승강기 안전부품 수명평가 방법에 관한 연구Ⅶ
Studies on Methods to Assess The Life Expectancies of Safety Components for Lifts

연구기관 : 한국승강기안전센타
책임연구원 : 전해진 / 연구원 : 이종철, 이선순, 한익권, 박승태, 윤우진, 최성욱, 박일신

6.7 이동케이블

6.7.1 개요
승강로 내 레일을 따라 상하로 주행하는 카와 기계실에 설치된 제어반 사이에 연결되어 신호나 전압을 송·수신하는 이동케이블의 수명인자를 조사·분석하여 이동케이블의 수명연장에 도움을 주고자 한다.

6.7.2 수명에 영향을 미치는 인자
이동케이블의 수명은 일반적으로 환경조건, 설치상태, 사용빈도 등에 영향을 받는다. 이동케이블의 여러 수명인자 중, 다음에 열거하는 사항은 이동케이블에 치명적인 영향을 미치는 인자들이다.

(1) 최대운행속도 및 승강행정(매달린 길이)
카의 최대 운행속도 및 승강행정에 따라 케이블이 터지거나 갈라짐, 단선 또는 혼선을 촉진시키는 요인이 되므로, 수명연장을 위해서 다음 규정에 따라 사용하는 것이 바람직하다.
■보강선이 없는 케이블인 경우 : 최대 운행속도가 150m/min 이하이고, 행정거리(매달린 길이)는 60(35)m 이하인 곳에 사용하는 것이 바람직하다.
■보강선이 있는 케이블인 경우 : 최대 운행속도가 151~600m/min이고, 행정거리(매달린 길이)는 61~150(36~80)m인 곳에 사용하는 것이 바람직하다.

(2) 시스의 재료에 포함된 불순물
불순물이 포함된 재료로 시스를 만든 케이블은 불순물이 없는 재료로 시스를 만든 케이블보다 수명이 20~30% 정도 단축된다.

(3) 충진물의 종류
선심군 내부에 충진물을 넣어 케이블의 유연성을 증가시키는 역할을 하는데 그 충진물이 분말인 경우는 윤활유인 경우보다 수명이 1/3 정도 단축된다(수명 : 분말인 경우 200만회, 윤활유인 경우 300만회).

(4) 스트링이 없는 경우
전선의 가닥 꼬임사이의 공간에 스트링으로 채워져 제작되었는 지 여부에 따라 수명이 좌우되는데, 스트링이 없는 케이블은 있는 케이블보다 수명이 단축된다.

(5) 이물질
분진 및 수분 등 이물질이 케이블에 부착되어 시스를 산화 및 열화시켜 시스에 터짐, 갈라짐 등이 발생되어 수명을 단축시킨다.

(6) 승강로 내부 온도
승강로 내부의 온도가 지나치게 높거나 낮으면 그로 인해 시스 및 선심에 열화, 터짐, 갈라짐 등이 발생되어 수명을 단축시킨다. 수명연장을 위한 승강로 내부의 권장온도는 -5。C~40。C이다.

(7) 구부림경
스트링이 있는 케이블인 경우에는 자연 구부림 경이 300~350mm가 적당하고, 보강선이 있는 케이블인 경우, 자연 구부림 경보다 작으면, 하부 구부림 경이 승강로 벽체와 간섭이 발생되어 시스의 마모를 가져와 수명을 단축시킨다.
[비고 1 시스] 특히 전기적 안전성 또는 내구성을 요하는 전선 또는 케이블의 어떤 형태를 유지하기 위하여 절연체 위에 일정 두께로 2중 혹은 3중으로 절연물체를 가공하여 덧씌우고, 절연체를 보호하는 전선의 2차 절연피복을 말한다.
[비고 2 보강선] 전선의 일단이 기기에 부착되어 상승 및 하강운동을 지속적으로 반복하는 전선에 대하여 장력으로 인한 파손으로부터 보호할 목적으로 KS D 3509에 규정하는 피아노선 또는 KS D 3703에 규정하는 스테인리스 강선 등을 일정 규모로 연합한 것을 케이블 내부 적당한 위치에 선심과 평행으로 배열하는 강선을 말한다.

