단락용량 증대 및 경감대책

단락용량이란

단락용량 증대는 계통이 커질수록 고장 시 단락전류가 늘어나는 현상이다.

단락용량은 고장점에서 공급할 수 있는 최대 단락전류와 정격전압의 곱이다.

연계가 늘어 임피던스가 작아지면 단락용량은 커지고, 차단기 차단용량을 넘을 수 있다.

원리: 임피던스가 전류를 정한다

고장전류는 고장 전압을 등가 임피던스로 나눈 값으로 근사한다.

임피던스가 작을수록 전류가 커지므로, 연계로 임피던스가 줄면 단락전류가 늘어난다.

등가 임피던스를 키우면 고장전류가 줄어든다. 리액터가 바로 그 역할을 한다.

문제: 차단용량 초과

차단기는 정격 전압에서 안전하게 끊을 수 있는 최대 전류인 차단용량을 가진다.

차단 순간에는 과도회복전압 TRV가 걸리므로 차단용량은 전압과 함께 평가된다.

단락용량이 차단용량을 넘으면 기기 손상과 화재 위험이 생긴다.

경감대책의 종류

경감대책은 고장전류를 제한하거나 계통을 나누어 고장 기여 전류를 줄이는 방식이다.

대표적으로 모선분리, 직렬리액터, 한류기, 대용량 차단기 교체가 있다.

차단기 교체는 비용과 기술 한계가 커서 임피던스 삽입과 계통 구성 변경이 먼저 검토된다.

계산 예: 직렬리액터

가정은 345kV 모선의 3상 단락용량이 30000MVA, 기준용량이 1000MVA인 경우다.

전원 임피던스는 0.0333 pu이고, 리액터 0.05 pu를 더하면 합성 임피던스는 0.0833 pu다.

합성 단락용량은 약 12000MVA로 줄어들어, 전류로 환산하면 약 60% 감소한다.

리액턴스를 키우면 고장전류가 줄지만, 같은 리액터는 평상시 전압강하를 만든다.

정리와 시험 포인트

앞 문제의 정답은 직렬리액터다. 고장전류는 줄지만 평상시 전압강하와 손실이 생긴다.

먼저 원인과 대책을 섞지 않는다. 발전기 증설은 단락용량을 키우는 원인이지 대책이 아니다.

대책을 나열만 하고 평상시 영향을 빠뜨리는 것이 흔한 실수다.

단락용량 대책은 원인 억제, 고장전류 제한, 계통 분할의 세 축으로 정리한다.