발전기 단락전류

발전기 단락전류란

발전기 단락전류는 단자 3상 단락 시 시간에 따라 감쇠하며 흐르는 전류다.

리액턴스가 Xd''에서 Xd'를 거쳐 Xd로 바뀌면서 크기가 정해진다.

차단기 용량, 보호계전기 정정, 기기 강도를 정하는 기초 자료다.

시간별 리액턴스 구간

단락 직후에는 초과도 리액턴스 Xd''가 전류를 지배한다.

이 구간은 고장 후 10~20ms 정도 지속된다.

이후 과도 리액턴스 Xd'가, 마지막으로 동기 리액턴스 Xd가 지배한다.

정상상태에 도달한 전류 값을 지속 단락전류라고 한다.

리액턴스 크기는 Xd'' < Xd' < Xd 순서이므로 전류는 점점 줄어든다.

권선이 자속을 막는 원리

단락 순간 전기자 전류가 만드는 반작용 자속이 회전자 권선을 쇄교한다.

쇄교 자속이 변하면 권선에는 그 변화를 막는 방향의 전류가 유도된다.

댐퍼 권선은 시정수가 짧아 빨리, 계자 권선은 길어서 천천히 감쇠한다.

정상상태에서 자속이 철심에 자유롭게 들어가 Xd가 적용된다.

직류 성분과 비대칭 파형

직류 성분은 단락 전류에 포함된 비주기 성분이다.

쇄교 자속이 갑자기 바뀌지 않으려는 성질 때문에 생긴다.

그래서 단락 전류는 처음에 한쪽으로 치우친 비대칭 파형이 된다.

직류 성분은 시정수에 따라 지수적으로 감쇠해 파형이 대칭에 가까워진다.

계산 예제

예제로 정격 10MVA, 6.6kV 발전기의 돌발 단락전류를 구해 본다.

먼저 정격 전류는 약 874A다.

내부 전압 1.0 pu를 돌발 리액턴스 0.2 pu로 나누면 5.0 pu가 된다.

단위를 환산하면 약 4,370A로, 정격 전류의 약 5배다.

같은 발전기에서 과도 리액턴스를 쓰면 전류가 줄어든다.

헷갈리는 점과 시험 포인트

시험에서는 세 리액턴스의 시간 구간을 뒤섞는 실수가 가장 많다.

돌발 구간은 10~20ms로, 과도 구간과 구분해서 써야 한다.

직류 성분은 교류 성분과 달리 시정수에 따라 지수적으로 감쇠한다.

단락 직후 전류가 최대이고 정상상태로 갈수록 작아진다는 방향을 지킨다.

직접 풀어 보기

이제 방금 배운 내용을 직접 적용해 보자.

돌발 단락전류의 초기 크기를 정하는 리액턴스를 고른다.

정답은 초과도 리액턴스 Xd''다.

단락 직후 전류를 결정하는 가장 작은 값이다.

정리

정리한다. 단락 전류는 교류 성분과 감쇠하는 직류 성분의 합이다.

교류 성분은 돌발, 과도, 지속 세 구간을 거치며 리액턴스에 따라 줄어든다.

직류 성분은 시정수로 지수 감쇠하며, 돌발 구간은 10~20ms다.