전기설비의 단락전류가 전원에서 가까운 곳일수록 커지는 이유는 무엇인가요?

Question

같은 배전계통에서 단락사고가 발생하더라도 변압기 바로 아래에서 사고가 발생하는 경우와 긴 케이블 끝단에서 사고가 발생하는 경우의 사고전류가 다르다고 배웠습니다. 특히 전원에 가까운 지점에서 단락이 발생하면 매우 큰 전류가 흐를 수 있다고 하는데, 단순히 전선 길이의 차이만으로 사고전류가 달라지는 이유가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김경환 전기기사입니다.

단락전류가 전원에 가까울수록 커지는 가장 큰 이유는 사고 지점까지의 전체 임피더스가 작아지기 때문 입니다. 단락이 발생하면 정상적으로 부하를 거쳐야 할 전류가 아주 낮은 저항의 경로로 흐르게 됩니다. 이때 단락전류는 쉽게 말해서 전압/전체임피던스로 생각할 수 있는데 변압기 바로 아래에서 단락이 발생하면 변압기와 단락점 사이에 케이블이 거의 없기 때문에 전류를 제한하는 임피던스가 작습니다. 결국 전원에 가까울수록 전류를 제한하는 임피던스가 작기 때문에 단락전류가 커진다라고 보시면 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

네. 같은 배전계통이라도 전원에 가까운 지점일수록 단락전류가 커지는 이유는, 단락점까지의 전체 임피던스가 더 작기 때문입니다.

단락전류는 기본적으로 전압을 전원에서 사고지점까지의 전체 임피던스로 나눈 값에 의해 결정됩니다. 변압기 바로 아래에서 단락이 발생하면 전류가 거쳐야 하는 경로가 짧아서 주로 변압기 내부 임피던스와 짧은 배선 임피던스만 전류를 제한합니다. 그래서 매우 큰 단락전류가 흐를 수 있습니다.

반대로 긴 케이블 끝단에서 단락이 발생하면 변압기 임피던스에 더해 케이블의 저항과 리액턴스가 추가됩니다. 케이블이 길수록 이 임피던스가 커지므로 단락전류는 상대적으로 작아집니다. 즉, 단순히 길이 자체가 중요한 것이 아니라 길이가 늘면서 전류를 제한하는 임피던스가 증가하는 것입니다.

그래서 배전반 설계에서는 차단기 설치 위치마다 예상 단락전류가 다를 수 있습니다. 특히 변압기 2차측 바로 가까이에 있는 메인 차단기는 가장 큰 사고전류를 차단해야 하므로 차단용량(kA)을 충분히 확보해야 합니다.

즉, 전원에 가까울수록 사고점까지의 임피던스가 작아 단락전류가 커지고, 멀어질수록 케이블 임피던스가 더해져 단락전류가 감소한다고 이해하면 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

전원에서 가까울수록 전류를 막아서는 저항이 작기 때문입니다. 왜냐하면은 전선관이나 케이블을 지나가는 거리가 짧을수록 선로 자체의 내부 저항이 줄어들기 때문이죠. 거기다가 전기 회로에서는 저항이 줄어들수록 흐르는 전류의 크기가 급격하게 치솟게 됩니다.

그리고 반대로 선로 끝단에서 사고가 나게 되면 전선의 길이가 길어져서 저항이 억제제 역할을 해 줍니다. 왜냐하면은 먼 거리를 거치면서 케이블의 인피던스가 점점 누적되어서 결국에는 전류를 짓누르기 때문이죠. 그래서 차단기를 선정하실 때는 전원직하부에 최대 단락 전류를 기준으로 하시고 안전하게 설계를 하시는 게 중요한 겁니다.

Answer 4

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

단락전류의 크기는 사고점까지의 전체 임피던스에 영향을 받습니다. 변압기에서 가까운 곳에서는 전원과 사고점 사이의 케이블 임피던스가 작기 때문에 전체 임피던스가 낮아지고 큰 단락전류가 흐를 수 있습니다.