전력공학 단락 고장 전류 계산 방법

안녕하세요, 이번 포스팅은 전력공학 단락 고장 전류 계산 방법 대해서 작성하도록 하겠습니다.

전기 엔지니어라면 단락 고장 전류에 대해서 빈번하게 들어보셨을 겁니다.

왜냐하면 가장 조심해야 하고 예방을 해야 하는 사항이며, 시스템 스터디를 통해서 미리 검토를 해야 하는 상황입니다.

그럼 전력계통 분석을 하는 엔지니어라면 단락 고장 전류 계산을 해보셔야 합니다.

단락 전류 고장 전류란

: 먼저 단락 전류, 단락 고장 전류라고 부르는 고장 전류란 어떤 것인지 알아보도록 하겠습니다.

송전선로, 배전선로 등 전기 회로에는 지락 또는 단락 등의 다양한 사고가 발생할 수 있습니다.

그리고 이 지락전류, 단락전류를 미리 검토를 해야지만 해당 전류를 견디는 기기를 구매하거나 케이블을 구매할 수 있습니다.

즉 지락전류나 단락전류가 어느정도 흐를 것인지 계산할 수 있어야 고장을 대비할 수 있는 설비를 설계할 수 있는 것입니다.

그리고 이런 지락 전류와 단락전류 계산을 통해서 차단기의 용량 및 보호 계전기의 설정치를 정할 수 있습니다.

전기기사 시험 문자에 나오는 문구를 인용해서 말씀드리면 단락 고장 전류 계산을 통해서 차단기의 용량 결정, 보호 계전기의 정정, 기기에 가해지는 전자력의 크기를 구할 수 있습니다.

– 단락 고장 전류 계산 목적

케이블 및 기기 보호
차단기의 용량 결정
보호 계전기의 정정
기기에 가해지는 전자력의 크기

그리고 추가적으로 단락 고장 전류 계산 방법에는 옴(Ω)법, % 임피던스법, PU 법이 있습니다.

– 단락 고장 전류 계산 방법

옴(Ω) 법
% 임피던스법
PU 법

옴(Ω) 법

그럼 단락 고장 전류 계산 방법 중 옴(Ω) 법 대해서 먼저 설명드리도록 하겠습니다.

사실 저는 개인적으로 옴법과 % 임피던스법을 많이 사용을 합니다.

옴법은 전압이 V=IR이라는 공식을 이용하여 전압을 ‘임피던스로 나누어 단락 전류’ 구하는 방법입니다.

참고로 여기서 V는 단락점의 선간전압, Z는 단락지점에서 전원 측을 본 계통 임피던스를 의미합니다.

위에서 잠깐 설명드린 대로 회로는 하나로만 이뤄져 있지 않고 여러 개 회로로 연결이 되어 있을 수 있습니다.

그래서 고장 회로의 전압에 맞게 다른 회로도 환산을 해줘야지만 제대로 된 고장 전류 값을 구할 수 있습니다.

이를 위해서는 변압기 권수비(전압비)를 고려해 환산점에서 권수비(전압비)의 제곱만큼 곱하거나 나누어 주셔야 합니다.

또한 변압기 결선이 Δ결선인 경우 Y결선으로 전환을 해주셔야 합니다.

– 옴(Ω) 법

변압기 권수비(전압비) 고려 후 환산점에서 권수비(전압비)에 맞게 곱하거나 나눠줘야 함
변압기 결선이 Δ결선인 경우 Y결선으로 전환해줘야 함

나중에 설명한 % 임피던스법도 기준용량을 정하는 등 모든 회로가 동일한 기준으로 계산을 해줘야 정확한 값을 도출할 수 있습니다.

그래서 옴법으로 고장 전류를 계산하실 때는 임피던스 값이 옴이기 때문에 고장점의 회로 전압과 다른 전압의 회로에 있는 임피던스를 고장 회로의 전압으로 환산을 꼭 해주셔야 합니다.

% 임피던스 법

1) % 임피던스 법이란

: 그럼 다음은 % 임피던스 법 대해서 설명 드리도록 하겠습니다.

%임피던스 법은 정말 많은 엔지니어들이 사용하는 방법으로 임피던스의 % Z값으로 계산하는 방식입니다.

% 임피던스는 전압을 변환하는 작업이 필요 없어 개인적으로는 옴법보다는 더 편한 거 같습니다.

%임피던스 법에선 임피던스가 주어지면 % Z로 변환은 해주셔야 합니다.

간혹 전기기사나 회로도에 %Z 가 아닌 임피던스가 주어지는 경우가 있는데 이럴 경우에는 임피던스 Z [Ω]를 % Z으로 변환을 해주셔야 합니다.

여기에서 잠깐 % Z 에 대해서 간단하게 설명 드리도록 하겠습니다.

%Z 란 E [V]의 정격전압이 인가되어 있는 회로에 정격전류 I [A]가 흐르면 ZI [V]의 전압강하가 생기게 되는데 이렇게 임피던스에서 발생하는 전압강하 ZI [V]가 회로의 정격전압인 E [V]에 대해 몇 [%]인지에 대한 비율을 나타낸 게 바로 % 임피던스, % Z입니다.

그리고 정격 전류를 이 % Z를 나눈 값이 바로 Is 단락 전류가 되는 것입니다.

추가적으로 정격용량을 %Z 를 나눈 값은 단락용량이 됩니다.

참고로 In은 정격 전류입니다.

위에서 설명드린 대로 일단 % Z으로 변환을 하기 위한 기준 용량이 필요합니다.

여기에서 말하는 기준 용량은 회로에서 나타난 용량을 잡아도 되고 계산하기 쉽게 임의로 잡으셔도 됩니다.

이렇게 기준용량을 잡았다면 기준용량 기준으로 % Z를 환산을 해주시면 돼 빈다.

예를 들어 기준 용량이 100 kVA인데 TR (Power Transformer) 용량이 200 kVA이라면 해당 % Z에 2를 곱해주시면 됩니다.

그리고 이렇게 변환한 % Z를 다 더해주시면 계산 준비는 완료가 된 것입니다.