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단락전류 (계산법 종류)*

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안 ,
고장(단락전류 지락전류)

단락전류 기본이론
단락전류 종류
단락전류 계산법 종류
→대칭좌표법
수변전설비 단락용량 경감대책
계통연계기
초전도 한류기

단락전류 계산 FLOW
→A점과 B점의 단락전류 계산
→3상단락전류 및 단락용량
→단락전류 계산(전동기)
→단락용량 계산(분산전원)
→3상단락고장(한류리액터)
→1선지락전류와 3상단락전류계산
→2선 단락고장과 3상 단락사고의 비 계산
→1선지락과 유효접지

목차(단락전류 계산법 종류)

1️⃣대칭고장계산법

대칭단락전류: 3상 전원에서 세 개의 상에 동일한 크기의 전류가 동일한 위상각으로 흐르는 상태를 말합니다. 즉, 3상 전류가 균형을 이루는 경우입니다.

(임피던스법)

1)옴법(Ohm’s law Method)

  • 옴법은 단락전원으로부터 고장점까지의 기기, 선로 등의 각 부분의 임피던스를 Ω값으로 환산하여 제작
  • 회로 중 변압기가 있으면 기준전압으로 환산해야 하는 불편이 있음
  • 장점: 간단하고 직관적이며, 소규모 시스템에 적용하기 용이합니다.
  • 단점: 복잡한 전력 시스템에서는 회로의 임피던스를 정확하게 파악하기 어렵고, 계산이 복잡해질 수 있습니다.
\[I_s=\frac{E}{Z}=\frac{E}{Z_G+Z_T+Z_L}[A]\]

2)단위법(Per Unit Method)

  • %Z값을 한 PerUnit 임피던스로 표시한 것
  • 전압, 전류, 전력 등에 어떤 기준량을 정하고 그 기준전압 또는 기준전류에 몇 배인가를 표시하는 방법
  • 장점: 시스템의 크기나 전압 레벨에 상관없이 일관된 계산이 가능하며, 계산 과정이 간단해집니다.
  • 단점: 기준값을 설정해야 하는 번거로움이 있고, 물리적인 의미를 파악하기 어려울 수 있습니다.
\[Z_{[PU]}=\frac{\%Z}{100}=\frac{Z[\Omega]}{Z_{base}[\Omega]}\] \[I_s=\frac{기준[kVA]}{\sqrt3V[kV]Z_{[PU]}}[A]\]

3)%임피던스법 🌐

기기, 선로 등의 각 임피던스를 기준용량, 기준전압에 대한 임피던스로 환산옴의 법칙을 적용하여 계산 → 일반적으로 사용

  • 장점: 단위법과 유사하게 계산이 간단하며, 다양한 기기의 임피던스를 비교하기 용이합니다.
  • 단점: 기준용량을 설정해야 하며, 물리적인 의미를 파악하기 어려울 수 있습니다.
\[\%Z=\frac{I_nZ}{E}\times 100[\%]\] \[I_s=\frac{E}{Z}=\frac{E}{\frac{\%ZE}{100I_n}}=\frac{100}{\%Z}\times I_n\]

4)임피던스법 (Impedance Method)

  • 기본 원리: 회로의 임피던스를 이용하여 단락전류를 계산하는 방법입니다.
  • 장점: 회로의 복잡성을 고려할 수 있으며, 단락전류를 정확하게 예측할 수 있습니다.
  • 단점: 회로의 임피던스를 정확하게 모델링해야 하며, 계산이 복잡해질 수 있습니다.

2️⃣단락전류를 %Z법으로 구하는 이유

  • 한전 측에서 제공하는 선로조건에 기준MVA와 %Z치로 주어지기 때문에 같은 FLOW로 임피던스맵 도식에 적용
  • 기준용량에 %Z 일치가 용이
  • 선로의 각 전압에 따른 선로 %Z를 바꿀 필요가 없음
  • 임피던스법으로 나타낸 수치를 %Z로 바꾸기가 용이
\[ \%Z=\frac{kVA\cdot Z}{10V^2} \]
  • %Z로부터 단락전류 및 차단용량의 계산이 용이
\[ I_s=\frac{100}{\%Z}\times I_n\]
\[ 차단용량=\sqrt{3}(3상)정격전압[kV]\times I_s\times (1.1\sim 1.6)\]

(비대칭 계수에 따른 증가 계수)

3️⃣비대칭고장계산법

비대칭단락전류: 3상 전원에서 세 개의 상에 흐르는 전류의 크기나 위상각이 서로 다른 상태를 말합니다.

