단락전류는 어떻게 정해지나: IEC 60909 입문What sets short-circuit current: an IEC 60909 primer

한 줄 요약 In one line

단락전류는 "전압 ÷ 고장점까지의 임피던스 합"이며, IEC 60909-0은 이 계산을 누가 해도 같은 결과가 나오도록 전압과 임피던스를 정하는 규칙을 줍니다.

Short-circuit current is voltage divided by the total impedance up to the fault; IEC 60909-0 fixes the rules so everyone gets the same answer.

왜 필요한가 Why it matters

• 차단기 선정: 차단기는 흐를 수 있는 가장 큰 고장 전류를 끊을 수 있어야 합니다(차단용량).
• 기기의 강도: 케이블, 모선, 변압기는 고장 전류의 열과 힘을 견뎌야 합니다(단락 강도, 피크 전류).
• 보호 감도: 회로 끝의 작은 고장에서도 보호장치가 제시간에 동작해야 합니다(최소 단락전류).

핵심 개념: 등가 전압원 The equivalent voltage source

실제 계통에는 여러 전원과 부하가 있지만, IEC 60909-0은 고장점에 크기 c·Un/√3인 전압원 하나만 두고 나머지는 임피던스로만 다룹니다. 그러면 3상 단락전류는

I"k3 = c · Un / (√3 · |Zk|)

• Un: 고장점의 공칭 전압(예: 380 V)
• c: 전압계수(표 1). 저압에서 최대 계산은 1.05(허용차 6 %) 또는 1.10(10 %), 최소 계산은 0.95 또는 0.90
• Zk: 전원 계통 → 변압기 → 케이블로 이어지는 임피던스의 합(R과 X를 따로 더한 벡터합)

임피던스는 어디서 오나 Where the impedance comes from

• 전원 계통 Q: 한전 등에서 받은 단락용량 S"kQ로 ZQ = c·UnQ² / S"kQ, 변압기 2차로 환산할 때 권수비의 제곱으로 나눕니다.
• 변압기 T: ZT = (uk/100)·Ur²/Sr, 저항분은 부하손으로 RT = Pk·Ur²/Sr². 여기에 보정계수 KT = 0.95·cmax/(1 + 0.6·xT)를 곱합니다(6.3.3).
• 케이블 L: 길이 × 단위 길이당 R, X. 최대 계산은 20 °C 저항, 최소 계산은 고장 끝 온도로 높인 저항을 씁니다.

아래 예제의 회로 끝 고장에서 구간별 임피던스 크기입니다. 회로 끝으로 갈수록 가는 케이블의 임피던스가 압도적이 되어 단락전류가 크게 줄어듭니다.

손계산 예 Worked example

22.9 kV 전원(최대 520 MVA) → 1 000 kVA 22.9/0.38 kV 변압기(uk 6 %, 부하손 9.5 kW) → 주배전반까지 구리 240 ㎟ 2병렬 30 m → 분전반까지 구리 16 ㎟ 60 m.

1. 어림값: 정격전류 In = 1 000 kVA / (√3 × 380 V) = 1519 A, I"k ≈ In / 0.06 = 25.3 kA
2. 변압기 2차 단자: KT = 0.963, I"k3 = 26.6 kA, R/X = 0.158, κ = 1.630, 피크 ip = κ·√2·I"k = 61.4 kA
3. 주배전반(30 m 뒤): I"k3 = 23.1 kA, ip = 48.1 kA
4. 분전반(16 ㎟ 60 m 뒤): 최대 I"k3 = 3.2 kA, 최소 2상 I"k2 = 1.6 kA

주배전반 차단기는 약 23.1 kA 이상을 끊을 수 있어야 하고, 분전반의 보호장치는 최소값 1.6 kA에서도 제시간에 동작해야 합니다. 같은 계통이라도 위치에 따라 최대·최소가 크게 다릅니다.

Transformer terminals 26.6 kA (peak 61.4 kA), main switchboard 23.1 kA, sub-board maximum 3.2 kA and minimum line-to-line 1.6 kA.

여러 가지 단락전류 The family of currents

실무 팁과 자주 하는 실수 Tips and common mistakes

• 전원 단락용량을 모르면 무한대로 두기 쉬운데, 그러면 최대값은 안전 쪽이지만 최소값은 위험 쪽으로 틀립니다. 최소 계산에는 실제 최소 단락용량을 쓰세요.
• 큰 전동기가 많으면 고장 순간 전동기도 전류를 보탭니다. 이 사이트 계산기는 전동기 기여를 넣지 않으므로 큰 전동기 부하가 있으면 따로 더해야 합니다.
• 병렬 케이블은 임피던스가 1/n이 되어 단락전류가 커집니다. 차단기 차단용량을 다시 확인하세요.
• 위 예제는 단락전류 계산기와 같은 함수로 계산했습니다. 같은 값을 넣어 확인해 보세요. 결과는 케이블 단락 강도와 보호도체 계산으로 이어집니다.