차단기 용량 산정 방법

[에어컨닥터]

차단기 용량 산정 방법 (Calculated Way Of Frame)

■ 단락전류의 종류

전략 계통에 있어서 단락잔류를 구하는 경우, 그 값을 사용하는 목적은
① 계통 차단기, 휴즈의 선정
② 계전기의 조정
③ 계통의 기계적 강도에 대한 고려
④ 계통의 열적 강도에 대한 고려 등의 검사입니다.
이와 같은 검사에 맞게 사용하는 단락 전류는 각기 다르며, 단락 전류의 표시 방법으로서, 표시하는 대칭
전류와 직류분을 포함하여 표시하는 비대칭 전류로 구분됩니다.

ㆍ단락 전류 교류분 실효치 : l(rms/sym)
단락 전류는 그림과 같이 교류분과 직류분으로 구성되어 있으며, 교류분 실효치로 표시되는 단락 전류를 말하며, 차단기 및 FUSE를 선정하는 경우는 이 전류치에 의해 전류로 구분됩니다.

ㆍ 최대 비대칭 단락 전류 실효치 : l(rms/sym)
직류분을 포함한 실효치로 표시되는 단락 전류를 비대칭 단락 전류 실효치라 하며, 이 전류는 단락 투입 위사에 따라 그 값이 변하게 됩니다. 비대칭 단락 전류 실효치가 최대로 되는 투입 위상에 따라 비대칭 단락 전류 실효치를 최대 비대칭 단락 전류 실효치라 하고 전선 또는 CT등의 열적 강도를 검사하는 경우는 이 전류로 검사를 합니다.

ㆍ3상 평균 비대칭 단락 전류 실효치 : l(rms/ave)
3상 회로에 있어서는 각 상의 비대칭 단락 전류는 각 사의 투입 이상이 서로 다르기 때문에 직류분의 함유율이 다르므로 거기에 각 사의 비대칭 실효치의 상간 평균을 비대칭 실효치라 합니다.

ㆍ최대 비대칭 단락 전류 순시치 : l max
단락 투입 이상에 따라 비대칭 단락 전류의 순시치가 변하는데 비대칭 단락 전류의 순시치가 최대로 되는 투입 위상에 따른 값을 최대 비대칭 단락 전류 순시치라 합니다. 이 전류는 직렬 기기의 기계적 강도를 시험하는 경우에 사용합니다.

■ 단락전류 계산방법의 종류

단락 전류의 계산법은 오옴법(Ω), 페센트 임피던스법(% Impedance), 단위법(per unit)등이 있습니다.
계산법은 어느 것을 사용해도 결과는 동일하게 되며, 어떠한 방법을 적용하여도 무방하나, 각자가 사용하는 방식에 따르는 것이 좋습니다.

ㆍ오옴법(Ohmic method)
단락 전원으로부터 고장점 까지의 각 임피던스 값을 전부 오옴(Ω) 값으로 환산하여 단락 전류를 산출하는 방법으로서, 전압(V), 전류(A), 전력(kVA), 임피던스(Ω)등의 단위로 나타내어 본래의 양 그대로 계산하는 방법이다.

ㆍ 퍼센트 임피던스 법(% Impedance)
각 임피던스를 기준량, 기준 전압에 대한 임피던스로 환산하고, 전기 예산에 필요로 하는 양을 퍼센트로 표시한 후에 오옴의 법칙을 그대로 적용합니다.

ㆍ 단위법(Per unit)
적당히 선정된 기준 용량을 1.0으로, 계통내의 제량을 이 값과 관련하여 10진법의 비교로써 표시한 것으로, 페센트 임피던스 법과는 단위법을 100배한 값을 적용한 것만이 다릅니다.

단락전류 계산방법 (System Of Measuying For Shart-Circuit Current)

한국전기안전공사 적용방법입니다.)

■ 기본 전제

1) 전원 Source 임피던스를 “0”으로 간주하고 단순히 변압기 임피던스, 케이블 임피던스만 고려하였음.
2) 전동기 부하에 대한 고려는 개략적인 값이지만 운전중인 정격전류의 4배를 더한 값을 사용하는
것으로 함.
3) 방사상 배전방식을 기본으로 하였음.
4) 단락사고 전류에 영향을 주는 발전기, 동기전동기등이 있는 계통이 뱅킹 또는 네트워크 배전방식의
경우는 별도 계산방법에 의할 것.

