열동계전기(THR) 트립 원인 7가지와 시퀀스 제어 회로 역할 완전 정복

열동계전기(THR) 트립 원인과
시퀀스 회로에서의 역할 완전 정복

⚡ 시퀀스 제어 🔴 중급 전기기사 / 전기산업기사 대비

01 / 개요

열동계전기란 무엇인가?

열동계전기(Thermal Over-load Relay, 약칭 THR 또는 TOR)는 전동기를 과부하 전류로부터 보호하기 위해 설치하는 핵심 보호 기기입니다. 바이메탈(Bimetal) 소자에 부하 전류를 직접 통전시켜 열을 발생시키고, 설정값 이상의 전류가 일정 시간 이상 지속되면 접점이 동작해 전동기를 정지시킵니다. 전기 설비 현장에서는 마그네틱 스위치(MS)와 한 세트로 구성되어 전동기 과열 보호 및 결상 보호 역할을 동시에 수행합니다.

열동계전기는 전자식 계전기(EOCR)와 달리 별도의 전원이 필요 없고 구조가 단순하며 가격이 저렴해 산업 현장 전반에 걸쳐 광범위하게 사용됩니다. 그러나 동작 특성이 주위 온도에 영향을 받고, 반복 트립 시 바이메탈 특성이 변할 수 있다는 단점도 있습니다. KEC(한국전기설비규정) 제212조에는 전동기 보호용 과전류 차단기 설치 의무를 규정하고 있으며, 열동계전기는 그 대표적인 구현 수단 중 하나입니다.

💡 핵심 정의 열동계전기는 바이메탈 + b접점(NC 접점) 구조를 기반으로 동작합니다. 과전류 발생 시 바이메탈이 휘어 NC 접점을 개방(OPEN)시키고, 이 신호가 전자접촉기(MC) 코일 회로를 차단하여 전동기를 정지시킵니다.

02 / 내부 구조

열동계전기 내부 구조 및 동작 원리

열동계전기의 핵심 소자인 바이메탈(Bimetal)은 열팽창계수가 다른 두 금속을 접합한 복합 금속판입니다. 전류가 흐르면 줄 열(Joule Heat)이 발생하고, 두 금속의 팽창률 차이로 인해 바이메탈이 한쪽으로 휘어지게 됩니다. 이 휨 동작이 트립 레버를 밀어 NC 접점을 개방시키는 구조로, 전류의 크기와 지속 시간에 비례하는 반한시 특성을 가집니다.

▲ 열동계전기 내부 구조 블록도 — 히터 → 바이메탈 → 트립 레버 → 접점 순서로 동작

바이메탈 동작 원리 단계별 해설

1

정상 전류 통전 상태 정격 전류 범위 내에서 히터는 소량의 열을 발생시키나, 바이메탈이 동작 임계점에 도달하지 못해 접점은 NC 상태(닫힘)를 유지합니다.

2

과전류 발생 — 바이메탈 가열 시작 설정 전류 초과 시 히터의 발열량이 급격히 증가합니다. 바이메탈은 열팽창계수 차이로 인해 저팽창 금속 방향으로 만곡(구부러짐)이 진행됩니다.

3

트립 레버 눌림 — NC 접점 개방(OPEN) 바이메탈의 변위량이 트립 레버를 밀어 NC 접점(95번-96번 단자)이 열립니다. 이로써 전자접촉기(MC) 코일 회로가 차단됩니다.

4

전자접촉기 소자(消磁) — 전동기 정지 MC 코일에 전류가 흐르지 않아 전자접촉기가 개방되고, 주회로가 차단되어 전동기가 정지합니다. 동시에 자기유지 회로도 해제됩니다.

5

냉각 후 수동 복귀(Manual Reset) 바이메탈이 충분히 냉각된 뒤 복귀 버튼(Reset)을 눌러야 NC 접점이 다시 닫힙니다. 수동 복귀형(Manual)이 표준이며, 자동 복귀형(Automatic)은 별도 설정이 필요합니다.

03 / 트립 원인

열동계전기 트립의 주요 원인 7가지

현장에서 열동계전기 반복 트립이 발생하면 단순히 리셋하고 재기동하는 것은 위험합니다. 트립은 항상 과전류가 흐른다는 신호이므로, 원인을 파악하지 않은 재기동은 전동기 권선 소손으로 이어질 수 있습니다. 주요 트립 원인은 전동기 자체 결함, 부하 측 기계적 문제, 전원 품질 불량, 설정값 오류 등으로 구분됩니다.

