모터 외함 접지가 부실하면 축전류가 어떻게 되나요?

전류가 없어지는 게 아니라 다른 길로 갑니다. 그리고 그 다른 길에 베어링이 있습니다. 외함 접지는 안전만을 위한 것이 아니라 축전류에 직접 관여합니다.

돌아갈 곳은 대지가 아니라 인버터입니다

인버터가 만드는 공통 모드 전류는 인버터에서 나와 인버터로 돌아가야 하는 전류입니다. 대지로 흘려보내 없애는 것이 아닙니다. ABB의 기술 문서가 이 점을 분명히 합니다.

손상을 막으려면 제대로 된 접지 경로를 마련해, 누설 전류가 베어링을 지나지 않고 인버터 프레임으로 돌아가게 하는 것이 필수적이다.

그런데 보통의 접지 공사는 이 임무를 염두에 두고 하지 않습니다. 같은 문서가 일반적인 기기 접지는 상용 주파수 사고에서 사람과 설비를 보호하도록 설계된 것이라고 적고 있습니다. 목적이 다르니 고주파에서는 임피던스가 충분히 낮지 않습니다.

길이 막히면 축을 타고 나갑니다

돌아갈 길이 부실하면 공통 모드 전류의 일부가 모터 베어링 → 축 → 피구동 기계를 거쳐 인버터로 돌아갑니다. 베어링이 「우회로」가 아니라 주 경로가 되는 경우입니다.

여기서 중요한 것은 절대적인 접지 상태가 아니라 상대적인 접지 상태라는 점입니다. 모터 프레임 쪽 전압이 높고 피구동 기계 쪽이 더 잘 접지되어 있으면, 전류는 축을 타고 그쪽으로 빠집니다. 모터만 보고 「접지선 있으니 됐다」고 판단할 수 없는 이유입니다.

현장에서 오진하기 쉬운 대목도 여기 있습니다. 같은 문서가 이렇게 덧붙입니다 — 축이 대지에 직접 닿아 있지 않으면 전류가 감속기나 피구동 기계의 베어링을 거쳐 흐를 수 있고, 그 베어링이 모터 베어링보다 먼저 상할 수 있다는 것입니다.

모터는 멀쩡한데 감속기만 자꾸 깨진다면, 기계적 원인을 찾기 전에 전류가 그쪽으로 돌아 나가고 있지 않은지 보셔야 합니다.

큰 기계에서는 프레임 자체가 전류원이 됩니다

접지로 빠져나가는 고주파 전류가 프레임을 타고 흐르면서 또 다른 문제를 만듭니다.

고정자 권선에서 프레임으로 새는 전류는 둘레에 고르게 분포하지 않습니다. 둘레를 한 바퀴 돌며 더한 전류의 합이 0이 되지 않는다는 뜻인데, 그러면 축을 감는 자속이 생깁니다. 이 자속이 축 양 끝 사이에 전압을 만들고, 그 전압이 이런 고리를 돌립니다.

축 → 한쪽 베어링 → 프레임 → 반대쪽 베어링 → 축

이것이 고주파 순환전류입니다. 한쪽 베어링으로 들어가 반대쪽으로 나오므로 양쪽 베어링이 같이 상합니다. 프레임이 클수록 감기는 자속도 커지기 때문에 100마력(75kW)을 넘는 모터에서 두드러집니다.

이 고리는 접지를 잘한다고 없어지지 않습니다. 고리 자체를 끊어야 해서 한쪽 베어링을 절연합니다. 대형 모터에 「반부하측 베어링 절연 + 부하측 저감 장치」를 권하는 이유가 이것입니다.

그래서 접지가 기본입니다

ABB 문서의 표현을 그대로 옮기면 「모든 고주파 전류 관리의 기본은 제대로 된 접지 시스템」입니다. 필터도 절연 베어링도 그다음 이야기입니다. 같은 문서가 제시하는 실무는 세 가지입니다.

1. 대칭형 다심 모터 케이블 — 접지선이 상 도체를 감싸거나, 세 상과 세 접지선이 대칭으로 배치된 것
2. 짧은 저임피던스 귀환 경로 — 차폐 모터 케이블이 가장 쉬운 방법. 차폐가 끊기지 않아야 하고 양쪽 끝을 360°로 종단해야 합니다
3. 고주파 본딩 — 모터 프레임과 인버터 접지를 짧고 넓은 편조선으로 잇습니다

세 가지 모두 「전류가 인버터로 잘 돌아가게 한다」는 한 가지 목적을 향합니다.

저감 장치와 역할이 다릅니다

헷갈리기 쉬운데, 두 가지는 서로 다른 일을 합니다.

	축전류 저감 장치	외함 접지·본딩
상대	축과 프레임 사이 방전	인버터로 돌아가는 전류
연결	브러시 → 프레임 (짧게)	프레임 → 인버터 접지
없으면	축전압이 베어링에서 터짐	전류가 축·피구동기로 돌아감

둘 중 하나만 해서는 부족합니다. 저감 장치를 달아도 접지가 부실하면 전류가 다른 경로로 돌아 나가고, 접지를 잘해도 축과 프레임 사이 전위차는 그대로 남습니다. 필터·절연 베어링까지 넣은 대책 조합은 따로 정리해 두었습니다.

※ 인용과 근거는 ABB Technical Guide No.5: Bearing currents in modern AC drive systems (Rev. C) 원문에서 옮겼습니다. 설치 지침 문서이며 실측 논문이 아닙니다. 100마력 기준은 해당 문서 및 업계 기술 자료에서 공통으로 쓰이는 대략적인 구분선입니다.