단락전류 계산

단락전류의 뜻

단락전류는 전로의 두 점이 임피던스가 작은 경로로 연결될 때 흐르는 큰 전류다.

부하 전류는 임피던스가 커서 작지만, 단락 경로는 수십 배에서 수백 배까지 커진다.

이 값은 차단용량과 기기 강도를 정하는 기준이 된다.

계산 순서

단락전류 계산은 기준용량을 정하는 것부터 시작한다.

전원, 변압기, 선로의 임피던스를 기준용량으로 환산해 사고점까지 직렬로 더한다.

합성 임피던스로 고장전류를 구하고, 차단기 정격차단전류와 비교해 선정한다.

즉 기준용량 설정부터 차단기 선정까지 다섯 단계로 진행한다.

계산 예시

가상의 예로 변전설비 모선의 3상 단락용량을 계산해 보자.

기준용량은 100MVA, 전원 단락용량은 1000MVA, 변압기 %임피던스는 10%로 가정한다.

전원 %임피던스는 10%이고, 변압기 10%와 더해 합성 %임피던스는 20%가 된다.

단락용량은 100을 20으로 나눈 값에 기준용량 100MVA를 곱한 500MVA다.

모선 전압을 22.9kV로 두면 3상 단락전류는 약 12.6kA가 된다.

3상·2상과 대칭·비대칭

단락 형태는 3상, 2상, 단상으로 나뉘며 3상 단락전류가 가장 크다.

차단기 차단용량 선정은 최대 전류인 3상 단락을 기준으로 한다.

2상 단락은 3상 값에 √3/2를 곱한 값으로, 약 0.87배 수준이다.

대칭 단락전류와 비대칭 단락전류는 구분해 쓴다. 비대칭은 직류분이 포함된 전류다.

억제대책과 흔한 실수

억제대책은 단락전류를 줄여 차단기 용량 부족을 해소하는 방법이다.

한류리액터는 리액턴스를 추가해 고장전류를 제한한다.

계통 분리 운전과 고임피던스 변압기 등도 대표적인 대책이다.

다만 모든 대책은 전압강하 증가나 손실 증가 같은 부작용을 함께 가진다.

시험에서 자주 빠지는 것은 계산 결과와 차단기 선정을 잇는 문장이다.

정리

단락전류 계산은 차단기 차단용량, 기기 강도, 보호협조를 정하기 위해 한다.

계산 순서는 기준용량 설정, 임피던스 환산, 합성, 고장전류 산출이다.

차단기 차단용량은 계산된 단락전류 이상이어야 한다.