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단락전류(종류)

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안 , ,
고장(단락 지락) #BB

단락전류(기본이론) #BBI
단락전류(종류) #BBZ
단락전류(계산법 종류) #BBC
→대칭좌표법 #BBY
단락용량 경감대책(수변전설비) #BBP
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단락전류(계산) #BBF
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→1선지락전류 유효접지 #BB1
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→단락전류 계산(분산전원) #BBD
→단락전류 계산(한류리액터) # BBR
→단락전류 계산(1선지락전류 3상단락전류) #BBT

목차(단락전류 종류 #BBZ)

1️⃣단락현상과 선택

1)평형고장

2)불평형고장

3)단락의 선택

  • 차단기의 용량이나 케이블의 규격을 결정하기 위해서는 최대치가 되는 단락전류를 감안
  • 직접접지에서는 1선 지락을, 기타 접지방식에서는 3상 단락을 감안
  • 계전기의 정정일 때는 최대(3상단락, 1선지락)와 2선단락 시에도 동작하는지를 확인하기 위하여 두 가지 모든 계산이 필요

2️⃣단락전류의 분류(IEEE-141)

1)초기 과도전류(First Cycle Current)

  • 계통의 고장전류 발생시 1/2사이클 시점의 고장전류
  • 발전기, 전동기 등 회전기기의 차동 리액턴스가 가장 작은 값을 가지는 시점
  • 단락전류가 가장 큰 값
  • 저압차단기 차단용량선정, PF용량 선정, CT기계적강도, 보호계전기 순시탭 정정, Cable굵기선정에 적용

2)과도전류(Interrupting Fault Current)

  • 차단기가 동작할수 있는 3~8사이클 후의 고장전류
  • 발전기의 차동 리액턴스가 초기 과도 리액턴스보다 커지지만, 아직 정상 상태 리액턴스보다는 작은 값을 가지는 시점
  • 고압 특고차단기 선정시 적용

3)정상상태 전류(Stead State Fault Current)

  • 회전기기의 영향이 없는 안정시간(30사이클) 후의 고장전류
  • 발전기의 차동 리액턴스가 정상 상태 리액턴스 값을 가지는 시점으로, 단락전류의 갑이 가장 작습니다
  • 보호계전기 한시탭(ICS) 선정시 적용

2️⃣단락전류의 종류(IEEE)

1)최대 비대칭 단락전류 실효치 (Ias)

(First Cycle Current)

\[I_{as}=\sqrt{(\frac{B}{\sqrt{2}})^2+A^2}\]
  • 계통의 고장전류 발생시 1/2사이클 시점의 고장전류
  • 모든 회전기는 차과도 리액턴스(Xd”)를 적용
  • 비대칭단락전류의 실효치가 최대가 되는 투입위상에 있어서의값
  • 전선, CT, (보호계전기의 순시탭)등의 열적강도 검토시 기준전류로 사용

2)최대비대칭 단락전류 순시치 (Ip)

\[I_p=I_s\times 2.5\]
  • 단락 발생후 1/2사이클에서 최대가 되는 순시값
  • 적용 : 직렬기기의 기계적 강도를 검토할 때 사용
  • 비대칭단락전류의 순시치가 최대가 되는 투입위상에 있어서의 값
  • 직렬기기의 기계적강도 검토시의 기준전류

3)대칭단락전류 실효치 (Is)

\[I_s=\frac{B}{\sqrt{2}}\]

(Interrupting Fault Current)

  • 차단기가 동작할수 있는 3~5사이클 후의 고장전류
  • 발전기는 차과도 리액턴스(Xd”), 기사 회전기는 과도 리액턴스(Xd’)를 적용
  • 교류분만의 실효치를 표시
  • ACB, MCCB, Fuse 선정시 기준전류

4)정상상태에서의 단락전류(Ik)

(Stead State Fault Current)

  • 회전기기에 영향이 없어지는 안정된 시간(30사이클) 후의 전류
  • 발전기는 과도 리액턴스(Xd’)를 적용
  • 보호계전기 한시탭 정정에 사용

3️⃣단락전류의 종류(IEC 60909)

