3상 단락전류 계산 - 오옴[Ω]법, 퍼센트임피던스법(%Z)

▣ 단락전류 계산 목적

  ⊙ 계통이나 회로에서 큰 전류가 흐를 때는 단락이 발생했을 경우인데, 이 큰 전류가

      기기에 영향을 주지 않도록 차단기를 사용하여 막아 주어야 하는데 차단기의 용량을

      결정하기 위하여 단란전류를 계산하게 된다.

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1. 고장의 종류

   ① 단선사고 - 전선이 끊어지는 것, 끊어진 선이 지락사고로 이어진다.

   ② 지락사고 - 계통사고 중에서 가장 많이 발생하는 사고

   ③ 단락사고 - 전선과 전선이 연결되는 사고

고장종류

 ※ 차단기 : 가장 큰 전류인 3상 단락전류를 대상으로 한다. 3상 단락전류를 차단할 수

                있으면 다른 지락전류, 선간단락 전류도 차단할 수 있기 때문이다.

                따라서 시험에서도 3상 단락전류가 나온다.

【단락전류의 특징】

  ⊙ 선간단락(2선), 3상 단락이 있다.

  ⊙ 전류가 대단히 크다.

  ⊙ 뒤진(지상) 전류가 흐른다.

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2. 3상 단락전류 계산

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가. 오옴(Ω)법

▣ 기기, 선로 등 회로 각 부문의 임피던스의 오옴(Ω)값을 직접 사용하여

    고장시 단락전류를 계산하는 방법이다.

위 그림에서 전기기기 시간에 발전기의 전기자 임피던스를 부하에 가는 중간에 표시하였다.

위 그림에서 임피던스는 선로 임피던스라기 보다 발전기의 전기자 임피던스를 의미한다.

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※ 정격전류 : 현재 쇼트가 나지 않은 정상적인 상태에서 부하에 흐르는 전류를 말한다.

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① 정격전류를 구해보자.

② 단락전류를 구해 보자

▣ 송전계통에서 단락이 발생하면 전류가 부하까지 흐르지 못하고 단락된 지점까지만

    흐르게 된다. 따라서 단락전류를 구할 때 임피던스는 단락지점에서 전원쪽에 있는

    임피던스만 고려하여 계산하게 된다.

※ 임피던스 Z = r + jx 인데 송전선로에서 저항(r)은 무시해도 좋은 만큼 작으므로 송전

   계통에서는 리액턴스만 고려하는 L만의 회로로 간주해도 된다. 따라서 L만의 회로에

   서는 전류가 전압보다 90˚ 늦은 지상(늦은) 전류가 흐르게 된다.

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③ 단락의 정의

  ▣ 임피던스가 최소인 상태로 접촉되어 있을 때 그 부분을 통하여 흐르는 큰 전류

④ 단락전류는 단락지점까지만 흐른다. 부하쪽으로는 임피던스가 크므로 흐르지 않는다.

⑤ 단락 전과 후의 전원전압은 변하지 않는다.(불변이다)

⑥ 단락전류의 크기는 전원전압에 의하여 결정된다.

⑦ 단락비 : 단락되기 전의 정격전류와 단락된 후 단락전류와의 비율을 단락비라고 한다.

3. 정격용량(=발전기 용량)

발전기 용량

※ 발전기 용량 (=정격용량)

  ▣ 용량이란 전력을 말한다.

    ⊙ 용량 [VA] = 전력[W] = 전압[V] × 전류 [A]

가. 정격용량 (=발전기용량)

   ▣ 고장전 발전기에서 부하에 공급할 수 있는 전력을 말한다.

나. 단락용량

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  ▣ 단락사고가 난 후 발전기에서 단락지점에 공급할 수 있는 전력을 말한다.

고장(단락)이 났다 하여도 3상 전력계통은 변하지 않고 그대로 이고 공급전압도 변하지

않고 그대로 이며 흐르는 전류만 변하게 된다. 부하에 흐르지 않고 단락된 상태에 전선에

전류가 흐르므로 단락전류는 큰 전류가 흐르게 된다.

※ 따라서 큰 단락전류에 의하여 단락용량은 매우 큰 용량이므로 단위를 대부분 [MVA]를

사용한다.

다. 차단기 용량

※ 차단기 용량은 최소 단락용량과 같거나 커야 한다.

    단락전류는 매우 큰 전류인데 이 전류가 기기에 영향을 주지 않도록 차단기가 차단을

    해야 하는데 차단기 용량이 단락용량보다 작을 경우 단락이 발생하였을 때 단란전류에

    차단기가 타 버리고 차단을 하지 못하게 될 수 있으므로 차단기용량은 단락용량 보다

    같거나 커야 한다.

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【오옴[Ω]법 요약】

4. 퍼센트 임피던스(%Z)법

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▣ 전기기기, 선로 등의 임피던스를 오옴 대신에 퍼센트임피던스(%Z)로 표시한

    %Z를 사용하여 고장 전류를 계산하는 방법이다.

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가. 퍼센트 임피던스 (%Z)

   ▣ 정격 상전압에 대한 임피던스(Z) 전압강하(In·Z)의 비율을 백분율로 나타낸 값이다.

【 %Z 법 요약정리】​