■ 단락전류 계산시의 사고점 기준

1) 주 차단기(그림①차단기)
ㆍ 변압기 2차측에서 배전반 모선까지의 전로가
i) 절연전선 또는 케이블인 경우 : 당해전로 밀단 모선에서 발생한 단락전류의 값
ii) 나도체인 경우 : 주차단기의 부하측 단자에서 발생한 단락전류의 값

2) 간선(휘다)용 차단기(그림②차단기)
i) 절연전선 또는 케이블인 경우 : 분전반 주 차단기 전원측에서 발생한 단락전류의 값
ii) 나도체인 경우 : 간선용차단기의 부하측 단자에서 발생한 단락전류의 값

3) 분전반 주 차단기
ㆍ 분전반 주 차단기의 부하측 단자에서 발생한 단락전류의 값

4) 분기차단기(그림④차단기)
ㆍ 분기 회로에 제 1아우트레트(제1부하점)에서 발생한 단락전류의 값
　

■ 단락전류의 계산법

             
              - 변압기 정격 : 3이상
              - 케이블 : 10M, 8㎟
　

■ 계산예

1) 계통 구성도

2) 변압기 및 선로 임피던스(IEEE DATA)

구 분	변압기	3상선로(Ω/㎞)
		220 ㎟	38 ㎟
R X	0.0137	0.0989	0.4774
	0.0332	0.0938	0.1047

3) 차단용량 계산

  
  
   가) 주 차단기 (① MCCB 400A)

   Rt = Rt + R1 = 0.0137 + 0.0989 × 0.001 × 20 = 0.015678

   Xt = Xt + X1 = 0.0332 + 0.0938 × 0.001 × 20 = 0.035076

   

 
   전동기로 부터의 단락전류 유입량을 변압기 2차 정격전류의 4배로 계산하면

   304A × 4 = 1,216A

   따라서, 주차단기의 차단용량은  5,710 + 1,216 + 6,926A



   나) 간선(휘다)용 차단기 (② MCCB 100A)

   R2 = R1 + R1 = 0.015678 + 0.4771 × 0.001 × 30 = 0.029991

   X2 = X1 + X1 = 0.035076 + 0.1047 × 0.001 × 30 = 0.038217

      

   전동기로 부터의 단락전류 유입량 (1,216A)을 고려하면

   간선 (휘다)용 차단기의 차단용량은  4,516 + 1,216 = 5,732A

　

선로 및 변압기 임피던스 DATA (IEEE) (Wire & Transformer Inpedance)

1.선로의 임피던스

전선 size (㎜, ㎟)	단상선로		3상선로
	R	X	R	X
1.6	8.573	0.1617	8.573	0.1152
2.0	5.487	0.1606	5.487	0.1152
2.6	3.248	0.1585	3.248	0.1156
3.2	2.144	0.1558	2.144	0.1152
5.5	3.1946	0.1519	3.1946	0.1156
8.0	2.1977	0.1558	2.1977	0.1152
14	1.2779	0.1434	1.2779	0.1063
22	0.8166	0.1447	0.8166	0.1076
30	0.6032	0.1378	0.6032	0.1027
38	0.4771	0.1401	0.4771	0.1047
50	0.3651	0.1368	0.3651	0.1024

전선 size (㎜, ㎟)	단상선로		3상선로
	R	X	R	X
60	0.3079	0.1342	0.3079	0.1004
80	0.233	0.1312	0.233	0.0984
100	0.1878	0.1289	0.1878	0.0968
125	0.1523	0.1309	0.1523	0.0981
150	0.1279	0.1289	0.1279	0.0968
200	0.0989	0.1263	0.0989	0.0938
250	0.081	0.1243	0.081	0.0915
325	0.0641	0.01253	0.0641	0.0912
400	0.0542	0.1234	0.0542	0.0889
500	0.0466	0.1214	0.0466	0.0853