1) IK” 초기과도전류

(Inital Symmetrical Short Circuit Current)
단락 발생 직후 매우 짧은 시간 동안 흐르는 최대 대칭 전류 값

  • 퓨즈, 보호계전기순시탭, MCCB적용
  • 정의 : 차과도 리액턴스에 의해서 제한되는 초기 대칭 단락전류를 의미
  • 계산방법 : 초기 과도전류의 교류 실효치는 다음 식으로 계산
\[I_{K”}=\frac{CV_n}{\sqrt{3}\times Z_K}\]
\[C: Voltage Factor, V_n:공칭전압 \]\[Z_K:고장상태에서의 등가임피던스\]
공칭전압최대단락전류최소단락전류
저전압1,000[V]이하1.051.00
중전압1[kV]초과 35[kV]이하1.101.00
고전압35[kV]초과 230[kV]이하1.101.00
  • 적용 : 초기과도전류는 고, 저압 퓨즈 차단용량을 결정하는데 사용되고, 또한 다른 계산의 기초가 된다.

2) Ip 초기 과도전류의 최대치

(Peak Short Circuit Current)
단락 전류 파형에서 교류 성분만을 고려한 피크 값입니다. IK” 값보다 작지만, 차단기의 열적 강도를 평가하는 데 중요한 역할

  • 부스바 기계적 강도
  • 정의 : 단락전류의 최대치
  • 계산방법 : 초기과도전류의 최대치는 첫 주파수의 파고치를 다음 식으로 계산
\[I_P=\frac{ \sqrt{2}\cdot I_{k”}\times X}{R}\] \[\frac{X}{R}:직류분, \sqrt2\cdot I_K” : 최대치\]
  • 적용 : 초기 과도전류의 최대치는 차단기의 투입 정격을 결정하는 데 사용되고, 또한 단락전류에 의한 기계적인 힘을 계산하는 데 적용

3) Ib

(Symmertrical Breaking Current)(대칭단락전류)
차단기가 실제로 차단해야 하는 전류 값으로, 일반적으로 IK” 또는 IP 값을 기준으로 결정

  • 차단기 차단용량 적용
  • 정의 : 차단기 접점이 개극되는 순간에 흐르는 대칭전류를 의미
  • 계산방법
대칭단락전류의계산교류전위의감쇄원인이되는요인
·동기기의경우Ib=uIK”
·비동기기의 경우 Ib=uqIK”
·여기서 u와q는 교류전류의 감쇄원이 되는 요소		·각 기기의 단락전류에의 기여도
·X/R Ratio
·차단기의 개극시간
·회전기의 특성에 따라 달라지는 계수
  • 적용 : 차단기의 차단 용량을 계산하는 데 적용한다.

4) Ik

(Stead State Short Curcuit Current)

  • 보호계전기 한시탭 선정시 적용
  • 정의 : 과도 상태가 지난후 정상 상태로 되었을 경우에 흐르는 전류
  • 계산방법
\[I_{K-max}=\lambda_{max}\times I_{rG}\] \[I_{K-min}=\lambda_{min}\times I_{rG}\] \[\lambda: 발전기의 유기전압과 초기 대칭 단락전류 사이의 비율함수\] \[I_{rG}:발전기의 등급\]
  • 적용 : 발전기의 단락비 또는 동기 임피던스를 고려하는 데 참고가 된다

4️⃣단락전류의 종류별 사용

고장전류사이클발전기회전기전동기사용
First 사이클1/2–\[X”_d\]\[X”_d\times (1~1.2)\]케이블 굵기, 순시Tap선정,ACV,PF선정
Interrupting3~8\[X”_d\]\[X’_d\]\[X”_d\times (1.5~3)\]고압 및 특고압 차단기 용량 선정
SteadyState30\[X’_d\]––한시Tap선정

5️⃣비대칭 계수(K)

1)정의

  • 비대칭 계수 K는 전원점에서 단락점까지의 X/R로 시간에 따라 변하며, 단상 최대 비대칭 계수와 3상 평균 비대칭 계수로 구분된다.
  • 비대칭 단락전류 Ip=K * Is
  • 여기서, K : 비대칭계수, Is : 대칭 단락전류