① 과부하 (Overload)

정격 토크 이상의 부하가 지속될 때 전동기 전류가 상승하여 트립됩니다. 펌프 막힘, 컨베이어 과적 등이 대표적 원인입니다.

② 결상 (Phase Loss)

3상 중 1상이 단선되면 나머지 2상에 과전류가 집중됩니다. 열동계전기의 결상 보호 기능으로 트립됩니다.

③ 전압 불평형

각 상 간 전압 차가 클수록 전류 불평형이 발생하고 이중 과전류 상이 생겨 트립됩니다.

④ 잦은 기동·정지

기동 전류(정격의 5~7배)가 짧은 시간에 반복되면 바이메탈이 열축적으로 인해 냉각 전에 트립됩니다.

⑤ 설정 전류값 오류

THR 다이얼이 전동기 정격 전류보다 낮게 설정된 경우 정상 운전에서도 트립될 수 있습니다.

⑥ 주위 온도 상승

제어반 내부 온도가 40°C 이상이면 바이메탈이 낮은 전류에서도 동작합니다. 온도 보정형 THR 사용을 권장합니다.

⚠ 트립 후 즉시 재기동 금지! 열동계전기 트립 직후에는 바이메탈이 아직 냉각되지 않은 상태입니다. 원인 분석 없이 즉시 리셋 후 재기동하면 전동기 권선 소손을 유발할 수 있으며, 최악의 경우 화재로 이어질 수 있습니다. 반드시 전류계 측정 → 원인 파악 → 조치 → 재기동 순서를 따르십시오.

트립 원인별 진단 및 조치 방법 표

트립 원인	확인 방법	전류 특성	조치 방법	재발 방지
과부하	클램프미터로 운전 전류 측정	정격 대비 110~150%	부하 감소 또는 전동기 용량 증대	부하 정격 재검토
결상(1상 단선)	각 상 전압·전류 측정 비교	2상만 검출, 불균형 심함	단선 부위 배선 수리 / 단자 조임	결상 계전기(EOCR-E) 추가
전압 불평형	각 상 전압 측정 (허용: ±3% 이내)	불평형 상 전류 증가	변압기 탭 조정 / 부하 재분배	전압 불평형 감시 계전기 설치
잦은 기동·정지	인터록 타이머 설정 확인	기동 전류 반복(5~7×In)	기동 인터벌 타이머 설정 (최소 3분 이상)	인버터(VFD) 적용 검토
설정값 오류	명판 정격 전류 vs 다이얼 비교	운전 전류 < 설정값임에도 트립	다이얼을 정격 전류의 100~115%로 재설정	시운전 시 전류 기록 관리
주위 온도 고온	반내(盤內) 온도계 확인	온도 상승 시 낮은 전류에서 트립	환기팬 설치 또는 냉방 강화	온도 보정형 THR 교체
전동기 내부 단락	메가(절연) 테스트 실시	갑작스러운 대전류 → 순간 트립	전동기 권선 재권선 또는 교체	주기적 절연 저항 측정

04 / 주회로 배선도

열동계전기 주회로(Main Circuit) 배선도

열동계전기의 주회로 배선은 전원(L1·L2·L3) → 배선용 차단기(MCCB) → 전자접촉기(MC) 주접점 → 열동계전기(THR) 히터 → 전동기(M) 순서로 구성됩니다. THR의 히터 소자는 주회로 전류가 직접 흐르는 경로에 직렬로 삽입되어 있기 때문에, 반드시 전동기 정격 전류에 맞는 히터 용량을 선정해야 합니다. 히터 용량이 크면 과전류 보호가 늦어지고, 작으면 정상 전류에서도 트립이 발생하는 불필요 동작이 나타납니다.

▲ 열동계전기 포함 3상 유도전동기 주회로 배선도 — L1(적), L2(회), L3(청) 색상 구분

05 / 제어회로

열동계전기 b접점을 포함한 시퀀스 제어 회로도

시퀀스 제어 회로에서 열동계전기 b접점(95-96번 단자, NC)은 전자접촉기(MC) 코일과 직렬로 연결됩니다. 정상 상태에서는 NC 접점이 닫혀 있어 MC 코일에 전류가 흐를 수 있는 경로를 제공합니다. 과전류 발생으로 THR이 동작하면 NC 접점이 개방되어 MC 코일 회로가 끊기고, 자기유지 접점을 통해 구성된 회로 전체가 해제되어 전동기가 안전하게 정지됩니다.

