단락전류 계산 — 변압기 %Z로 2차 단락전류 어림하기

변압기 2차에서 단락이 나면 얼마나 큰 전류가 흐를지 가장 빨리 어림하는 방법이 %임피던스법입니다. 변압기 명판의 %Z 하나로 계산합니다.

In = S ÷ (√3 × V)

Is = In × 100 ÷ %Z

Ps = S × 100 ÷ %Z

왜 100 ÷ %Z배인가

%Z는 2차를 단락한 채 1차 전압을 올려 정격전류가 흐를 때의 전압이 정격전압의 몇 %인지를 나타냅니다. %Z가 5 %면 정격전압의 5 %로 정격전류가 흐르므로, 정격전압이 그대로 걸리는 실제 단락에서는 100 ÷ 5 = 20배가 흐릅니다.

계산 예제

3상 1,000 kVA, 2차 380 V, %Z 5 % 변압기입니다.

• In = 1,000,000 ÷ (√3 × 380) = 1,519.3 A
• Is = 1,519.3 × 100 ÷ 5 = 30,386 A, 약 30.39 kA
• Ps = 1,000 × 100 ÷ 5 = 20,000 kVA = 20.00 MVA

단락전류 계산기에서 이 예제 열기

이 값에 빠진 것

• 전원측 임피던스: 한전 계통의 임피던스를 0으로 봤으므로 실제보다 크게 나옵니다.
• 케이블: 간선 끝이나 분전반에서는 케이블 임피던스만큼 작아집니다.
• 전동기 기여: 운전 중인 전동기는 단락 순간 전류를 보탭니다. 이 부분은 실제보다 작게 잡히는 쪽입니다.
• 비대칭분: 계산값은 대칭분 실효값입니다. 단락 직후 첫 반 사이클의 첨두값은 더 큽니다.

같은 변압기 두 대를 2차 모선에서 병렬로 운전하면 임피던스가 반으로 줄어, 전원측 임피던스를 0으로 볼 때 모선의 단락전류는 한 대일 때의 두 배입니다. 모선을 나눠 쓰는지, 연락 차단기를 닫는지에 따라 차단기마다 볼 값이 달라집니다.

%Z 허용차도 봐야 합니다

IEC 60076-1:2011 표 1은 2권선 변압기 주 탭의 단락 임피던스 허용차를 %Z 10 % 미만이면 ±10 %, 10 % 이상이면 ±7.5 %로 둡니다. 명판 5 %인 변압기의 실제 값이 4.5 %라면 Is = 1,519.3 × 100 ÷ 4.5 = 33,762 A로 약 11 % 커집니다. 차단용량에 여유가 빠듯하면 이 폭까지 봅니다.

차단기와의 관계

KEC 212.5.5는 단락보호장치의 정격차단용량이 설치점에서 예상되는 최대 단락전류보다 커야 한다고 정합니다. 이 어림값으로 차단용량 등급을 가늠하고, 최종 선정은 KS C IEC 60909-0 같은 정밀 계산으로 확인합니다.