단락전류

단락전류의 정의

단락전류는 도체 간이 저임피던스로 접속될 때 흐르는 과대한 전류다.

고장점 임피던스가 0에 가까우면 평소보다 몇 배에서 수십 배 큰 전류가 흐른다.

차단기 정격과 기기 강도를 정하는 기준이므로 설계 첫 단계에서 반드시 계산한다.

대칭과 비대칭

단락전류는 교류 대칭분과 직류 과도분의 합으로 구성된다.

대칭 단락전류는 교류 성분만 가지며 진폭이 일정하게 유지된다.

비대칭 단락전류는 직류분이 더해져 초기에 크고 점차 줄어든다.

차단기 투입과 차단 능력은 비대칭 값을 기준으로 검토한다.

%임피던스로 계산

변압기 2차측 단락전류는 %임피던스로 근사할 수 있다.

정격전류에 100/%Z를 곱하면 단락전류가 나온다.

여기서 %Z는 기준 용량에서의 퍼센트 임피던스다.

계산 예제

1,200kVA, 2차 480V 변압기를 예로 든다. 이 조건에서 정격전류는 약 1443A다.

정격전류에 100/7.25를 곱하면 3상 단락전류를 구할 수 있다.

계산 결과는 약 19.9kA로, 480V 저압 측에서는 수 kA에서 수십 kA 범위에 드는 값이다.

고장 형태별 크기

단락전류의 크기는 고장 형태에 따라 달라진다.

3상 단락은 고장 전류가 가장 커서 계통 전체의 차단 용량을 정하는 기준이 된다.

2상 단락은 3상 단락보다 작고, 1선 지락은 접지 방식에 따라 크기가 크게 달라진다.

그래서 차단기 정격은 3상 단락 전류를 기준으로 정한다.

억제대책

단락 용량이 늘면 차단 실패나 기기 파손이 생길 수 있다.

억제 방법으로 리액터 설치, 계통 분리, 변압기 %Z 조정, 한류형 전력퓨즈나 고속 차단기 적용이 있다.

리액터는 정상 운전 때 전압강하를 허용 범위로 두고 고장 때만 전류를 제한한다.

리액터 설치 후에는 정상 전압강하와 고장 전류 저감 효과를 함께 확인해야 한다.

정리

정리하면 단락전류는 대칭분과 직류분을 합한 값이다.

차단기는 예상 단락전류가 정격차단용량 이하인지로 고른다.

기출에서는 계산목적, %Z 계산 절차, 종류와 억제대책을 묻는다.