▲ 열동계전기 b접점(95-96 NC)을 포함한 전동기 기동·정지 시퀀스 제어 회로도

✅ 97-98번 단자(NO 접점) 활용법 THR에는 95-96번(NC) 외에 97-98번(NO) 접점도 있습니다. 97-98번 NO 접점은 경보 회로에 연결하여, THR 트립 시 경보 램프(HL) 또는 버저(BZ)를 동작시키는 데 사용합니다. 현장 패널에 트립 표시 및 경보를 구성할 때 반드시 활용하십시오.

06 / 동작 타임차트

열동계전기 트립 및 복귀 동작 타임차트

타임차트는 각 신호의 시간적 관계를 시각적으로 보여주는 도구로, 시퀀스 회로 동작 순서 분석에 필수적입니다. PB-ON 신호 → MC 여자 → 전동기 기동 → 과전류 발생 → THR NC 개방 → MC 소자 → 전동기 정지의 순서를 아래 타임차트에서 확인할 수 있습니다. 특히 THR은 즉시 동작(순시)이 아닌 반한시(Inverse Time) 특성을 갖기 때문에, 과전류 발생 후 일정 시간이 경과한 뒤 트립됩니다.

▲ 열동계전기 트립 및 복귀 동작 타임차트 — 반한시 특성으로 과전류 지속 후 트립

07 / 기기 선정

열동계전기 선정 기준 및 전류 범위표

열동계전기 선정의 핵심 기준은 전동기의 정격 전류(In)입니다. THR 전류 설정 범위가 전동기 정격 전류를 포함해야 하며, 일반적으로 정격 전류의 100~115% 수준으로 다이얼을 설정합니다. 배선용 차단기(MCCB)와의 협조에서는 MCCB 정격 전류가 THR 설정 전류보다 크게 설정되어야 합니다. 국내에서는 LS일렉트릭의 MT 시리즈, 미쓰비시의 TH-T 시리즈 등이 대표적인 제품입니다.

전동기 출력	정격 전류(220V)	THR 설정 전류 범위	MC 규격 (AC-3)	MCCB 정격	히터 번호(예시)
0.2 kW	1.2 A	0.8 ~ 1.4 A	9A급	5 AT	H-1.2
0.4 kW	2.2 A	1.6 ~ 2.8 A	9A급	10 AT	H-2.2
0.75 kW	3.8 A	2.8 ~ 4.4 A	9A급	15 AT	H-3.8
1.5 kW	7.0 A	5.0 ~ 8.0 A	18A급	20 AT	H-7.0
2.2 kW	10.0 A	7.0 ~ 11.0 A	18A급	30 AT	H-10
3.7 kW	16.0 A	12.0 ~ 18.0 A	32A급	40 AT	H-16
5.5 kW	23.0 A	18.0 ~ 27.0 A	40A급	60 AT	H-23
7.5 kW	31.0 A	24.0 ~ 36.0 A	50A급	75 AT	H-31
11 kW	46.0 A	34.0 ~ 52.0 A	65A급	100 AT	H-46
15 kW	62.0 A	46.0 ~ 70.0 A	85A급	125 AT	H-62

📌 설정 전류 계산식 THR 다이얼 설정값 = 전동기 정격 전류(In) × 1.0 ~ 1.15 배
예) 3.7kW 전동기(In=16A) → THR 설정 = 16 × 1.05 ≒ 16.8A
※ 전동기 명판의 정격 전류(A) 기준, 역률·효율 등을 고려하여 최종 설정값 결정

08 / 기기 비교

열동계전기(THR) vs 전자식 과전류 계전기(EOCR) 비교

최근 산업 현장에서는 전통적인 열동계전기 대신 전자식 과전류 계전기(EOCR, Electronic Over Current Relay)를 채용하는 추세가 늘고 있습니다. EOCR은 마이크로프로세서를 이용하여 전류 파형을 실시간 분석하고, 결상·구속·지락까지 복합 보호가 가능한 점에서 THR보다 우수하지만 단가가 높습니다. 두 기기의 특성을 명확히 이해하고 용도와 예산에 맞게 선택하는 것이 바람직합니다.