종류:

  • 1선 지락 단락: 한 개의 상이 지락되었을 때 발생하는 단락
  • 2선 단락: 두 개의 상이 단락되었을 때 발생하는 단락
  • 3상 단락: 세 개의 상이 동시에 단락되었을 때 발생하는 단락 (대칭 단락의 특수한 경우)

1)클라크좌표법

  • 3상 불평형 회로를 α, β, 0 회로로 분해하여 계산 후 합성하는 방식실무에서는 적용하지 않음
  • 계산방법
    • 각상전류의 합을 0회로전류라 부른다
    • a상에서 유출,b 및 c상으로 등분되어 돌아오는 전류를 α회로 전류라 한다
    • b상과c상 간을 환류하는 전류를 v회로 전류라 한다
    • 이 3가지 전류성분으로 각상 전류를 분해해서 3상 불평형의 전압, 전류의 해석을 하는 것을 말한다

2)대칭좌표법🌐

고장(단락전류 지락전류)

단락전류 기본이론
단락전류 종류
단락전류 계산법 종류
→대칭좌표법
수변전설비 단락용량 경감대책
계통연계기
초전도 한류기

단락전류 계산 FLOW
→A점과 B점의 단락전류 계산
→3상단락전류 및 단락용량
→단락전류 계산(전동기)
→단락용량 계산(분산전원)
→3상단락고장(한류리액터)
→1선지락전류와 3상단락전류계산
→2선 단락고장과 3상 단락사고의 비 계산
→1선지락과 유효접지

목차(단락전류 계산법 종류)

💯기출문제

○D01.단락전류 계산 시 사용되는 옴법, 퍼유닛 임피던스법, 퍼센트임피던스법에 대하여 간단히 설명하시오

○D18 불평형 고장계산을 위한 대칭좌표법

대칭좌표법이란?

전력 시스템에서 발생하는 불평형 고장은 각 상의 전압과 전류가 서로 다르기 때문에 분석이 복잡합니다. 대칭좌표법은 이러한 불평형 고장을 해석하기 위해 고안된 방법으로, 불평형인 전압이나 전류를 정상분, 역상분, 영상분의 세 가지 대칭 성분으로 나누어 분석하는 방법입니다. 각 성분은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

  • 정상분: 3상이 평형을 이루는 성분으로, 정상적인 운전 상태에서와 같은 성분입니다.
  • 역상분: 정상분에 대해 위상이 반대인 성분으로, 불평형 고장 시에 발생하는 성분입니다.
  • 영상분: 모든 상에 동일한 크기와 위상으로 작용하는 성분으로, 주로 지락 고장 시에 발생하는 성분입니다.

대칭좌표법의 장점

  • 복잡한 불평형 고장을 단순화: 불평형 고장을 세 가지 대칭 성분으로 나누어 분석함으로써 문제를 단순화할 수 있습니다.
  • 각 성분별 해석: 각 성분별로 회로를 해석하여 고장의 원인과 결과를 파악할 수 있습니다.
  • 보호 계전기 설정: 보호 계전기의 설정 값을 정확하게 결정하는 데 활용할 수 있습니다.

대칭좌표법의 활용

  • 단락 고장 분석: 단상 지락 고장, 2상 지락 고장 등 다양한 단락 고장을 분석하여 고장 전류, 전압 등을 계산할 수 있습니다.
  • 계전기 동작 특성 분석: 보호 계전기의 동작 특성을 분석하여 오동작이나 미동작을 방지할 수 있습니다.
  • 계통 안정도 해석: 계통의 안정도를 평가하고, 고장 발생 시 계통의 동작을 예측할 수 있습니다.

