3상 단락전류 계산

3상 단락전류란

3상 단락전류는 세 상이 모두 단락될 때 고장점에 흐르는 전류이다.

전원측 임피던스만으로 정해지는 가장 큰 고장전류이며, 차단기 차단용량 산정의 기준이다.

설계와 보호협조의 출발점이라 기술사 시험에 매 회차 반복해서 출제된다.

계산 순서

계산은 다섯 단계로 진행된다. 먼저 기준용량과 기준전압을 정한다.

전원, 변압기, 선로의 임피던스를 기준용량 기준 %값으로 환산하고 합성한다.

합성 %Z로 기준전류 I_n을 구한 뒤 단락전류를 구한다.

모든 임피던스는 같은 기준용량으로 환산한 뒤 합성해야 단락전류가 맞다.

예제 계산

가상의 예로 10 MVA, 2차 정격전압 0.4 kV 변압기를 보자.

정격전류는 용량을 √3·Vn으로 나눈 값이다. 대입하면 약 14434 A다.

단락전류는 100/%Z에 정격전류를 곱해 구한다. %Z가 작을수록 전류가 커진다.

%Z가 작기 때문에 저압 변압기 2차 단락전류는 매우 크게 나온다.

실제 설계에서는 선로 임피던스를 더하므로 이보다 작게 나온다.

단락용량과 차단용량

차단기 선정에서 자주 헷갈리는 것이 단락용량과 차단용량이다.

두 용량 모두 √3·V·I_s로 구하지만 전압 기준이 다르다.

단락용량은 공칭전압, 차단용량은 정격전압을 기준으로 한다.

차단기 차단용량은 단락용량보다 커야 한다.

흔한 실수

계산에서 흔한 실수 세 가지를 짚어 보자.

첫째, 기준 용량을 바꾸지 않은 채 %Z를 더하는 것이다. 모든 %Z는 같은 기준 MVA로 환산해야 한다.

둘째, 단락점의 전압 기준을 잘못 잡는 것이다. 저압 단락점은 단락점의 정격전압을 기준으로 한다.

셋째, 전동기 기여를 빠뜨리는 것이다. 단락 직후 전동기는 전류를 공급하므로 합산해야 한다.

단락용량과 차단용량의 전압 기준을 바꿔 쓰는 실수도 자주 나온다.

정리

3상 단락전류 계산의 핵심을 정리한다.

정상분 임피던스로 구하고, 기준 용량으로 %Z를 맞춘 뒤 합산한다.

단락용량과 차단용량은 전압 기준이 다르다. 차단기 차단용량은 단락용량보다 커야 한다.