전기는 다릅니다. 천천히 쌓였다가 한 번에 터지는 것이 반복됩니다. 언제 터질지는 운전 조건과 습도에 따라 달라져서 규칙이 잘 안 보입니다. 그래서 짧게 재고 「이상 없다」고 넘기기 쉽습니다. 방전이 뜸하면 그 순간에 안 잡힐 수 있으니까요.

정전기인지 아닌지 가리는 방법

인버터가 없는데 축전압이 나온다면 원인은 크게 둘입니다. 정전기이거나, 회전자·고정자의 자기적 비대칭으로 유도된 전압이거나. 둘은 대책이 다르므로 가려야 합니다.

현장에서 쓸 수 있는 방법이 있습니다. 접지 경로에 저항을 넣어 보고 축전압이 얼마나 떨어지는지 보는 것입니다. 터빈 발전기에서 측정한 실측 예입니다.

접지 회로	축전압
접지 안 함	30 V
10 kΩ 삽입	4 V
1 kΩ 삽입	0.5 V

저항 1 kΩ 만으로 30V가 0.5V까지 떨어졌습니다. 정전기는 전하가 쌓여서 생기는 것이라, 조금만 흘려보낼 길을 만들어 줘도 전압이 서지 못합니다. 반대로 자기적으로 유도된 전압은 같은 저항을 넣어도 거의 변하지 않습니다. 전원이 계속 밀어주고 있기 때문입니다.

이 차이가 진단이 됩니다. 저항을 넣었을 때 뚝 떨어지면 정전기, 그대로면 유도입니다.

※ 위 수치는 대형 터빈 발전기에서 얻은 것으로, 설비마다 값은 달라집니다. 판정 기준이 아니라 경향을 보는 방법으로 쓰시는 것이 맞습니다. 축전압의 위험 수준 자체는 따로 정리해 두었습니다.

대책은 단순한 편입니다

앞의 실험이 대책을 그대로 보여줍니다. 흘려보낼 길을 만들어 주면 됩니다. 정전기로 생기는 축전류는 축마다 접지 브러시 하나로 대개 처리됩니다. 인버터 쪽 대책처럼 필터를 달거나 케이블을 다시 깔 일이 아닙니다.

다만 조건이 있습니다. 브러시가 실제로 듣고 있어야 합니다. 같은 자료에서 블로어 모터를 측정하다 브러시 접촉이 들쭉날쭉해 파형이 어지러워진 사례를 들고 있습니다. 브러시는 마모품이라 접촉면이 닳거나 오염되면 전류는 임피던스가 낮은 쪽, 곧 베어링으로 돌아갑니다.

그리고 접지 브러시를 달았다고 축전압을 안 재도 되는 것은 아닙니다. 오히려 반대입니다. 정전기는 방전이 뜸해 눈에 잘 안 띄므로, 브러시가 살아 있는지를 축전압으로 확인하는 것이 유일하게 확실한 방법입니다.

이런 경우라면 의심해 보십시오

• 인버터를 쓰지 않는데 베어링에 프로스팅이나 플루팅이 보인다
• 물방울·분진·벨트가 관여하는 설비다
• 베어링을 갈아 넣어도 비슷한 주기로 되풀이된다
• 습도나 계절에 따라 증상이 달라진다
• 접지 브러시는 달려 있는데 마지막으로 상태를 본 기억이 없다

※ 참고 자료 — 터빈 발전기 축전압·접지 전류 측정 자료(Paul I. Nippes, Understanding Shaft Voltage and Grounding Currents of Turbine Generators) 및 회전기계 축전류 관련 업계 기술 문헌. 저항 삽입 수치는 특정 설비에서 얻은 실측값이며 일반 기준이 아닙니다.