6.7.3 수명관련식
Y~=~3000000 over {(d~×~h~×~n)}~…~(6.7.1)
여기서,
Y : 사용수명(년)
n : 작동회수(회/hr)
h : 사용시간(hr/일)
d : 사용일수(일/년)

6.7.4 사용수명
케이블의 사용수명은 환경조건, 사용빈도, 시스의 재료, 스트링의 유무, 충진물의 종류, 구부림 경 등에 따라 차이는 있으나, 일반적인 이론 수명은 표 6.19와 같다(▶참조 : 표 6.19 ‘이동케이블 이론수명’).

6.7.5 관리요령

6.7.5.1 설계시 고려사항
(1) 설계시 표 6.20와 같이 카의 행정거리(매달린 길이) 및 최대운행속도를 고려하여 이동케이블을 선정하는 것이 바람직하다(▶참조 : 표 6.20 ‘이동케이블 행정거리 및 최대 운행속도).
(2) 불순물이 없는 재료로 제작된 시스를 사용한 케이블을 사용하는 것이 바람직하다.
(3) 선심군 내부에 넣는 충진물이 분말형태로 되어 있는 경우에는 수명이 단축되므로, 사용을 금지하며 윤활유로 충전된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
(4) 전선가닥의 꼬임 사이의 공간에 스트링으로 제작된 케이블을 사용하는 것이 바람직하다.
(5) 구부림 경은 자연 구부림 경으로 설계하는 것이 바람직하다.

6.7.5.2 관리시 고려사항
(1) 이동케이블이 승강로 벽 또는 바닥에 간섭되는지를 확인하고, 간섭이 발생되지 않도록 유지관리 하는 것이 바람직하다.
(2) 이동케이블에 분진이나 수분 등의 이물질이 묻어 있는지를 확인하고, 항상 이동케이블의 청결상태가 유지되도록 관리하는 것이 바람직하다.
(3) 여름철이나 겨울철 승강로 내부의 온도를 수시로 점검하여, 이동케이블의 갈라짐, 열화 등을 방지하도록 유지관리하는 것이 바람직하다.

6.8 가이드 슈 및 가이드 롤러

6.8.1. 개요
카와 균형추의 상·하·좌·우에 설치되어, 주행시 레일을 따라 카가 안내되도록 위치를 지지해 주는 현가장치로서, 가이드 슈(깁)와 가이드 롤러가 있다.
저속용 승강기의 경우 가이드 슈(깁)를 사용하고, 고속 또는 큰 용량의 승강기 경우, 부드러운 주행과 마찰감소 등의 이유로 가이드 롤러를 현가장치로 사용한다.
본 연구는 카를 안내하는 역할을 하는 가이드 슈(깁)와 폴리에스테르 계(系) 우레탄 고무를 사용한 가이드 롤러의 수명에 영향을 미치는 인자를 이론적으로 분석하고, 또한 현장조사를 통해 가이드 슈(깁)와 가이드 롤러의 수명연장에 도움을 주고자 한다.

6.8.2 사용주기 실태조사
보수대수 600대 이상인 전국 보수업체 중 70여 업체를 선정하여 설문조사한 결과 가이드 슈(깁)의 최대수명과 평균수명은 각각 그림 6.76과 6.77과 같다.
가이드 슈의 교체주기는 그림 6.78과 같이 3~4년 30%, 5~6년 28%, 7~8년 18%로 3~8년 사이에 교체하는 것이 대부분을 차지하며, 또한, 교체주기는 3~6년으로 조사되었다.

6.8.3. 수명에 영향을 미치는 인자

6.8.3.1 가이드 슈(깁)
가이드 슈(깁)는 레일을 감싸는 형태로, 가이드 레일에 직접 접촉하여 미끄러지는 부분으로 가이드 레일과 직접적인 접촉에 의한 마모가 슈(깁)의 수명을 단축시키는 주된 요인이다. 수명에 영향을 미치는 인자는 아래와 같다.

