고장 계산의 기초⁕

0.6.0★N!220710

고장 계산의 기초

고장계산의 목적

1) 계통의 구성
2) 차단기의 차단 용량선정
3) 전력기기의 열적, 기계적 강도 선정
4) 변류기의 포화특성
5) 보호계전기의 정정 및 보호협조
6) 유효접지조건 검토 (1선지락고장)
7) 통신선 유도장애 검토 (지락전류)
8) 고조파 공진 검토 (단락용량이 증가할수록 공진차수 증가)

%임피던스

퍼센트 임피던스⁕

전력계통에는 여러가지의 전압이 있으며, 다른 전압사이에는 변압기가 존재한다. % 임피던스법을 사용하는 목적은 서로 다른 전압에 존재하는 회로요소, 즉 저항(R), 리액턴스(X), 임피던스(Z)를 변압기 없는 계통, 즉 1:1 변압기로 연결하여 회로해석을 편리하게 하기 위함이다.

고장계산 전제조건

1) 고장 계산시 부하전류는 무시한다.
2) 고장시 계통전압은 저하로 계산에 어려움, 고장직전 전압을 가정
3) 고장 중에도 전동기는 정격전압으로 운전하고 있음을 가정, 기여전류 계산
4) X/R비를 모르는 경우 가장 큰 값을 적용
5) 기기의 외함 및 판넬 등의 임피던스는 무시

식의 변환

(1) 상전압(E)→선간전압(V)

\[\%Z=\frac{I_nZ}{\frac{V}{\sqrt3}}\times 100=\frac{\sqrt3I_nZ}{V}\times 100\]\[[E=\frac{V}{\sqrt3}]\] \[\%Z=\frac{\sqrt3I_nZ}{V}\times\frac{V}{V}\times 100=\frac{PZ}{V^2}\times 100\]\[(P=\sqrt3 VI_n : 3상용량)\]

(2) P[kVA], V[kVA]단위로 할 경우

\[\%Z=\frac{PZ}{10V^2}\]

%Z∝P →기준용량(Pb)을 정하고, 기준용량의 값으로 환산

\[\%Z=\frac{P}{10}\times(\frac{Z}{V^2})\to(\frac{Z}{V^2})\]

%Z은 변압기 1,2차측에 대해 항상 일정

\[\frac{Z_1}{V_1^2}=\frac{Z_2}{V_2^2}=\frac{10}{100^2}=\frac{0.1}{10^2}\]

3) 기준용량(P_b)으로 임피던스로 환산

→ 자기용량 기준 %Z(Old)를 기준용량의 %Z(New)로 환산

\[\%Z_{new}=\%Z_{old}\times\frac{P_b}{P_{b.self}}\]

4) 등가 임피던스와 단락용량(P_s)의 관계

\[P_s=\sqrt3VI_s\cdot\cdot\cdot I_s=\frac{100}{\%Z}\times I_b\]\[P_s=\sqrt3VI_b\times\frac{100}{\%Z}=P_b\times\frac{100}{\%Z}\]\[\%Z=\frac{P_b}{P_s}\times 100\]

고장시간에 따른 분류

고장 시간에 따른 분류⁕

고장전류 공급원

계통에 고장이 발생하면 한전계통에 연결된 발전기에 의해서 고장전류를 공급하게 됨은 물론 전동기에서도 고장전류를 공급하게 된다. 전동기가 연결되어 있는 계통에 고장이 발생하면 고장 후 수 cycle까지는 전동기와 이것에 직결된 부하의 회전에너지(관성)에 의해 전동기는 발전기로 작용하고 자신의 과도 리액턴스에 반비례한 고장전류를 사고점으로 공급한다. 이를 전동기 기여전류라하며 유도전동기는 잔류자속만이 영향을 미치므로 가장 빨리 소멸되지만 동기전동기는 타여자방식이므로 감쇠가 비교적 느리다. 전력용 콘덴서도 큰 과도 고장전류를 공급하게 되나 공급 지속시간이 아주 짧고 주파수가 계통의 주파수보다 아주 높기 때문에 일반적으로 고장전류 공급원에 포함하지 않는다.

발전기

대용량 발전기
자가용 발전기
분산전원 발전기: 열병합 발전, 풍력, 태양광 발전 등

기여 전류원

각종 전동기: 유도 전동기, 동기 전동기
전력용 콘덴서

임피던스

고장 임피던스⁕

고압차단기 선정시 비대칭 계수 적용

차단기의 정격차단전류를 선정할 때 3상 대칭분에 어느 정도의 여유율을 줄 것인지에 대한 것이다. 이것은 회전기의 리액턴스가 변화하고 있는 상태를 고려한 차단기의 정격차단전류의 선정하는 것이다. 아래의 그림과 같이 차단기의 종류 및 차단기의 접점이 개리시점, R/X비에 따라서 그 값을 적용한다. 일반적으로 어떤 차단기를 선정하더라도 계산된 3상 단락전류에 1.2배를 적용하면 충분함을 알 수 있다.

최종적으로 부하의 증가 등에 여유율 등을 감안하여 1.5~2.0배로 충분히 여유를 가지고 차단기의 정격을 선정하는 것이 바람직하다.

\[I_{asym}=I{sym}\times MF\]

★고장계산
고장 계산의 기초⁕
–퍼센트 임피던스⁕
–고장 시간에 따른 분류⁕
–고장 임피던스⁕
–전력계통 단락사고에 대한 과도 해석⁕

변환의 기초⁕
단락전류 기본이론✶
IEC단락전류 계산방법 ✶
단락전류 계산법 종류⁕

단락전류를 구하는 FLOW ✶
→A점과 B점의 단락전류 계산 ✶
→3상단락전류 및 단락용량을 구하시오 ✶
→단락전류를 계산하시오 ✶
→단락용량을 계산하시오 ✶
→차단용량과 한류리액터값을구하시오 ✶
→1선지락전류와 3상단락전류를구하시오 ✶
→2선 단락고장과 3상 단락사고의 비 계산 ✶
→1선 지락전류 유도 ✶
–대칭 단락전류⁕
–예제1(3상단락)⁕
–예제2(3상단락)⁕
–예제3(차단기용량계산)⁕
–예제4(3상단락고장)⁕
대칭 좌표법⁕
불평형 고장해석⁕
–예제1(1선지락)⁕
–예제2(1선지락)⁕
–예제3(선간단락)⁕
–예제4(1선지락)⁕
–예제5(지락)⁕
–예제6(1선지락)⁕
–예제7(모선지락)⁕
–예제8(2선지락) ⁕