2.변압기 임피던스 　

	전압	단위	변압기 용량(KVA)	50	75	100	150	200	300	500	750	1000	1500	2000
단 상 변 압 기		%	Rt	1.3	1.2	1.2	1	1
			Xt	2.0	3.5	3.5	3.6	3.6
	110	Ohm	Rt	0.0031	0.0019	0.0015	0.0008	0.0006
			Xt	0.0048	0.0056	0.0042	0.0029	0.0022
	220		Rt	0.0126	0.0077	0.0058	0.0032	0.0024
			Xt	0.0126	0.0226	0.0169	0.0116	0.0087
3 상 변 압 기		%	Rt	3.5	2.5	2.5	2	1.9	1.7	1.2	2.6	2.1	1.7	1.4
			Xt	3.6	4.9	3.7	4	4.6	4.7	4.9	5.1	5.3	5.5	5.6
	220	Ohm	Rt	0.0339	0.0161	0.0065	0.0065	0.0046	0.0027	0.0012	0.0017	0.0010	0.0005	0.0003
			Xt	0.0348	0.0316	0.0129	0.0129	0.0111	0.0076	0.1147	0.0033	0.0026	0.0018	0.0014
	380		Rt	0.1011	0.0481	0.0193	0.0193	0.0137	0.0082	0.0035	0.0050	0.0030	0.0016	0.0010
			Xt	0.1040	0.0943	0.0385	0.0385	0.0332	0.0226	0.0142	0.0098	0.0077	0.0053	0.0040
	440		Rt	0.1355	0.0645	0.0258	0.0258	0.0184	0.0116	0.0046	0.0067	0.0041	0.0022	0.0014
			Xt	0.1394	0.1265	0.0516	0.0516	0.0445	0.0303	0.0190	0.0132	0.0103	0.0071	0.0054

주차단기 및 간선(휘다)용 차단기 용량 산출 예 (System Of Measuring For Frame Case)

구  분		3∮ 100KVA			3∮ 200KVA			3∮ 300KVA			3∮ 500KVA
변압기 임피던스	R	0.0361			0.0137			0.0082			0.0035
	X	0.0534			0.0332			0.0226			0.0142
전류전선 (20m)		152A 60㎟			304A 200㎟			455A 325㎟			760A 200㎟
R1		6.153 ×(1/103)			1.978×(1/103)			1.282 ×(1/103)			0.989 ×(1/103)
X1		2.00 ×(1/103)			1.876 ×(1/103)			1.824 ×(1/103)			0.938 ×(1/103)
주차단기		3.2kA			5.7kA			8.4kA			13.9kA
휘다 (㎟)		30A (5.5)	50A (14)	100A (38)	50A (14)	100A (38)	150A (60)	100A (38)	200A (100)	300A (200)	100A (38)	200A (100)	300A (200)
단 락 전 류 (kA)	10m	2.4 (2.5)	2.8 (3.0)	3.0 (3.2)	4.8 (5.1)	5.3 (5.6)	5.4 (5.8)	7.5 (8.1)	7.9 (8.6)	8.0 (8.7)	11.8 (12.7)	12.7 (13.7)	12.9 (13.9)
	20m	1.8 (1.9)	2.5 (2.6)	2.8 (3.1)	4.0 (4.2)	4.9 (5.2)	5.1 (5.4)	6.7 (7.2)	7.4 (8.0)	7.8 (38.3)	9.9 (10.5)	11.6 (12.4)	12.0 (13.0)
	30m	1.5 (1.5)	2.2 (2.3)	2.7 (2.9)	3.3 (3.5)	4.5 (4.8)	4.8 (5.1)	6.0 (6.4)	7.0 (7.6)	7.3 (7.9)	8.4 (8.8)	10.6 (11.3)	11.2 (12.1)
	40m	1.2 (1.3)	2.0 (2.1)	2.6 (2.8)	2.8 (2.9)	4.2 (4.4)	4.6 (4.8)	5.4 (5.7)	6.6 (7.1)	7.0 (7.6)	7.2 (7.5)	9.8 (10.4)	10.5 (11.3)
	50m	1.0 (1.1)	1.8 (1.9)	2.4 (2.6)	2.5 (2.5)	3.9 (4.1)	4.3 (4.6)	4.9 (5.2)	6.3 (6.7)	6.7 (7.2)	6.3 (6.5)	9.0 (9.6)	9.9 (10.6)
	100m	0.6 (0.8)	1.2 (1.2)	2.0 (2.1)	1.5 (1.5)	2.8 (2.9)	3.4 (3.5)	3.3 (3.4)	5.0 (5.2)	5.6 (6.0)	3.8 (3.9)	6.4 (6.7)	7.6 (8.1)

