3상 교류 발전기 무부하 운전 중 3상 단락 시 단락 전류와 리액턴스

3상 교류 발전기 3상 단락 시 단락 전류와 리액턴스 변화에 대해 알아보도록 하겠습니다. 특히, 각 시점에서의 단락 전류 크기를 정확히 이해하고 예측해야 하는 이유를 알아보겠습니다.

무부하 운전 중 3상 단락 전류와 리액턴스 변화

• 발전기가 무부하 운전(발전기 전류 = 0) 중일 때, 3상 단락이 발생하면 발전기 내부의 교류 성분이 급격히 변하게 됩니다.
• 이때, 발전기의 전기자 권선은 저항 성분과 리액턴스 성분의 영향을 받아 단락 전류가 시간에 따라 급격히 변화합니다.

3상 단락 전류의 시간 변화 구간

단락 전류의 변화를 시간 경과에 따라 3단계로 구분할 수 있습니다:

차과도 단락 전류 (I′′):

• 정의: 3상 단락 직후(0.1초 이내)에 발생하는 전류로, 고속으로 전류가 변화하며 과도 상태를 나타냅니다.
• 적용 리액턴스: $X_{d}^{\prime\prime}$ (차과도 리액턴스)
  • $X_{d}^{\prime\prime}$는 퍼유닛(PU) 단위로 나타내며, 발전기 내부에서 초기 단락 시 발생하는 리액턴스로 0.1초 이내의 전류 변화를 나타냅니다.

과도 단락 전류 (I′):

• 정의: 차과도 상태 이후, 비정상 전류가 완화되는 과정에서 발생하는 단락 전류로, 주로 수십 초 이내에서 변화합니다.
• 적용 리액턴스: $X_{d}^{\prime}$ (과도 리액턴스)
  • $X_{d}^{\prime}$는 퍼유닛(PU) 단위로 나타내며, 차과도 상태 이후 약 0.1~10초 동안의 단락 전류 변화에 사용됩니다.

정상 단락 전류 (I):

• 정의: 단락 발생 후 10초 이상 경과하여 안정된 상태로, 시간이 지남에 따라 전류가 감소하고, 안정된 상태의 전류를 나타냅니다.
• 적용 리액턴스: $X_{d}$ (정상 리액턴스)
  • $X_{d}$는 발전기 내부의 고유 리액턴스로, 계통에서 변화가 없는 정상 상태의 리액턴스를 나타냅니다.

발전기의 리액턴스 변화에 따른 단락 전류

• 무부하 운전 중 3상 단락 시 단락 전류와 리액턴스 발전기의 리액턴스($X_{d}$)는 시간에 따라 $X_{d}^{\prime\prime}$ → $X_{d}^{\prime}$ → $X_{d}$ 순으로 변화합니다.
• 단락 직후의 전류는 발전기의 내부저항($E = V + jX \cdot I$)에 의해 급격하게 증가했다가, 리액턴스의 변화에 따라 차과도, 과도, 정상 상태로 전환됩니다.
• 따라서, 발전기 단락 시의 전류 변화는 내부 리액턴스와 시간에 따른 전류 변동을 정확히 나타내며, 각 상태에서 적용되는 리액턴스를 통해 정확한 단락 전류를 계산할 수 있습니다.

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