변압기의 임피던스 전압이 높으면 단락전류가 작아지는 이유는 무엇인가요?

Question

변압기 명판이나 시험성적서에서 %임피던스라는 항목을 확인할 수 있는데, 이 값이 변압기의 단락전류와 관련이 있다고 배웠습니다. 같은 용량과 전압의 변압기라도 %임피던스가 서로 다를 수 있는데, 임피던스가 높은 변압기에서는 단락사고가 발생했을 때 사고전류가 상대적으로 작아진다고 합니다. 그 이유가 무엇인지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

임피던스 전압이 높다는 것은 변압기 내부에 전기적 저항이 그만큼 크다는 뜻이죠. 이게 %임피던스는 변압기 권선과 앙상한 내부의 자속이 만드는 누설 리액턴스 성분을 전압으로 나타내는 수치입니다. 거기다가 이 내부 저항 성분이 단락 사고가 발생했을 때 외부로 터져 나가는 큰 사고 전류를 직접 막아 주는 역할을 하고 있죠.

그래서 결국에는 변압기 내부의 저항이 클수록 사고 전류의 폭발력을 억제하는 구조입니다. 단락 전류는 정격 전류를 %임피던스로 나눈 값입니다. 그래서 분모인 인피던스가 커질수록 전체의 전류값이 확 줄어들기 때문이죠. 그리고 단락 전류를 줄이면 차단기의 부담은 줄어듭니다. 하지만 대신에 평소 전압 강하가 커져서 전압변동률이 나빠지는 단점도 함께 있죠.

Answer 2

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

네. 변압기의 %임피던스가 높으면 단락전류가 작아지는 이유는단락 시 전류를 제한하는 변압기 내부 임피던스가 더 크기 때문입니다.

%임피던스는 쉽게 말해, 변압기 2차측을 단락시킨 상태에서 정격전류를 흐르게 하기 위해 1차측에 정격전압의 몇 %가 필요한지를 나타내는 값입니다. 예를 들어 %임피던스가 5%라면 정격전압의 약 5%만 걸어도 정격전류가 흐른다는 뜻입니다.

이 값은 단락전류와 반비례 관계가 있습니다. 대략적으로는 단락전류 ≈ 정격전류 × 100 / %임피던스로 볼 수 있습니다. 그래서 같은 조건이라면 %임피던스가 5%인 변압기는 약 20배의 정격전류, 10%인 변압기는 약 10배의 정격전류가 단락 시 흐를 수 있습니다.

즉, %임피던스가 크다는 것은 변압기 내부에서 전류를 더 많이 제한한다는 뜻이므로 단락사고 때 사고전류가 작아집니다. 반대로 %임피던스가 너무 작으면 단락전류가 커져 차단기 차단용량이나 버스바의 기계적 강도 부담이 커질 수 있습니다.

다만 임피던스가 높으면 단락전류를 줄이는 장점이 있는 대신 부하 운전 시 전압강하가 커질 수 있다는 단점도 있습니다.

즉, %임피던스가 높을수록 변압기 내부의 전류 제한 효과가 커져 단락전류는 작아진다고 이해하면 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 김경환 전기기사입니다.

변압기의 %임피던스가 높을 수록 단락전류가 작아지는 이유는 사고전류가 흘르는 길에 더 큰 임피던스가 존재하기 때문 입니다. 전류가 흐를 때 임피던스는 전류의 흐름을 방해하는 저항과 비슷한 역할을 합니다. 따라서 단락사고가 발생하면 변압기의 임피던스가 낮을 수록 전류가 쉽게 흘러 큰 단락전류가 발생합니다. 반대로 %임피던스가 높은 변압기는 전류의 흐름을 더 많이 제한하기 때문에 같은 조건에서 단락전류가 상대적으로 작아지게 됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 이대길 전기기능사입니다.

임피던스는 전기가 흘러가는 것을 방해하는 모터나 변압기 내부의 '전기 저항(방해 요소)'과 같아서, 이 값이 높을수록 전기가 통하기 어려워집니다 따라서 합선(단락) 사고가 나더라도 변압기 자체의 방해 막이 커서 전기가 한꺼번에 폭발적으로 흘러가는 것을 막아주기 때문에 단락전류가 작아지게 됩니다

Answer 5

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

변압기의 %임피던스는 변압기 내부의 등가 임피던스가 정격전압에 대해 어느 정도인지를 나타내는 값입니다. 단락사고가 발생하면 부하 임피던스가 거의 없어지므로 전류는 주로 변압기 자체의 임피던스에 의해 제한됩니다. 따라서 %임피던스가 높을수록 사고전류가 흐르기 어려워져 단락전류가 작아집니다. 반대로 %임피던스가 낮으면 더 큰 단락전류가 발생할 수 있으므로 차단기의 차단용량과 보호협조를 검토할 때 중요한 요소가 됩니다.