2)단상 최대 비대칭 계수(K₁)

  • Power fuse와 같이 각상별로 차단하는 기기의 단락전류 구할때 적용
  • 회로의 X/R 이 불분명한 경우 K₁값
    • 단락점이 전원측에 가까울 때 약 1.6적용
    • 단락점이 전원측에서 멀 때 약 1.4적용

3)3상 평균 비대칭 계수(K₃)

  • ACB, MCCB등 3상을 동시에 개폐하는 기기의 단락전류를 구할 때 적용
  • 회로의 X/R이 불분명한 경우 K₃값
    • 단락점이 전원 측에 가까울 때 약 1.25적용
    • 단락점이 전원측에서 멀 때 1.1적용
고장(단락 지락) #BB

단락전류(기본이론) #BBI
단락전류(종류) #BBZ
단락전류(계산법 종류) #BBC
→대칭좌표법 #BBY
단락용량 경감대책(수변전설비) #BBP
→계통연계기 #BBN
→초전도 한류기 #BBS

단락전류(계산) #BBF
→단락전류 계산(기본) #BB0
→1선지락전류 유효접지 #BB1
→2선단락 3상단락 #BB2
→3상단락(단락전류 단락용량) #BB3
→단락전류 계산(전동기) #BBM
→단락전류 계산(분산전원) #BBD
→단락전류 계산(한류리액터) # BBR
→단락전류 계산(1선지락전류 3상단락전류) #BBT

목차(단락전류 종류 #BBZ)

💯기출문제

●Z03 비대칭 전류를 설명하고 비대칭 전류가 포함된 전기회로에서의 차단기 용량 선정에 대하여 설명하시오

모범답안(비대칭전류 BBZ03)

비대칭 전류란?

  • 비대칭 전류는 교류 전원에서 발생하는 단락 전류와 같이, 전류의 크기나 위상이 시간에 따라 변화하는 전류
  • 특히 단락 전류는 초기에는 직류 성분이 포함되어 주기적인 교류 성분과 합쳐져 파형이 비대칭적으로 나타남
  • 이러한 비대칭 전류는 시스템에 큰 영향을 미치며, 차단기 선정 시 고려해야 할 중요한 요소

비대칭 전류가 발생하는 이유:

  • 직류 성분: 단락 발생 시, 인덕턴스에 의해 자기장이 형성되고 이 자기장이 붕괴하면서 유도되는 직류 성분이 발생
  • 비대칭 파형: 직류 성분과 교류 성분이 합쳐져 전류 파형이 비대칭적으로 나타남

비대칭 전류가 차단기 용량 선정에 미치는 영향

  • 최대 차단 전류: 비대칭 전류는 최대값이 대칭 전류의 최대값보다 크기 때문에, 차단기는 이러한 최대 비대칭 전류를 차단할 수 있어야함
  • 동적 안정도: 비대칭 전류는 차단기 접점에 큰 전자기력을 발생시켜 접점 재접촉이나 아크 재발을 유발 따라서 차단기는 이러한 동적 안정도를 확보
  • 열적 안정도: 비대칭 전류는 차단기 접점에 높은 열을 발생시켜 접점 용융이나 손상을 야기할 수 있습니다. 따라서 차단기는 이러한 열적 안정도를 확보

차단기 용량 선정 시 고려 사항

  • 최대 비대칭 전류: 단락 발생 시 흐를 수 있는 최대 비대칭 전류를 정확히 계산하여 차단기의 차단 용량을 결정
  • 차단기의 종류: 진공 차단기, SF6 차단기 등 다양한 종류의 차단기가 있으며, 각 차단기의 특성에 맞게 용량을 선정
  • 시스템 조건: 전원 전압, 단락 임피던스, 시스템 용량 등 다양한 시스템 조건을 고려하여 차단기를 선정
  • 안전율: 예상치 못한 상황에 대비하여 적절한 안전율을 적용

●Z04.단락사고 발생 후 단락전류가 감쇄하는 것을 시간 변화별로 계산하기 위한 방법 중 최근 많이 사용되고 있는 IEC단락전류계산 방법에 관하여 다음 4가지 전류의 의미와 계산하는 방법을 설명하고 계산결과를 차단기 정격 선정과 보호협조에 어떨게 적용하는지를 설명하시오

