개념 한 쪽
고장계산은 송전계통과 변압기에서 단락과 지락이 생길 때 고장점에 흐르는 전류와 피상전력을 구하는 작업이다. 기준용량과 %임피던스를 알면 단락용량을 구하고, 대칭좌표법으로 1선 지락전류를 구한다. 이 결과로 차단기의 정격차단전류와 설비 용량을 환산해 판단한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「고장계산의 필요성」의 공개 문제 1개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 중성점 접지방식의 단선고장 특성 | 1 | 단선고장 때 전압상승이 최대이고 통신장해가 최소인 접지방식을 가린다 |
가장 자주 묻는 것은 중성점 접지방식의 단선고장 특성입니다.
고장계산은 정상 운전 상태가 아닌 단락과 지락 같은 사고 상태에서 전류와 용량을 구하는 계산이다. 3상 단락에서 고장점의 등가 정상임피던스가 기준용량 100MVA에 대해 25%이면 단락용량은 100 ÷ 0.25 = 400MVA가 된다. 식은 기준용량을 %임피던스를 100으로 나눈 값으로 나누는 꼴이고, %임피던스가 작을수록 단락용량은 커진다. 계통 전압 66kV는 이 계산에 쓰이지 않는다.
1선 지락전류는 대칭좌표법으로 구하고 Ia = 3E ÷ (Z0 + Z1 + Z2)로 나타낸다. E에는 선간전압이 아니라 상전압을 넣으므로 6600V 계통이면 6600 ÷ √3을 쓴다. 영상전류와 정상전류와 역상전류가 모두 같으면 1선 지락으로 본다. 3상 단락은 정상분만 남고, 2선 단락은 영상분이 0이며 정상분과 역상분이 같다.
단상 2선식 단락용량은 왕복 임피던스를 써서 V² ÷ (2|Z|)로 구한다. 한 가닥 임피던스가 6+j8이면 왕복은 12+j16이고 크기는 20이므로 3300² ÷ 20 ≈ 545kVA가 된다. 차단기의 정격차단전류는 차단용량을 √3 × 전압으로 나누어 구한다. 520MVA와 22.9kV이면 520 ÷ (1.732 × 22.9) ≈ 13kA이고 보기 중 12.5kA가 가장 가깝다.
중성점 접지방식은 단선고장 때 건전상의 전압상승과 통신장해를 좌우한다. 소호리액터접지는 지락전류를 거의 0으로 만들어 통신장해를 최소로 하고 건전상 전압상승을 최대로 한다. 직접접지는 통신장해가 최대이고 전압상승은 작다. 부등률은 개별 최대수용전력의 합을 합성 최대수용전력으로 나누어 구하고 1 이상이다. 전선 중량은 송전 손실률을 일정하게 유지하면 전압과 역률의 곱의 자승에 반비례한다.
100MVA 기준에서 등가 정상임피던스가 25%인 3상 단락고장의 단락용량은 100 ÷ 0.25 = 400MVA이다. 정격 22000kVA에 임피던스 8%를 가진 3상 변압기의 2차측 단락 시 단락용량은 22000kVA ÷ 0.08 = 275000kVA = 275MVA이다. 두 계산 모두 기준용량과 %임피던스만으로 단락용량을 구하고, 주어진 계통 전압은 단락용량 계산에 쓰지 않는다.
송전계통의 중성점을 접지하는 목적으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 송전계통의 중성점 접지는 대지전위 상승 억제, 소호리액터에 의한 아크 소멸, 지락 보호 계전기의 확실한 동작 등을 목적으로 합니다. 하지만 중성점 접지를 실시하면 1선 지락 시 고장 전류가 크게 증가하므로 차단기가 차단해야 하는 전류(차단용량)가 오히려 커지게 됩니다.
중성점 접지는 지락전류를 크게 하므로 차단기의 차단용량은 경감되지 않고 오히려 증가한다.
66kV 송전계통에서 3상 단락고정이 발생하였을 경우 고장점에서 본 등가 정상임피던스가 100MVA기준으로 25%라고 하면 고장 피상전력은 몇 [MVA]가 되는가?
정답 ③ · 문항은 %임피던스로부터 고장 피상전력을 계산하는 문제이다. 고장 피상전력은 기준 MVA를 %Z의 소수로 나눈 값이므로 100 MVA ÷ 0.25 = 400 MVA가 된다.
고장 피상전력 = 기준 용량 ÷ (%Z/100), 100MVA ÷ 0.25 = 400MVA이다.
중성점이 직접접지된 6600[V], 3상 발전기의 1단자가 접지되었을 경우 예상되는 지락전류의 크기는 약 몇 [A] 인가? (단, 발전기의 임피던스는 Z0 = 0.2 + j0.6[Ω], Z1 = 0.1 + j4.5[Ω], Z2 = 0.5 + j1.4[Ω] 이다.)
정답 ③ · 발전기 1선 지락 사고 시 지락 전류는 대칭 좌표법을 이용하여 Ia = 3E / (Z0+Z1+Z2)로 계산합니다. 중성점 직접 접지 시 회로의 임피던스 합은 Z_total = (0.2+0.1+0.5) + j(0.6+4.5+1.4) = 0.8 + j6.5[Ω]입니다.
1선 지락전류 I=3E/(Z0+Z1+Z2)이며, E는 상전압(선간전압÷√3)을 쓴다.
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