차단기의 정격차단전류와 차단용량

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 14번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2010년 1차 · 2011년 2차 · 2012년 2차 · 2012년 3차 · 2013년 1차 · 2014년 1차 · 2014년 2차 · 2018년 3차 · 2019년 2차 · 2020년 1차 · 2020년 2차 · 2020년 3차 · 2021년 2차 · 2021년 3차

2 쉬운 설명

차단기가 끊을 수 있는 최대 전류를 정격 차단전류 $I_{s}$ 라 하고, 이것을 전력으로 나타낸 값이 차단용량 $P_{s}$ 이다(단위 MVA). 3상용 차단기에서는 $P_{s}=\sqrt{3}\times V_{n}\times I_{s}$ 이며, $V_{n}$ 은 정격전압(선간전압)이다. 식의 계수는 3 이 아니라 $\sqrt{3}$ 이다. 선간전압과 선전류의 곱에 $\sqrt{3}$ 을 곱하는 3상 전력식 $\sqrt{3}\,VI$ 와 같은 모양이며, 단상이라면 계수 없이 전압과 전류의 곱이 된다. 곱하는 전류는 평소 계속 흘려도 되는 정격전류가 아니라 사고 때 끊을 수 있는 최대 전류인 정격 차단전류이다.

5문단 · 상세한 내용보기접어서 간단히 보기

전압을 kV, 전류를 kA 로 쓰면 MVA 로 나온다. 식을 전류에 대해 풀면 $I_{s}=\frac{P_{s}}{\sqrt{3}V_{n}}$ 이다. 정격전압 7.2 kV, 정격 차단용량 100 MVA 인 3상 차단기라면 100 MVA 는 $100\times10^{6}\,\mathrm{VA}$ , 7.2 kV 는 $7.2\times10^{3}\,\mathrm{V}$ 로 바꾸어 넣어 계산하며, 결과는 약 8.02 kA, 곧 약 8 kA 이다. 반대로 정격전압 170 kV, 정격 차단전류 50 kA 인 3상 차단기의 정격 차단용량은 약 14722 MVA 이고, 「약 몇 MVA」 를 묻는 문제이므로 가장 가까운 보기인 15000 을 고른다.

차단기는 평소 전류를 흘리다가 사고가 나면 그 큰 전류를 끊는 장치이므로, 용량은 평상시 부하가 아니라 사고 때 흐를 단락전류의 크기에 맞춰 정한다. 수전용 변전설비 1차측 차단기의 용량은 공급측 전원의 단락 용량으로 정해지며, 3상 차단기의 차단용량은 설치점의 단락 용량 이상이어야 한다. 수전 계약 용량 · 부하 설비의 용량 · 수전전력의 역률과 부하율은 평상시 부하와 관련한 값이라 사고 전류를 정하지 못한다.

%임피던스 $\%Z$ 는 정격전류가 흐를 때 임피던스에서 생기는 전압강하가 정격전압의 몇 % 인지를 나타내는 값이다. 단락 용량(차단용량)은 기준용량 $P_{n}$ 에 대해 $P_{s}=\frac{100}{\%Z}\times P_{n}$ 이고, $\frac{100}{\%Z}$ 은 사고 때 단락전류가 정격의 몇 배인지를 나타내는 배수이다. 그래서 $\%Z$ 가 작을수록 큰 용량의 차단기가 필요하다.

기준 10000 kVA 에서 등가 임피던스가 0.4 % 인 발전소라면, 기준용량을 $10000\,\mathrm{kVA}=10\,\mathrm{MVA}$ 로 바꾼 뒤 배수 $\frac{100}{0.4}=250$ 를 곱해 $P_{s}=250\times10\,\mathrm{MVA}=2500\,\mathrm{MVA}$ 이다.