IK,IP,IB,IK

모범답안(IEC단락전류계산 방법 BBZ04)

3️⃣단락전류의 종류(IEC 60909)

1) IK” 초기과도전류

(Inital Symmetrical Short Circuit Current)
단락 발생 직후 매우 짧은 시간 동안 흐르는 최대 대칭 전류 값

  • 퓨즈, 보호계전기순시탭, MCCB적용
  • 정의 : 차과도 리액턴스에 의해서 제한되는 초기 대칭 단락전류를 의미
  • 계산방법 : 초기 과도전류의 교류 실효치는 다음 식으로 계산
\[I_{K”}=\frac{CV_n}{\sqrt{3}\times Z_K}\]
\[C: Voltage Factor, V_n:공칭전압 \]\[Z_K:고장상태에서의 등가임피던스\]
공칭전압최대단락전류최소단락전류
저전압1,000[V]이하1.051.00
중전압1[kV]초과 35[kV]이하1.101.00
고전압35[kV]초과 230[kV]이하1.101.00
  • 적용 : 초기과도전류는 고, 저압 퓨즈 차단용량을 결정하는데 사용되고, 또한 다른 계산의 기초가 된다.

2) Ip 초기 과도전류의 최대치

(Peak Short Circuit Current)
단락 전류 파형에서 교류 성분만을 고려한 피크 값입니다. IK” 값보다 작지만, 차단기의 열적 강도를 평가하는 데 중요한 역할

  • 부스바 기계적 강도
  • 정의 : 단락전류의 최대치
  • 계산방법 : 초기과도전류의 최대치는 첫 주파수의 파고치를 다음 식으로 계산
\[I_P=\frac{ \sqrt{2}\cdot I_{k”}\times X}{R}\] \[\frac{X}{R}:직류분, \sqrt2\cdot I_K” : 최대치\]
  • 적용 : 초기 과도전류의 최대치는 차단기의 투입 정격을 결정하는 데 사용되고, 또한 단락전류에 의한 기계적인 힘을 계산하는 데 적용

3) Ib

(Symmertrical Breaking Current)(대칭단락전류)
차단기가 실제로 차단해야 하는 전류 값으로, 일반적으로 IK” 또는 IP 값을 기준으로 결정

  • 차단기 차단용량 적용
  • 정의 : 차단기 접점이 개극되는 순간에 흐르는 대칭전류를 의미
  • 계산방법
대칭단락전류의계산교류전위의감쇄원인이되는요인
·동기기의경우Ib=uIK”
·비동기기의 경우 Ib=uqIK”
·여기서 u와q는 교류전류의 감쇄원이 되는 요소		·각 기기의 단락전류에의 기여도
·X/R Ratio
·차단기의 개극시간
·회전기의 특성에 따라 달라지는 계수
  • 적용 : 차단기의 차단 용량을 계산하는 데 적용한다.

4) Ik

(Stead State Short Curcuit Current)

단락 발생 직후 최대값을 가지는 비대칭 단락 전류의 피크 값입니다. 직류 성분과 교류 성분이 합쳐져 가장 큰 값을 나타내며, 차단기의 기계적 강도를 평가하는 데 사용

  • 보호계전기 한시탭 선정시 적용
  • 정의 : 과도 상태가 지난후 정상 상태로 되었을 경우에 흐르는 전류
  • 계산방법
\[I_{K-max}=\lambda_{max}\times I_{rG}\] \[I_{K-min}=\lambda_{min}\times I_{rG}\] \[\lambda: 발전기의 유기전압과 초기 대칭 단락전류 사이의 비율함수\] \[I_{rG}:발전기의 등급\]
  • 적용 : 발전기의 단락비 또는 동기 임피던스를 고려하는 데 참고가 된다

모범답안(단락전류 계산 BBF06)

❗단락전류를 구하는 FLOW Chart

1️⃣단선결선도로 계통파악

  • 수전방식, 배전방식이 표현된 단선결선도 작성

2️⃣기준용량 결정(공급 측 %Z)

