강의노트 단락비

단락비(short circuit ratio: SCR) :

단락비 (SCR)은 동기발전기의 중요한 특성 중 하나이다.

단락비는 단락 상태에서의 전류와 정격 전류 간의 비율을 나타내며, 이는 정격전압 상태에서의 필요한 계자전류와 단락 상태에서의 계자전류 간의 비율로 식(1)과 같이 정의할 수 있다.

$$\tag{1} K_s = \dfrac{I_{f1}}{I_{f2}} = \dfrac{I_s}{I_n}$$

여기서, $I_{f1}$은 무부하에서 정격 전압을 만드는데 필요한 계자 전류, $I_{f2}$은 3상 영구 단락 상태에서 필요한 계자 전류이다.

단락비 (SCR)의 범위:

• 터빈 발전기의 경우 단락비는 0.6에서 1.0 사이,
• 수차 발전기의 경우 0.8에서 1.2 사이에 있다.

높은 단락비를 가진 기기는 :

• 공극이 커서 물리적으로 크고 무거운 기계로 철기계라 불린다. 제작단가가 높고, 철 손실과 기계적 손실로 인해 효율이 낮다.

• 동기 임피던스가 작아 단락사고 시 전류가 크다.

• 평상시 전압 변동률은 작고, 과부하를 견딜 수 있는 최대토크가 커져 안정도가 향상된다.

낮은 단락비를 가진 기기는 :

• 공극이 작은 발전기는 철을 적게 사용하므로 가벼우며 크기가 작아 동기계라 불리며 제작단가가 낮고, 철 손실과 기계적 손실이 작아 효율이 높다.

• 동기임피던스가 크므로 부하전류의 변화에 따른 전압 변동이 크다. 작은 부하 변화에 민첩하게 대응하기 위해 전압조정시스템이 필요하다.

• 과도안정도가 낮아 일시적인 과부하 상태에서 탈조되지 않는 능력이 낮다.

수차발전기와 터빈발전기

• 수차발전기는 공극이 큰 (단락비가 큰) 철기계와 유사하며,
• 터빈발전기는 공극이 작은 (단락비가 작은) 동기계와 유사하다.

단락비와 동기 임피던스의 관계

동기임피던스는 식(2)와 같이 정의된다.

$$\tag{2} Z_s = \dfrac{V_n}{I_s}$$

동기임피던스 p.u.값은 식(3)과 같이 정의된다.

$$\tag{3} z_s = \dfrac{Z_s}{Z_{base}} = \dfrac{\dfrac{V_n}{I_s}}{\dfrac{V_n}{I_n}}= \dfrac{I_n}{I_s}=\dfrac{1}{K_s}$$

단락비는 pu 동기임피던스의 역수이다.

단락비는 단락사고가 일어났을 때 얼마나 큰 전류가 흐르는지를 나타낸다.