단락전류 기본이론

단락전류(Is)계산목적

CT선정, 보호계전기 순시탭
기기의 기계적강도 검토
차단기 차단용량 결정
보호계전기 한시탭
유효접지검토

%임피던스(%Z) 전압(E)의 의미

임피던스 전압은
- 2차 측을 단락하고 1차 측에 정격전류가 흐르도록 인가하는 전압
- 변압기 자체 임피던스를 알고자 할 때 사용
%임피던스란
- 정상전압과 임피던스 전압의 백분율 비

\[\%Z=\frac{V_s}{V_{1n}}\times 100[\%]\]\[=\frac{I_{1n}\times Z}{V_{1n}}\times 100[\%]\]

%Z가 1,2차 측이 동일한 이유

1차측 %임피던스

\[\%Z_1=\frac{I_{1n}\times Z_1}{V_{1n}}\times 100\]

2차측 %임피던스

\[\%Z_2=\frac{I_{2n}\times Z_2}{V_{2n}}\times 100\]

1, 2차측 전압, 전류, 임피던스 관계

\[V_{1n}=nV_{2n},\ I_{1n}=\frac{I_{2n}}{n}\] \[\ Z_1=\frac{nV_{2n}}{\frac{I_{2n}}{n}}=n^2Z_2\]

상기 식을 대입하여 정리하면

\[\%Z_1=\frac{I_{1}n\times Z_1}{V_{1n}}\times 100\] \[=\frac{(\frac{I_{2n}}{n})(n^2Z_2)}{nV_{2n}}\times 100\] \[=\frac{I_{2n}\times Z_2}{V_2n}\times 100=\%Z_2\] \[\%Z_1=\%Z_2\]

기준MVA의 의미

전원 측에서 부하 측 또는 단락점으로 보낼수 있는 최대용량
발전소의 최대 변압기 용량이나 수전 측 최대변압기 용량으로 결정
대부분 전력회사 측에서 수용가 측에 보내는 용량으로 한국에서는 100[MV], 22[kV]급을 많이 사용

차단기의 정격

1) 정격전압

규정된 조건을 만족하는 개폐동작을 할 수 있는 사용회로의 상한을 말하며 선간전압의 실효치
정격전압=공칭전압*(1.2/1.1)
즉, 22.9[kV]차단기의 정격전압은 25[kV]

2) 정격전류

정격전압, 정격주파수에서 그 차단기에 온도 상승을 초과하지 않고 연속적으로 흘릴 수 있는 전류의 한도를 말함
보통은 기동 전류나 전압강하의 영향, 기타 안정도를 고려해서 최대 부하전류의 1.2배정도로 하고, 장차 부하증가 예상되는 경우에는 1.5배 정도의 정격전류를 갖는 차단기를 채용

3) 정격차단전류

정격 및 규정된 표준동작 책무와 동작상태에서 차단할 수 있는 차단전류의 한도
정격차단전류는 차단전류의 교류분 실효치를 나타내나 직류분을 포함해서 차단전류의 한도를 나타내는 경우에는 정격비대칭 전류를 사용함

\[정격차단전류=\frac{X}{\sqrt{2}}\] \[정격비대칭차단전류=\sqrt{(\frac{X}{\sqrt{2}})^2+Y^2}\]

초고압 회로의 고속차단시나 발전기 단자에 가까운 회로 등에서 비교적 단시간 차단하는 경우는 직류분을 무시할수 없으나, 고압회로의 차단기는 직류분의 영향은 거의 없다고 생각해도 되는 경우가 많음

4) 정격차단용량

\[차단용량[MVA]=\sqrt3\times정격전압[kV]\times 정격차단전류[kA]\]

전압의 종류

1)표준전압

우리나라에서 사용하고 있는 표준전압에는 공칭전압과 최고전압

2)공칭전압

전선로를 대표하는 선간전압을 말하고 이 전압으로써 그 계통의 송전전압을 나타냄

3)최고전압

그 전선로에 통상 발생하는 최고의 선간전압으로서 염해대책, 1선 지락고장 시 등 내부 이상전압 코로나 장해, 정전유도 등을 고려할 때의 표준이 되는 전압

단락전류를 산출시 가정할 항목

2차 간선(Feeder) 단락 가정
가장 큰 고장전류인 3상 단락사고를 가정
부하전류가 없는 것으로 가정하고, 3상 단락전류인 이상전류만 있다고 가정
전력회사와 발전기원의 전압은 무부하 시의 전압과 같다고 가정
변압기 %임피던스 값은 실제 값을 사용하고, 모를 때는 7.5[%]까지 가정하여 제시
동기전동기나 유도전동기를 사고 발생 시 정격운전 가정
X/R비를 정확히 모를 때는 상대적으로 높은 값을 가정
X/R비가 클수록 과도현상이 커지고 단락전류가 커진다.
일반적으로 154[kV]에서는 20,22[kV]급에서는 4 정도를 예상
배전반이나 분전반의 모선 임피던스는 무시한다고 가정
모든 계산은 정확한 계산이 불가능하므로 약(About)을 전제한다
과도상태는 Xd”(초기 과도 리액턴스), Xd'(과도리액턴스), Xd(동기리액턴스)가 있으며, 대부분Xd'(과도 리액턴스) 상태를 고려
Xd’는 1/2~3사이클 이내

기여전류의 종류

사고전류의 기본source는 전력회사system, 발전기, 동기전동기,유도전동기 등

1) 전원 측(Utility)

정상전압과 기준 MVA에 의한 기여전류 공급에 의한 단락전류

2) 동기발전기

%9로 적용하여 대부분 정상전류분의 약 11배 크기의 기여전류 공급에 의한 단락전류

3) 동기전동기

%10로 적용하여 대부분 정상전류분의 약 10배 크기의 기여전류 공급에 의한 단락전류

4) 유도전동기

%25로 적용하여 대부분 정상전류분의 약 4배 크기의 기여전류 공급에 의한 단락전류

단락전류 산출 시 %Z법을 많이 사용하는 이유

한전 측에서 제공하는 선로조건에 기준MVA와 %Z치로 주어지기 때문에 같은 FLOW로 임피던스맵 도식에 적용이 간단
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

\[I_s=\frac{100}{\%Z}\times I_n\] \[차단용량=\sqrt{3}(3상)정격전압[kV]\times I_s\times (1.1\sim 1.6)\]\[(비대칭 계수에 따른 증가 계수)\]

★제어및 보호방식결정(단락전류,지락전류)
단락전류 기본이론
단락전류 종류
단락전류 계산법 종류
수변전설비 단락용량 경감대책
계통연계기
초전도 한류기

IEC단락전류 계산방법
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
→1선 지락전류 유도