  • 전원을 공급하는 측, 즉 한전 측 선로의 임피던스 비율의 크기

3️⃣%Z 결정(기기 선로)

  • 단선결선도에 구체적으로 예시되지 않은 경우 차단기 및 선로의 부속기기들의 %Z들은 무시되고 변압기, 긴 거리의 특고압 및 고압측의 선로 임피던스를 가지고 계산
  • 선로의 경우 옴의 법칙으로 주어질 수 있으므로 %Z로 치환
\[\%Z=\frac{PZ}{10V^2}\]

4️⃣고장점 선정(차단기설치 후단)

  • 차단기의 용량 결정은 단락이 발생하였을 경우 이를 차단, 복구하는 데 그 목적이 있으므로 차단기 선정 지점 후단에 고장점을 선정

5️⃣기준용량으로 %Z 일치

  • %임피던스법을 사용하면 전압이 다른 것에 대해 부분은 고려하지 않아도 되나, 기준 MVA에 부하 %Z를 일치시켜야 함

6️⃣임피던스 맵 작성

  • 전원 측과 발전기가 병렬운전할 경우 맵을 전원측과 합치고 단독운전일 경우에는 분리

7️⃣작성된 맵의 등가화

  • 선정점을 기준으로 직, 병력 합산하여 전체 %Z 수치를 구함

8️⃣단락전류 및 단락용량 계산

  • 전체 %Z를 가지고 단락전류 및 차단용량을 구함
  • 단락전류
\[I_s=\frac{100}{\%Z}\times I_n\] \[=\frac{100}{\%Z}\times \frac{기준용량}{\sqrt3\times 정격전압}[A]\]
  • 단락용량
\[P_s=\frac{100}{\%Z}\times P_n[MVA]\]

9️⃣표준차단기 선정

  • 단락전류에 의해 단락용량을 구한 경우 이 수치에 안전율을 고려한 차단용량을 구한 다음 상위계급의 표준차단기를 선정
\[\sqrt3\times I_s\times k\]

(1.1~ 1.6 : 3상과 단상에 따라 달라짐)

정격전압[kV]단락전류[kA]표준차단기 용량[MVA]
7.212.5160
20250
31.5390
40500
2412.5520
20830
251,000
401,700

차단기 정격 선정 및 보호 협조에의 적용

차단기 정격 선정 및 보호 협조에의 적용

  • 차단기 정격 선정:
    • 차단 용량: IK 값을 기준으로 차단기의 차단 용량을 선정합니다. 차단기는 IK 값 이상의 전류를 안전하게 차단할 수 있어야 합니다.
    • 차단 시간: IP 값을 기준으로 차단 시간을 설정합니다. 차단기는 IP 값 이하의 전류에 대해서는 빠르게 차단하고, IP 값 이상의 전류에 대해서는 안전하게 차단할 수 있도록 설정해야 합니다.
  • 보호 협조:
    • 과전류 계전기 설정: IK, IP, IK” 값을 기준으로 과전류 계전기를 설정하여 단락 사고 발생 시 빠르게 동작하도록 합니다.
    • 지락 계전기 설정: 지락 사고 발생 시 지락 계전기를 설정하여 단락 전류를 감지하고 차단기를 동작시킵니다.

고장(단락 지락) #BB

단락전류(기본이론) #BBI
단락전류(종류) #BBZ
단락전류(계산법 종류) #BBC
→대칭좌표법 #BBY
단락용량 경감대책(수변전설비) #BBP
→계통연계기 #BBN
→초전도 한류기 #BBS

단락전류(계산) #BBF
→단락전류 계산(기본) #BB0
→1선지락전류 유효접지 #BB1
→2선단락 3상단락 #BB2
→3상단락(단락전류 단락용량) #BB3
→단락전류 계산(전동기) #BBM
→단락전류 계산(분산전원) #BBD
→단락전류 계산(한류리액터) # BBR
→단락전류 계산(1선지락전류 3상단락전류) #BBT

목차(단락전류 종류 #BBZ)

🌐V0929B24 / BBZ

3상단락

2선단락

1선지락

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