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
보통은 회로의 단락전류를 계산하여 그 보다 큰(?) 값의 정격차단전류를 갖는 차단기를 선정한다.
차단기 용량
차단기 용량은 부하의 단락전류에 견딜 수 있는 능력의 정도를 표시하며 차단기 용량은 우선 단락전류를 구하여 계산할 수 있다. 단락전류 계산법은 몇가지가 있으나 퍼센트 임피던스에 의한 계산법이 간편하고 실용적으로 많이 사용되고 있다.
Is=100×In/%Z [KA]
( Is : 단락전류 (정격차단전류), In : 정격전류, %Z : 페센트 임피던스)
차단용량(MVA)= √3 ×정격전압(KV)×정격차단전류(KA)
위 식에서 %임피던스 값을 알아야 차단기의 차단용량을 구할 수 있으며 각 부분의 임피던스를 알아야 하며 단순히 임피던스를 환산하려면 계산의 어려움이 있으믈 이를 단순화한 %임피던스를 이용하여 계산한다.
일반적으로 저압전로에 시설하는 과전류차단기의 차단용량 계산시에는 전원 source 임피던스를 "0"으로 간주하며 변압기 %임피던스와 간선의 %임피던스를 고려하여 계산하고 전동기 부하에 대한 고려는 개략적인 값이지만 운전중인 정격전류의 4배를 더한 값을 사용하는 것으로 하여 계산한다.
1. 단락전류(Short circuit current)란? (kA로 표시됨)
전기계통의 고장전류의 일종으로 상과 상이 합선되어 생기는 고장전류 말한다. 상과 상이 합선(short)시 고장점에는 저항이 0에 가까워져 계통의 전원(Utility),발전기, 전동기들은 각각 고장점으로 전류를 보내게 되며 이러한 전류들이 합쳐지면 막대한 대전류가 되어 고장점의 상간단락사고는 3상단락사고(3상일 경우)로 전파되는 것이 보통이며 이 경우(3상단락시) 전기계통고장의 최대전류가 흐르게 된다.
또한 이 단락전류는 대칭교류분과 DC분으로 이루어져 있으며 발생 1/2Cycle후 최대치에 이르게 되며 서서히 감쇄한다. 이 초기 1/2Cycle에 발생되는 단락전류는 그 시간이 너무 짧아 계전기인식, 동작, 지령,차단기 접점 개시등으로 이뤄지는 긴 시간(3~8cycle)로는 차단할 수 없으므로 고장시 최초발생하는 단락전류의 용량보다 큰 정격차단전류를 가진 차단기를 사용하여야 한다.(차단기의 정격차단전류는 교류분 실효치로 표시됨)
고장전류는 예전에는 주로 임피던스 맵을 이용한 수계산이 주를 이루었으나, 컴퓨터,프로그래밍기술의 발전으로 현재 상용화된 프로그램을 사용하는 경우가 많다. 계통설계시 단락전류의 계산은 필수적인 것으로 전기기기, 차단기, 전선 및 relay setting의 기본이 된다.
2. 차단(단락)용량(Short circuit capacity)이란?
차단기의 정격차단전류는 법적으로 반드시 명기해야 하지만 3상일경우 √3 * 정격전압 * 정격차단전류 로 계산되는 차단용량은 표기하는 경우와 안하는 경우가 제작사별로 차이가 있다.
위 식에서 보듯이 차단(단락)용량은 정격전압에 따른 차단용량을 표기한 것이다.(주로 Bus bar에 많이 사용됨) 예컨데, 22.9kV의 단락(차단)용량이 750MVA로 표기되었다면 약 19kA정도의 정격차단전류를 가진다는 의미이다.
1. 개요 차단기 명판에 나와 있는 용어 및 차단기와 관련된 용어의 의미를 알아 보고자 합니다. 차단기의 정격이란 규정된 책무, 조건 및 특정한 조작하에서 차단기가 갖는 성능의 보증한계를 말하는 것이며 그 주요 항목으로는 다음과 같은 것이 있습니다.