기기마다 기준용량이 다르면 $\%Z$ 를 하나의 기준용량으로 환산(용량에 비례해서 바꾼다)한 뒤 직렬은 더하고 병렬은 합성한다. 발전기 $G_{1}$ , $G_{2}$ 가 병렬이고 그 뒤에 변압기와 송전선이 직렬로 이어진 계통에서 발전기 각 15 %(15 MVA 기준), 변압기 8 %(20 MVA 기준), 송전선 11 %(10 MVA 기준)이고 기타 다른 정수는 무시한다면, 10 MVA 기준으로 발전기 각 10 %(두 대 병렬 5 %)·변압기 4 %·송전선 11 % 이므로 합성 $\%Z$ 는 20 % 이고 $P_{s}=\frac{100}{20}\times10=50\,\mathrm{MVA}$ 이다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 3상 차단용량 =

\sqrt{3}

× 정격전압 × 정격 차단전류 (MVA).

암기팁 차단기 용량 = 단락 용량에 맞춘다.

함정 주의 곱하는 전류가 평소의 정격전류가 아니라 「차단전류」라는 점이 판별 포인트이다.

3상 차단기의 정격 차단용량은 $\sqrt{3}$ × 정격전압 × 정격 차단전류, 곧 $P_{s}=\sqrt{3}\times V_{n}\times I_{s}$ 이다(MVA). 정격전압과 정격 차단전류의 곱에 $\sqrt{3}$ 배를 한 것이다.
틀린 보기를 거르는 법: 「3 × 정격전압 × 정격 차단전류」는 계수가 틀리다(정격전압은 선간전압이라 계수는 $\sqrt{3}$ ). $3\sqrt{3}$ × 정격전압 × 정격전류는 계수( $3\sqrt{3}$ )와 전류(평소의 정격전류)가 모두 틀리고, $\sqrt{3}$ × 정격전압 × 정격전류는 평소의 정격전류를 써서 틀리다.
정격 차단전류는 $I_{s}=\frac{P_{s}}{\sqrt{3}V_{n}}$ 로 구한다. 단위를 VA 와 V 로 맞추어 계산하고 마지막에 kA 로 바꾼다. 정격전압 7.2 kV, 정격 차단용량 100 MVA 이면 약 8 kA 이다.

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정격전압과 정격 차단전류가 주어지면 kV 와 kA 를 곱한 값에 $\sqrt{3}$ 을 곱해 MVA 로 구한다. 170 kV, 50 kA 이면 약 14722 MVA 이고, 「약」 을 묻는 문제라 가장 가까운 보기 15000 을 고른다.
수전용 변전설비 1차측 차단기의 용량은 공급측 전원의 단락 용량으로 정한다. 수전 계약 용량, 부하 설비의 용량, 수전전력의 역률과 부하율은 평상시 부하와 관련한 값이라 사고 전류를 정하지 못한다.
차단용량은 $P_{s}=\frac{100}{\%Z}\times P_{n}$ 이며 기준용량을 MVA 로 먼저 바꾼다(10000 kVA 는 10 MVA, 0.4 % 이면 2500 MVA). $\%Z$ 가 작을수록 차단용량이 크다. 기준용량이 다른 $\%Z$ 는 같은 기준으로 환산한 뒤 합성한다.

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2012년 3차 전력공학 30번 — 1차측 차단기 용량의 기준수전용 변전설비의 1차측 차단기의 용량은 주로 어느 것에 의하여 정해지는가?옳은 것 고르기해설 보기 →2019년 2차 전력공학 32번 — 0.4 % 발전소 차단용량10000 kVA 기준으로 등가 임피던스가 0.4% 인 발전소에 설치될 차단기의 차단용량은 몇 MVA 인가?계산해설 보기 →2021년 2차 전력공학 24번 — 3상 정격 차단용량의 식3상용 차단기의 정격 차단 용량은?옳은 것 고르기해설 보기 →

6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 10개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기

차단기의 차단용량

3상 차단기의 차단용량은

\sqrt{3}\times

정격전압

\times

정격차단전류이며, 설치점의 단락 용량 이상이어야 한다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 3문항이 인용

퍼센트 임피던스법

\%Z

를 같은 기준 용량으로 환산해 합성하면 단락용량은

P_{s}=\frac{100}{\%Z}P_{n}

이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 2문항이 인용

%임피던스와 단락용량

단락용량(차단용량)은

P_{s}=\frac{100}{\%Z}P_{n}

이다.