안녕하세요, 이번 포스팅은 전력공학 발전기 고장 계산 이해 내용으로 작성하도록 하겠습니다.
전기 업무를 하시거나 전기 보전 업무를 하시는 분들이 게는 정말 필요한 고장 계산 중에 발전기 고장 계산에 대해서 꼭 알아가시는 걸 추천드립니다.
발전기 고장 계산 종류
: 전기에는 고장 전류가 크게 단락과 지락이 있습니다.
단락은 선이 서로 접해서 저항이 ‘0’ 이 되어 전류가 무한대로 흐르는 현상이며, 지락은 한 선이 땅이나 다른 접지된 기기에 접하여 해당 저항이 낮은 쪽으로 흐르는 현상으로 인해 전류가 커지는 현상입니다.
이렇게 전류가 커지게 되면 전류의 허용 전류를 넘게 되고 기기 또한 과도한 전류로 인해 피해를 볼 수 있습니다.
고장 전류 중에 발전기 고장 종류로는 일반적으로 1선 지락, 2선 지락, 선간 단락, 3상 단락 고장이 있습니다.
– 발전기 고장 종류
- 1선 지락 고장
- 2선 지락 고장
- 선간 단락 고장
1선 지락 고장
: 1선 지락 고장의 경우에는 a상이 지락이 되는 현상을 말합니다.
이렇게 a상이 지락이 되게 되면 Va 는 0이 되고 b상과 c상의 전류도 0이 됩니다.
여기에서 b상과 C상의 전류를 대칭좌표법을 이용해서 표현해 주면 다음과 같습니다.
대칭좌표법으로 표현한 Ib, Ic 를 다음과 같이 서로를 빼주면 I1과 I2의 값이 동일한 것을 확인할 수 있습니다.

I1 과 I2의 값이 동일하기 때문에 I1으로 다 통일해서 다시 Ib의 대칭좌표법 식을 변환을 해서 구하면 I0과 I1 이 동일하다는 것을 확인할 수 있습니다.

즉, I0=I1=I2 이기 때문에, a 상의 전류의 식에 넣어서 정리를 해보면 I0 (지락전류) 은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

이렇게 구한 I0(지락전류) 를 발전기 기본식으로 적용을 해보면 다음과 같은 정리해 볼 수 있습니다.


여기에서 Va=0 이고 I0=I1=I2이라는 점을 적용을 하면 1선 지락 시 지락 전류 및 b, c 상의 전압을 구할 수 있습니다.

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2선 지락 고장
: 2선 지락 고장의 경우에는 b상과 c상에 지락이 발생한 경우입니다.
2선 지락 고장 시에는 b, c 상의 전압이 0이 되고 a상의 전류는 0 이 됩니다.
이를 전압 대칭분으로 정리를 해보면 다음과 같이 V0을 구할 수 있습니다.

이를 발전기 기본식에 적용하면 I0 를 먼저 구할 수 있습니다.


또한 발전기 기본식에 적용하면 I1, I2 도 다음과 같이 구할 수 있습니다.

그리고 나서 2선 지락 대칭분 전압은 다음과 같이 도출 할 수 있습니다.

그리고 지락 전류 Ib와 Ic는 다음과 같이 도출할 수 있습니다.

선간 단락 고장
: 선간 단락의 경우에는 b상과 c상이 단락된 경우를 말합니다.
b상과 c상이 단락이 되게 되면 a상 전류가 ‘0’이 되고, b상의 전류가 c 상의 전류의 마이너스 분과 동일한 값을 가지게 됩니다.
그리고 이로 인해 b상의 전압과 c 상의 전압이 동일하게 됩니다.
먼저 대칭분 전압과 전류를 구하면 다음과 같습니다.



대칭분 전압과 전류를 기반으로 발전기의 기본식을 이용하며 일단 I0, I1, I2, V0, V1, V2 를 구하셔야 합니다.

위에 도출한 I0, I1, I2, V0, V1, V2 를 이용하여 각 상의 전류와 전압은 아래 공식을 통해서 구할 수 있습니다.

3상 단락 고장
: 마지막으로 3상 단락 고장입니다.
3상 단락 고장의 경우에는 3상이 모두 단락이 된 상황입니다.
3상이 모두 단락이 되게 되면 각 상의 전압이 모두 0이 됩니다.
이것을 좀 더 자세히 보려면 대칭분 전압을 계산하면 대칭분 전압이 0이 되게 됩니다.
대칭분 전압이 ‘0’ 이라는 전제하에 대칭분 전류를 계산 및 각 상의 전류를 구하면 다음과 같이 구할 수 있습니다.

함께 보면 도움이 되는 글
여기까지 작성하도록 하겠습니다. 지금까지 전력공학 발전기 고장 계산 이해 대해서 작성해 보았습니다.
각 고장 발생 시 a,b,c 상의 전류와 전압의 변화를 확인해서, 대칭분 전압과 전류를 구하고 이를 발전기 기본식에 적용을 하면서 고장 전류 값을 도출하실 수 있을 겁니다.
저도 기존에 알고 있던 식임에도 다시 보니까 새로운 느낌이 드네요.
자주 해당 공식을 사용해보고 공부해야겠습니다. 감사합니다.