2. 차단기의 각종 정격 사항 및 용어
(1) 정격전압(kV) 차단기의 정격전압이란 그 차단기에 부과할 수 있는 사용 회로전압의 상한을 말하며 일반적으로 선간전압(실효치)으로 나타낸다. 사용 회로전압보다 훨씬 큰 정격전압을 가진 차단기를 선정해도 차단기 자체로서는 아무런 지장이 없지만 경제적으로나 외형적으로도 이로운 점이 없으므로 적정한 회로전압에 대응하는 정격전압의 것을 사용하는 것이 좋다.
(2) 정격전류[A] 차단기는 최대부하전류 또는 배전선의 전류용량 이상의 정격전류를 선정한다. 차단기의 정격전류란 정격전압, 정격주파수 밑에서 규정된 온도상승한도를 넘지 않고 그 차단기에 접속하여 통할 수 있는 한도를 말한다.
(3) 정격 차단전류[kA] 차단기의 차단 순간에 각 극에 흐르는 전류를 차단전류라고 하며, 발호순간의 대칭단락전류로 나타내고 있습니다. 차단기의 정격차단전류란 모든 정격 및 규정된 회로조건 밑에서 규정된 표준동작책무와 동작상태에 따라 차단할 수 있는 지연역률의 차단전류의 한도를 말하며, 교류분(실효치)으로 표시하고, 비대칭 전류를 대칭전류의 1.19배로 하고 있으나 일반적으로 1.25배로 보고 있으므로 필요한 대칭차단전류를 구할 뿐 일반적으로는 문제가 없고, 계산으로 구하는 단락전류를 선정하면 된다.
(4) 정격 투입전류(A) 차단기의 경격투입전류란 모든 정격 및 규정된 회로조건 밑에서 규정된 표준동작책무 및 동작상태에 따라 투입할 수 있는 투입전류의 한도를 말하며, 투입전류의 맨처음 주파의 순간치의 최대치로 표시한다. 정격투입전류는 정격차단전류의 약 2.5배 이다. 실제로 고장(단락)난 회로를 개폐할 경우 단락전류가 흘러 단락전류에 의한 전자반발력으로 차단기가 완전히 투입되어도 차단기의 차단동작이 방해를 받아 차단불능이 되는 경우가 있다. 따라서 이와 같은 사태가 되지 않도록 규정된 것인데 이 차단기가 투입할 수 있는 단락전류(파고치) 의 한도를 나타낸 것이다. 정격차단전류가 결정되면 이 값도 자동적으로 결정된다. 다만, 수동 직접투입조작방식의 차단기에서는 조작력이 각 개인마다 다르기 때문에 반드시 단락전류를 안전하고 확실하게 투입할 수 있도록 주의를 요한다.
(5) 정격 단시간전류[kA] 차단기의 정격 단시간 전류란 그 전류를 정해진 시간동안(보통1~2초) 차단기에 통해도 이상이 없는 전류의 한도를 말하며 그 차단기의 정격 차단전류와 같은 수치(실효치)를 표준으로 한다. 정격단시간 전류의 최대 파고치는 그 정격치의 2.6배로 한다.