(1) 인장강도 : 어느 정도의 충격이나 하중에도 슈(깁)에 금이 가거나 파손이 되지 않도록 충분한 인장강도를 가져야 한다.
(2) 경도 : 마모 또는 레일의 손상과 관련이 있는 경도가 너무 낮은 경우, 마모가 쉬워 수명이 짧아지고, 경도가 너무 높은 경우, 레일의 손상으로 엘리베이터의 승차감, 레일의 수명 등에 영향을 미치게 된다.
(3) 내유성 : 슈(깁)는 기름의 윤활을 받으면서 가이드 레일에 접촉하여 미끄러지므로, 슈(깁)를 오랜 시간동안 기름에 담근 후에도 슈(깁)가 가지는 성능이 유지되도록 하여야 한다.
(4) 내마모성 : 오랜 시간 반복되는 운행에 의해 자주 발생하는 현상으로 유막을 형성하지 못한 가이드 레일과 가이드 슈(깁)와의 접촉, 공급 오일 중의 연마 입자, 오일 유막의 파괴, 오일과 첨가제 성분에 의한 화학적 마모가 대부분이다.

6.8.3.2 가이드 롤러
가이드 롤러는 카 운행을 안내하는 역할을 하는 동시에 충격을 완화하는 역할을 한다. 운행 중 발생하는 충격을 완화하기 위해 스프링을 가이드 롤러에 설치하고, 롤러 휠에 내마모성 및 충격 흡수성이 있는 폴리에스테르 계(系) 우레탄을 접착하였다. 가이드 롤러의 수명에 영향을 미치는 인자는 아래와 같다.

(1) 작용하중 : 우레탄의 작용 하중은 아래 식으로 계산된다.
W~=~4 over 3~×~α~×~3G~×~D sup 0.5~×~δ sup 1.5~×~B over t~…~(6.8.1)
여기서,
W : 작용하중
α : Tire의 형상률
D : Tire의 외경
δ : 변형률(두께의 1%)
G : 탄성률
t : 우레탄의 두께
B : 우레탄의 폭
지지하는 하중이 클수록, 하중분산을 위하여 직경이 큰 가이드 롤러를 사용하여야 한다. 하중분산이 적절하지 못하면, 타이어부에 부착된 폴리우레탄이 이탈되는 박리현상과 표면이 갈라지는 파열현상이 발생하게 된다.
(2) 부싱의 윤활불량 : 가이드 슈(깁)과 달리 가이드 롤러는 가이드 레일에 직접 접촉하여 일정한 힘으로 접하므로 타이어가 레일에 알맞게 물렸는지, 정렬이 올바른지 검사를 하여야 한다. 가이드 레일에 접하는 힘이 과중할 경우, 롤러에 박리, 파열 또는 이상 마모가 발생할 수 있다. 가이드 레일에 정렬된 가이드 롤러의 부싱이 윤활되지 않으면 롤러는 정렬불량이 되고, 우레탄에 과잉마모가 발생하게 된다.
(3) 물에 의한 폴리우레탄의 열화 : 수산기(-OH)를 가지고 있는 폴리우레탄은 장시간 물에 노출되면 침식이 발생하므로 승강로에 누수가 발생할 경우, 가수분해방지제를 첨가하지 않은 폴리우레탄은 열화된다.

