축전압은 몇 Vp-p부터 위험한가요?

간단히 답할 수 있는 질문은 아닙니다. 다만 실무에서 쓰는 기준은 있습니다. 숫자를 보기 전에 단위부터 확인하셔야 합니다. 자료마다 표기가 달라서, 같은 위험도를 두고도 숫자가 두 배씩 차이 납니다.

Vp-p 와 V peak 는 다른 값입니다

오실로스코프 파형에서 전압을 읽는 방법이 두 가지입니다.

• Vp-p (peak to peak) — 파형의 가장 낮은 곳에서 가장 높은 곳까지, 전체 진폭
• V peak — 기준선에서 봉우리 꼭대기까지, 한쪽만

파형이 위아래로 고르게 흔들린다면 Vp-p 는 V peak 의 대략 두 배가 됩니다. 그래서 10V 라는 값을 봤을 때 그것이 peak 인지 p-p 인지 모르면 판단이 완전히 달라집니다.

예를 들어 NEMA MG 1 은 인버터 구동 시 축과 접지 사이에 10~40V 의 피크 전압이 나타난다고 적습니다. 이건 peak 기준입니다. 반면 현장에서는 Vp-p 로 말하는 경우가 많습니다. 같은 설비를 두고 한쪽은 20V, 한쪽은 40V 라고 말할 수 있는 것입니다.

측정값을 주고받을 때는 숫자와 단위를 함께 적어 두시는 편이 안전합니다.

실효값(RMS)으로 판정하지 마십시오

한 가지 더 있습니다. 계측기가 보여주는 값이 실효값(RMS)인 경우입니다. 일반 멀티미터는 대개 이 값을 냅니다.

사인파라면 peak ÷ √2 로 환산됩니다. 예를 들어 0.3V peak 는 실효값으로 약 0.21V 입니다. 그런데 이 환산을 판정에 쓰면 안 됩니다. 이유가 둘입니다.

1. √2 는 사인파에서만 성립합니다. 인버터가 만드는 축전압은 톱니 모양에 뾰족한 방전이 얹힌 파형이라 이 환산이 맞지 않습니다
2. 손상은 peak 가 정합니다. 베어링이 상하는 것은 윤활유 절연막이 뚫리는 순간이고, 그것은 그 순간의 전압 크기로 결정됩니다. 실효값은 시간 평균이라 짧고 높은 봉우리를 눌러 버립니다

규격이 값을 peak 로 적어 두는 이유가 이것입니다. 그리고 멀티미터로 축전압을 재면 안 되는 이유이기도 합니다 — 숫자가 나오더라도 그 숫자가 판정 대상이 아닙니다.

실무에서 쓰는 기준

일반적으로 10Vp-p 를 주의가 필요한 지점으로 봅니다. 그리고 축 접지를 적용한 뒤의 목표는 1Vp-p 이하입니다. 다만 설비마다 조건이 달라 절대적인 선은 아닙니다.

참고로 NEMA MG 1 은 별도의 기준을 하나 더 제시합니다. 자기 비대칭에 의한 축 양단 전압이 300mV peak 를 넘으면 베어링 절연을 권고합니다. 다만 이건 인버터가 아니라 대형 모터의 구조적 원인을 다룬 항목이라, 위 10Vp-p 와는 성격이 다른 숫자입니다. 베어링 전식 예방 장치 페이지에서 함께 정리했습니다.

전압이 낮다고 안심할 수 없는 이유

기준값보다 낮은데도 고장이 난 사례가 있습니다. MRI 냉각 시스템에서 축전압이 2Vp-p 로 측정됐는데, 방전이 초당 10만 번 일어나고 있었습니다. 이 설비는 6개월 만에 고장났습니다.

누적 손상은 전압의 크기와 방전 횟수가 함께 만듭니다. 방전의 빈도와 세기가 무엇으로 결정되는지는 회전수와 윤활유 점도에 따라 베어링 방전이 달라진다에서 다뤘습니다. 한 번에 크게 때리든, 약하게 자주 때리든 결국 같은 자리에 도달합니다. 일반적으로 2Vp-p 는 문제되지 않는 수준이지만, 방전 빈도를 함께 보지 않으면 판단이 어긋날 수 있습니다.

축 접지가 없는 설비에서는 진폭이 낮은 방전이 계속 이어집니다. 겉으로는 전압이 낮아 괜찮아 보이지만 그리스가 철과 카본 부스러기로 오염되는 형태로 나타납니다. 충격이 조용히 쌓이는 중입니다.

얼마나 낮추면 되나

완전히 없애는 것이 가장 좋습니다. 축전압이 사라지면 전기적 원인의 베어링 손상도 함께 사라집니다.

현실적으로는 큰 폭의 감소만으로도 위험이 크게 줄어듭니다. 40~60Vp-p 였던 축전압을 2V 수준까지 낮춘 사례가 있습니다. 이 정도면 방전 에너지가 자릿수 단위로 떨어집니다.

숫자를 알려면 재야 합니다

기준값은 측정값이 있어야 의미가 생깁니다. 모터 용량이나 회전수로는 축전압을 짐작할 수 없습니다(모터 회전 속도와 축전류). 그리고 멀티미터로는 측정되지 않습니다 — 평균값이 나와 0V 에 가깝게 읽힙니다.

파형까지 확인하려면 오실로스코프 판독법을, 간편하게 정상 여부만 보시려면 축전압 측정 장비를 참고해 주세요.

축전압이 왜 하필 이 크기로 나오는지는 모터 구조가 정합니다. 공통모드 전압이 정전용량으로 분압되는 과정을 보면 10~40V라는 범위가 어디서 나온 값인지 알 수 있습니다.