전기산업기사 · 전력공학 과목
전기산업기사 보호 계전과 이상 전압 개념 정리
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AI가 새로 쓴 글 가운데, 작성과 분리된 AI 검증(다시 읽고 사실·수치 확인)을 통과한 단원만 싣습니다. 틀린 곳을 발견하면 알려 주세요.
개요
전력 계통에서 단락이나 지락 같은 고장이 나면 큰 전류가 흘러 설비가 망가질 수 있습니다. 고장 전류를 쉽게 계산하려고 %임피던스를 쓰는데, 정격 전류가 흐를 때 임피던스에서 떨어지는 전압이 정격 전압의 몇 %인지를 나타낸 값입니다. 단락 전류와 단락 용량은 정격 값에 100 ÷ %Z 를 곱해 구합니다.
여러 기기의 %임피던스를 더할 때는 먼저 같은 기준 용량으로 바꾸어야 합니다. %임피던스는 기준 용량에 비례하므로, 기준 용량이 기기 용량의 절반이면 %임피던스도 절반이 됩니다.
중성점 접지 방식에 따라 지락 고장의 모습이 달라집니다. 직접 접지는 건전상 전압 상승이 가장 작고, 소호 리액터 접지는 리액터와 대지 정전용량을 공진시켜 지락 전류를 거의 없앱니다. 고장을 찾아 끊는 일은 보호 계전기와 차단기가, 번개 같은 이상 전압은 피뢰기가 맡습니다.
핵심 개념
%임피던스
정격 전류가 흐를 때 임피던스에서 생기는 전압 강하를 정격 전압에 대한 %로 나타낸 값입니다.
외우는 요령작을수록 단락 전류가 큽니다.
단락 용량·단락 전류
Ps = (100 ÷ %Z) × 기준 용량, Is = (100 ÷ %Z) × 정격 전류.
외우는 요령정격 전류는 용량 ÷ (√3 × 선간 전압).
%Z 기준 환산
환산한 %Z = 원래 %Z × (기준 용량 ÷ 기기 용량).
외우는 요령직렬 기기는 환산한 뒤 더합니다.
소호 리액터 접지
중성점 리액터를 선로의 대지 정전용량과 병렬 공진시켜 지락 전류를 줄이는 방식입니다.
외우는 요령지락 아크가 저절로 꺼집니다.
거리 계전기
전압 ÷ 전류로 구한 임피던스로 고장점까지의 거리를 판단해 동작합니다.
외우는 요령송전 선로 단락 보호에 씁니다.
반한시 특성
전류가 클수록 동작 시간이 짧아지는 계전기 특성입니다.
외우는 요령정한시는 전류와 상관없이 일정 시간, 순한시는 즉시.
피뢰기 제한 전압
피뢰기가 방전하는 동안 단자 사이에 남는 전압입니다.
외우는 요령낮을수록 보호 성능이 좋습니다.
자주 나오는 포인트
- 단락 용량 = (100 ÷ %Z) × 기준 용량
- %Z 는 같은 기준 용량으로 환산한 뒤 더한다
- 1선 지락 시 건전상 전압 상승이 가장 작은 것은 직접 접지
- 소호 리액터는 대지 정전용량과 공진
대표 문제 3개
검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.
문제 1. 기준 용량이 10MVA 이고 고장점까지의 %임피던스가 5% 일 때, 3상 단락 용량은 몇 MVA 인가?
- ① 200MVA
- ② 50MVA
- ③ 0.5MVA
- ④ 20MVA
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ① 200MVA
핵심: 단락 용량 Ps = (100 ÷ %Z) × 기준 용량
- 100 ÷ %Z = 100 ÷ 5 = 20
- Ps = 20 × 10MVA = 200MVA
검산: %임피던스가 작을수록 단락 용량은 커집니다. 5% 면 정격의 20배입니다.
틀린 선지
- 50MVA: %임피던스를 곱한 값입니다. 단락 용량은 %임피던스로 나눕니다.
- 0.5MVA: 기준 용량에 5% 를 곱한 값입니다.
- 20MVA: 100 대신 10 을 넣어 계산한 값입니다.
문제 2. 1선 지락(전선 1가닥이 땅에 닿는 고장) 때 고장이 나지 않은 다른 상(건전상)의 전압 상승이 가장 작은 중성점 접지 방식은?
- ① 직접 접지 방식
- ② 비접지 방식
- ③ 소호 리액터 접지 방식
- ④ 고저항 접지 방식
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ① 직접 접지 방식
핵심: 직접 접지: 건전상 전압 상승 최소, 지락 전류 최대
직접 접지 방식은 중성점을 저항 없이 땅에 바로 연결합니다. 그래서 지락이 나도 중성점 전위가 거의 올라가지 않아 다른 상의 전압 상승이 가장 작습니다. 대신 지락 전류가 커서 근처 통신선에 유도 장해를 주기 쉽습니다.
틀린 선지
- 비접지 방식: 건전상 전압이 선간 전압 가까이(약 √3 배) 올라가 전압 상승이 큽니다.
- 소호 리액터 접지 방식: 지락 전류는 작지만 건전상 전압 상승은 큰 편입니다.
- 고저항 접지 방식: 저항이 커서 중성점 전위가 올라가므로 건전상 전압 상승이 직접 접지보다 큽니다.
문제 3. 송전 선로에서 계전기 설치점부터 고장점까지의 임피던스(거리에 비례)를 측정하여 동작하는 계전기는?
- ① 거리 계전기
- ② 과전류 계전기
- ③ 차동 계전기
- ④ 부족 전압 계전기
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ① 거리 계전기
핵심: 거리 계전기: 고장점까지 임피던스로 동작
거리 계전기는 계전기가 있는 곳의 전압과 전류로 임피던스(전압 ÷ 전류)를 계산합니다. 선로의 임피던스는 거리에 비례하므로, 이 값을 보면 고장점이 보호 구간 안인지 알 수 있습니다. 주로 송전 선로의 단락 보호에 씁니다.
틀린 선지
- 과전류 계전기: 전류가 정해진 값보다 커지면 동작합니다. 임피던스를 재지는 않습니다.
- 차동 계전기: 보호 구간에 들어오고 나가는 전류의 차이로 동작합니다.
- 부족 전압 계전기: 전압이 정해진 값보다 낮아지면 동작합니다.