6.8.4. 관리요령

6.8.4.1 설계시 고려사항
(1) 가이드 슈(깁) : ① 내마모성, 저마찰계수 및 비흡수성이 우수한 특성을 갖춘 재료를 사용하여야 한다.
② 인장강도의 시험방법은 KS M 3006(플라스틱 인장성 측정방법)으로, 경도시험은 KS M 3015(열경화성 플라스틱 일반 시험방법)에 따라 인장강도는 19.6MPa 이상이어야 하고, 경도는 HRR40 HRR80이어야 한다. 경도가 너무 높은 경우는 레일의 손상을 야기하게 된다. 내유성 시험에 의한 무게 변화 및 경도 변화를 각각 -7~5%, 6%이내 이어야 한다. 또한, 마모시험에서는 엘리베이터가 주행 중, 가이드 레일의 마찰에 의하여 슈(깁)가 마모되므로, 일반적인 플라스틱 마모시험 방법인 레버식 마모시험기로 시험을 하여 슈(깁)의 마모 감량이 20mg 이내가 되도록 설계한다.
(2) 가이드 롤러 : ① 폴리우레탄을 사용한 가이드 롤러보다 소음과 진동을 더 줄이고자 한다면 네오프렌(Neoprene)을 사용한다.
② 가이드 롤러에 가해지는 하중이 클수록, 하중분산을 위해 더 큰 직경의 가이드 롤러로 설계하여야 한다.
③ 롤러에 가해지는 하중이 클수록, 탄성률이 큰 우레탄 재질을 선택하고, 롤러의 직경 및 폭을 크게 하고, 롤러의 우레탄 두께를 작게 설계하여야 하나, 우레탄 두께는 소음 및 충격을 완화시킬 수 있는 최소 두께로 설계되어야 한다.

6.8.4.2 유지관리시 고려사항
(1) 가이드 슈(깁) : 가이드 레일에 먼지의 누적, 산화, 온도와 습도의 변화 등은 유막이 가이드 레일에서 형성되지 않으면 슈(깁)에 마모가 발생함으로, 오일이 가이드 레일에 충분히 공급될 수 있도록 오일공급장치와 가이드 레일을 유지관리 하여야 한다.
(2) 가이드 롤러 : ① 부싱을 윤활관리하지 않으면, 정렬된 가이드 롤러가 정렬불량이 되며, 타이어에 이상마모 또는 과잉마모가 발생하게 된다. 부싱은 월 1회 윤활상태를 점검하고 윤활유를 공급하는 것이 좋다.
슈(깁)방식의 경우 지속적으로 윤활유를 공급하여 슈(깁)와 가이드 레일간의 마찰을 줄이고, 가이드 레일에 녹이 생기는 것을 방지한다. 그러나 가이드 롤러를 사용하는 방식에서는 롤러와 레일간의 마찰을 줄일 필요가 없기 때문에 윤활유를 사용하지 않아 레일에 녹이 발생할 우려가 있으므로 가이드 레일에 녹이 발생하지 않도록 유지관리를 하여야 한다.
② 폴리우레탄은 물에 약하므로 가수분해방지제를 첨가하지 않은 폴리우레탄을 사용한 가이드 롤러를 사용할 경우, 승강로내 누수가 생기지 않도록 승강로를 유지관리하여야 하며, 폴리우레탄에 가수분해방지제를 첨가하여 물에 의한 타이어의 열화를 방지하여야 한다.■

6.9 도어 인터록

6.9.1 개요
인터록(Interock)이란 승강장 도어가 완전히 닫히지 않으면 엘리베이터 운행을 정지시키는 전기적 접점과 승강장에서 도어를 열 경우, 별도의 열쇠 없이는 도어를 열 수 없도록 한 잠금장치로 구성된 도어 안전장치를 말한다. 인터록 장치에 있어서 잠금장치의 Hook부, 인터록 스위치 베이스의 절연상태, 전기적 부식과 마모 등은 인터록 고장의 대부분을 차지함으로 여기서는 인터록 스위치의 수명에 영향을 미치는 인자에 대해 기술하기로 한다.

6.9.2 사용주기 실태조사
보수대수 600대 이상인 전국 보수업체 중 70여 업체를 선정하여 인터록 스위치의 수명에 관한 설문조사를 실시한 결과 최대수명과 평균수명은 각각 그림 6.79와 6.80과 같다.
인터록의 교체주기는 그림 6.81과 같이 부하조건, 환경조건, 사용빈도, 설치상태 등에 따라 차이가 있으나, 3~4년 33%, 5~6년 39%, 7~8년 14%로 대체로 3~6년 사이에 교체하는 것으로 조사되었다.