대칭좌표법의 계산 과정

  1. 불평형 전압, 전류를 대칭 성분으로 분해: α, β 변환을 이용하여 불평형 전압, 전류를 정상분, 역상분, 영상분으로 분해합니다.
  2. 각 성분별 회로 해석: 각 성분별로 회로를 해석하여 전류, 전압을 계산합니다.
  3. 각 성분별 결과를 합성: 계산된 각 성분별 결과를 합성하여 실제 고장 상태에서의 전압, 전류를 구합니다.

대칭좌표법의 한계

  • 선형 시스템에 적용: 비선형 요소가 많은 시스템에는 직접 적용하기 어렵습니다.
  • 정확한 모델링 필요: 시스템을 정확하게 모델링해야 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.

●D20.선로에서 단락전류 계산방법을 대칭 단락전류와 비대칭 단락전류로 구분하여 설명하시오

1. 대칭 단락전류

  • 정의: 3상 전원에서 세 개의 상에 동일한 크기의 전류가 동일한 위상각으로 흐르는 상태를 말합니다. 즉, 3상 전류가 균형을 이루는 경우입니다.
  • 계산 방법:
    • %Z 임피던스법: 각 기기의 %Z 임피던스를 기준용량에 맞춰 환산하고, 이를 이용하여 단락점에서 본 총 임피던스를 계산합니다.
    • 단락전류 계산 공식:
      • 단상 단락전류: Is = E / Zs
      • 3상 단락전류: Is = √3 * E / Zs
      • (Is: 단락전류, E: 상전압, Zs: 단락점에서 본 총 임피던스)
  • 특징:
    • 계산이 비교적 간단하고, 대칭 조건 하에서 시스템의 동작을 분석하는 데 유용합니다.
    • 실제 시스템에서는 비대칭 조건이 더 많이 발생하기 때문에, 대칭 단락전류만으로는 정확한 분석이 어렵습니다.

2. 비대칭 단락전류

  • 정의: 3상 전원에서 세 개의 상에 흐르는 전류의 크기나 위상각이 서로 다른 상태를 말합니다.
  • 종류:
    • 1선 지락 단락: 한 개의 상이 지락되었을 때 발생하는 단락
    • 2선 단락: 두 개의 상이 단락되었을 때 발생하는 단락
    • 3상 단락: 세 개의 상이 동시에 단락되었을 때 발생하는 단락 (대칭 단락의 특수한 경우)
  • 계산 방법:
    • 대칭 성분법: 비대칭 전류를 정상 성분(positive sequence), 역상 성분(negative sequence), 영상 성분(zero sequence)의 세 가지 성분으로 분해하여 계산합니다. 각 성분에 대한 임피던스를 구하고, 이를 이용하여 단락전류를 계산합니다.
  • 특징:
    • 실제 시스템에서 발생하는 단락의 대부분은 비대칭 단락이므로, 정확한 분석을 위해서는 비대칭 단락전류를 계산해야 합니다.
    • 계산 과정이 복잡하며, 전력 계통 해석 프로그램을 사용하는 경우가 많습니다.

결론

단락전류 계산은 전력 시스템 설계 및 운영에 있어 매우 중요한 과정입니다. 대칭 단락전류는 간단한 계산으로 시스템의 기본적인 특성을 파악하는 데 유용하지만, 실제 시스템에서는 비대칭 단락이 더 많이 발생하므로 정확한 분석을 위해서는 비대칭 단락전류를 계산해야 합니다.

요약

종류특징계산 방법
대칭 단락전류3상 전류가 균형%Z 임피던스법, 단락전류 계산 공식
비대칭 단락전류3상 전류가 불균형대칭 성분법

고장(단락전류 지락전류)

단락전류 기본이론
단락전류 종류
단락전류 계산법 종류
→대칭좌표법
수변전설비 단락용량 경감대책
계통연계기
초전도 한류기

단락전류 계산 FLOW
→A점과 B점의 단락전류 계산
→3상단락전류 및 단락용량
→단락전류 계산(전동기)
→단락용량 계산(분산전원)
→3상단락고장(한류리액터)
→1선지락전류와 3상단락전류계산
→2선 단락고장과 3상 단락사고의 비 계산
→1선지락과 유효접지

목차(단락전류 계산법 종류)

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단위법 퍼센트인피던스법

대칭좌표법

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