비교 항목	열동계전기 (THR)	전자식 계전기 (EOCR)
동작 원리	바이메탈 열팽창	CT 검출 + 마이크로프로세서 연산
보호 기능	과부하, 결상(일부)	과부하, 결상, 구속, 지락, 전압 불평형
주위 온도 영향	영향 큼 (오차 ±10% 이상)	거의 없음 (온도 보상 내장)
설정 정밀도	다이얼 조정 (±10%)	디지털 설정 (±2~5%)
복귀 방식	수동·자동 선택 가능	수동·자동·원격 복귀 가능
별도 전원	불필요	필요 (AC 220V 또는 DC 24V)
표시 기능	트립 인디케이터만	LED 표시, 전류값 디지털 표시
단가	저가 (3,000~30,000원)	중~고가 (50,000~200,000원)
적용 대상	소형 전동기 (15kW 이하)	중·대형 전동기, 정밀 보호 필요 설비

09 / KEC 규정

KEC 관련 조항 및 전동기 보호 규정

한국전기설비규정(KEC)은 전동기 보호 설비에 관한 요구사항을 명시하고 있습니다. 특히 KEC 212조(전동기의 보호)는 전동기에 과전류 보호 장치를 설치할 의무와 설치 면제 조건을 구체적으로 규정하고 있어, 열동계전기 선정 및 설치 시 반드시 확인해야 합니다. 또한 전동기 과전류 차단기의 차단 전류 설정 기준도 규정되어 있으므로 MCCB와의 협조 검토가 필요합니다.

KEC 212.6.4

전동기는 과전류로부터 보호하기 위한 과전류 차단기를 시설할 것. 다만 출력 0.2kW 이하는 예외 적용 가능.

KEC 212.6.5

과전류 차단기의 정격 전류는 전동기 정격 전류의 3배 이하로 설정. 기동 전류를 고려한 차단기 적용 필요.

KEC 212.6.6

결상 보호 기능이 없는 열동계전기를 3상 전동기에 적용할 경우, 별도의 결상 보호 장치(결상 계전기)를 추가할 것.

KEC 232.80

전동기 회로의 접지 및 보호 도체 단면적은 주회로 도체에 따라 결정. 열동계전기 설치 위치의 접지 연속성 확보 필요.

📋 KEC 전동기 보호 장치 설치 면제 조건 ① 전동기 과전류 차단기가 전동기 회로 전선의 손상을 방지할 수 있는 경우
② 전동기 자체에 과온도 보호 장치(열보호기, Thermal Protector)가 내장된 경우
③ 출력 0.2kW 이하의 소형 전동기로서 화재 위험이 없는 장소에 설치된 경우
※ 위 조건에 해당하지 않으면 열동계전기 또는 EOCR 설치는 KEC상 의무 사항입니다.

10 / 현장 팁

현장 실무자를 위한 핵심 점검 포인트

열동계전기 관련 현장 트러블의 70% 이상은 전류 설정값 불일치, 단자 조임 불량, 복귀 절차 미준수에서 발생합니다. 아래 현장 팁을 통해 불필요한 트립과 재발을 방지하고 설비 신뢰성을 높이십시오. 특히 하절기 고온 시즌에는 제어반 내부 온도 상승으로 인한 오트립(Nuisance Trip) 사례가 증가하므로 주의가 필요합니다.

🔧

전류 설정 확인 루틴 클램프미터로 운전 전류 실측 → 정격 전류 명판 확인 → THR 다이얼 재설정 (정격 × 1.0~1.1 배)

🌡️

반내 온도 관리 제어반 내부 온도가 40°C 이상이면 THR 보호 특성이 변한다. 환기팬 또는 에어컨 설치로 40°C 이하 유지 필수.

⏱️

냉각 후 복귀 원칙 트립 직후 즉시 Reset 금지. 최소 3~5분 이상 냉각 시간 확보 후 원인 분석 → 조치 → Reset 순서 준수.

🔩

단자 조임 토크 관리 THR 주회로 단자 조임 불량은 접촉 저항 → 발열 → 오트립의 원인. 연 1회 이상 토크렌치로 규정 토크 재조임.