(6) 정격차단 시간(C/S) 차단기의 정격차단시간이란 정격차단전류를 모든 정격 및 규정된 회로조건 밑에서 규정된 표준동작책무 및 동작상태에 따라 차단하는 경우의 차단시간의 한도를 말한다. 즉, 차단기가 트립지령을 받고부터(보호계전기의 접점이 닫혀지고부터)트립장치가 동작하여 전류차단을 완료할 때까지의 시간을 나타낸다. 정격 차단시간은 정격주파수를 기준으로 한 사이클수 로 표시한다. (즉 부하차단을 시작하여 접점이 열리며서 아크가 확 일어났다가 완전 소호되어 아크가 zero로 되어 절연을 완전 회복한 상태를 말한다) **[5cycle 차단기는 1cycle이16.7ms이므로 83.5ms(0.0835Sec)이다]
(7)무부하 투입시간 무부하에서 차단기의 투입코일이 동작하여 기계적으로 LATCH가 걸려 투입동작이 완료된 상태
(8)개극시간 차단기의 트립코일이 동작하여 주회로 접점이 기계적으로 정해진 만큼 완전히 OPEN 된 상태
(9) 동작책무 차단기는 전력계통에서 사용될 경우 투입-차단-투입(C-O-C)과 같은 동작이 되풀이 되므로 차단기의 용량도 이들의 일련의 동작책무에 맞는 성능의 한도로서 표현되고 있으며, 이들의 값은 별도로 표준규격에서 정하고 있다. ** 여기서 C는 CLOSE(투입), O는 OPEN(차단)을 의미함. ■ O-15sec-CO {차단 -15초후-투입,차단} (주로 저압차단기의 최대 단락시험의 동작책무로 사용된다, 즉 한번 차단후 15초 후에 재투입 및 차단 시험을 수행 할 수 있는 능력을 확인하는 책무임) ■ O-3min-CO-3min-CO {차단 -3분후-투입,차단-3분후-투입,차단} (저압차단기의 사용단락시험에 적용되며, 고압차단기에도 역시 적용될 수 있는 재폐로용 차단기의 동작책무임) ■ CO-15sec-CO {투입,차단-15초후-투입,차단} (일반 고압차단기에 적용되는 동작책무임) ■ O-0.3sec-CO-3min-CO {차단 -0.3초후-투입,차단-3분후-투입,차단} (고속 재폐로용 고압 차단기에 주로 적용되는 동작책무임)
(10) 정격 차단용량(MVA) 차단기의 정격 차단용량은 3상 교류인 경우 차단기의 정격 차단전류와 정격전압과의 곱에 √3을 곱해준 것이다. 즉, 정격차단용량 = √3 × (정격전압) × (정격차단전류)이다. 차단용량은 전력계통의 규모가 커질수록 커지기 때문에 경제적인 차단기를 사용하려면 정격차단 전류를 감소시켜야 한다. <정리를 하면> 차단용량 이란 그 차단기를 적용할 수 있는 계통의 3상 단락용량의 한도를 말하며, 다음 식에 의해 구하여 참고치로 한다. 차단용량 [MVA] = √3 × 정격전압[kV] × 정격차단전류[kA] 출처:http://cafe.daum.net/passgosi09/KQtc/9?docid=1GOlS|KQtc|9|20081228144226&q=%C1%A4%B0%DD%C2%F7%B4%DC%C0%FC%B7%F9(kA)&srchid=CCB1GOlS|KQtc|9|20081228144226
간단히 말씀 드리면 말단 조작반 MCCB3P100A의 차단용량(20kA)이 메인 배전반 MCCB3P300A의 차단용량(40KA)보다 작기 때문입니다. 고장전류 즉, 단락전류는 수천A~수만A 까지 흐르게 되는데 차단기의 차단용량 범위를 벗어났을때는 차단기능이 상실됩니다.
따라서 엘리베이터 조작반에서의 단락전류는 20KA 즉, 20000A를 초과했기 때문에 100A차단기에서 차단되지 못하고 300A(40KA)가 차단된것입니다.
그러므로 배선용 차단기의 차단용량은 매우 중요하다 하겠습니다.
다음은 단락전류 계산에 관한 사항입니다.
단락전류는 계통의 임피던스에 의해 정하여지며 변압기 임피던스만을 고려하면
배전반 주차단기의 단락전류 계산값은= 100/ %Z x In 이므로(TR 2차 간선의 임피던스 무시)
대략적인 메인 배전반의 차단용량 계산값은 TR 2차 정격전류 값의 약 20배라 할수 있겠습니다.
(why:유입TR의 %Z값은 약5%이므로/몰드TR은 약6%)
그러나 정확한 계통의 차단용량을 선정하려면 각 TR별, 전선용량별, 각 차단기별 임피던스 DATA도 알아야합니다.