오늘은 퍼센트 임피던스에 대해서 알아봅니다.
1. 퍼센트 임피던스
먼저 전자용어사전을 인용하여 보면
“퍼센트 임피던스란 변압기를 포함한 회로에서 기준이 되는 전압과 전류를 정하고
각각의 임피던스를 기준 임피던스의 백분율로 나타낸 것”이라고 한다.
퍼센트 임피던스에 대해 쉽게 알기 위해 다음과 같은 회로로 나타낼 수 있다.
회로도
% 임피던스는 아래식과 같이 나타낼 수 있다.
%임피던스
여기서 임피던스는 선로에서 발생하여 손실된 임피던스를 의미한다.
%임피던스는 전압은 저항에 비례하므로 오옴의 법칙을 이용한 것이다.
즉 전체 전압에서 각각의 부하에서 발생하는 전압강하의 비율을 나타낸다.
이것을 다시 수식으로 바꾸어 우리가 아는 공식으로 고치면 다음과 같다.
%Z – 1
%임피던스를 기전력 E을 기준으로 하여 산정한 것이다.
한 폐회로에서 발생한 전압과 손실된 전압은 같게 되므로
발생한 전압분에 대하여 각 부하에서 소실되는 전압의 비율을 나타낸 것이다.
또한 기준전압을 선간전압으로 바꾸고
전류를 전압과 전력으로 바꾼다면 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
%Z – 2
위 식에서 주의해야 할 사항은 단위이다. 위 식을 계산할 때에는 단위에
주의해야 하는데 전압(V)과 전력(P)의 단위는 kV와 kW이다.
2. 퍼센트 임피던스를 사용하는 이유
주로 퍼센트 임피던스는 단락전류의 크기를 파악하거나 단락용량 및 전압강하를
계산할 때 사용됩니다.
그러면 왜 퍼센트 임피던스로 바꾸어 사용해야 할 까요?
그 이유는 계통내에 사용되는 변압기에 의해 다양한 크기의 전압과 전류로
변환되기 때문입니다.
%Z 이유 선로에서 고장이 발생하였을 때 전류와 전압의 크기가 각각 다르기 때문에 고장성분을 파악하여 해결하기에는 고장점에 흐르는 단락전류를 파악하기 힘들어지게 됩니다.
따라서 퍼센트 임피던스를 사용하게 됩니다.
3. 퍼센트 임피던스와 단락전류
위에서 퍼센트 임피던스는 단락전류를 계산할 때 사용한다고 하였습니다.
그렇다면 어떻게 문제를 해결할 까요?
일반적으로 100 / %Z = 단락비 이며
이는 정격전류에 대한 단락전류의 비율을 의미합니다.
쉽게 말해서 %임피던스가 5라면 단락비는 20이며, 단락전류는 정격전류의 20배라는 것을 예측할 수 있습니다.
따라서 다음과 같은 식을 얻을 수 있습니다.
단락비 산정식
(Is : 단락전류, In : 정격전류)
위 식에 정격전압을 양변에 Vn 을 모두 곱하면
단락용량 산정식
(Ps : 단락용량, Pn : 정격용량)
그렇다면 %Z가 높아야 안전하고 좋을까요?
%Z가 크다는 것은 단락비가 작다는 의미이며 그 만큼 구리저항이 높다는 것을 의미하게 되어
기계수치는 작아지고 효율이 좋아지지만 누설 자속이 커져 동기 임피던스가 증가한다는 약점을 갖게 됩니다.
반대로 %Z가 작다는 것은 단락비가 크다는 의미이므로 전압강하나 전압변동율이 적어 안정도가 좋다는 특징이 있는 반면
단락전류가 크고 효율이 나쁘다는 치명적인 약점을 갖게 됩니다.
따라서 서로의 단점을 보완하기 위해 적정량의 %Z를 유지하는 겁니다.
