🔌 단락전류 계산 시 적용법 및 최소·최대 단락전류 이해하기

전력계통 설계나 보호계전기 설정을 할 때 단락전류(Short-Circuit Current) 계산은 필수적인 과정입니다.
오늘은 단락전류 계산 시의 기본 개념, 적용 방법, 그리고 최소·최대 단락전류의 활용법을 정리해볼게요 ⚡

---

⚙️ 1. 단락전류란?

단락전류는 전력계통에서 두 상(또는 상과 대지)이 직접 접촉하거나 절연이 파괴될 때
비정상적으로 큰 전류가 흐르는 현상을 말합니다.

단락전류의 크기는 다음 요인들에 따라 달라집니다:

• 전원측(발전기, 변압기)의 용량 및 내부 임피던스
• 전력계통의 임피던스 (케이블, 변압기, 라인 등)
• 계통 운전 상태 (연계 여부, 발전기 투입 여부 등)
• 온도, 전압 등 운전 조건

---

⚡ 2. 단락전류 계산 절차 (IEC 60909 기준)

단락전류는 보통 IEC 60909 또는 KS C IEC 60909 기준에 따라 계산합니다.

✅ 계산 절차 요약

1️⃣ 계통모델 구성

• 단락점 선정 (Short-circuit point)
• 발전기, 변압기, 모선, 케이블을 등가 임피던스로 변환

2️⃣ 기준 용량(Base MVA), 전압(Base kV) 설정

• 보통 100 MVA를 기준으로 PU(per-unit) 방식 적용

3️⃣ 등가 임피던스 계산

• 단락점에서 본 병렬·직렬 임피던스를 합산하여 계산

4️⃣ 단락전류 계산식

Ik=Un3×ZeqI_k = \frac{U_n}{\sqrt{3} \times Z_{eq}}Ik​=3​×Zeq​Un​​

• UnU_nUn​: 계통 정격전압 (kV)
• ZeqZ_{eq}Zeq​: 단락점에서 본 등가 임피던스 (Ω)

---

📈 3. 최대 단락전류 (Iₖmax)

목적:
기기 내구성, 차단기 정격 검증을 위한 설계 기준입니다.

✔️ 계산 조건

• 모든 발전기 및 전원계통 투입 상태
• 최대 전압 (예: 1.05×Un) 적용
• 저온(임피던스 최소) 상태로 가정

👉 즉, 임피던스 최소 → 전류 최대

✔️ 활용

• 차단기, 차단기류의 차단용량(Interrupting Capacity) 검증
• 기계적·열적 내량(thermal & mechanical withstand) 검토

---

📉 4. 최소 단락전류 (Iₖmin)

목적:
보호계전기나 차단기의 확실한 동작 보장을 위한 기준입니다.

✔️ 계산 조건

• 일부 발전기 또는 계통 연계 해제 상태
• 최소 전압 (예: 0.95×Un) 적용
• 고온(임피던스 최대) 상태로 가정

👉 즉, 임피던스 최대 → 전류 최소

✔️ 활용

• 과전류계전기(OCR), 지락계전기(EARTH FAULT RELAY) 등 계전기 동작 검증
• 보호협조(Selectivity) 검토 시 적용

---

🧮 5. 한눈에 보는 요약표

구분계산 조건주요 용도

최대 단락전류 (Iₖmax)	고전압, 저온, 모든 발전기·계통 투입	기기 내량·차단기 정격 검증
최소 단락전류 (Iₖmin)	저전압, 고온, 최소 운전 상태	계전기 동작 및 보호협조 검토

---

📚 6. 관련 기준 및 참고 문헌

• IEC 60909-0: Short-circuit currents in three-phase a.c. systems
• KS C IEC 60909: 한국산업표준
• 전기설비기술기준 및 판단기준 제3장 보호설비
• KEPCO 전력계통 해석 매뉴얼

---

✏️ 마무리

단락전류 계산 시 최대값은 기기 보호용, 최소값은 보호계전기 동작 검증용이라는 점만 명확히 이해해도 설계 방향이 잡힙니다.

앞으로는 단락전류를 계산할 때
👉 “이게 최대 조건인지, 최소 조건인지”
👉 “어떤 용도로 필요한 값인지”
를 먼저 생각해보세요.

 

✏️ <<참고>>KESC 220.1.2에 따른 KS C IEC 60909-0에 의하여 단락전류를 산출하라고 되어 있습니다.기존에는 %임피던스를 이용하여 계산하였는데, 반드시 KS C IEC 60909-0에 의거하여 옴법으로 계산을 해야 하는지 아니면 %임피던스법도  인정을 해주는지 궁금합니다. 또한, 산출된 최소, 최대단락전류의 사용용도를 설명 바람. 또한 산출된 최소, 최대단락전류의 사용용도를 설명 바랍니다.

 

👉단락전류 계산방법은 %임피던스법, 옴법, PU법 등이 있으며, KESC 220.1.2에서 계산방법은 제한하고 있지 않습니다.

   - 또한, 단락전류 계산표준도 KS C 60909-0, IEEE std 141, ANSI C37.010, ANSI C37.13 등으로 특정 표준으로 제한하지 있지 않으며, 단락전류의 최대값과 최소값을 산출하도록 규정하고 있습니다. 다만, 각 표준별 단락전류 산출값 편차가 최소가 되도록 최대값과 최소값 산출 시 다음의 계산조건을 적용하여 산출하도록 규정하고 있습니다.

 

 1. 최대단락전류 계산조건 : (용도) 보호장치(차단기, 퓨즈 등) 정격차단전류 선정, 전기기기 용량 및 정격선정 등

  가. 전압계수는 다음 표의 계산표준에 따른 최대값 적용(KESC 전압계수(C) 참고)

  나. 전원측 임피던스는 최소 등가 단락임피던스를 사용

  다. 전동기의 기여전류를 포함

  라. 선로의 저항은 20도에서 유도된 값을 적용

 

2. 최소단락전류 계산조건 : (용도) 보호장치(차단기, 퓨즈 등) 정격전류 선정, 전선의 굵기 등

 가. 전압계수는 표의 계산표준에 따른 최소값 적용 (KESC 전압계수(C) 참고)

 나. 전원측 임피던스는 최대 등가 단락임피던스를 사용

 다. 전동기의 기여전류 무시

 라. 선로의 저항은 절연재료 종류에 따른 단락회로의 온도한계에서 유도된 값을 적용