전기기사 강의 16: 단락전류와 차단용량 — √3·V·Is 계산법

전력계통에서 가장 무서운 사고는 단락이다. 단락이 일어나면 전류가 정상 부하전류의 수십 배로 치솟는다. 차단기는 이 전류를 안전하게 끊는 장치이다. 차단용량은 차단기가 끊을 수 있는 최대 단락전류의 한계이다. 차단용량이 부족하면 차단기 자체가 폭발한다. 그래서 단락전류 계산은 차단기 선정의 출발점이다.

 

단락전류는 %임피던스법으로 구한다. 기준용량 10 MVA를 잡고 각 설비의 %임피던스를 기준용량으로 환산한다. 환산식은 %Z = %Z0 × (기준용량 / 설비용량)이다. 전원측 %임피던스와 변압기 %임피던스를 합하면 계통 전체 %임피던스가 된다. 단락전류 Is = 100 / %Z × In이다. 여기서 In은 기준용량에 대한 정격전류이다. In = P / (√3 × V)이다.

 

계산 예시를 보자. 22.9 kV 계통에 10 MVA 변압기가 있고 %Z가 7%라고 하자. 전원측 %임피던스는 무시한다. 정격전류 In = 10,000 / (√3 × 22.9) = 약 252 A이다. 단락전류 Is = 100 / 7 × 252 = 약 3,600 A이다. 차단용량 Ps = √3 × V × Is = √3 × 22.9 × 3.6 = 약 143 MVA이다. 차단기는 143 MVA 이상을 골라야 한다. 실무에서는 여유를 두고 한 단계 위 정격을 쓴다.

 

차단용량과 단락용량은 같은 식으로 구한다. 단락용량 Ps = √3 × V × Is이고 단락전류 Is가 기준이다. 차단기의 정격차단전류는 Is 이상이어야 한다. 정격차단용량은 정격전압 × 정격차단전류 × √3이다. 시험에서는 두 값을 헷갈리게 낸다. 단락용량을 구하라는 문제와 차단용량을 구하라는 문제는 같은 식으로 풀린다. 다만 차단기 선정 문제에서는 계산값보다 큰 정격값을 답으로 고른다.

 

차단기 종류도 알아두자. 유입차단기(OCB)는 절연유로 아크를 끈다. 가스차단기(GCB)는 SF6 가스를 쓴다. 진공차단기(VCB)는 진공에서 아크를 소호한다. 기중차단기(ACB)는 공기를 쓴다. 저압에서는 배선용차단기(MCCB)와 누전차단기(ELB)가 쓰인다. 시험 단골은 VCB와 GCB의 특징 비교이다. VCB는 소형이고 보수가 적으며 차단성능이 좋다. GCB는 대용량에 강하고 소음이 적다. OCB는 화재 위험이 있어 요즘은 잘 쓰지 않는다.

 

나는 단락전류 문제를 처음 풀 때 %임피던스 환산을 빼먹고 틀렸다. 기준용량 환산이 이 단원의 핵심이다. %Z가 작을수록 단락전류는 커진다. 변압기 용량이 클수록 단락전류도 커진다. 이 관계만 기억하면 계산 문제는 대부분 풀린다.