ㆍ선로 및 변압기 임피던스 DATA는 IEEE값임.
ㆍ전동기 부하에 의한 영향은 고려하지 않은 값임.
ㆍ( )값은 간선을 부시한 값임
ㆍ전압은 380V임

단락전류 계산법 예 (system Of Measuring For Shart-Circuit Current Case)

단락전류의 계산법은 1장의 도료를 이용하여 계통상의 임의의 위치에 대한 단락전류의 계산은 물론 계통조건이 다른 경우에도 연속적으로 조작함으로써 필요한 위치의 단락 전류를 계산할 수 있다.

■ 도표설명
P좌표ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 변압기 용량(kVA)
좌표 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 단락 전류치(kA)
P좌표ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ Cable에서의 감쇠를 고려한
단락전류치(kA)

ⓐ 곡선ㆍㆍㆍㆍ 변압기의 %임피던스(%)
ⓑ 곡선ㆍㆍㆍㆍ Cable의 길이(m)
ⓒ 곡선ㆍㆍㆍㆍ ls2표시(kA)

참고 : ⓒ곡선은 Cable(600V IV) 경질비닐관 배선의
경우에 적용한 것임

■ 단락전류를 구하는 방법

(1) 3상 변압기의 경우
① 변압기 직하단의 단락 전류치
ㆍ P좌표상의 변압기용량(e)와 곡선 A곡선의 교점(f)에 대한 ls1좌표값(g)을 구한다.
단, 변압기의 1차측 임피던스 무시한다.

② Cable의 임피던스를 고려한 위치(B점, C점)의 단락전류치
ㆍ ls1 좌표상의 단락전류치 g(kA)의 곡선상의 값(h)를 구한다.
ㆍ (h)를 ls1 축에 평행하게 이동하여 ⓒ곡선과 교점(i)를 구한다.
ㆍ (i)를 ls1 축에 평행하게 이동하여 ⓓ곡선과 (g)값과 교점(i)의 ls2좌표치 (k)를 구한다.

(2) 단상 변압기의 경우
① 변압기 직하단의 단락 전류치
ㆍ 3상 변압기의 경우와 동일하게 구하여 그 값에 3배를 한다.(g'kA)

② Cable의 임피던스를 고려한 위치(B점, C점)의 단락전류치
ㆍ ls1 좌표 23배를 곱한다.
ㆍ 3상변압기의 경우와 동일하게 ls2값을 구한 후 그 값에 23배를 한다.

■ 주의사항

1. 전동기 Contribution은 고려하지 않았습니다.
필요한 경우에는 정격전류의 약 4배를 하여 주십시오.

2. 정격전압은 AC200V, 400V로 하여 실제 흐르는
단락전류치는 산출치 보다 약간 작아집 니다.
따라서 전류치는 안전성을 고려하여 산출해 주십시오.

단락전류 산출 그래프 (A Shart-Circuit Current Output Graph)

■ 산출 예

(1) A점의 단락전류치(lsA)
ㆍP좌표상의 변압기용량(500kVA)와 ⓐ와 (5%)과의 교점 f의 ls1좌표치(g)를 구한다.
lsA=29kA(g)

(2) B점의 단락전류치()
ㆍ ls1좌표사의 단락전류치g (29kA)의 ⓑ곡선 (20m)상의 값 h를 구한다.
ㆍ h를 ls1축과 평행하게 이동하여 ⓒ곡선(200mm)과의 교점 I를 구한다.
ㆍ I를 ls2축과 평행 이동하여 ⓓ곡선(g=29kA)과의 교점 j를 구한다.
lsB=19kA(g)

(3) C점의 단락전류치(lsC)
ㆍ B점에서의 단락전류치(=19kA)의 좌표값상의 1(19k) ⓑ곡선 (15m)와의 교점 m을 구한다.
ㆍ m을 ls1축과 평행하게 이동하여 ⓒ곡선(30m)과의 교점 n을 구한다.
ㆍ n을 ls2축과 평행하게 ⓓ곡선 (I =19kA)과의 교점 P의 ls2좌표치(g)를 구한다.
lsC=10kA(g)

[알콘스]

자료감사드림니다.