6.9.3 수명에 영향을 미치는 인자
인터록 스위치의 수명은 일반적으로 환경조건, 설치상태, 사용빈도 등에 영향을 받는다. 따라서 인터록 스위치의 수명에 영향을 미치는 인자는 다음과 같다.
(1) 잠금장치의 Hook부 및 회전부의 변형이나 마모 : 잠금장치용 걸쇠부의 물림 길이가 작아(물림길이가 7[mm] 미만으로 설치) 승강장에서 외력으로 승강장 도어를 열 경우에는 Hook부가 변형되거나 또는, 회전부의 마모로 인하여 잠금기능이 상실되어 수명을 단축시킬 수 있다.
(2) 인터록 스위치 베이스의 절연상태 : 인터록 접점이 부착된 판스프링을 고정시켜주는 스위치 베이스가 절연을 유지시키는데, 부적합한 재료를 사용할 경우에는 전류가 누전되어 유지관리자에게 치명적인 사고를 유발시키므로 수명이 단축된다.
(3) 전기적인 부식 및 마모 : 내아크성이 200[sec]보다 작거나, 내전압이 17[kV/mm]를 초과하거나 또는, 표면 고유저항이 6.03~10<SUPERSCRIPT>15<NORMAL>[Ω] 미만인 경우에는 접점간의 방전 에너지가 크기 때문에 전이나 마모를 유발시켜 접촉기능이 불량하여 수명단축의 요인이 발생된다.

6.9.4 수명 관련식
Y~=~1000000 over {d~×~n}~………~(6.9.1)
여기서,
Y : 사용수명(년)
d : 사용일수(일/년)
n : 하루반복횟수(회/일)

6.9.5 이론수명
인터록 스위치의 사용수명은 환경조건, 사용빈도, Hook의 변형 및 회전부의 마모, 스위치 베이스의 재료, 전기적인 부식 및 마모 등에 따라 차이는 있으나 일반적인 이론수명은 표 6.21과 같다(▶참조 : 표 6.21 일반적 이론수명).

6.9.6 관리 요령

6.9.6.1 설계시 고려사항
(1) 스위치 베이스의 재료가 절연 유지에 적합한 재료를 사용해야 하며, 일반적으로 에폭시(Epoxy[EP-750])나 이와 동등한 재료가 바람직하며, 페놀계 수지는 사용하지 않는 것이 바람직하다.
(2) 내아크성이 200[sec] 이상, 내전압이 14~17[kV/mm] 미만, 표면 고유저항이 6.03~10 15[Ω] 이상이 되도록 설계시 고려하여야 한다.

6.9.6.2 유지관리시 고려사항
(1) 인터록의 Hook부가 변형 및 회전부의 마모에 의한 작동여부를 확인하여야 한다.
(2) 인터록 스위치의 접점을 주기적으로 청소하고 접점과 접촉자의 표면이 부식 되어 있으면, 연마지를 이용하여 매끄럽게 한 다음, 헝겊으로 닦아야 한다.
(3) 승강로 내에 습기나 이물질이 인터록 스위치에 묻지 않도록 스위치 커버를 부착 하여야 한다.■

6.10 예측수명 종합비교
승강기 부품의 수명은 적재용량, 사용빈도, 사용환경, 설계조건, 설치상태 및 보수유지관리 등에 많은 영향을 받으므로, 이론수명과 사용수명은 상당한 차이가 있으며, 또한, 제조업체나 보수업체의 재료, 가공정도, 조립상태 및 설계수명 등에 따라 상당한 차이가 있다. 그러므로 사용(예측)수명을 일률적으로 정하는 것은 매우 어려운 문제이다.
보수 및 유지관리시 사용(예측)수명이 정립되지 않아, 예방정비 및 예지정비에 많은 어려움이 있기 때문에 이를 보완하기 위해서 제6장의 내용(▶참조 : 본지 2003년 4월호부터 이번호까지의 게재분)을 근거로 승강기 부품의 예측수명을 정립한 결과는 표 6.22과 같다(▶참조 : 57~59페이지의 표). 하지만, 예방정비 및 예지정비를 할 경우, 13.2항의 폐기(교체)기준을 참고로 하여 정비계획을 수립하는 것이 바람직하다.