📋

트립 이력 기록 관리 트립 일시, 전류값, 원인, 조치 내용을 기록. 3회 이상 반복 트립 시 EOCR 교체 또는 전동기 정밀 점검 실시.

🔍

절연 저항 정기 측정 전동기 절연 저항은 반기 1회 이상 메거(500V Megger)로 측정. 1MΩ 이하면 권선 교체 또는 재권선 필요.

⚠ 안전 수칙

열동계전기 취급 안전 수칙

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무전압 확인 후 작업 THR 단자 작업 전 반드시 차단기(MCCB) OFF → 검전기로 무전압 확인 후 진행. 저압이라도 감전 위험 있음.

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트립 직후 재기동 금지 바이메탈 고온 상태에서 강제 Reset 후 재기동은 전동기 소손·화재 원인. 원인 확인 후 조치 필수.

🟠

히터 용량 임의 교체 금지 기존 히터와 다른 용량의 히터를 임의 교체하면 보호 불능 또는 오트립. 반드시 정격 히터 사용.

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자동 복귀형 부적절 사용 금지 자동 복귀형(Auto Reset)은 무인 설비에 사용 시 위험. 원격 운전 설비에서는 수동 복귀형(Manual)을 원칙으로 사용.

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FAQ

자주 묻는 질문

Q1. 열동계전기가 자꾸 트립되는데 전류 설정값은 맞는 것 같습니다. 원인이 무엇인가요?

전류 설정값이 맞아도 트립이 반복된다면 제어반 내부 온도 상승을 먼저 확인하십시오. 반내 온도가 40°C 이상이면 바이메탈이 낮은 전류에서도 동작합니다. 또한 단자 조임 불량으로 인한 접촉 저항 발열, 주위 고온 열원(히터, 변압기)에의 열 복사 영향도 점검해야 합니다. 원인을 찾지 못하면 전자식 과전류 계전기(EOCR)로 교체하는 것도 좋은 방법입니다.

Q2. THR 95-96번과 97-98번 단자의 차이는 무엇인가요?

95-96번은 NC(상시 닫힘) 접점으로, 제어 회로에서 MC 코일과 직렬로 연결하여 트립 시 MC를 소자시키는 역할을 합니다. 97-98번은 NO(상시 열림) 접점으로, 트립 시 닫히게 됩니다. 97-98번은 경보 램프·버저 등 트립 표시 회로에 활용합니다. 두 접점을 혼동하여 배선하면 회로가 정상 동작하지 않으므로 배선 전 단자 번호를 반드시 확인하십시오.

Q3. 전동기 정격 전류보다 THR 전류 설정이 클 경우 어떤 문제가 생기나요?

THR 설정값이 전동기 정격 전류보다 지나치게 크면 실제 과부하 상태에서도 트립이 발생하지 않아 전동기 권선이 과열·소손될 수 있습니다. 반대로 너무 작으면 정상 운전에서도 불필요 트립이 발생합니다. KEC 규정에 따라 설정값은 전동기 정격 전류의 115% 이하로 유지하는 것이 원칙입니다.

Q4. 열동계전기 트립 후 바로 복귀(Reset)가 안 되는 이유는 무엇인가요?

트립 직후에는 바이메탈이 아직 고온 상태이기 때문에 복귀 버튼을 눌러도 접점이 다시 닫히지 않습니다. 이는 의도된 안전 기능으로, 충분히 냉각되어야만 복귀됩니다. 일반적으로 3~10분 정도 냉각 시간이 필요하며, 이 시간은 트립 시 전류 크기와 지속 시간에 따라 달라집니다. 냉각 후에도 복귀되지 않으면 THR 자체 고장을 의심해야 합니다.

Q5. 3상 전동기에 열동계전기 대신 THR을 2개만 사용해도 되나요?

3상 전동기의 완전한 보호를 위해서는 3소자형 THR(3상 모두 보호)을 사용하는 것이 원칙입니다. 2소자형은 비용 절감을 위해 사용되기도 하지만, 결상이 된 상이 보호되지 않는 상에 해당하면 결상 보호 기능이 발휘되지 않습니다. KEC에서도 결상 보호 기능이 없는 경우 별도 결상 계전기 설치를 규정하고 있으므로, 가급적 3소자형 또는 결상 보호 내장 모델을 사용하십시오.